基于無線傳感網技術的馬鈴薯晚疫病實時監(jiān)測系統研究

李庚 董娜

摘 要：馬鈴薯是自治區(qū)的重要經濟作物，晚疫病是影響其產量的主要病害，該病害具有典型的氣候型流行性，溫、濕度是決定發(fā)病的關鍵因素，通過監(jiān)測種植區(qū)域環(huán)境，預測病害已成為研究熱點，但監(jiān)測點分布密度、信息采集實時性、病害預測準確性有待進一步提升。本項目利用Zigbee無線網絡技術構建一種分布廣、監(jiān)測點密度大的實時無線傳感監(jiān)測系統，持續(xù)監(jiān)測、記錄作物生長環(huán)境溫、濕度情況，在達到CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型對致病疫霉侵染條件時，進行晚疫病疫情預警信號輸出，對準確、及時監(jiān)測馬鈴薯晚疫病發(fā)病有重要的意義。

關鍵詞：無線傳感網技術;馬鈴薯;晚疫病

【中圖分類號】G【文獻標識碼】B【文章編號】1008-1216（2020）01B-0111-03

馬鈴薯在我國是第四大糧食作物，內蒙古自治區(qū)是馬鈴薯的主產區(qū)之一馬鈴薯，同時馬鈴薯也是內蒙古的主要農業(yè)經濟作物。馬鈴薯晚疫病是種植過程中危害最大的病害，該病害是一種典型的氣候型流行性病害，濕度、溫度是決定該病發(fā)生流行的關鍵因素，通過無線傳感網對作物生長環(huán)境的溫、濕度進行大范圍、多點遠程持續(xù)監(jiān)測、記錄，可以對馬鈴薯晚疫病的疫情爆發(fā)實現監(jiān)測、預警，對防止馬鈴薯晚疫病蔓延，避免產量損失有重要作用。

一、研究意義及國內研究現狀和發(fā)展趨勢分析

本文旨在研究一種基于低功耗無線傳感網絡技術構建無線傳感網對馬鈴薯晚疫病流行氣候條件進行監(jiān)測的系統;本文針對在內蒙古自治區(qū)馬鈴薯種植范圍廣、規(guī)模大以及田間小氣候環(huán)境復雜多樣，難以根據氣象預報準確監(jiān)測、預報晚疫病中心病株產生，導致病情時有暴發(fā)流行的問題，對基于無線傳感網絡技術的馬鈴薯晚疫病無線傳感監(jiān)測系統進行研究;基于ESP8266WIFI無線網絡芯片的低功耗、低價格等優(yōu)勢，在馬鈴薯種植區(qū)域進行大范圍、高密度布控，持續(xù)監(jiān)測、記錄作物生長環(huán)境溫、濕度情況，在達到CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型對致病疫霉侵染條件時，進行晚疫病疫情預警信號及時、準確輸出，提醒農戶及時進行病害防治，避免產量損失;也可以對病害防治用藥提供參考指標，準確用藥，節(jié)省灑藥成本，降低致病菌產生抗藥性風險。本文所研究的基于無線傳感網絡技術的馬鈴薯晚疫病無線傳感監(jiān)測系統，可比較完善地解決馬鈴薯大規(guī)模種植區(qū)域晚疫病爆發(fā)、流行條件及時、準確監(jiān)測的問題，同時對其他智慧農業(yè)、作物生長情況遠程監(jiān)控系統的研究也具有重要意義。

本文提出了一種WIFI無線傳感網構建，馬鈴薯種植區(qū)域溫、濕度遠程、多點實時監(jiān)測、記錄，上位機監(jiān)測、分析界面設計開發(fā)等技術問題。

近年來隨著物聯網與智慧農業(yè)、精準農業(yè)等技術的發(fā)展，國內對農作物病害實時監(jiān)測系統、作物生長情況監(jiān)測、分析系統等方面的研究較為廣泛。

具體到時馬鈴薯晚疫病實時監(jiān)測的研究與實踐方面，相關的研究課題有一是關于的馬鈴薯晚疫病CARAH預警模型在我國的應用及評價，在CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型下針對作物生長環(huán)境溫、濕度進行連續(xù)監(jiān)測、分析，較為準確地預測了中心病株地出現，為馬鈴薯晚疫病無線傳感監(jiān)測系統對病害監(jiān)測提供了切實可行的監(jiān)測方法。同時，該研究指出了現有田間傳感設備開機時間對監(jiān)測準確性的影響，本課題研究的基于Zigbee技術的馬鈴薯晚疫病無線傳感監(jiān)測系統功耗低，可以長時間連續(xù)工作，對增加監(jiān)測準確性有積極作用。二是物聯網技術在馬鈴薯晚疫病防控中的應用實踐，針對現代農業(yè)的特點，結合物聯網技術的特點進行了物聯網技術在現代農業(yè)中應用的可行性分析，特別針對馬鈴薯晚疫病的監(jiān)測提出了一種應用模型構想，但沒有針對監(jiān)測系統進行具體研究。但是自動化監(jiān)測預警系統在馬鈴薯晚疫病防控中的應用，針對面積較小、光照條件均勻的兩塊實驗田進行病害生物監(jiān)測與發(fā)病環(huán)境監(jiān)測間的準確度對比，研究結果顯示通過對發(fā)病環(huán)境監(jiān)測預報病害發(fā)生有一定的局限性，需結合實際種植環(huán)境的氣候條件調整預警模型以提高準確率，這一課題為本課題研究的檢測系統如何適應內蒙古自治區(qū)不同馬鈴薯種植區(qū)域氣候條件提供了研究基礎。在Zigbee無線傳感網技術條件下如何建立一種實時、準確的馬鈴薯晚疫病監(jiān)測系統，對晚疫病疫情預警信號輸出，防止馬鈴薯晚疫病蔓延的危害，減少產量損失將會是新的發(fā)展趨勢，也是本文重點解決的問題。

二、研究目標和研究內容

馬鈴薯是內蒙古自治區(qū)的主要經濟作物，種植規(guī)模較大，但因田間小氣候環(huán)境復雜多變、難以準確監(jiān)測導致晚疫病時有發(fā)生，造成較大的經濟損失。在晚疫病防止過程中通過對作物生長環(huán)境溫、濕度連續(xù)監(jiān)測可較為準確地預測中心病株出現，對病害及時防治、避免損失。

在物聯網與智慧農業(yè)、精準農業(yè)等技術快速發(fā)展的背景下，國內對運用物聯網、無線傳感網絡技術在植物生長情況監(jiān)測、病蟲害監(jiān)測等方面進行了廣泛的研究，均取得了較好的經濟效果。對馬鈴薯晚疫病發(fā)病溫、濕度條件監(jiān)測模型在疫病預測準確性方面的研究已取得了較大的成果，多地實驗數據表明使用CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型，可通過對馬鈴薯生長環(huán)境溫、濕度連續(xù)監(jiān)測，準確預測晚疫病中心疫株出現，準確率高達90%以上。

在此基礎之上，應用無線傳感網技術構建針對馬鈴薯生長環(huán)境的大范圍、高密度、多點溫、濕度無線傳感網監(jiān)測系統，結合CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型，可進一步提升馬鈴薯晚疫病監(jiān)測的實時性、準確性。同時，為馬鈴薯晚疫病及時準確用藥、減少用藥次數、節(jié)省成本、降低病菌耐藥性風險提供了有效的手段。值得一提的是，對基于無線傳感網技術的無線傳感監(jiān)測系統在馬鈴薯晚疫病監(jiān)測、預警中的應用研究，本系統尚屬首創(chuàng)。

三、具體實現方法

1.無線傳感網絡終端主要程序設計。

#include

#include<51_DHT21.h>

#include

#include

unsigned char hjsd[4];

void main（void）

{

chushihua（）;? ? ? ? ?//串口初始化函數

hjsd[0]='H';hjsd[1]='H'; //傳輸數據的頭標記。

while （1）

{

RH（）;

hjsd[2]=0x30+U8RH_data_H/10;

hjsd[3]=0x30+U8RH_data_H%10;

UART_Send_Str（tp）;

Delay（20000）; //間隔大約兩秒發(fā)送一次。

}

}

2.服務器端界面設計。

3.手機端App設計。

經實際測試，本文所研究的基于無線傳感網絡的馬鈴薯晚疫病無線傳感監(jiān)測系統可對作物生長環(huán)境進行大范圍、高密度布控，持續(xù)監(jiān)測、記錄作物生長環(huán)境溫、濕度情況，在達到CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型對致病疫霉侵染條件時，能及時進行晚疫病疫情預警信號并準確輸出的監(jiān)測系統。

課題編號：PGPJ1801 內蒙古電子信息職業(yè)技術學院院級重點課題。

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