基于物聯(lián)網(wǎng)的甘薯貯藏環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研究

趙思萌 徐踐 張娜

摘要 采用硬件與軟件相互結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)硬件部分由溫度傳感器、濕度傳感器、STM32單片機(jī)、3G通訊模塊等組成。硬件部分實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸功能。軟件部分是使用Python語言在開發(fā)平臺上完成系統(tǒng)平臺的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互效果。其中系統(tǒng)平臺和溫濕度采集器之間通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，同時將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，當(dāng)用戶查看時則會以網(wǎng)頁的形式展現(xiàn)給用戶，使得用戶更方便的監(jiān)測溫地窖內(nèi)環(huán)境參數(shù)，并兼顧搜索數(shù)據(jù)與導(dǎo)出數(shù)據(jù)的功能，實(shí)現(xiàn)對甘薯貯藏庫的良好監(jiān)測。

關(guān)鍵詞 甘薯；溫濕度傳感器；環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號 S126 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）08-0224-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.08.059

Abstract A design scheme was adopted with the combination of hardware and software. The hardware part of the system consists of temperature sensor， humidity sensor， STM32 MCU， 3G communication module and so on. The hardware part realizes the functions of data collection， processing and transmission. The software part uses the Python language to complete the development of the system platform on the development platform， achieving good humancomputer interaction effects. The data between the system platform and the temperature and humidity collector are transmitted through the TCP/IP protocol， and the data are stored in the database. The data are displayed to the user in the form of a webpage， so that the users can monitor the Internal environment parameters more conveniently. Taking into account the function of searching data and exporting data， we achieve good monitoring of sweet potato storage.

Key words Sweet potato；Temperature and humidity sensor；Environmental monitoring system；Internet of Things

甘薯（Ipomonea batatas Lam.）屬旋花科甘薯屬，是具有蔓生習(xí)性的一年生或多年生草本植物[1]。我國甘薯采后的儲藏技術(shù)主要為地窖、井窖、大屋窖、棚窖等傳統(tǒng)的方式，但是國內(nèi)的甘薯儲藏技術(shù)還有不夠完善的地方，如機(jī)械冷庫商業(yè)化、規(guī)?；娜Σ馗适磉€尚未成功。我國甘薯入庫前大多都會采用福爾馬林、多菌靈等農(nóng)藥進(jìn)行噴灑消毒。這種傳統(tǒng)的儲存方式存儲的甘薯品質(zhì)會降低，有時候甚至?xí)癄€，如果環(huán)境被農(nóng)藥污染嚴(yán)重，可能還會對甘薯造成二次感染，這樣會使得脫毒的種子甘薯造成感染，影響甘薯的出牙率和質(zhì)量[2]。農(nóng)民普遍選擇利用地窖貯藏，其成本低，但極易腐爛、風(fēng)險(xiǎn)大，無法對窖內(nèi)進(jìn)行溫度控制，特別是出現(xiàn)腐爛時無法挽救，從而造成嚴(yán)重?fù)p失[3]。

因此，開發(fā)一套能夠?qū)崟r監(jiān)測地窖內(nèi)環(huán)境溫濕度的硬件設(shè)配具有重要意義。同時，開發(fā)一個能夠?qū)崟r顯示地窖內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)的平臺也是必不可少的。當(dāng)農(nóng)民通過手機(jī)或網(wǎng)頁看到當(dāng)前地窖內(nèi)環(huán)境溫度過高時，可進(jìn)行及時的作業(yè)，保證地窖內(nèi)的溫度在適合貯藏甘薯的范圍內(nèi)。鑒于此，筆者介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的甘薯貯藏環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能和系統(tǒng)測試。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的甘薯貯藏環(huán)境監(jiān)控

1.1 功能設(shè)計(jì)

存放甘薯地點(diǎn)的環(huán)境因素對甘薯的良好存放起著決定性的作用，因此采集環(huán)境的溫度值和濕度值十分必要。當(dāng)接收到傳感器傳輸過來的數(shù)據(jù)之后，還需要一個平臺來反饋相應(yīng)的內(nèi)容。甘薯溫濕度數(shù)據(jù)采集平臺正是為了展示在甘薯庫得到的溫度、濕度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，提供實(shí)時的檢測情況，幫助人們更加快速地了解甘薯所處的環(huán)境，從而更好地了解甘薯的貯藏條件。根據(jù)對數(shù)據(jù)的分析以及匯總，確定平臺需求，甘薯溫濕度數(shù)據(jù)采集平臺主要包括了以下功能：搜索功能以及數(shù)據(jù)的導(dǎo)出功能。該平臺的功能框架如圖1所示。

1.1.1 展示功能設(shè)計(jì)。

在傳感器得到數(shù)據(jù)之后，用戶并不能直接地得到所需要的數(shù)據(jù)。展示功能實(shí)現(xiàn)了對傳感器傳輸?shù)脕淼男畔⒌恼故?，可以讓用戶能夠一目了然地了解?dāng)前或者某一時段甘薯存儲的溫濕度信息。

1.1.2 搜索功能設(shè)計(jì)。

傳感器得到的數(shù)據(jù)繁多復(fù)雜，用戶在瀏覽過程中需要對所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總，有選擇性地進(jìn)行數(shù)據(jù)的對比。平臺實(shí)現(xiàn)的搜索功能可以按照不同的時間和不同的設(shè)備來確定瀏覽相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。通過搜索功能得到的數(shù)據(jù)可以更加清晰地展示在具體某一時段的溫濕度信息，或者展示在某一設(shè)備處相應(yīng)的溫濕度信息，這也讓用戶更加直觀、清晰地了解到甘薯的貯藏信息。

2.4 導(dǎo)出功能實(shí)現(xiàn)

3 系統(tǒng)測試

3.1 溫濕度采集器測試

為了驗(yàn)證溫濕度采集器所采集到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)準(zhǔn)備了干濕球、不同型號和材質(zhì)的溫度計(jì)、電子溫濕度計(jì)。將其放置于溫濕度采集器的近似位置，每當(dāng)平臺上進(jìn)行一次數(shù)據(jù)的更新，就進(jìn)行一次人工讀數(shù)和記錄，共記錄數(shù)據(jù)1 000余條。所記錄的人工讀取的數(shù)據(jù)均與平臺數(shù)據(jù)近似，誤差值在3%～5%[17]。

按照每10 min上傳1次數(shù)據(jù)計(jì)算，10 d共計(jì)導(dǎo)出數(shù)據(jù)1 440條，導(dǎo)出最近10 d的數(shù)據(jù)到Excel表格中。測試結(jié)果顯示為1 440條數(shù)據(jù)，說明傳感器沒有漏傳數(shù)據(jù)的現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 系統(tǒng)平臺測試

甘薯儲藏環(huán)境溫濕度的監(jiān)測系統(tǒng)的軟件完成之后并進(jìn)行了測試。傳感器通過3G模塊把檢測到的溫濕度數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫中存儲，并通過前端界面進(jìn)行顯示，時間間隔為10 min，此模塊無漏數(shù)據(jù)現(xiàn)象，且數(shù)據(jù)能夠正常顯示；為了方便存儲及其他應(yīng)用，數(shù)據(jù)可以以表格的方式導(dǎo)出，便于以后的研究，導(dǎo)出數(shù)據(jù)無異?，F(xiàn)象；在平臺的日歷上直接選擇日期，然后搜索出某個時間段內(nèi)需要查詢的溫濕度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確顯示查詢期間內(nèi)的所查數(shù)據(jù)。經(jīng)過簡單的功能測試后驗(yàn)證了此平臺的采集和顯示數(shù)據(jù)、導(dǎo)出、按照日期搜索的功能全部能夠正常執(zhí)行，平臺運(yùn)行穩(wěn)定。

4 總結(jié)與展望

通過將物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)、自動化監(jiān)測等技術(shù)應(yīng)用于存儲甘薯環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測，設(shè)計(jì)了甘薯存放環(huán)境數(shù)據(jù)管理平臺。通過對硬件、軟件的設(shè)計(jì)，可實(shí)時采集甘薯存放環(huán)境中的空氣溫度、濕度。并根據(jù)需要的適宜存放甘薯的溫濕度來及時地人為調(diào)控，有助于大規(guī)模的更好管理存放甘薯，提高甘薯存放的質(zhì)量，并且也有助于甘薯存儲研究的發(fā)展。

甘薯存儲環(huán)境數(shù)據(jù)管理平臺，實(shí)現(xiàn)了對實(shí)時監(jiān)測的溫濕度數(shù)據(jù)的記錄、存儲、查詢、導(dǎo)出等功能，可以更好地有助于用戶不受地域的限制實(shí)時監(jiān)測溫濕度，當(dāng)溫濕度不在限定之內(nèi)時，可以及時的調(diào)節(jié)。該平臺利用傳感器對當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行檢測，然后傳到平臺上。經(jīng)過測試，傳感器所得參數(shù)正常，傳輸也較快速準(zhǔn)確，完成了相應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。

在今后的研究中，還可以加入二氧化碳傳感器，對環(huán)境進(jìn)行進(jìn)一步的監(jiān)測，使相應(yīng)的數(shù)據(jù)更全面、分析更準(zhǔn)確[18]。此外，還可以向自動化方向發(fā)展，使農(nóng)戶在發(fā)現(xiàn)存儲問題之后，用機(jī)器控制就可以實(shí)現(xiàn)對貯藏環(huán)境的改變，而不是要親自去調(diào)整等，使得甘薯貯藏環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)更為人性化、自動化。

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