智慧農(nóng)業(yè)園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

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［摘要］智慧農(nóng)業(yè)對環(huán)境檢測的需求，通過聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與無線傳感器技術(shù)相結(jié)合，由溫濕度傳感器隨時調(diào)整指示空氣濕度；由溫度傳感器了解植物的生長；由光傳感器整合數(shù)據(jù)并快速理解，去除周圍的除植物條件因素，根據(jù)所要求的最佳生長環(huán)境標準，從而自動調(diào)整設(shè)備，全面控制植物生長。

［關(guān)鍵詞］環(huán)境檢測；傳感技術(shù)；自動調(diào)節(jié)

1項目概述

1.1項目介紹

項目所在地覆蓋溧陽天目湖周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機基地，通過智能控制系統(tǒng)和高清攝像頭對農(nóng)業(yè)園內(nèi)的光照度、土壤溫濕度等進行實時監(jiān)控管理，并通過交換機與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)傳送，管理人員可使用設(shè)備對農(nóng)業(yè)園進行遠程管理。利用傳感器、無線技術(shù)系統(tǒng)監(jiān)測。園區(qū)土地面積約8000畝，種植品種包括：有機茶葉、時令水果等30余個品種。通過環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對土壤溫度、土壤含水率、光照度以及灌溉系統(tǒng)等與種植生產(chǎn)息息相關(guān)的參數(shù)的自動感知與調(diào)控。

1.2需求分析

目前，農(nóng)村或則大棚種植茶葉、水果、蔬菜等農(nóng)業(yè)產(chǎn)品都是靠人工去完成灌溉，施肥，檢測水土質(zhì)量等工作，此過程不僅消耗人力，而且所得到的數(shù)據(jù)也不準確，影響農(nóng)作物的生長過程，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可以利用傳感器技術(shù)，計算機網(wǎng)絡(luò)計算，電氣控制技術(shù)來完成相關(guān)種植參數(shù)的采集，通過檢測數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等過程，為農(nóng)作物在合適的時機完成灌溉、施肥等工作，使農(nóng)作物獲得更好的養(yǎng)分，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)保障，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化，目前，大多數(shù)茶葉，水果生產(chǎn)主要依靠手工專門的管理經(jīng)驗，缺乏系統(tǒng)的科學(xué)指導(dǎo)。設(shè)施栽培技術(shù)開發(fā)為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程具有深遠的影響。為解決城鄉(xiāng)居民消費結(jié)構(gòu)和農(nóng)民增收的問題，促進農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，智慧農(nóng)業(yè)的重要作用已占據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要地位。要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施，高水平和優(yōu)化生態(tài)環(huán)境治理設(shè)施，獲取信息的手段是最重要的關(guān)鍵技術(shù)。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的三個基本技術(shù)（傳感器技術(shù)，通信技術(shù)和計算機技術(shù)）的形成高度集成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個新的信息獲取與處理技術(shù)。

1.3項目目標

1.3.1對農(nóng)業(yè)園的各項參數(shù)進行評測（即土壤濕度調(diào)節(jié)、環(huán)境調(diào)節(jié)能力）。通過對這些參數(shù)的分析，可以實現(xiàn)：（1）農(nóng)業(yè)園的各項參數(shù)是否達到預(yù)計設(shè)計目標；（2）農(nóng)業(yè)園的環(huán)境參數(shù)是否可以滿足所需種植作物的生長環(huán)境需求。

2對于種植生長環(huán)境參數(shù)要求不嚴格的作物，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測，將環(huán)境參數(shù)記錄后分析，適當調(diào)整環(huán)境后，以便改善作物的生長環(huán)境

2.1設(shè)計方案

針對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)需求及本農(nóng)業(yè)園的實際情況，設(shè)計方案主要包括三部分：棚內(nèi)相關(guān)種植環(huán)境的數(shù)據(jù)收集部分包括土壤中含水量的監(jiān)測，空氣中氣體含量的檢測，監(jiān)控系統(tǒng)中視頻信號的檢測，各類信息傳輸系統(tǒng)等。園區(qū)設(shè)備的自動控制部分：包括灌溉，施肥過程的控制。園區(qū)內(nèi)采集的相關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)的與人工處理過程：包括信息平臺的信息，監(jiān)控中心信號的等功能。

2.1.1園區(qū)信息采集部分

此部分由空氣溫濕度傳感器，視頻監(jiān)控器，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，PC和電源模塊組成。傳感器節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，將采集到的數(shù)據(jù)沿著其他節(jié)點逐跳進行傳輸，傳輸?shù)斤@示模塊進行數(shù)據(jù)顯示。（1）空氣溫濕度傳感器在設(shè)計中，我們采用的溫度傳感器，檢測范圍在0-50℃，濕度傳感性器檢測范圍在30～90%，用于檢測設(shè)施農(nóng)業(yè)的空氣環(huán)境溫濕度。安裝在園區(qū)中空氣流通較好的遮陽處，一般根據(jù)分區(qū)的長度安裝1～4個不等。（2）土壤溫度及水分傳感器在此設(shè)計中，對于土壤相關(guān)參數(shù)的檢測采用了土壤溫度傳感器，檢測溫度的范圍在15～40℃，安裝在作物根部土壤中，用于檢測植物生長的整個過程，安裝是根據(jù)分區(qū)長度來劃分，一個分區(qū)安裝2-4個不等。（3）視頻監(jiān)控器對種植產(chǎn)品的區(qū)域以及公共區(qū)域?qū)崿F(xiàn)24小時的全程監(jiān)控，監(jiān)控得到的畫面通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心對所有監(jiān)控系統(tǒng)實施實時監(jiān)控，同時可以實時報警。（4）無線數(shù)據(jù)傳輸模塊無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由具備各種感知功能的無線傳感器，中心節(jié)點，無線網(wǎng)關(guān)（轉(zhuǎn)WiFi）等組成，主要負責園區(qū)內(nèi)部溫度、濕度和土壤含水量等數(shù)據(jù)的采集和控制命令的轉(zhuǎn)發(fā)。

2.1.2園區(qū)設(shè)備的自動控制部分

（1）自動施肥系統(tǒng)系統(tǒng)運行時，各個進水管與肥液罐的電磁閥通過控制器開啟控制，肥液由輸出閥輸送至混肥液儲存罐與灌溉用水混合，當肥液儲存罐液位達到要求時，通過肥液泵輸送至混肥管道，灌溉施肥時電磁閥開啟，充分混合后的肥液輸送至灌溉系統(tǒng)主管道并輸送進大田作物，對農(nóng)作物進行灌溉與施肥。當肥水混合液中EC值或PH值過高，肥水采樣器采樣得到數(shù)值高于控制器內(nèi)部控制程序設(shè)置的作物生長適合濃度數(shù)值的時候，控制器控制相應(yīng)肥液罐電磁閥關(guān)閉，肥液儲存罐內(nèi)的肥液被主管道內(nèi)的灌溉用水進行稀釋。（2）灌溉控制子系統(tǒng)農(nóng)作物的灌溉系統(tǒng)設(shè)計利用了PLC技術(shù)為核心，控制電機的自動啟停，土壤中安裝了土壤濕度傳感器，用于采集土壤的濕度，如果土壤的濕度大于目標值，自動關(guān)閉灌溉閥門，低于如低于設(shè)定目標值，則自動打開灌溉閥門，同時采用了變頻器控制灌溉、施肥以及噴藥實施恒壓與壓力調(diào)節(jié)控制。

3上位機軟件設(shè)計

上位機通過用戶界面輸入控制指令，并且實時監(jiān)控系統(tǒng)工作，還可以查詢系統(tǒng)信息等。并且根據(jù)滴灌施肥過程中對施肥參數(shù)的控制需要，從而編寫軟件程序。實施效果：通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對如溫度、濕度、氣體濃度、光照度等與種植生產(chǎn)息息相關(guān)的參數(shù)的自動感知與調(diào)控，通過手動與自動控制的結(jié)合使用，營造出綠色、健康的生長與種植環(huán)境，以及良好的網(wǎng)絡(luò)交互，實現(xiàn)更好的社會效益。該系統(tǒng)的運行還擁有一下用處：

參考文獻

[1]石復(fù)習(xí)，鄒志勇.農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)檢測WSN網(wǎng)關(guān)設(shè)計[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（23）：12923-12924.

[2]趙靜，王巖，楊淼，等.物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)病蟲災(zāi)害中的應(yīng)用[J].通信技術(shù)，2010，11（43）：49-51.

作者：王磊 單位：正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系