物聯網技術下的智能農業種植系統設計對策

丁國明 唐慧剛

摘要：本次研究對物聯網技術、智能農業相關情況的分析后，對物聯網技術下智能農業種植系統設計的措施加以探討，旨在合理設計智能農業種植系統，提高農業種植產品，滿足人們的生活需求。

關鍵詞：物聯網技術;智能農業種植系統;設計對策

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）09-0154-03

農業為國計民生產業，農產品總量、農業產業結構，以及農產品質量安全等問題，均直接關系到農業的發展狀況[1]。針對于此，本次研究在物聯網技術下，對智能農業種植系統進行設計，以便確保農業自動化及智能化水平，提高產品的整體質量。

1 物聯網技術、智能農業相關情況的分析

1.1 智能農業情況分析

農業科技中農業信息技術作為主要部分，促使信息化、農業現代化融合作為我國現代農業發展目標，智能農業即為使用物聯網技術、智能傳感器對實時農業種植環境監測，同時通過無線網絡系統傳送信息控制中心，對農業種植環境加以調節，可促進智能控制農作物生長，并控制環境溫濕度、光照，以及土壤溫度、含水量等情況的系統。實行農業種植綜合生態信息自動檢測，有助于加強對自動控制、智能化的管理。

1.2 物聯網技術智能農業應用情況

農業種子系統中安裝智能傳感器、相關智能控制系統，能夠達到實時監測農作物種植環境各項參數的效果，在第一時間明確農作物生長環境相關參數，結合參數變化調節灌溉系統、溫度、濕度等，經采集并分析相關參數，比如：空氣及土壤的溫濕度、光照強度、CO2含量等，對農作物生長環境加以嚴格控制，以此及時獲取生物信息，該方法多在無線傳感器節點中運用，能夠為溫室調控打下良好基礎[2]。當前，我國農產品市場對于農產品的質量安全要求越來越高，該方面問題比較常見，通過研究發現農產品生產粗放管理，生產、流通，以及產品交易等過程監管不當。農業物聯網技術的應用有助于有效處理該項問題，經電子標識、條形碼，以及傳感器網絡和網絡平臺技術等，實現農產品實時監控的效果，保證農產品的質量安全。

2 物聯網技術下智能農業種植系統設計的措施探討

以某農業科技有限公司為例，其共有葡萄園5處，總占地面積約為520畝左右，能夠引進國內、外優良葡萄，秉持技術為主的原則應用智能農業監控系統，以此確保葡萄的品質[3]。

2.1 智能農業種植系統操作原理

物聯網技術下，采取智能農業種植系統進行控制，農作物集中種植區域安裝智能傳感器、智能控制系統，利于對獲取相關數據分析、控制，確保作物生長空氣、溫度及水分等達到相關要求，達到精準農業的效果。與此同時，該系統傳感器種植環境實時監測可獲取相關信息，及時明確種植環境中的問題，開啟灌溉、保溫、補光等系統，使得農作物處于良好的生長環境下，獲得現代農業自動化及智能化的效果，確保農產品的整體生產質量。

2.2 智能農業種植系統及其管理平臺設計方法

物聯網技術下智能農業種植系統通過不同部分構成，即為傳感器、無線采集系統，以及無線控制系統及協調系統、環境監測系統。農業種植系統經種植環境監測系統、數據采集系統、網絡傳輸系統、信息控制系統等組成，前者能使用傳感器對環境土壤溫濕度、光照、自動灌溉等加以監測;數據采集系統能借助傳感器實時監測數據，以無限發射的方式傳輸數據信息，發送模塊將傳感器各項參數傳輸于協調器的節點，采樣無線通信比較靈活、多樣，擴展簡便、有效;信息控制系統經多個部分構成，采用繼電器對不同農業生產設備控制效果較好;網絡傳輸系統可以使用無線傳輸系統采集數據信息，及時將無線網絡上傳于服務器，然后通過數據平臺存儲數據、處理信息、下達控制指令等，如此一來便于為用戶提供支持，用戶不會受到時間、空間限制，登錄手機/電腦終端就可以查詢相關信息[4]。智能農業種植系統管理平臺經傳感信息采集、自動監控、人工處理，以及智能分析、遠程控制幾個部分構成。

2.3 土壤濕度檢測設計方法

FC-28土壤傳感器，屬于比較常用的土壤濕度檢測設備，探針表面鍍鎳處理可加寬感應的面積、確保導電的性能，避免長期受到土壤水分浸泡影響，發生生銹現象。這一傳感器能很好的對土壤濕度進行控制，經電位器調節控制閾值，濕度<設定值DO輸出處于高電平狀態;濕度>設定值DO輸出為低電平狀態。傳感器工作電壓在3V左右，因有固定螺栓孔所以安裝固定效果較好，傳感器PCB板長度、寬度分別為3cm、1.5cm，這一傳感器模塊經電位器對土壤濕度觸發閾值調節，經AD轉換芯片轉換并模擬輸出電壓值，對土壤濕度加以檢測，使用灌溉模塊即可獲得自動澆水、補肥的效果，使得土壤得到控制。應用土壤傳感器期間，應該將金屬探頭置于被測土壤中，合理調整電位器閾值，確保觸發濕度在可控范圍，數字量輸出D0、單片機GPIO接口為連接的狀態，可利用D0高低電平對土壤濕度有無達到規定閾值進行檢測，模擬輸出量AO、AD轉換芯片，土壤濕度傳感器傳輸模擬量信號經AD轉換芯片提交到單片機接口。濕度傳感器通過對這一土壤濕度范圍、傳感器A0數據進行比較，可以正確梳理A0數據、濕度的關系，測定A0電壓后獲取土壤濕度，并確保檢測數據的準確性。實際連接期間土壤濕度傳感器VCC端外界3V供電模塊電壓，GND外界單片機/樹莓派GND接口，編寫檢測程序獲取土壤濕度相關數據信息。通常狀況下水分含量，會直接影響到土壤介電常數，經對介電常數檢測獲取土壤中的水分。需要注意的是，不同地區土壤質地、酸堿度有著較大差異，所以應該在傳感器部署后校準，通過土壤傳感器電壓、濕度化學方法檢測比較中發現，濕度變化、土壤傳感器電壓值關系緊密，因而需結合AD轉換芯片對電壓數字量進行轉變，進而明確當地土壤濕度狀況[5]。

2.4 監控農業物聯網種植環境系統、監控農業種植環境系統的設計方法

隨著我國農業種植環境的不斷完善，合理使用物聯網技術非常必要，可以實時監控種植農業作物環境，感知層即為采集、感知相關的數據，確保種植農作物環境光照、空氣溫濕度，以及土壤濕度、實時感知自動灌溉系統數值，與協調器節點傳輸[6]。與此同時，實時感知自動灌溉系統應用，有助于采集相關數據信息、存儲并處理信息，然后下達指令為客戶提供決策、分析提供支持。如此一來，客戶不會受到時間和空間限制，通過電腦終端就能查詢相關數據信息。

建立監控農業種植環境系統，主要通過系統軟件、系統硬件構成，前者系統軟件需設計協議棧程序、傳感器節點程序;后者涉及的電源板，可將傳感控制模塊、無線節點模塊連接起來，于電源提供給系統[7]?？刂颇K、傳感模塊，存在光照強度、溫濕度傳感器。無線節點模塊能使用低功耗、低成本射頻，有傳感節點、網關協調器。

2.5 大棚傳感節點布置設計方法

物聯網智能農業生產的過程，借助無線傳感器節點的作用能夠采集末端單元，確保果蔬生長環境良好，所以對于傳感器節點設計的要求非常高，需要保證傳感器節點能夠準確檢測不同的環境參數，而且應有效部署傳感器節點，覆蓋整個環境，以此提高系統的整體效率[8]。傳感器節點屬于嵌入式系統，不同傳感器節點集成存在執行、計算，以及存儲、通信、電源等模塊。例如：該系統在黃瓜大棚中實驗，傳感器節點處理單元、無線傳輸單元均使用CC2430芯片處理，可集成89C51內核處理器芯片，無線收發模塊，內置RF2420射頻芯片，增加CC2591增益放大芯片，其作為成熟無線傳感芯片，單點間傳輸距離約為680m，系統監測、存儲大棚中的空氣溫度、濕度以及CO2濃度和光照強度，均能夠通過10m布設一個監測節點方式處理，各監測節點通過上層、中層、下層構成，所有監測點土層有3個層次，即為5m、10m和15m。除此之外，應該設置pH值、氨氯傳感器，設置不同的監測點，各監測點由土層5m、土層30m構成。施工的過程合理運用支架插入土壤的形式處理，便于為種植布置打下良好基礎，如果需要增加監測節點可于后天系統中設置，不需修改采集節點硬件。此外，采集節點供電一般會通過鋰電池、太陽能板的方式供電，需結合無線節點采集頻率、傳感器耗電量確定，采集頻率間隔≥每次5min，開啟無線節點低功耗模式，節點工作時間為24周。

2.6 農業種植溯源教育服務平臺設計方法

產品溯源教育平臺，屬于作物生產擴展的平臺，能為作物生產管理延伸、提高產品附加值提供支持[9]。這一平臺可使用智能信息節點，及電子標簽、GPS、互聯網、無線傳感等技術，經無線網絡、有線網絡，和溯源中心數據庫保持連接狀態，進而收集所有環節數據，通過二維碼編碼技術生成二維碼對產品相關信息追溯。消費人群通過查詢客戶端軟件，即可查詢相關產品溯源信息，明確生產企業、保質期等相關信息。

2.7 有機肥配置、補肥設計方法

（1）復合有機肥廢物堆肥設計。堆肥，屬于制作有機肥常用的方法，多在大規模有機肥需求中應用，廢物原料多來源豆渣、腐爛蔬菜及秸稈等，配置有機廢物堆肥可將所有廢物發酵原材料浸濕，然后將含水原材料置于大型灌裝容器中，對原材料表面施加壓力，主要目的：避免內部存在高密度的縫隙。待處理原材料后，將5cm左右泥土置于原材料的表面，在原材料容器口鋪蓋適量泥土，這時可于泥土的表面澆水，制作容器置于陽光下促進微生物發酵[10]。這個過程有機原材料表面下沉，4周左右完成發酵后可以于基肥播撒于土壤中，為農業種植奠定基礎。植物種植期間應遵循農業生長添加成品肥料/有機肥的原則，保證植物花期、結果期，以及果實成熟期補充特定營養元素，按各種追肥方法自制肥料添加肥料箱中，以噴霧/澆灌的方式獲得植物供給效果。家庭用戶選用這一系統時，容易受到地域因素、時間因素、精力因素等限制，無法保持足夠精力采購專用肥料，這時則需結合具體情況就地取材，從而盡可能達到植物的需要。

（2）肥料除臭設計。種植的過程需聯系各種方法制成有機肥料，加速植物的良好生長，然而肥料過多需經歷浸泡、發酵的過程，此時容易產生比較大的異味，會直接影響到家庭美觀及舒適情況，溫室密閉狀態下大棚中的異味問題，容易對企業形象造成嚴重影響[11-12]。因而，需要將有機肥異味降低，建議選用單片機對水泵打開時間控制，結合測算時間液體流量獲得肥料自動定時、定量添加的效果，如果為固態有機肥可在種植前深埋土壤，以此有效改善土壤養分、微生物狀態，確保系統種植的效果。

3 結語

物聯網技術下，實行智能農業種植系統設計，可以提高農業產量、農業產品質量安全，同時獲得智能農業自動檢測、控制、管理等效果。因而需對土壤濕度檢測、智能農業種植系統及其管理平臺、有機肥配置、補肥等加以設計，為人們的生活提供良好支持，盡可能滿足人們的實際需求。

參考文獻

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