哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)研究

王玲玲++羅紅霞++謝錚輝++陳帥

摘 要 熱帶作物田間生長環(huán)境信息包括風(fēng)速、風(fēng)向、光照強(qiáng)度、空氣濕度、土壤濕度、CO2濃度、降雨量等數(shù)據(jù)，這些環(huán)境信息對作物的生長環(huán)境調(diào)控和作物田間科學(xué)管理非常重要。本研究圍繞熱帶瓜果哈密瓜田間環(huán)境信息采集這一問題，研究哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境智能傳感與檢測關(guān)鍵技術(shù)。采用tiny210硬件核心板，利用安卓系統(tǒng)和Java語言進(jìn)行編程，集成空氣溫濕度傳感器、光照一體傳感器、土壤濕度傳感器、風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器，建立熱帶瓜果哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境智能傳感與檢測系統(tǒng)，主要解決哈密瓜田間生長環(huán)境信息動態(tài)采集和數(shù)據(jù)管理，為田間生長環(huán)境調(diào)控提供參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞 哈密瓜 ；環(huán)境信息 ；傳感器 ；監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號 TP29

Abstract The information of tropical crop production environment includes the wind velocity and direction data， light intensity， air humidity， air temperatures， soil moisture， concentration of carbon dioxide， rainfall and so on. These data will be of great reference value to environmental control and scientific field management. As the characteristics of tropical crop growth and tropical climate conditions， information acquisition and tracking about the environment of crop growth are quite behind the time. This research is precisely centers on this core question to launch， carrying on analysis on the key technology of intelligent sensor and monitoring about cantaloupe production environment. We build a system on a tiny210 chip using android operating system. Sensors that will be linked include air humidity & temperature sensor， illumination sensor， soil moisture sensor， wind-direction sensor and wind power sensor. This research focuses on field information dynamic acquisition and management. This study can offer references for in field environmental control and further research work.

Key words cantaloupe ； field information ； sensor ； monitoring system

作物生長地上環(huán)境信息采集研究包括地表或作物冠層溫度、空氣溫度、空氣濕度、大氣壓力、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向、CO2濃度等[1-3]，地下環(huán)境信息采集研究包括土壤水分、土壤含水率、土壤墑情、土壤養(yǎng)分、PH值、電導(dǎo)率等[4]，以上信息均可以通過傳感器等設(shè)備進(jìn)行成功采集[5]，采用傳感器建立傳感節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建農(nóng)田監(jiān)測系統(tǒng)，主要用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的節(jié)水灌溉、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。國外研究的采集設(shè)備主要有日本的配有無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的數(shù)據(jù)采集器，荷蘭的具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離無線傳輸功能的農(nóng)田數(shù)據(jù)采集器，美國的具有無線電臺傳輸功能的數(shù)據(jù)采集器[6-7]。中國在該方面的研究也比較多，包括野外農(nóng)田數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)履歷采集系統(tǒng)、移動智能農(nóng)田信息采集系統(tǒng)、農(nóng)田自動噴灌系統(tǒng)、果園實(shí)時監(jiān)控管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程溫濕度實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)、土壤溫度的采集和無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由、農(nóng)田土壤信息無線傳感裝置等[8-10]。農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測與傳輸系統(tǒng)研究包括農(nóng)業(yè)環(huán)境信息無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、土壤信息遠(yuǎn)程傳輸、農(nóng)田主要信息動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、面向精細(xì)農(nóng)業(yè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、土壤含水率監(jiān)測傳輸、基于ZigBee/WSN技術(shù)的農(nóng)田環(huán)境信息監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、國營農(nóng)場作物生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)等[11-16]。

哈密瓜在海南的種植面積較大，哈密瓜的栽培及生長需要適宜的生長環(huán)境，環(huán)境會直接影響到熱帶作物的品質(zhì)及產(chǎn)量，本研究集成電子電路、傳感器、單片機(jī)、數(shù)據(jù)庫等信息技術(shù)，研發(fā)哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，包括系統(tǒng)軟件與硬件兩部分，探索實(shí)用性強(qiáng)、成本低廉的信息采集硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)測，為哈密瓜生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控提供參考數(shù)據(jù)。

1 關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 總體思路

采用傳感器、單片機(jī)、數(shù)據(jù)庫等信息技術(shù)，構(gòu)建熱帶作物田間生產(chǎn)環(huán)境智能傳感與檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件部分采用安卓開發(fā)系統(tǒng)，JAVA編程語言，系統(tǒng)硬件部分采用環(huán)境傳感器，TINY210硬件核心開發(fā)板，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包括空氣溫濕度、光照一體傳感器、土壤濕度傳感器、風(fēng)向、風(fēng)速傳感器，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于哈密瓜田間數(shù)據(jù)采集、田間生產(chǎn)管理和田間生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控。

1.2 硬件關(guān)鍵技術(shù)研究

采用tiny210為系統(tǒng)硬件電路核心板，采用2.0M的電路板SD卡作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，電池與電源兩種方式進(jìn)行供電，集成空氣溫濕度、光照一體傳感器、土壤濕度傳感器、風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器為一體，進(jìn)行電路的焊接、集成與測試。系統(tǒng)硬件設(shè)計圖如圖1所示。

1.3 軟件關(guān)鍵技術(shù)研究

基于通用COM口，采用通用進(jìn)程通信協(xié)議的串口傳輸協(xié)議，利用安卓系統(tǒng)和JAVA語言進(jìn)行編程，允許記錄和管理測量的環(huán)境數(shù)據(jù)。硬件終端測量到田間環(huán)境數(shù)據(jù)，通過函數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸和保存到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫采用專用于便攜式儀器的SQLint數(shù)據(jù)庫。

軟件使用專門用于開發(fā)基于android的嵌入式系統(tǒng)的eclipse編輯工具，數(shù)據(jù)在通過通信協(xié)議傳輸后，轉(zhuǎn)化為byte[]數(shù)組，并通過string轉(zhuǎn)int函數(shù)，發(fā)送到終端機(jī)。串口調(diào)試/連接界面如圖2所示。

2 系統(tǒng)結(jié)果顯示

重點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)硬件與軟件的集成與測試，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)帶瓜果哈密瓜田間環(huán)境信息的采集與傳輸，系統(tǒng)測試結(jié)果如圖3所示?？梢酝ㄟ^軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)測量的時間間隔、存儲路徑、接口開啟與斷開、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能選擇和操作，可以選擇環(huán)境單因子或多因子測量方式，系統(tǒng)具有便攜式功能，操作簡單。

3 結(jié)論

生長環(huán)境包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、土壤濕度、CO2濃度、降雨量等多個要素，影響著哈密瓜的田間生長，基于以上環(huán)境影響因子，建立的哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)具有哈密瓜田間氣象監(jiān)測、作物生長異常預(yù)警等功能。該系統(tǒng)的應(yīng)用可以幫助提高觀測效率，減輕觀測人員的勞動強(qiáng)度，適用于哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測與控制方面的數(shù)據(jù)采集與科學(xué)研究，適合于野外使用。

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