基于物聯網的甘薯貯藏環境監控系統的研究

趙思萌 徐踐 張娜

摘要 采用硬件與軟件相互結合的設計方案。系統硬件部分由溫度傳感器、濕度傳感器、STM32單片機、3G通訊模塊等組成。硬件部分實現了數據的采集、處理、傳輸功能。軟件部分是使用Python語言在開發平臺上完成系統平臺的開發，實現良好的人機交互效果。其中系統平臺和溫濕度采集器之間通過TCP/IP協議進行數據的傳輸，同時將數據存儲在數據庫內，當用戶查看時則會以網頁的形式展現給用戶，使得用戶更方便的監測溫地窖內環境參數，并兼顧搜索數據與導出數據的功能，實現對甘薯貯藏庫的良好監測。

關鍵詞 甘薯；溫濕度傳感器；環境監測系統；物聯網

中圖分類號 S126 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）08-0224-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.08.059

Abstract A design scheme was adopted with the combination of hardware and software. The hardware part of the system consists of temperature sensor， humidity sensor， STM32 MCU， 3G communication module and so on. The hardware part realizes the functions of data collection， processing and transmission. The software part uses the Python language to complete the development of the system platform on the development platform， achieving good humancomputer interaction effects. The data between the system platform and the temperature and humidity collector are transmitted through the TCP/IP protocol， and the data are stored in the database. The data are displayed to the user in the form of a webpage， so that the users can monitor the Internal environment parameters more conveniently. Taking into account the function of searching data and exporting data， we achieve good monitoring of sweet potato storage.

Key words Sweet potato；Temperature and humidity sensor；Environmental monitoring system；Internet of Things

甘薯（Ipomonea batatas Lam.）屬旋花科甘薯屬，是具有蔓生習性的一年生或多年生草本植物[1]。我國甘薯采后的儲藏技術主要為地窖、井窖、大屋窖、棚窖等傳統的方式，但是國內的甘薯儲藏技術還有不夠完善的地方，如機械冷庫商業化、規模化的去儲藏甘薯還尚未成功。我國甘薯入庫前大多都會采用福爾馬林、多菌靈等農藥進行噴灑消毒。這種傳統的儲存方式存儲的甘薯品質會降低，有時候甚至會腐爛，如果環境被農藥污染嚴重，可能還會對甘薯造成二次感染，這樣會使得脫毒的種子甘薯造成感染，影響甘薯的出牙率和質量[2]。農民普遍選擇利用地窖貯藏，其成本低，但極易腐爛、風險大，無法對窖內進行溫度控制，特別是出現腐爛時無法挽救，從而造成嚴重損失[3]。

因此，開發一套能夠實時監測地窖內環境溫濕度的硬件設配具有重要意義。同時，開發一個能夠實時顯示地窖內溫濕度數據的平臺也是必不可少的。當農民通過手機或網頁看到當前地窖內環境溫度過高時，可進行及時的作業，保證地窖內的溫度在適合貯藏甘薯的范圍內。鑒于此，筆者介紹了基于物聯網的甘薯貯藏環境監控系統總體設計、系統功能和系統測試。

1 系統總體設計基于物聯網的甘薯貯藏環境監控

1.1 功能設計

存放甘薯地點的環境因素對甘薯的良好存放起著決定性的作用，因此采集環境的溫度值和濕度值十分必要。當接收到傳感器傳輸過來的數據之后，還需要一個平臺來反饋相應的內容。甘薯溫濕度數據采集平臺正是為了展示在甘薯庫得到的溫度、濕度等各項數據，提供實時的檢測情況，幫助人們更加快速地了解甘薯所處的環境，從而更好地了解甘薯的貯藏條件。根據對數據的分析以及匯總，確定平臺需求，甘薯溫濕度數據采集平臺主要包括了以下功能：搜索功能以及數據的導出功能。該平臺的功能框架如圖1所示。

1.1.1 展示功能設計。

在傳感器得到數據之后，用戶并不能直接地得到所需要的數據。展示功能實現了對傳感器傳輸得來的信息的展示，可以讓用戶能夠一目了然地了解當前或者某一時段甘薯存儲的溫濕度信息。

1.1.2 搜索功能設計。

傳感器得到的數據繁多復雜，用戶在瀏覽過程中需要對所得到的數據進行分類匯總，有選擇性地進行數據的對比。平臺實現的搜索功能可以按照不同的時間和不同的設備來確定瀏覽相應的數據信息。通過搜索功能得到的數據可以更加清晰地展示在具體某一時段的溫濕度信息，或者展示在某一設備處相應的溫濕度信息，這也讓用戶更加直觀、清晰地了解到甘薯的貯藏信息。

2.4 導出功能實現

3 系統測試

3.1 溫濕度采集器測試

為了驗證溫濕度采集器所采集到的數據的準確性，試驗準備了干濕球、不同型號和材質的溫度計、電子溫濕度計。將其放置于溫濕度采集器的近似位置，每當平臺上進行一次數據的更新，就進行一次人工讀數和記錄，共記錄數據1 000余條。所記錄的人工讀取的數據均與平臺數據近似，誤差值在3%～5%[17]。

按照每10 min上傳1次數據計算，10 d共計導出數據1 440條，導出最近10 d的數據到Excel表格中。測試結果顯示為1 440條數據，說明傳感器沒有漏傳數據的現象發生。

3.2 系統平臺測試

甘薯儲藏環境溫濕度的監測系統的軟件完成之后并進行了測試。傳感器通過3G模塊把檢測到的溫濕度數據上傳至數據庫中存儲，并通過前端界面進行顯示，時間間隔為10 min，此模塊無漏數據現象，且數據能夠正常顯示；為了方便存儲及其他應用，數據可以以表格的方式導出，便于以后的研究，導出數據無異常現象；在平臺的日歷上直接選擇日期，然后搜索出某個時間段內需要查詢的溫濕度數據，系統能夠準確顯示查詢期間內的所查數據。經過簡單的功能測試后驗證了此平臺的采集和顯示數據、導出、按照日期搜索的功能全部能夠正常執行，平臺運行穩定。

4 總結與展望

通過將物聯網相關技術、自動化監測等技術應用于存儲甘薯環境的遠程監測，設計了甘薯存放環境數據管理平臺。通過對硬件、軟件的設計，可實時采集甘薯存放環境中的空氣溫度、濕度。并根據需要的適宜存放甘薯的溫濕度來及時地人為調控，有助于大規模的更好管理存放甘薯，提高甘薯存放的質量，并且也有助于甘薯存儲研究的發展。

甘薯存儲環境數據管理平臺，實現了對實時監測的溫濕度數據的記錄、存儲、查詢、導出等功能，可以更好地有助于用戶不受地域的限制實時監測溫濕度，當溫濕度不在限定之內時，可以及時的調節。該平臺利用傳感器對當前環境的溫度和濕度進行檢測，然后傳到平臺上。經過測試，傳感器所得參數正常，傳輸也較快速準確，完成了相應的功能，實現了預期的目標。

在今后的研究中，還可以加入二氧化碳傳感器，對環境進行進一步的監測，使相應的數據更全面、分析更準確[18]。此外，還可以向自動化方向發展，使農戶在發現存儲問題之后，用機器控制就可以實現對貯藏環境的改變，而不是要親自去調整等，使得甘薯貯藏環境監測系統更為人性化、自動化。

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