基于無線傳感網(wǎng)技術(shù)的馬鈴薯晚疫病實時監(jiān)測系統(tǒng)研究

李庚 董娜

摘 要：馬鈴薯是自治區(qū)的重要經(jīng)濟作物，晚疫病是影響其產(chǎn)量的主要病害，該病害具有典型的氣候型流行性，溫、濕度是決定發(fā)病的關(guān)鍵因素，通過監(jiān)測種植區(qū)域環(huán)境，預測病害已成為研究熱點，但監(jiān)測點分布密度、信息采集實時性、病害預測準確性有待進一步提升。本項目利用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建一種分布廣、監(jiān)測點密度大的實時無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)，持續(xù)監(jiān)測、記錄作物生長環(huán)境溫、濕度情況，在達到CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型對致病疫霉侵染條件時，進行晚疫病疫情預警信號輸出，對準確、及時監(jiān)測馬鈴薯晚疫病發(fā)病有重要的意義。

關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng)技術(shù);馬鈴薯;晚疫病

【中圖分類號】G【文獻標識碼】B【文章編號】1008-1216（2020）01B-0111-03

馬鈴薯在我國是第四大糧食作物，內(nèi)蒙古自治區(qū)是馬鈴薯的主產(chǎn)區(qū)之一馬鈴薯，同時馬鈴薯也是內(nèi)蒙古的主要農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物。馬鈴薯晚疫病是種植過程中危害最大的病害，該病害是一種典型的氣候型流行性病害，濕度、溫度是決定該病發(fā)生流行的關(guān)鍵因素，通過無線傳感網(wǎng)對作物生長環(huán)境的溫、濕度進行大范圍、多點遠程持續(xù)監(jiān)測、記錄，可以對馬鈴薯晚疫病的疫情爆發(fā)實現(xiàn)監(jiān)測、預警，對防止馬鈴薯晚疫病蔓延，避免產(chǎn)量損失有重要作用。

一、研究意義及國內(nèi)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析

本文旨在研究一種基于低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建無線傳感網(wǎng)對馬鈴薯晚疫病流行氣候條件進行監(jiān)測的系統(tǒng);本文針對在內(nèi)蒙古自治區(qū)馬鈴薯種植范圍廣、規(guī)模大以及田間小氣候環(huán)境復雜多樣，難以根據(jù)氣象預報準確監(jiān)測、預報晚疫病中心病株產(chǎn)生，導致病情時有暴發(fā)流行的問題，對基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的馬鈴薯晚疫病無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)進行研究;基于ESP8266WIFI無線網(wǎng)絡(luò)芯片的低功耗、低價格等優(yōu)勢，在馬鈴薯種植區(qū)域進行大范圍、高密度布控，持續(xù)監(jiān)測、記錄作物生長環(huán)境溫、濕度情況，在達到CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型對致病疫霉侵染條件時，進行晚疫病疫情預警信號及時、準確輸出，提醒農(nóng)戶及時進行病害防治，避免產(chǎn)量損失;也可以對病害防治用藥提供參考指標，準確用藥，節(jié)省灑藥成本，降低致病菌產(chǎn)生抗藥性風險。本文所研究的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的馬鈴薯晚疫病無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)，可比較完善地解決馬鈴薯大規(guī)模種植區(qū)域晚疫病爆發(fā)、流行條件及時、準確監(jiān)測的問題，同時對其他智慧農(nóng)業(yè)、作物生長情況遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究也具有重要意義。

本文提出了一種WIFI無線傳感網(wǎng)構(gòu)建，馬鈴薯種植區(qū)域溫、濕度遠程、多點實時監(jiān)測、記錄，上位機監(jiān)測、分析界面設(shè)計開發(fā)等技術(shù)問題。

近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)與智慧農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)等技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)對農(nóng)作物病害實時監(jiān)測系統(tǒng)、作物生長情況監(jiān)測、分析系統(tǒng)等方面的研究較為廣泛。

具體到時馬鈴薯晚疫病實時監(jiān)測的研究與實踐方面，相關(guān)的研究課題有一是關(guān)于的馬鈴薯晚疫病CARAH預警模型在我國的應(yīng)用及評價，在CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型下針對作物生長環(huán)境溫、濕度進行連續(xù)監(jiān)測、分析，較為準確地預測了中心病株地出現(xiàn)，為馬鈴薯晚疫病無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)對病害監(jiān)測提供了切實可行的監(jiān)測方法。同時，該研究指出了現(xiàn)有田間傳感設(shè)備開機時間對監(jiān)測準確性的影響，本課題研究的基于Zigbee技術(shù)的馬鈴薯晚疫病無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)功耗低，可以長時間連續(xù)工作，對增加監(jiān)測準確性有積極作用。二是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在馬鈴薯晚疫病防控中的應(yīng)用實踐，針對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的特點，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點進行了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的可行性分析，特別針對馬鈴薯晚疫病的監(jiān)測提出了一種應(yīng)用模型構(gòu)想，但沒有針對監(jiān)測系統(tǒng)進行具體研究。但是自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)在馬鈴薯晚疫病防控中的應(yīng)用，針對面積較小、光照條件均勻的兩塊實驗田進行病害生物監(jiān)測與發(fā)病環(huán)境監(jiān)測間的準確度對比，研究結(jié)果顯示通過對發(fā)病環(huán)境監(jiān)測預報病害發(fā)生有一定的局限性，需結(jié)合實際種植環(huán)境的氣候條件調(diào)整預警模型以提高準確率，這一課題為本課題研究的檢測系統(tǒng)如何適應(yīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)不同馬鈴薯種植區(qū)域氣候條件提供了研究基礎(chǔ)。在Zigbee無線傳感網(wǎng)技術(shù)條件下如何建立一種實時、準確的馬鈴薯晚疫病監(jiān)測系統(tǒng)，對晚疫病疫情預警信號輸出，防止馬鈴薯晚疫病蔓延的危害，減少產(chǎn)量損失將會是新的發(fā)展趨勢，也是本文重點解決的問題。

二、研究目標和研究內(nèi)容

馬鈴薯是內(nèi)蒙古自治區(qū)的主要經(jīng)濟作物，種植規(guī)模較大，但因田間小氣候環(huán)境復雜多變、難以準確監(jiān)測導致晚疫病時有發(fā)生，造成較大的經(jīng)濟損失。在晚疫病防止過程中通過對作物生長環(huán)境溫、濕度連續(xù)監(jiān)測可較為準確地預測中心病株出現(xiàn)，對病害及時防治、避免損失。

在物聯(lián)網(wǎng)與智慧農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)等技術(shù)快速發(fā)展的背景下，國內(nèi)對運用物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在植物生長情況監(jiān)測、病蟲害監(jiān)測等方面進行了廣泛的研究，均取得了較好的經(jīng)濟效果。對馬鈴薯晚疫病發(fā)病溫、濕度條件監(jiān)測模型在疫病預測準確性方面的研究已取得了較大的成果，多地實驗數(shù)據(jù)表明使用CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型，可通過對馬鈴薯生長環(huán)境溫、濕度連續(xù)監(jiān)測，準確預測晚疫病中心疫株出現(xiàn)，準確率高達90%以上。

在此基礎(chǔ)之上，應(yīng)用無線傳感網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建針對馬鈴薯生長環(huán)境的大范圍、高密度、多點溫、濕度無線傳感網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型，可進一步提升馬鈴薯晚疫病監(jiān)測的實時性、準確性。同時，為馬鈴薯晚疫病及時準確用藥、減少用藥次數(shù)、節(jié)省成本、降低病菌耐藥性風險提供了有效的手段。值得一提的是，對基于無線傳感網(wǎng)技術(shù)的無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)在馬鈴薯晚疫病監(jiān)測、預警中的應(yīng)用研究，本系統(tǒng)尚屬首創(chuàng)。

三、具體實現(xiàn)方法

1.無線傳感網(wǎng)絡(luò)終端主要程序設(shè)計。

#include

#include<51_DHT21.h>

#include

#include

unsigned char hjsd[4];

void main（void）

{

chushihua（）;? ? ? ? ?//串口初始化函數(shù)

hjsd[0]='H';hjsd[1]='H'; //傳輸數(shù)據(jù)的頭標記。

while （1）

{

RH（）;

hjsd[2]=0x30+U8RH_data_H/10;

hjsd[3]=0x30+U8RH_data_H%10;

UART_Send_Str（tp）;

Delay（20000）; //間隔大約兩秒發(fā)送一次。

}

}

2.服務(wù)器端界面設(shè)計。

3.手機端App設(shè)計。

經(jīng)實際測試，本文所研究的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的馬鈴薯晚疫病無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)可對作物生長環(huán)境進行大范圍、高密度布控，持續(xù)監(jiān)測、記錄作物生長環(huán)境溫、濕度情況，在達到CARAH馬鈴薯晚疫病預警模型對致病疫霉侵染條件時，能及時進行晚疫病疫情預警信號并準確輸出的監(jiān)測系統(tǒng)。

課題編號：PGPJ1801 內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學院院級重點課題。

參考文獻：

[1]黃沖.馬鈴薯晚疫病CARAH預警模型在我國的應(yīng)用及評價[J].植物保護，2017，（4）.

[2]趙中華，車興壁，張君.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在馬鈴薯晚疫病防控中的應(yīng)用實踐[J].中國植保導刊，2015，（7）.

[3]冀若嵐.自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)在馬鈴薯晚疫病防控中的應(yīng)用[J].陜西農(nóng)業(yè)科學，2017，（6）.

[4]周躍佳，潘啟明.基于ZigBee的室內(nèi)盆花自動澆灌控制系統(tǒng)設(shè)計[J].節(jié)水灌溉，2016，（7）.

[5]黃沖，劉萬才.近年我國馬鈴薯病蟲害發(fā)生特點與監(jiān)控對策[J].中國植保導刊，2016，（6）.