基于農業物聯網技術的農業種植環境監控系統設計與實現

龔燕飛，聶宏林

（1.陜西職業技術學院 陜西 西安 710100；2.陜西中圣環境科技發展有限公司 陜西 西安 710100）

基于農業物聯網技術的農業種植環境監控系統設計與實現

龔燕飛1，聶宏林2

（1.陜西職業技術學院 陜西 西安 710100；2.陜西中圣環境科技發展有限公司 陜西 西安 710100）

為了探究基于農業物聯網技術的農業種植環境監控系統設計與實現問題。主要通過分析農業物聯網技術應用，分析設計農業種植環境監控系統需求，從而優化設計實現農業物聯網技術下的農業種植環境監控系統。結果證實，在農業物聯網技術基礎上，設計實現農業種植環境監控系統，可以提升系統應用性能，降低農業種植成本、提高效能，達到28.0%，發揮積極應用價值。

環境監控系統；農業種植；農業物聯網技術；設計

運用物流網技術，設計實現農業種植監控系統，有助于實現在農業種植園區內，進行自動化的信息檢測、控制，發揮積極影響。實際中，可以通過配備相關無線傳感節點，并應用現代化農業物聯網技術，控制調控農業種植環境負荷參數，確保農業種植環境監控落到實處，提升系統設計質量。以下對此做具體分析。

1　農業物聯網技術

物聯網在農業中的應用，就是可以將采集的數據，經相關分析后，進行農業全自動監控，可以自動管理農業種植中的灌溉、施肥、噴藥等環境監控操作。用時，對于農業物聯網技術之中，采取中央控制柜以及多節點的數據采集部分，構成一個分布式的物聯網控制網絡,可以靈活拓展、管理物聯網數據信息［1-3］。將物聯網技術實現農業控制過程中，可以通過傳感器來實時的采集一些農業相關的溫度、濕度以及光照等參數，對于其進行管理［4］。放棄在農業領域中，物聯網技術應用廣泛［5］。在實際農業種植環境監控系統設計實現中，用物聯網的技術，可以去提高農業工作效率，發揮著極大的應用技術優勢［6］。

2　設計需求分析

基于農業物聯網監測技術下，設計農業種植監控系統，需要實現系統的實時遠程監控功能，可以及時獲取溫室大棚內部的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強度及視頻圖像，通過模型分析，能夠遠程以及自動控制農業環境中的濕簾風機、內外遮陽、噴淋滴灌以及加溫補光等設備，以便可以保證溫室農業種植大棚內環境適宜作物的生長，為農業種植創造條件［7］。同時，該系統還可以通過手機、PDA以及計算機等信息終端，推送實時農業環境監測信息以及預警信息，充分發揮物聯網技術的應用需求［8-12］。

3　設計實現基于農業物聯網技術的農業種植環境監控系統

3.1系統總體結構設計

農業種植環境監控系統設計中，系統終端，采用智能模塊化軟件設計，內部I2C總線結構，軟、硬件擴充性能好，可靠性高，抗干擾能力強；安裝、調試及維修方便，可在強電磁干擾等惡劣環境下長期可靠地工作。其設計總體結構如圖1所示。

圖1　該系統的總體結構

對于農業種植環境監測系統中，其物聯網技術中，主要可包括傳感終端以及通信終端，還包括無線傳感網、監控中心以及應用平臺等部分組成。其主要的農業物聯網拓撲如圖2中所示。

圖2　系統的拓撲結構

1）傳感終端

對于該模塊，可以監控農業種植環境，對其空氣濕度、土壤的水分溫度等環境多點參數進行傳輸，以指導農業種植生產。

2）建設通信終端以及傳感網絡

可以通過感知農業種植的相關傳感數據，同時結合通信網絡模塊，將其環境信息參數傳輸到系統的控制部分中，實現其數據交互。

3）控制終端

對于該模塊設計中，可以通過GPRS模塊與系統的管理監控中心進行連接［13］，對農業種植環境進行調節?？梢钥刂七M行內遮陽、風機、頂部通風等控制操作。

4）視頻監控系統

可以對農業種植環境進行視頻監控，實時遠程監控農業種植環境，還可以確保用戶遠程的訪問農業種植環境圖像。

5）監控中心

在該系統設計中，其監控中心中，主要可以由多業務綜合光端機、數據服務器、顯示系統等組成，可以對整個農業種植園區進行管理，并可以對農業種植成果進行展示。

6）應用軟件平臺

在農業種植環境監控系統中，可以通過該應用軟件平臺，能夠將農業種植的土壤信息感知設備以及空氣環境監測備，結合外部的氣象感知設備、視頻信息感知等設備，統一存儲其設備感知數據，并可同時對其進行相關的處理與挖掘，根據農業物聯網技術，基于系統的中央控制智能決策，生產有效的操作指令［14］，從而可以智能化的控制農業種植氣候環境，為農業作物的生長提供好的環境。

3.2系統功能設計

對于該系統設計中，其主要功能如表1所示。

3.3系統硬件設計

在該系統設計中，其單機控制設備，如表2所示。

集群控制設備 ，如表3所示。

直流模擬量輸入：4路。包括傳感器互聯，采集壓力，流量、溫度等信號。

數字量輸入：2路。用于開關信號檢測，如門禁開關。

數字量信號正確率：≥99.5%。

模擬量合格率：≥99.5%。

模擬量綜合誤差：≤0.5%。

實時時鐘：誤差≤0.12 s/h。

靜態功耗：≤12V/1 mA。

環境溫度：-35℃～+70℃。

相對濕度：＜90%。

大氣壓力：86～106 kpa，66～110 kpa。

濕度傳感器各項參數如下：

采用通DX-S2型土壤濕度傳感器，測量參數 土壤容積/重量含水率θ

量 程4～50%（絕對重量含水率）

精度誤差不超過2%

響應時間 響應在1秒內進入穩定

工作環境-30℃～+55℃

工作電壓4.5～5.5VDC，典型值5.0VDC

工作電流50 mA

輸出信號0～2.5 V

4　應用效益分析

在本次研究中，可以基于農業物聯網技術，設計出農業種植環境監控系統，有助于實現對農業生產中所有基地中職測試點的環境監控工作，可以獲取、管理環境信息，并且也可以動態顯示種植環境圖像、數據，并對其進行分析處理。在農業物聯網技術基礎上，設計實現農業種植環境監控系統，可以提升系統應用性能，降低農業種植成本、提高效能，達到28.0%。通過運用物聯網技術，有助于實時的采集農業種植過程中大棚環境內的空氣溫度、濕度以及光照、土壤水分等相關數據參數，并且也可以根據農業中的作物實際生長需要，實時的進行環境管理，可以通過自動開啟以及關閉功能服務功能，調節該系統監控下的農業種植環境，發揮積極應用效益。

表1　系統功能設計

表2　物聯網單片機設備

5　結論

表3　物聯網系統集群控制設備

綜上所述，在農業種植環境監控系統設計中，可以應用農業物聯網技術，有助于細化實際中的農業種植工作，設計出的系統有更高的可靠性，且系統的適應性也更高，節能環保，可循環使用，進而降低農業種植成本、提高效能。

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The design and implementation of agricultural planting environment monitoring system based on the technology of Agricultural Internet of things

GONG Yan-fei1,NIE Hong-lin2
（1.Shaanxi Vocational&Technical College，Xi'an 710100,China；2.Shaanxi Zhongsheng Environmental Technology Development Co.，Ltd.，Xi'an 710100,China）

In order to explore the design and implementation of agricultural planting environment monitoring system based on the technology of Agricultural Internet of things.Through analyzing the application of agricultural technology,the requirement of the monitoring system of agricultural environment monitoring system is analyzed.The results confirmed that the agricultural planting environment monitoring system based on the agricultural technology,can improve the system performance,reduce the cost of agricultural planting,improve efficiency,achieve 28%,play a positive application value.

environmental monitoring system；agricultural planting；agricultural technology；design

TN391

A

1674－6236（2016）13-0052-03

2015-03-30稿件編號：201503440

龔燕飛（1983—），女，吉林四平人，碩士，助教。研究方向：環境污染，農林生物。