莓類漿果生長環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)研究

摘 要：莓類漿果生長環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)以ZigBee無線傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)、利用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計出能夠智能監(jiān)控莓類漿果生長的系統(tǒng)，同時把數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器、系統(tǒng)分析傳入的數(shù)據(jù)、再進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保證生長環(huán)境適合莓類漿果的種植生長。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種自動化監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠節(jié)省工作量，還有利于莓類漿果產(chǎn)量的提高。

關(guān)鍵詞：ZigBee;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);監(jiān)控系統(tǒng);數(shù)據(jù)擬合

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.079

計算機(jī)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智能化管理農(nóng)作物的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)專家和網(wǎng)絡(luò)工程師利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機(jī)通信技術(shù)對農(nóng)作物進(jìn)行智能化管理。在2009年我國開始“感知中國”建設(shè)，農(nóng)業(yè)智能化迅速發(fā)展起來，其中以智能化溫室大棚的建設(shè)最為突出[1]。農(nóng)業(yè)智能化的關(guān)鍵技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，它顛覆了人們對農(nóng)業(yè)的傳統(tǒng)觀念，目前很多“智能”大棚其實(shí)根本不算大棚，這些大棚需要工作人員記錄大棚環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后對其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，這不僅花費(fèi)大量的人力物力，而且有些數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，所以利用起來存在局限[2]。所以此次試驗(yàn)利用ZigBee無線傳輸技術(shù)、傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計出能夠智能監(jiān)控莓類漿果生長的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠全程檢測大棚的整體環(huán)境并自動記錄數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，能大大提高莓類漿果的種植產(chǎn)量和效率。

1 莓類漿果生長環(huán)境及莓類漿果大棚的系統(tǒng)組成

1.1 莓類漿果生長對環(huán)境因素的要求

第一，溫度對莓類漿果根系的影響，在10℃時根系逐漸活躍生長、新根開始形成，根系生長最適宜的溫度是15～20℃，20～26℃是莓類漿果地上長出部分的最適宜的溫度。

第二，莓類漿果比較喜水，土壤的相對含水量維持在70%左右有利于其正常生長。

第三，空氣濕度保持在80%以下更適合莓類漿果的生長。

第四，光照強(qiáng)度保持在2.5～6萬勒克斯能促進(jìn)莓類漿果的生長。

第五，CO2濃度以保持在550～750毫克/升為宜。

1.2 莓類漿果大棚的監(jiān)控系統(tǒng)基本組成

莓類漿果大棚的監(jiān)控系統(tǒng)主要組成部分為感知控制層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和服務(wù)層。光照強(qiáng)度傳感器、CO2濃度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、溫度傳感器共同組成感知控制層。服務(wù)層由物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和ZigBee通信技術(shù)共同組成，同時它們一起構(gòu)成服務(wù)器平臺。每個傳感器能夠感知大棚環(huán)境中的物理信號，ZigBee收集各個信號，再按照箭頭的指示方向從物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)傳遞到應(yīng)用服務(wù)層。

2 莓類漿果生長環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計

第一，硬件設(shè)計。土壤濕度傳感器用于土壤濕度測量模塊，它主要用于土壤濕度的測量，電磁波通過的介質(zhì)發(fā)生變化其頻率也隨之變化，傳感器利用電磁脈沖原理檢測土壤表觀介電常數(shù)，從而得到土壤容積含水量的數(shù)據(jù)，這種方法能夠連續(xù)進(jìn)行測定、具備寬量程和自動化的優(yōu)勢，而且更加安全。DHT11溫度傳感器用于空氣溫濕度測量模塊，能夠接入“一線總線”接口，其測量精度高達(dá)±0.5℃，它提高了數(shù)字型傳感器的干擾性，在惡劣環(huán)境中仍可適用。二氧化碳傳感器有三種：熱傳導(dǎo)二氧化碳傳感器，紅外二氧化碳傳感器和催化二氧化碳傳感器[2]。本次實(shí)驗(yàn)選用紅外二氧化碳傳感器，紅外二氧化碳傳感器運(yùn)用NDIR（非色散紅外）原理測量空環(huán)境中的二氧化碳，這種傳感器的優(yōu)勢是不依賴氧氣、選擇性強(qiáng)、可以測量可燃性氣體甚至爆炸性氣體中的二氧化化碳[2]。硅光伏探測器傳感器用于光照測量模塊，其優(yōu)勢在于對弱光的靈敏性很高、檢測區(qū)域范圍比較大、傳輸距離也很遠(yuǎn)，它具有較強(qiáng)的防水功能、安裝簡易方便，很多場所都可以選用這款傳感器，尤其是農(nóng)業(yè)大棚。

第二，軟件設(shè)計。此軟件將系統(tǒng)通電，再將每個模塊初始化，接著進(jìn)行I/O的設(shè)定;開啟WIFI，然后控制器分析和處理數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)儲存。利用WIF可將數(shù)據(jù)傳到安信可云平臺，工作人員可以在手機(jī)APP或者電腦上查看相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的莓類漿果生長環(huán)境監(jiān)測與控制方法

莓類漿果種植系統(tǒng)利用ZigBee無線傳輸技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將每個模塊收集的數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器平臺，這樣能夠做到實(shí)時監(jiān)控莓類漿果的生長情況、分析和處理傳輸數(shù)據(jù)、再將數(shù)據(jù)儲存，工作人員可以隨時對其進(jìn)行查看。

詳細(xì)分析如下：第一，服務(wù)器平臺構(gòu)建模型、擬合分析各個傳感器收集和傳輸過來的數(shù)據(jù)，這樣就建立了莓類漿果植物的最初生長數(shù)據(jù)庫;第二，綜合分析大量的傳輸數(shù)據(jù)、構(gòu)建最適宜莓類漿果生長的模型、同時將其儲存。模型中能夠反映出適合莓類漿果生長的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如果大棚環(huán)境中一旦某一因素不在最適宜數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，報警系統(tǒng)就會發(fā)出警報、手機(jī)APP和電腦會做出相應(yīng)改變，包括操作滴灌設(shè)備、遮陽板、空調(diào)、風(fēng)機(jī)和自動窗戶等農(nóng)用控制設(shè)備和光照強(qiáng)度傳感器、CO2濃度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、溫度傳感器等監(jiān)控設(shè)備。比如，如大棚環(huán)境溫度超出最適溫度范圍，遮陽板和自動窗戶就會打開，土壤濕度和空氣濕度降低時滴管設(shè)備會打開，智能莓類漿果種植系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了自動化管理。

4 結(jié)語

綜上所述，以ZigBee無線傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)、利用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的三層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠設(shè)計出智能監(jiān)控莓類漿果生長的監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過對莓類漿果的生長情況與各模塊收集的數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行比較能得出適合莓類漿果生長的最優(yōu)環(huán)境。本系統(tǒng)對莓類漿果采用實(shí)時監(jiān)控的方式并且將數(shù)據(jù)傳入平臺，工作人員可以在手機(jī)APP或者電腦上查看相關(guān)數(shù)據(jù)。通過長期測試，本系統(tǒng)安全性和精度都很高，而且能耗低、成本低，通過實(shí)時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析控制農(nóng)用控制設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備使大棚環(huán)境中各項(xiàng)指標(biāo)都在莓類漿果植物最適生長的范圍內(nèi)，這樣能保證莓類漿果的正常生長、克服環(huán)境對莓類漿果生長的影響、提高產(chǎn)量，從而增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文霞，王圓，張凱等.基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的智能農(nóng)業(yè)溫室大棚管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報，2016（06）：247-250.

[2]韋興龍，賀歡.基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的智能溫室大棚溫濕度檢測系統(tǒng)[J].技術(shù)與市場，2012（05）：16-17.

作者簡介：劉雁（1979-），女，山東人，碩士，講師，研究方向：控制技術(shù)與應(yīng)用。