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［摘要］智慧農(nóng)業(yè)對(duì)環(huán)境檢測(cè)的需求，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與無(wú)線傳感器技術(shù)相結(jié)合，由溫濕度傳感器隨時(shí)調(diào)整指示空氣濕度；由溫度傳感器了解植物的生長(zhǎng)；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(zhǎng)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，從而自動(dòng)調(diào)整設(shè)備，全面控制植物生長(zhǎng)。

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

1項(xiàng)目概述

1.1項(xiàng)目介紹

項(xiàng)目所在地覆蓋溧陽(yáng)天目湖周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)基地，通過(guò)智能控制系統(tǒng)和高清攝像頭對(duì)農(nóng)業(yè)園內(nèi)的光照度、土壤溫濕度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，并通過(guò)交換機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，管理人員可使用設(shè)備對(duì)農(nóng)業(yè)園進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。利用傳感器、無(wú)線技術(shù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。園區(qū)土地面積約8000畝，種植品種包括：有機(jī)茶葉、時(shí)令水果等30余個(gè)品種。通過(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)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(cè)水土質(zhì)量等工作，此過(guò)程不僅消耗人力，而且所得到的數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確，影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)過(guò)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，電氣控制技術(shù)來(lái)完成相關(guān)種植參數(shù)的采集，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等過(guò)程，為農(nóng)作物在合適的時(shí)機(jī)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(shí)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(yàn)，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(jìn)程具有深遠(yuǎn)的影響。為解決城鄉(xiāng)居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)和農(nóng)民增收的問(wèn)題，促進(jìn)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(shí)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(gè)基本技術(shù)（傳感器技術(shù)，通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)）的形成高度集成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)新的信息獲取與處理技術(shù)。

1.3項(xiàng)目目標(biāo)

1.3.1對(duì)農(nóng)業(yè)園的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行評(píng)測(cè)（即土壤濕度調(diào)節(jié)、環(huán)境調(diào)節(jié)能力）。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的分析，可以實(shí)現(xiàn)：（1）農(nóng)業(yè)園的各項(xiàng)參數(shù)是否達(dá)到預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)；（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(zhǎng)環(huán)境需求。

2對(duì)于種植生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)要求不嚴(yán)格的作物，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)，將環(huán)境參數(shù)記錄后分析，適當(dāng)調(diào)整環(huán)境后，以便改善作物的生長(zhǎng)環(huán)境

2.1設(shè)計(jì)方案

針對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)需求及本農(nóng)業(yè)園的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)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(cè)，空氣中氣體含量的檢測(cè)，監(jiān)控系統(tǒng)中視頻信號(hào)的檢測(cè)，各類信息傳輸系統(tǒng)等。園區(qū)設(shè)備的自動(dòng)控制部分：包括灌溉，施肥過(guò)程的控制。園區(qū)內(nèi)采集的相關(guān)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的與人工處理過(guò)程：包括信息平臺(tái)的信息，監(jiān)控中心信號(hào)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，PC和電源模塊組成。傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)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(diǎn)逐跳進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)斤@示模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。（1）空氣溫濕度傳感器在設(shè)計(jì)中，我們采用的溫度傳感器，檢測(cè)范圍在0-50℃，濕度傳感性器檢測(cè)范圍在30～90%，用于檢測(cè)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(yáng)處，一般根據(jù)分區(qū)的長(zhǎng)度安裝1～4個(gè)不等。（2）土壤溫度及水分傳感器在此設(shè)計(jì)中，對(duì)于土壤相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)采用了土壤溫度傳感器，檢測(cè)溫度的范圍在15～40℃，安裝在作物根部土壤中，用于檢測(cè)植物生長(zhǎng)的整個(gè)過(guò)程，安裝是根據(jù)分區(qū)長(zhǎng)度來(lái)劃分，一個(gè)分區(qū)安裝2-4個(gè)不等。（3）視頻監(jiān)控器對(duì)種植產(chǎn)品的區(qū)域以及公共區(qū)域?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)的全程監(jiān)控，監(jiān)控得到的畫面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心對(duì)所有監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)可以實(shí)時(shí)報(bào)警。（4）無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由具備各種感知功能的無(wú)線傳感器，中心節(jié)點(diǎn)，無(wú)線網(wǎng)關(guān)（轉(zhuǎn)WiFi）等組成，主要負(fù)責(zé)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(dòng)控制部分

（1）自動(dòng)施肥系統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各個(gè)進(jìn)水管與肥液罐的電磁閥通過(guò)控制器開啟控制，肥液由輸出閥輸送至混肥液儲(chǔ)存罐與灌溉用水混合，當(dāng)肥液儲(chǔ)存罐液位達(dá)到要求時(shí)，通過(guò)肥液泵輸送至混肥管道，灌溉施肥時(shí)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(jìn)大田作物，對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉與施肥。當(dāng)肥水混合液中EC值或PH值過(guò)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(zhǎng)適合濃度數(shù)值的時(shí)候，控制器控制相應(yīng)肥液罐電磁閥關(guān)閉，肥液儲(chǔ)存罐內(nèi)的肥液被主管道內(nèi)的灌溉用水進(jìn)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(jì)利用了PLC技術(shù)為核心，控制電機(jī)的自動(dòng)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(biāo)值，自動(dòng)關(guān)閉灌溉閥門，低于如低于設(shè)定目標(biāo)值，則自動(dòng)打開灌溉閥門，同時(shí)采用了變頻器控制灌溉、施肥以及噴藥實(shí)施恒壓與壓力調(diào)節(jié)控制。

3上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)通過(guò)用戶界面輸入控制指令，并且實(shí)時(shí)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(guò)程中對(duì)施肥參數(shù)的控制需要，從而編寫軟件程序。實(shí)施效果：通過(guò)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)感知與調(diào)控，通過(guò)手動(dòng)與自動(dòng)控制的結(jié)合使用，營(yíng)造出綠色、健康的生長(zhǎng)與種植環(huán)境，以及良好的網(wǎng)絡(luò)交互，實(shí)現(xiàn)更好的社會(huì)效益。該系統(tǒng)的運(yùn)行還擁有一下用處：

參考文獻(xiàn)

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作者：王磊 單位：正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系