智能管理系統(tǒng)在小米種植中的應(yīng)用

李寶生++康健麗++禹化有++李鳳平

摘 要：文章采用遠(yuǎn)距離無(wú)線串口透?jìng)骷夹g(shù)設(shè)計(jì)了小米種植智能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由溫度監(jiān)控模塊、適度監(jiān)控模塊、水分監(jiān)控模塊溫和管理主機(jī)組成。當(dāng)超出了預(yù)設(shè)的作物最佳生長(zhǎng)范圍時(shí)，管理主機(jī)會(huì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)和灌溉管道閥開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)。管理系統(tǒng)通過(guò)合理的施肥原則以及施肥技術(shù)等方面對(duì)谷子進(jìn)行合理的施肥。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由管理系統(tǒng)種植的小米和普通種植的小米品質(zhì)都能夠滿足人們的要求，但管理系統(tǒng)種植的小米谷粒較為飽滿，口感更好。

關(guān)鍵詞：小米；自動(dòng)智能管理系統(tǒng)；施肥

中圖分類號(hào)：S515 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）02-0157-02

Abstract： In this paper， the remote wireless serial transmission technology is used to design the millet planting intelligent management system， which is mainly composed of temperature monitoring module， moderate monitoring module， water monitoring module and management host. When the optimal growth range of the crop is exceeded， the management host will adjust it according to the system setting automatic control fan and irrigation pipe valve switch. The management system carries on the reasonable fertilization to the millet through the reasonable fertilization principle and the fertilization technology and so on. The results show that the quality of millet planted by management system and common millet can meet the requirements of people， but the millet planted by management system is more full and tastes better.

Keywords： millet； automatic intelligent management system； fertilization

引言

小米，中國(guó)古稱為粟或援，亦稱作粱，俗稱谷子。谷子為禾本科（Gramineae）狗尾草屬（Setaria）植物。帶殼的谷子是假果粒，圓形或卵圓形；殼由內(nèi)外程組成，色澤有黃、乳白、灰、褐等多種。谷子去殼后的穎果即為小米，色澤有黃、灰白、褐或黑色；因其粒小，直徑2mm左右，故名。我國(guó)是小米的起源地，在長(zhǎng)長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中小米在人們的食物中占有重要地位，它抗寒抗旱等優(yōu)勢(shì)，是五谷之一。它的生長(zhǎng)發(fā)育期比其他植物較短，對(duì)環(huán)境有強(qiáng)大的適應(yīng)性，不像小麥那樣經(jīng)常那樣澆水就可以很好生長(zhǎng)，它的存儲(chǔ)條件很簡(jiǎn)單，不容易變質(zhì)，是我國(guó)北方地區(qū)主要的農(nóng)作物。小米品質(zhì)的優(yōu)劣不僅受遺傳因素的影響，而且還與水小生長(zhǎng)期間的環(huán)境條件和栽培技術(shù)有很大關(guān)系其中肥料對(duì)小米品質(zhì)性狀有很大影響。迄今，許多研究人員對(duì)肥料施用量和施用期與小米品質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行了研究，現(xiàn)將近年來(lái)國(guó)內(nèi)關(guān)于肥料對(duì)小米品質(zhì)影響的研究進(jìn)行分析，以期為我國(guó)優(yōu)質(zhì)小大面積生產(chǎn)提供科學(xué)的肥料運(yùn)籌依據(jù)。

1 小米不施肥種植

小米在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段，需要的水分和溫度也是不一樣的。如果對(duì)大鵬的某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度濕度的檢測(cè)不能反映整個(gè)大棚的濕度和溫度。[1]因此針對(duì)傳統(tǒng)大棚這樣一個(gè)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了大棚溫濕度和土壤水分自動(dòng)智能管理系統(tǒng)，從而大棚內(nèi)的參數(shù)會(huì)得到及時(shí)、充分的調(diào)節(jié)。這一系統(tǒng)主要由溫度傳感器、濕度傳感器、水分傳感器和無(wú)線通信裝置等構(gòu)成。系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)整個(gè)大棚的溫度和濕度，通過(guò)反饋調(diào)節(jié)使大棚溫度和濕度保持在一個(gè)恒定的范圍，從而使小米處于去最有利的生長(zhǎng)環(huán)境。系統(tǒng)通過(guò)傳感器檢測(cè)周圍環(huán)境信息，通過(guò)無(wú)線通訊模塊將采集到的信傳輸至上位機(jī)管理機(jī)，同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)SQL2008中。管理機(jī)對(duì)接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，跟預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，判斷該時(shí)刻溫度和濕度是否符合預(yù)定值，如果不符合則進(jìn)行溫度和濕度調(diào)節(jié)。存儲(chǔ)在SQL2008的數(shù)據(jù)還可以用來(lái)數(shù)據(jù)回放，將歷史數(shù)據(jù)顯示。

采用無(wú)線串口透?jìng)髂KE17TTL100-SMA可以使傳輸?shù)木嚯x加長(zhǎng)，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。該模塊的核心是無(wú)線射頻芯片，工作頻率為440MHz，供電直流電壓為1.5-3.5V，醉倒功率可達(dá)1000mW，接受的電流大小為38uA。該芯片還有低功耗特性，休眠時(shí)電流僅為2uA。通過(guò)串口通信可以傳輸?shù)?000m外的距離；具有標(biāo)準(zhǔn)的TTL接口，接收方和發(fā)信方之間就像連接了一條串行總線，不需要編寫(xiě)復(fù)雜的通信協(xié)議，使設(shè)計(jì)更加方便，該接口可以支持多種波特率。該模塊以串口通信的方式與控制器進(jìn)行通信，兩者之間的比特率設(shè)置為9600進(jìn)行通訊。[3]由于無(wú)線模塊一直是等待接受信息，考慮到節(jié)能，本設(shè)計(jì)為當(dāng)主節(jié)點(diǎn)接收到指令后，先處理接收到的指令，在執(zhí)行發(fā)送，把數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)。

小米植物在大棚內(nèi)進(jìn)行光合作用會(huì)使很多水分蒸發(fā)，導(dǎo)致大棚內(nèi)濕度不足，與此同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生熱量，使大棚溫度升高。如果沒(méi)有精確地溫度傳感器和濕度傳感器，將無(wú)法精確地對(duì)溫度和濕度進(jìn)行精確反饋調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)選用溫度濕度模塊AM2302，該模塊為數(shù)字輸出周圍環(huán)境的溫度和濕度，它主要由電容式濕敏元件和高精度溫度元件組成。連接方式為3引腳，電源電壓為3.5V至5.5V。單總線數(shù)據(jù)線SDA引腳是三態(tài)結(jié)構(gòu)，用于數(shù)據(jù)交換和控制，確保其具有超快速響應(yīng)和高可靠性和抗干擾能力。數(shù)據(jù)總線降低到至少800s，STM32F103處理器從睡眠模式轉(zhuǎn)換到高速模式，從數(shù)據(jù)總線SDA串行數(shù)據(jù)輸出40Bit數(shù)據(jù)，其次是高濕度，低濕度，高溫度，低溫度和奇偶校驗(yàn)，發(fā)送后數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)入睡眠模式。endprint

2 小米施肥種植

2.1 谷子的施肥原則

（1）有機(jī)物肥料和無(wú)機(jī)物肥料相結(jié)合。谷子在種植中可以加入有機(jī)肥，可以增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤理化性狀，提高土壤保水保肥能力，增強(qiáng)微生物活性，提高化肥利用率。因此，有機(jī)肥應(yīng)該是綠谷子的主要肥料。為了實(shí)現(xiàn)小米高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)，高效，要堅(jiān)持多種形式的有機(jī)肥投入，適量適量中，小量化肥，提高土壤肥力。（2）大量、中量、微量元素配合。綠谷子施肥技術(shù)的重要內(nèi)容是合理應(yīng)用各種營(yíng)養(yǎng)元素。人們必須重視氮磷鉀肥的合理配方施用，及時(shí)補(bǔ)充必要的硼，鋅等微量元素，以獲得高而穩(wěn)定的谷子產(chǎn)量。（3）用地和養(yǎng)地相結(jié)合。為了使土壤肥料的良性循環(huán)必須是由投入產(chǎn)出平衡形成的小米物質(zhì)和能源，必須堅(jiān)持土地利用與開(kāi)發(fā)相結(jié)合。如果土壤肥力被破壞或消耗，土壤的復(fù)壯能力和谷子的產(chǎn)量和質(zhì)量就會(huì)降低。（4）肥料使用要嚴(yán)格按照國(guó)家綠色食品肥料使用準(zhǔn)則標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行禁止使用未經(jīng)國(guó)家和省級(jí)農(nóng)業(yè)部門注冊(cè)的化學(xué)或生物肥料的綠色小米生產(chǎn)。嚴(yán)禁使用硝酸鹽肥料。

2.2 谷子的施肥技術(shù)

（1）谷子的需肥特點(diǎn)。谷子屬于耐瘠薄作物。要想獲得較高的產(chǎn)量，必須滿足谷子對(duì)養(yǎng)分需要。根據(jù)研究資料和近年來(lái)本區(qū)域谷子配方施肥“3414”肥效試驗(yàn)結(jié)果表明：谷子每生產(chǎn)100kg籽粒，約需從土壤中吸收純氮2.5kg、磷1.25kg、鉀1.75kg。谷子在整個(gè)生育期中，對(duì)氮素需要量較多，在幼苗期吸氮量占全生育期的2%～4%。拔節(jié)到孕穗期吸收量占全生育期的60%～80%。開(kāi)花到成熟期吸氮9%～30%，且在不同的產(chǎn)量水平下，谷子吸收氮的差異明顯。產(chǎn)量較高原因主要是土壤氮素供應(yīng)充足，這樣會(huì)使得植株生長(zhǎng)快，葉片功能期延長(zhǎng)，光合作用較強(qiáng)，干物質(zhì)積累多。尤其是需要有磷促進(jìn)和調(diào)節(jié)小米，磷足夠生長(zhǎng)，可以增強(qiáng)抗旱，抗寒，減少糧食，粒重，促進(jìn)早期熱量。小米還具有較強(qiáng)的吸鉀能力。籽粒鉀含量較高，鉀能提高莖稈韌性和抗倒伏能力，抗病蟲(chóng)害。硼鋅能加強(qiáng)谷子的一些重要生理功能，植株生長(zhǎng)茂盛，根系良好，籽粒飽滿。因此，在作物種植中，要注意氮，磷，鉀肥與硼，鋅等微量元素的適當(dāng)配位水平。（2）谷子的施肥量。根據(jù)土壤條件，土壤類型，土壤養(yǎng)分測(cè)試結(jié)果等，通過(guò)施肥生產(chǎn)綠色小米，然后根據(jù)土壤養(yǎng)分含量參考配方施肥建議，按照公式，小調(diào)整施肥原則被執(zhí)行了。

3 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)肥智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了小米生長(zhǎng)環(huán)境中溫濕度土壤水分的實(shí)時(shí)智能管理，大大降低了管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度?？茖W(xué)施肥是通過(guò)合理的施肥技術(shù)和施肥量獲得的作物，這樣的施肥技術(shù)具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。兩者從品質(zhì)上都能夠滿足要求，但是通過(guò)合理施肥種植的小米谷粒更為飽滿。

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