基于單片機的農業生產環境監測系統設計

梁　英　王　怡　孫歆鈺

基于單片機的農業生產環境監測系統設計

梁英王怡孫歆鈺

（荊楚理工工學院湖北荊門448000）

傳統農業普遍科技水平不高，無法實現對農業生產環境的實時監測，導致無法及時發現并有效控制危害農業生產的因素，也無法準確把握農產品最優生產環境。為了提高農作物生產線的效率，運用無線傳感技術監測和傳輸農業生產環境的各種數據，再由單片機核心板傳送到顯示器。同時WIFI系統連接手持端設備，實現對農作物生產環境數據的實時遠程監測。

農業生產；無線傳感；單片機

傳統農業的生產過程中，農作物的生長往往會受到溫度、濕度、日照等環境因素的制約，導致生產周期較長。為了使農業生產更加有效率、有質量的進行。伴隨著控制技術和計算機技術日益的成熟，將現代的智能科學運用于農業生產的過程中可以很好地把控農作物的生產過程中的各種因素，并進行人工干預和調整。有效地提高了農作物的產量，減少生產過程中成本投入，以達到農業生產的經濟效益最大化。

1 在農業生產過程中監測環境參數的意義

我國是農業大國，也是人口數量眾多的國家，地廣物博但是人均資源卻沒有那么豐富。所以如何提高每畝均產的質量就成了亟待解決的問題。想要產量高，質量好，就必須在種子的基因和生產過程中找到優化產能的方法，而對于環境參數的監測以及監測后的人工干預與調控，就是在農作物的生產過程中實現產能的優化。什么樣的農作物最適宜在怎樣的自然條件下生長都在監測下通過實時數據展示得清清楚楚。再通過人工干預，為農作物創造良好的生存環境，就能有效地提高農作物的產率。提高了農作物的產率之后就是提高了下一代種子的質量，所以農業環境參數的監測在農業生產過程中具有重要意義。

2 關于農業生產環境監測系統的總體設計思路

對于農業生產過程的監測主要針對農業生產中涉及的因素，如空間、土壤、水分、光照等的計算與探測。在獲取相關數據之后根據實際情況進行統籌分析，確定要栽種的農作物的種類和數量。播種下去之后，繼續進行監測，一般來說不是大棚種植的情況下，各種因素無法做到很好的把控，比如光照條件在自然情況下是無法進行調節的，所以把控的重心主要體現在水分和土壤肥力這些可以人工干預并且不會大量耗費人力物力的因素上。通過對數據信息的分析，改變可以改變的因素，使農作物的生長環境向最理想的生長環境靠近，實現產量升級以及對資源的最大化利用。

2.1 農業生產環境監測系統的主體框架

監測系統的主體框架是由數據的采集、傳輸、處理3個方面組成。

（1）采集的工作主要是通過各類傳感器共同完成。例如有光照傳感器、土壤濕度傳感器、風向傳感器等一系列的傳感器共同組成一個系統。然后通過這些傳感器自身的識別能力對農作物生長環境的各類信息進行識別和收集，為后續的分析與研究提供原始數據，在接收到控制中心發送的反饋信息后通過自帶的微處理器調度所連接的設備完成控制中心的指令。

（2）傳輸工作主要是通過無線傳感器網絡、互聯網、云計算以及移動通信網的共同合作來進行信息的處理和傳遞。傳輸環節連接了數據與運算，是整個無線傳感網絡的核心部分。在農業監測區域內根據隨機分布的多種類的微型傳感器組成的無線傳感器網絡，在對網絡進行全覆蓋的同時，采集、計算和處理區域中監測對象的動態信息。一般情況下，農業生產過程中需要監控的面積都十分巨大，所需要的傳感器的數量也十分巨大，如果使用點對點的連接方式無疑是不太合理的，而采用無線傳感網絡可以實現網絡的全面覆蓋，使數據收集更加全面，傳輸也更加高效。

（3）前兩個階段的工作完成后，收集好的有關農業生產相關因素的數據會被傳輸端傳輸到系統的內部進行數據進一步的加工和處理。這是整個系統中的最后一個環節。也是整個系統最核心的部分，基于單片機構成的控制系統，通過將傳感器的模擬信號轉換為數字信號，然后由單片機接受數字信號并進行一系列的判斷，將判斷結果輸出在顯示屏上，通過判斷結果下達指令給傳感器節點完成對農業生產環境因素的調控。

2.2 農業生產環境監測系統設計的細化

2.2.1 無線傳感其的節點的構成

構成無線傳感器的3大要素是：被測對象、傳感器和觀測者。這就說明無線傳感器的節點不僅只有監測農業生產環境因素這一個作用構成，同時也具有處理數據和無線通信的功能。不同的節點在整個系統中扮演著不同的角色，發揮著不同的作用。數據處理模塊、無線通信模塊和傳感器之間集成了這些節點，也正是這些節點串起了整個農業生產環境監測系統。

2.2.2 無線傳感器網絡的體系結構

在整個農業生產環境監測系統中信息的傳遞過程主要有兩條線路，一條是從傳感器傳到通用控制系統，另一條是控制系統給予傳感器對應的反饋信息。農業生產環境監測系統的無線傳感器網絡系統中，存在一個匯聚點，這個匯聚點是信息交流的地方。它可以接收來自傳感器的信息并將它傳向控制系統，同時也接受來自控制系統的反饋信息，并把它傳輸到各個節點。各個節點在接收到信號后，節點自身的微處理器根據所接受到的命令來調控所連接的設備，從而實現對農業生產環境因素的調節。

2.2.3 系統整體結構設計

農業生產環境監測系統的整體結構是由傳感器作為無線傳感器網絡的節點，由無線網絡作為連接節點的線，將信息匯總到一個匯聚點，由匯聚點將信息傳遞給單片機，單片機自主判斷后下達命令，或者輔以管理者手動下達命令，再由無線網絡傳輸給匯聚點，匯聚點再向各個節點發送信息，各個節點通過微處理器識別信息，并執行命令調度所連接的設備實現對農業生產環境因素的監測和干預。

3 農業生產環境監測系統控制系統單片機設計思路

基于單片機的控制系統的工作流程是：首先將采集到的模擬信號通過A/D轉換器轉換為數字信號然后傳送給單片機，單片機對信號進行分析，然后在顯示屏上顯示出各類的實時數據，比如當前溫度、土壤濕潤度以及光照強度等。管理者可以手動設置各個農業生產中涉及的環境因素的閾值。單片機通過將實時數據與閾值作比較判斷當前條件是否處于閾值之內，如果超出閾值范圍，單片機就會執行設定好的程序，來控制繼電器進行驅動水泵實施灌溉操作。或者在顯示屏上顯現出提示信息，提醒管理者做出相應的對策。然后將信息傳達給匯聚點，再由匯聚點將指令傳達給各個傳感器節點，由傳感器節點完成指令，以此達到提高智能化來控制農業環境參數的目的。

在農業生產的過程中溫度、濕度、光照需要保持在一個恒定的數值上。基于單片機農業生產環境參數監測系統所搭載各種類型的傳感器以實現實時農業環境參數的監測及時調控目的。此系統的軟件主程序設計主要由初始化程序，讀取所接收到的數據程序，設定各種環境因素的閾值的程序，輸出指令的程序。

4 小結

民以食為天，糧食的產量一直是民生所關注的最基礎的問題，如何用最少的土地種出最多的糧食是相關專家一直努力研究的方向。運用先進的技術，對農作物生產進行數字化的監測，將農業生產中的不可控因素變為可控，農業產業優化的完善指日可待。這也是現代科學的進步推動著各個行業的進步與發展的重要表現，科技的進步本意就是為民生謀福利，將科技與生產相結合，才是時代的主旋律。

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[4]朱高中.基于單片機的農業生產環境監測系統設計[J].科學技術創新,2018(25):155-156.

梁英(1997- )，男，漢族，河北張家口人，本科在讀，研究方向：計算機信息技術；王怡(1998- )，男，漢族，四川德陽人，本科在讀，研究方向：物聯網技術。

S126

A

2095-1205(2020)01-31-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.01.19