智慧農業園環境監測系統設計

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［摘要］智慧農業對環境檢測的需求，通過聯網技術與無線傳感器技術相結合，由溫濕度傳感器隨時調整指示空氣濕度；由溫度傳感器了解植物的生長；由光傳感器整合數據并快速理解，去除周圍的除植物條件因素，根據所要求的最佳生長環境標準，從而自動調整設備，全面控制植物生長。

［關鍵詞］環境檢測；傳感技術；自動調節

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業生產有機基地，通過智能控制系統和高清攝像頭對農業園內的光照度、土壤溫濕度等進行實時監控管理，并通過交換機與物聯網網關進行數據傳送，管理人員可使用設備對農業園進行遠程管理。利用傳感器、無線技術系統監測。園區土地面積約8000畝，種植品種包括：有機茶葉、時令水果等30余個品種。通過環境監測系統可以實現對土壤溫度、土壤含水率、光照度以及灌溉系統等與種植生產息息相關的參數的自動感知與調控。

1.2需求分析

目前，農村或則大棚種植茶葉、水果、蔬菜等農業產品都是靠人工去完成灌溉，施肥，檢測水土質量等工作，此過程不僅消耗人力，而且所得到的數據也不準確，影響農作物的生長過程，隨著科技的發展，現代農業可以利用傳感器技術，計算機網絡計算，電氣控制技術來完成相關種植參數的采集，通過檢測數據、傳輸數據、分析數據等過程，為農作物在合適的時機完成灌溉、施肥等工作，使農作物獲得更好的養分，為現代化農業的發展提供技術保障，從而實現農業的現代化，目前，大多數茶葉，水果生產主要依靠手工專門的管理經驗，缺乏系統的科學指導。設施栽培技術開發為農業現代化進程具有深遠的影響。為解決城鄉居民消費結構和農民增收的問題，促進農業結構調整，智慧農業的重要作用已占據農業生產的重要地位。要實現農業生產設施，高水平和優化生態環境治理設施，獲取信息的手段是最重要的關鍵技術。隨著現代信息技術的三個基本技術（傳感器技術，通信技術和計算機技術）的形成高度集成的無線傳感器網絡是一個新的信息獲取與處理技術。

1.3項目目標

1.3.1對農業園的各項參數進行評測（即土壤濕度調節、環境調節能力）。通過對這些參數的分析，可以實現：（1）農業園的各項參數是否達到預計設計目標；（2）農業園的環境參數是否可以滿足所需種植作物的生長環境需求。

2對于種植生長環境參數要求不嚴格的作物，實現環境監測，將環境參數記錄后分析，適當調整環境后，以便改善作物的生長環境

2.1設計方案

針對現代農業示范園區需求及本農業園的實際情況，設計方案主要包括三部分：棚內相關種植環境的數據收集部分包括土壤中含水量的監測，空氣中氣體含量的檢測，監控系統中視頻信號的檢測，各類信息傳輸系統等。園區設備的自動控制部分：包括灌溉，施肥過程的控制。園區內采集的相關信息通過網絡的與人工處理過程：包括信息平臺的信息，監控中心信號的等功能。

2.1.1園區信息采集部分

此部分由空氣溫濕度傳感器，視頻監控器，無線數據傳輸模塊，PC和電源模塊組成。傳感器節點通過自組織方式構成網絡，將采集到的數據沿著其他節點逐跳進行傳輸，傳輸到顯示模塊進行數據顯示。（1）空氣溫濕度傳感器在設計中，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%，用于檢測設施農業的空氣環境溫濕度。安裝在園區中空氣流通較好的遮陽處，一般根據分區的長度安裝1～4個不等。（2）土壤溫度及水分傳感器在此設計中，對于土壤相關參數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，安裝是根據分區長度來劃分，一個分區安裝2-4個不等。（3）視頻監控器對種植產品的區域以及公共區域實現24小時的全程監控，監控得到的畫面通過網絡傳輸到監控中心，監控中心對所有監控系統實施實時監控，同時可以實時報警。（4）無線數據傳輸模塊無線傳感器網絡由具備各種感知功能的無線傳感器，中心節點，無線網關（轉WiFi）等組成，主要負責園區內部溫度、濕度和土壤含水量等數據的采集和控制命令的轉發。

2.1.2園區設備的自動控制部分

（1）自動施肥系統系統運行時，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主管道并輸送進大田作物，對農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值高于控制器內部控制程序設置的作物生長適合濃度數值的時候，控制器控制相應肥液罐電磁閥關閉，肥液儲存罐內的肥液被主管道內的灌溉用水進行稀釋。（2）灌溉控制子系統農作物的灌溉系統設計利用了PLC技術為核心，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，自動關閉灌溉閥門，低于如低于設定目標值，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節控制。

3上位機軟件設計

上位機通過用戶界面輸入控制指令，并且實時監控系統工作，還可以查詢系統信息等。并且根據滴灌施肥過程中對施肥參數的控制需要，從而編寫軟件程序。實施效果：通過該系統可以實現對如溫度、濕度、氣體濃度、光照度等與種植生產息息相關的參數的自動感知與調控，通過手動與自動控制的結合使用，營造出綠色、健康的生長與種植環境，以及良好的網絡交互，實現更好的社會效益。該系統的運行還擁有一下用處：

參考文獻

[1]石復習，鄒志勇.農業環境參數檢測WSN網關設計[J].安徽農業科學，2010，38（23）：12923-12924.

[2]趙靜，王巖，楊淼，等.物聯網在農業病蟲災害中的應用[J].通信技術，2010，11（43）：49-51.

作者：王磊 單位：正德職業技術學院機電工程系