现代设施农业移动智慧实时监控系统分析

　　摘要：针对现代设施农业的发展需求，设计一种移动智慧实时监控系统。该系统将自动控制技术、物联网技术与现代农业设施相结合，对环境温度、湿度和光照强度等进行实时监测，监测数据在手机客户端显示；通过对数据的可靠分析，实现控制指令的传输，进而控制电磁阀开关。测试结果表明，该系统能够弥补传统农业设施实时监测和远程控制的缺陷，能够为植物的有效生长提供良好的条件。

　　关键词：现代设施农业；物联网；传感器；客户端；Ａｎｄｒｏｉｄ

　　０引言

　　近年来，我国农业农村经济保持着良好发展势头，农村改革步伐的加快、农村生态居住环境有了很大的改善，农民生活水平稳步提高，为我国成功应对各种困难和风险，保持经济社会稳中求进提供了有力支撑，增添了底气。同时，在新常态背景下，我国农业发展面临严峻挑战，必须要加快转变农业发展方式，加快推进农业现代化建设［１］。水利化、机械化、信息化是现代农业及农业现代化的３个重要标志。目前，信息化发展已成为我国农业现代化建设的一个短板。纵观全球的农业发展情况，可以说没有农业信息化就没有农业的现代化［２］。农业规模化经营、可持续发展、实施粮食安全战略等都迫切需要大力发展农业物联网、移动互联网、云计算等新一代现代信息技术。农业物联网是以信息感知设备、通讯网络和智能信息处理技术应用为核心，以实现农业科学化管理，达到合理使用农业资源、改善生态环境、降低生产成本、提高农产品产量和品质的目的。

　　目前，亟需通过发展农业物联网技术来提高农业生产效益、节约资源。农业物联网技术涵盖传感器、网络与通讯、辅助决策以及自动控制等新技术，它能够通过对农业生长环境、动植物生长过程、设施园艺可控环境等进行实时监测，从而获取动植物生长发育状态、水肥使用状况、病虫害发生及防治情况及相应生态环境的实时信息［３－４］。这些监测数据通过专家系统进行反馈处理与分析决策，实现对生产的指导作用。以科技惠农，以科技扶农，在此需求的推动下，本文设计智慧农业大棚控制系统，通过感知大棚环境温度、湿度和光照强度等环境参数，对数据进行有效分析，从而做出正确的判断，将结果发送给远程客户端，客户端可以控制大棚设备，使其能合理有效地工作，为大棚内植物的生长提供最适宜的环境。

　　１系统设计

　　针对现有温室大棚进行深度调研与分析，设计智慧农业控制系统，通过物联网系统对农业大棚中的植物生长关键参数进行在线监控，系统结构图如图１所示［５］。该系统采用三层结构模型，包括物联网感知层，网络层和应用层。物联网感知层通过数据采集传感器采集温湿度，光照强度，烟雾等，通过设备控制器模块实现环境参量的修正。网络层包括ＺｉｇＢｅｅ无线传输模块和ＧＰＲＳ远程传输模块。应用层包括ＰＣ客户端，ＡＰＰ客户端和服务器。物联网感知层采集数据，将采集的数据通过网络层传输到应用层，应用层计算分析得到控制指令再通过网络层发送给感知层从而控制电磁阀、灯等。

　　２硬件设计

　　２．１传感器节点

　　传感器节点负责数据的采集，主要用的传感器包括空气温湿度传感器、土壤温度传感器和光照传感器等，其中，温湿度传感器选用ＤＨＴ１１，由电阻式湿传感器和一个连接到高性能８位微控制器的ＮＴＣ温度传感器组成。土壤湿度传感器用于测量土壤相对含水量，利用电磁脉冲原理，根据电磁波在不同介质中传播的频率来测量土壤的介电常数，从而得到土壤中的相对含水量，其组成包括温度检测电路和声控报警电路等部分。光照传感器是通过光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，光敏元件可以感测光的亮与暗变化，并输出敏感波长接近可见光波头的弱电信号，包括红外线、波长和紫外波长［６］。光强度信号采集使用光敏电阻作为信号采集装置。随着照度增加，其电阻降低，利用电路电压采集光强度。

　　２．２控制模块

　　２．２．１液晶显示和按键

　　液晶显示主要显示系统关键参数以及系统设置信息［７］，提供人机交互界面，选用ＯＬＥＤ作为控制端机显示器，液晶显示器与控制器采用ＳＰＩ通信，其硬件连接如图２所示。

　　采用中断方式判断按键是否被按下，按键分为３种状态，即按下、松开和没有按下。通过定义临时缓存区，记录键值，若测有按键按下，则启动按键计数器；重新定义按键模式，若按键已经释放，则关闭按键计数器，清除记录键值，更新状态并等待按键按下状态。

　　２．２．２ＣＣ２５３０接口电路

　　ＣＣ２５３０通过串行通信口进行通信，ＳＰＩ通信模式，ＶＳＡＲＴ通过３线接口或４线接口与外部系统通信，接口包含引脚ＭＯＳＩ、ＭＩＳＯ、ＳＣＫ和ＳＳ－Ｎ。当ＶＸＣＳＲ、ＭＯＤＥ设置为０时，选中ＳＰＩ模式，在ＳＰＩ模式中，ＶＳＡＲＴ可以通过写ＵｘＣＳＲ．ＳＬＡＮＥ位来配置ＳＰＩ为主模式或者从模式，硬件连接如图３所示。

　　３软件设计

　　３．１数据采集传感器软件设计

　　数据采集主要完成大棚环境内参数的获取，为科学调控大棚内环境提供有力保障，具体实现流程如图４所示。首先进行初始化，初始化完成后传感器采集环境参数，之后完成对控制设备的调节，促使控制设备的电磁阀等开关执行命令［８］。

　　３．２控制系统软件设计控制系统

　　软件设计思想采用文献［８］的理念，控制系统感知层完成数据采集和数据处理，如图５所示。主控点初始化后接收网络层发送的数据，处理后再通过ＧＰＲＳ发送给服务中心，如图６所示。

　　４系统测试

　　４．１Ａｎｄｒｏｉｄ与Ｗｅｂ客户端测试

　　农业智慧控制系统实验在农业大棚内进行，分别选取２个温室进行测试，标记为１号温室和２号温室，现场测试环境如图７所示。首先检测系统需要数字展示和监控，通过手机客户端或者Ｗｅｂ客户端等互联网数据终端获取预警和监控信息，并且通过终端控制大棚的设备工作，基于Ａｎｄｒｏｉｄｓｔｕｄｉｏ开发平台，采用Ｊａｖａ编程语言，手机客户端登录，用户首先进行注册，输入用户名和密码方可进行后期相关操作。

　　当用户登录后，客户端主界面可以查看各个大棚的实时环境参数，其中包括１号温室和２号温室实时监测的空气温度、湿度以及土壤温度等数值，如图８所示。

　　４．２控制系统测试

　　农业智慧控制系统建立之后，首先完成传感层与协调器之间的通信测试，协调器接收采集到的数据，显示屏幕正常显示字符串，通信成功。然后在大棚内进行无线网络传输测试，在有效范围７０ｍ左右系统运行稳定。设置空气温度和湿度数据阈值，当监测数据超出阈值，控制系统打开空气加湿设备或关闭加湿设备。同时，设置土壤湿度阈值，当土壤湿度超出阈值，控制系统打开或关闭水泵。采集的数据经串口通过３Ｇ／ＧＰＲＳ模块转换传送到移动通信网络，实现手机客户端数据信息显示，Ｗｅｂ互联网远程终端进行远程实时观察，监控并记载历史数据，还可以修改相关的参数，Ｗｅｂ控制管理界面如图９所示［９］。

　　５结束语

　　本系统将物联网融入现代农业，采用了嵌入式技术、计算机技术、无线通信技术，实现了一套智慧大棚控制系统。该系统传感层负责数据采集与远程控制，网络层负责网络传输，应用层负责分析数据并将结果发送给感知层来完成控制操作。同时，系统测试显示，系统操作界面简洁明了，实现了环境参数实时数据显示，数据阈值范围的设定，控制设备的开启与关闭，还可以读取历史数据，为评判近期环境提供参考，具有较高的实用性。

　　参考文献：

　　［１］尹杰．基于物联网的智能实验楼宇环境监测系统的关键技术研究［Ｄ］．湖南：吉首大学，２０１８．

　　［２］程盼，张鑫，樊帅．基于物联网的智能农业大棚设计［Ｊ］．科技与信息，２０１９（６）：１３０．

　　［３］马佳力，谢娅娅．基于物联网的智慧农业大棚系统的研究与实现［Ｊ］．信息通信，２０１９（１）：１３４－１３５．

　　［４］郑科．山西运城冬枣生产用上了物联网［Ｊ］．产地见闻，２０１９（６）：４１－４２．

　　［５］ＣＡＹＬＩＡ，ＡＫＹＵＺＡ，ＢＡＹＴＯＲＵＮＡ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｆｅａｓｉ－ｂｉｌｉｔｙｏｆａｃｌｏｕｄ－ｂａｓｅｄｌｏｗ－ｃｏｓｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｖｉａｏｐｅｎｓｏｕｒｃｅｈａｒｄｗａｒｅｉｎｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓ［Ｊ］．ＫＳüＴａｒｉｍｖｅｄｏａｄｅｒｇ，２０１８，２１（３）：３２３－３３８．

　　［６］刘京．基于ＡＲＭ的嵌入式视频监控系统的设计与实现［Ｄ］．北京：科学院大学，２０１７．

　　王艳丽１，党国刚２

《现代设施农业移动智慧实时监控系统分析》

上一篇：农业企业“互联网+”科技推广问题研究

下一篇：乡镇农业技术推广工作存在的问题及对策浅析