一種農(nóng)業(yè)遙感灌溉技術(shù)優(yōu)化探討

【摘要】農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)國(guó)家的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。在中國(guó)，大約60%的人口從事農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。特別是我國(guó)中西部地區(qū)農(nóng)業(yè)的問(wèn)題一直阻礙其發(fā)展。解決這個(gè)問(wèn)題的有效辦法是通過(guò)相關(guān)技術(shù)使現(xiàn)有的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方法現(xiàn)代化，旨在使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化自動(dòng)化和利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。應(yīng)用層面包括基于智能GPS的遙控網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器人執(zhí)行除草、噴灑、水分感應(yīng)、鳥類和動(dòng)物驚嚇等任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè) ?智能化 ?物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

一、背景介紹

農(nóng)業(yè)被認(rèn)為是人類生活的基礎(chǔ)，因?yàn)樗羌Z食和其他食物的主要來(lái)源。它對(duì)國(guó)家的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。它還給人民提供了大量的就業(yè)機(jī)會(huì)。對(duì)于一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)是發(fā)展經(jīng)濟(jì)的必要條件。然而普遍的情況是，許多農(nóng)民仍然使用傳統(tǒng)的耕作方法導(dǎo)致農(nóng)作物和水果的產(chǎn)量相對(duì)低下。但是無(wú)論自動(dòng)化在哪里被實(shí)施，人類被自動(dòng)化機(jī)械取代，產(chǎn)量普遍會(huì)提高。因此，為了為解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的問(wèn)題提供解決方案，有必要開發(fā)構(gòu)思一個(gè)綜合系統(tǒng)。它將處理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個(gè)階段的問(wèn)題，如種植、收獲以及收獲后的儲(chǔ)存。因此本文提出用于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)以及提供控制的靈活性。本文旨在使用自動(dòng)化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使農(nóng)業(yè)變得智能化。

二、常用遙感灌溉技術(shù)介紹

為改善農(nóng)民的生活，有人進(jìn)行了一些研究嘗試，它為使用技術(shù)的灌溉系統(tǒng)提供了幫助，并提高了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。遙感和控制灌溉系統(tǒng)面向變量的分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)施提升灌溉速率，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，控制定點(diǎn)精密直線移動(dòng)灌溉系統(tǒng)。在用水最少的情況下，最大限度地提高生產(chǎn)力，這由美國(guó)人奇米開發(fā)。系統(tǒng)描述了有關(guān)可變速灌溉的設(shè)計(jì)和儀器，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)傳感和使用適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行控制。整個(gè)系統(tǒng)使用五個(gè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器站開發(fā)，收集數(shù)據(jù)并使用Global將其發(fā)送到基站。必要時(shí)，定位系統(tǒng)（GPS）根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)控制灌溉。系統(tǒng)提供低成本無(wú)線解決方案以及遠(yuǎn)程解決方案控制精確灌溉。

在有關(guān)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中，研究人員測(cè)量了土壤相關(guān)參數(shù)，如溫度和濕度。傳感器被放置在通過(guò)使用有效的通信協(xié)議提供非常低的工作負(fù)載循環(huán)，從而增加土壤監(jiān)測(cè)的壽命系統(tǒng)。該系統(tǒng)是用單片機(jī)開發(fā)的，通用異步收發(fā)器（UART）傳輸時(shí)的接口和傳感器每小時(shí)采樣和緩沖數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)和然后檢查狀態(tài)消息。系統(tǒng)的缺點(diǎn)是的成本較高以及傳感器的部署在土壤里面會(huì)引起射頻信號(hào)的衰減。

三、改良型奇米遙感灌溉系統(tǒng)架構(gòu)

（一）遠(yuǎn)程機(jī)器人

第一部分是基于GPS的可控制移動(dòng)機(jī)器人。人們能遠(yuǎn)程使用計(jì)算機(jī)對(duì)它進(jìn)行編程，以便在使用GPS模塊給出的坐標(biāo)用機(jī)器人進(jìn)行野外作業(yè)。遙控機(jī)器人有各種傳感器和攝像頭、障礙物傳感器、警報(bào)器、切割器、噴霧器等設(shè)備，使用這些設(shè)備，它將執(zhí)行如下任務(wù)：保持待命、鳥和動(dòng)物的驚嚇、除草和噴灑農(nóng)藥等。

（二）智慧倉(cāng)庫(kù)

第二部分將是倉(cāng)庫(kù)。它由運(yùn)動(dòng)探測(cè)器，光傳感器，濕度傳感器，溫度傳感器，房間加熱器、冷卻風(fēng)扇與微控制器連接。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器將檢測(cè)倉(cāng)庫(kù)大門進(jìn)出人們的走動(dòng)，以保證倉(cāng)庫(kù)的安全。它將向用戶發(fā)送警報(bào)信號(hào)，從而提供盜竊檢測(cè)。溫度傳感器和濕度傳感器感應(yīng)穿過(guò)入口空氣的溫度和濕度值，房間加熱器或冷卻風(fēng)扇將自動(dòng)開啟或者關(guān)閉，提供溫度以及保持濕度。此外還將控制第三部分的系統(tǒng)。根據(jù)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)用泵輸送。

（三）智能灌溉單元

第三部分是一個(gè)智能灌溉單元，具有以下功能：基于實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的水泵控制，即達(dá)到以下條件后自動(dòng)打開/關(guān)閉泵：自動(dòng)模式下保持所需土壤濕度平衡，通過(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程泵開/關(guān)模式切換水手動(dòng)或自動(dòng)，持續(xù)監(jiān)測(cè)土壤濕度。在第三部分中，濕度傳感器使用無(wú)線網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，編碼器和射頻發(fā)射器。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是由第二部分接收，在那里由處理單片機(jī)控制水泵的運(yùn)行。

四、總結(jié)

三個(gè)部分所有的傳感器和微控制器成功與Raspberry PI和無(wú)線接口實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信。這是一個(gè)一體化的綜合方案，解決了田間活動(dòng)，灌溉使用遙控的問(wèn)題和存儲(chǔ)問(wèn)題。通過(guò)機(jī)器人、智能灌溉系統(tǒng)和智能倉(cāng)庫(kù)分別執(zhí)行指令，最終有助于改善農(nóng)作物產(chǎn)量和降低勞動(dòng)成本。

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作者簡(jiǎn)介：郎朗（1983-），男，漢族，重慶市萬(wàn)州區(qū)人，碩士，重慶三峽職業(yè)學(xué)院講師，主要研究方向：電子信息。