論無線傳感技術在生態(tài)茶園智能設計中的應用研究

林祥德，林 娟，張麗娜

（1.浙江安防職業(yè)技術學院，浙江 溫州 325016；2.吉林省撫松縣職業(yè)技術教育中心，吉林 白山 134500）

論無線傳感技術在生態(tài)茶園智能設計中的應用研究

林祥德1，林 娟2，張麗娜1

（1.浙江安防職業(yè)技術學院，浙江 溫州 325016；2.吉林省撫松縣職業(yè)技術教育中心，吉林 白山 134500）

隨著社會的信息化、科技化和數(shù)字化的加深。人們對信息的傳輸速度和有效性要求越來越高。傳感器出現(xiàn)之后，為人們的生活帶來了許多的便利。信息技術的飛速發(fā)展，推動了無線技術的進步，無線傳感技術逐漸形成。與此同時，結合現(xiàn)代社會綠色健康的生活目標，我國茶葉生產(chǎn)領域提出了創(chuàng)建生態(tài)茶園的創(chuàng)新思路，這為茶葉生產(chǎn)開辟出一片新大陸。本文基于溫州生態(tài)茶園的建設與設計，敘述了無線傳感技術在生態(tài)茶園智能設計中的應用，深入研究了以ARM茶園防凍技術、茶園無線傳感環(huán)境監(jiān)測技術、無線傳感滴灌技術。以期實現(xiàn)無線傳感技術與智能生態(tài)茶園建設的融合。

無線傳感技術；生態(tài)茶園；智能設計；應用研究

1 無線傳感技術的應用與發(fā)展

傳感器在工業(yè)領域、軍事行業(yè)以及家用器械中都有較廣泛的應用，是人們獲取信息和數(shù)據(jù)的有效途徑。傳感器產(chǎn)生初期，有線傳感技術憑其方便快捷以及高可靠性，贏得了廣大社會群眾的喜愛。但是，隨著人們生活質(zhì)量及技術水平的不斷提高，不僅對信息的傳播質(zhì)量和速度要求越來越高，還要追求技術的簡約設計，以求達到節(jié)省空間、提高效率、便于安裝、操作及改動的目的。無線傳感技術的簡單快捷、高效快速，使其逐漸發(fā)展壯大，并取代了有線傳感技術的地位。

1.1 無線傳感技術的定義

無線傳感技術，又稱無線傳感網(wǎng)絡，是一種新型的傳感器網(wǎng)絡技術。關于無線傳感技術的基本組成大體可以分為以下三類，分別是:數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)頒布網(wǎng)絡和控制管理中心。系統(tǒng)組成之間相互配合、兼容協(xié)調(diào)，共同為實現(xiàn)無線傳感技術的功能做準備。無線傳感技術具有無中心、對等式、自行組織、動態(tài)拓撲和多跳路由等多種優(yōu)勢，這也決定了其操作方便、運用靈活的特點。但是，無線傳感技術仍處于初步研究和推廣應用階段。因此，存有一些不足之處是在所難免的，亟待優(yōu)化改善，例如無線傳感技術有限的硬件資源和電源容量、傳輸速度受限以及易受外界干擾的安全性問題。

1.2 無線傳感技術構成分析

1.2.1 無線傳感網(wǎng)絡體系結構

無線傳感網(wǎng)絡體系的結構是由傳感器節(jié)點結構和網(wǎng)絡體系結構兩部分組成的。傳感器的節(jié)點結構，無線傳感網(wǎng)絡的最基本構成單元稱為節(jié)點，節(jié)點將傳感器與處理單元和通信模塊匯聚起來，借助統(tǒng)一的網(wǎng)絡協(xié)議結合，組成一個分布式的網(wǎng)絡，利用這個分布式網(wǎng)絡可以將搜集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過優(yōu)化處理后，在無線電波的作用下傳輸給網(wǎng)絡信息處理中心，從而實現(xiàn)無線傳感技術的信息傳輸功能。然后是無線傳感技術的網(wǎng)絡體系結構，由傳感器處的節(jié)點、匯聚節(jié)點、無線傳輸介質(zhì)以及網(wǎng)絡端口管理四個部分結合構成。其工作原理可以概述為技術人員在工作領域內(nèi)隨機安放節(jié)點，以便收集信息，信息經(jīng)由傳輸介質(zhì)傳遞至端口進行優(yōu)化管理，最終輸送至客戶端，有條不紊地系統(tǒng)運行。造就了無線傳感技術低功耗、小成本、高適應性的工作特點。

1.2.2 無線傳感關鍵技術

無線傳感技術，有三項技術是不容忽視的，即無線傳感技術的網(wǎng)絡協(xié)議制定、網(wǎng)絡支撐技術、網(wǎng)絡綜合管理技術。這三項技術是無線傳輸技術中的核心部分，也是其發(fā)揮功用的關鍵要素，所以在推廣無線傳感技術時，必須要做好這三項技術的基礎工作。語義、語法和時序是構成無線傳感技術網(wǎng)絡協(xié)議的三大要素，網(wǎng)絡協(xié)議為無線傳感技術的運行和傳輸，提供了科學合理的規(guī)范和標準。在物理層、網(wǎng)絡層等結構中具有重要的價值，是無線傳感技術工作的基礎和前提?，F(xiàn)階段，網(wǎng)絡支撐技術的工作重心，集中在時間及地點定位技術上。地點定位與時間同步技術的出現(xiàn)，為無線傳感技術的精確度和高效性提供了保障。最后，網(wǎng)絡綜合管理技術，其起著控制整個無線傳感系統(tǒng)的綜合作用，確保整個系統(tǒng)有條不紊地運行。

1.3 無線傳感技術在茶樹種植中的嘗試應用

無線傳感技術根據(jù)不同的應用功能具有相應的適用傳感器元件。譬如：溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器以及聲音辨識傳感器等，正是因為無線傳感技術功能多變、運用靈活、可操作性強等特點，使得其被廣泛應用在軍事、工業(yè)和醫(yī)療等領域。茶葉位居世界暢銷商品行列，其社會需求較大，無線傳感技術在茶樹種植過程中的嘗試應用，節(jié)省了大量的勞動力，科學技術的引入，提高了茶樹栽培的效率，使茶葉生產(chǎn)的質(zhì)量和數(shù)量都得到了較大的提升，為規(guī)?；铇浞N植創(chuàng)造了便利的條件和可觀的經(jīng)濟收益。

2 溫州生態(tài)茶園的智能建設與設計

生態(tài)茶園，顧名思義，就是基于生態(tài)學原理進行茶樹的培育和管理而建立起來的茶園。在生態(tài)茶園里，生態(tài)環(huán)保是基本目標，園內(nèi)的管理始終圍繞生態(tài)的主題，主張充分利用已有資源，合理配置自然資源，避免能源浪費和環(huán)境污染，力求茶葉的天然和綠色健康。下面就從生態(tài)茶園的基本規(guī)劃設計入手，詳細分析了生態(tài)茶園中的茶樹生長環(huán)境設計、茶園病蟲害防治設計、茶樹的種植及栽培設計，致力于建設完成智能生態(tài)茶園的最終目標。

2.1 溫州生態(tài)茶園的基本規(guī)劃設計

茶葉作為一種比較天然、健康的作物，成為人們?nèi)粘Ｉ畹氖走x商品，且因茶葉具有多種功用，譬如既可以作為飲品，解渴祛暑，也可以作為中藥材的重要組成，具有一定的醫(yī)用價值。隨著茶葉的社會需求量逐漸增大，一些商家看到茶葉行業(yè)有利可圖，茶葉生產(chǎn)企業(yè)迅速興起。盡管市場上的茶葉供應量已經(jīng)能夠滿足社會需求，但茶葉的質(zhì)量較之前的水平退步了很多。生態(tài)茶園的規(guī)劃建設，目的就是為了轉變目前茶葉商家只顧盈利，而忽視茶葉質(zhì)量的不良現(xiàn)象，以期提高茶葉生產(chǎn)質(zhì)量，迎合綠色健康的社會主題。

2.2 智能生態(tài)茶園的設計關鍵

2.2.1 茶樹生長環(huán)境設計

關于茶樹的生長環(huán)境，最主要的環(huán)境因素是水分和土壤。茶樹是種植在微酸性的土壤且喜濕熱，因此在我國南方地區(qū)具有大片的茶園和茶山，水分在茶樹的的生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的作用，能夠充盈植株，是茶樹進行光合作用的原料，也是蒸騰作用的動力來源，所以生態(tài)茶園在選擇園址時，應該盡量選擇在靠近水源，或水分較為充足的地區(qū)。另外，土壤是茶樹賴以生存的基本環(huán)境，是茶葉獲取營養(yǎng)和能量的重要來源，所以溫州生態(tài)茶園的建設過程中，要對茶園土壤的培育和養(yǎng)護引起高度重視，適當進行地表鋪蓋或覆膜以減少茶園水土流失，定期松動土壤保證土壤內(nèi)的氧氣，合理施肥提高土壤肥力，一切為適宜茶樹生長做準備。

2.2.2 病蟲害防治設計

茶園的茶樹遭遇病蟲害時，茶農(nóng)們最常采用的防治方法是大量使用農(nóng)藥、化學試劑。在化學農(nóng)藥的使用初期，的確能取得不錯的效果，但久而久之，病蟲害對化學試劑產(chǎn)生了一定的抗藥性，繼續(xù)使用化肥農(nóng)藥，不僅使效果適得其反，還會導致大量農(nóng)藥殘留在茶葉中，最終流向人體，危害人類健康。秉著生態(tài)茶園的建設原則，對于茶樹的種植栽培，要充分利用好自然界的規(guī)律，采用生物防治，以蟲治蟲、以鳥治蟲，走茶園可持續(xù)發(fā)展之路。

2.2.3 茶樹的種植及栽培設計

建設生態(tài)茶園還要特別注意茶樹的種植及栽培技術，遵循茶樹的自然生長規(guī)律。盡量避免人為強制干預，合理密植、適當施肥，保證茶樹生長發(fā)育所需的各項營養(yǎng)，定期對茶樹進行修剪和采摘，以便于茶樹的進一步發(fā)芽生長，增加茶樹的生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量，真正實現(xiàn)生態(tài)茶園的建設目標。

3 無線傳感技術在生態(tài)茶園智能設計中的應用

3.1 ARM技術對茶園防凍控制的應用

茶樹的生長具有一定的周期，一個周期內(nèi)各個時段茶樹所需的溫度不同，且茶樹生長期對溫度的反應較為敏感，因此，茶農(nóng)在培育茶樹時，要密切關注周圍環(huán)境的溫度，防止天災，發(fā)生茶樹受凍害的現(xiàn)象。然而，人為頻繁地對茶園溫度進行測量，是一項既費時又費力且效果不佳的工作。而ARM無線傳感技術的出現(xiàn)，可以充分利用無線傳感技術，在茶園內(nèi)安裝溫度傳感器，傳感器察覺到周圍溫度的變化情況，通過ARM技術傳遞給工作人員或茶農(nóng)，這種方式既科學又高效，能夠很好地避免茶樹受凍害的影響。

3.2 茶園無線傳感環(huán)境監(jiān)測技術的實現(xiàn)

智能生態(tài)茶園的建設，其本質(zhì)是充分利用傳感器的敏感性，經(jīng)無線傳輸技術實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的快速傳遞，從而達到高效快速、科學合理的茶樹種植和茶園管理工作。茶樹在整個生長發(fā)育過程中受到多種多樣因素的影響。例如：光照、溫度、空氣中的含水量以及土壤肥力等多種因素，因此，茶園的管理是一個艱巨的任務。無線傳感技術的出現(xiàn)，減輕了茶農(nóng)們的日常管理工作負擔，提高了工作效率，各種傳感器各司其職，獨立管轄各自的工作范圍，及時匯報給茶園管理者，簡化了茶園環(huán)境檢測和管理工作，有利于茶葉的高產(chǎn)量和高品質(zhì)。

3.3 茶園無線傳感滴灌技術的嘗試

生態(tài)茶園中無線傳感技術與農(nóng)田滴灌技術的結合，取代了人力茶園灌溉工作，既節(jié)省了大量的勞動力，還提高了茶園生產(chǎn)效率，盡可能實現(xiàn)茶園的自動化管理。經(jīng)過科學合理的計算以及精確控制的滴灌技術，為茶樹的正常發(fā)育和快速生長提供足夠的水分，與人為灌溉相比，茶園采用無線傳感滴灌技術更適合茶樹的生長發(fā)育，同時節(jié)約水資源，契合了生態(tài)茶園地位建設目標。

4 結論

無線傳感技術是標志著現(xiàn)代社會科技進步的重要標志，它在工業(yè)生產(chǎn)、軍事訓練和居民生活中都具有重要的應用價值。本文探究無線傳感技術在農(nóng)業(yè)方面，特別是智能生態(tài)茶園的建設中的應用，介紹了ARM茶園防凍技術、無線傳感滴灌技術和無線傳感茶園環(huán)境檢測技術，以上三個實例為無線傳感技術在生態(tài)茶園的智能建設上的應用提供了有利的保證。

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[2]劉瑞玲,李祥林.無線傳感網(wǎng)絡研究與應用綜述[J].電腦知識與技術.2010(12):198-200.

[3]林新堅,黃東風,羅濤.生態(tài)茶園建設技術模式與應用效果分析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展.2012(5):61-63.

2016年度溫州市科協(xié)軟科學研究課題“無線傳感網(wǎng)絡在城市信息化建設中的應用研究”（項目編號：KX2016B-06）及浙江省教育科學規(guī)劃基金資助項目（項目編號：2016SCG188）階段性成果。

林祥德（1977-），男，江蘇連云港人，碩士研究生，講師、工程師，研究方向：無線通信技術、職業(yè)教育。

林 娟（1976-），女，吉林白山人，本科，一級教師，研究方向：通信技術、職業(yè)教育。

張麗娜（1980-），女，浙江溫州人，碩士研究生，副教授，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、圖像處理技術。