莓类浆果生长环境远程监测系统研究
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摘 要：莓类浆果生长环境远程监测系统以ZigBee无线传输技术为基础、利用传感器进行数据的采集、通过物联网技术设计出能够智能监控莓类浆果生长的系统，同时把数据传送到服务器、系统分析传入的数据、再进行适当调整，以保证生长环境适合莓类浆果的种植生长。通过实验发现，这种自动化监控系统不仅能够节省工作量，还有利于莓类浆果产量的提高。
关键词：ZigBee;物联网技术;监控系统;数据拟合
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.079
计算机技术和物联网技术是智能化管理农作物的基础，农业专家和网络工程师利用物联网技术和计算机通信技术对农作物进行智能化管理。在2009年我国开始“感知中国”建设，农业智能化迅速发展起来，其中以智能化温室大棚的建设最为突出[1]。农业智能化的关键技术是物联网技术，它颠覆了人们对农业的传统观念，目前很多“智能”大棚其实根本不算大棚，这些大棚需要工作人员记录大棚环境的相关数据，然后对其进行数据分析，这不仅花费大量的人力物力，而且有些数据并不准确，所以利用起来存在局限[2]。所以此次试验利用ZigBee无线传输技术、传感器技术和物联网技术设计出能够智能监控莓类浆果生长的系统。该系统能够全程检测大棚的整体环境并自动记录数据和分析数据，能大大提高莓类浆果的种植产量和效率。
1 莓类浆果生长环境及莓类浆果大棚的系统组成
1.1 莓类浆果生长对环境因素的要求
第一，温度对莓类浆果根系的影响，在10℃时根系逐渐活跃生长、新根开始形成，根系生长最适宜的温度是15～20℃，20～26℃是莓类浆果地上長出部分的最适宜的温度。
第二，莓类浆果比较喜水，土壤的相对含水量维持在70%左右有利于其正常生长。
第三，空气湿度保持在80%以下更适合莓类浆果的生长。
第四，光照强度保持在2.5～6万勒克斯能促进莓类浆果的生长。
第五，CO2浓度以保持在550～750毫克/升为宜。
1.2 莓类浆果大棚的监控系统基本组成
莓类浆果大棚的监控系统主要组成部分为感知控制层、网络传输层和服务层。光照强度传感器、CO2浓度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、温度传感器共同组成感知控制层。服务层由物联网网关和ZigBee通信技术共同组成，同时它们一起构成服务器平台。每个传感器能够感知大棚环境中的物理信号，ZigBee收集各个信号，再按照箭头的指示方向从物联网网关传递到应用服务层。
2 莓类浆果生长环境远程监测系统的硬件与软件设计
第一，硬件设计。土壤湿度传感器用于土壤湿度测量模块，它主要用于土壤湿度的测量，电磁波通过的介质发生变化其频率也随之变化，传感器利用电磁脉冲原理检测土壤表观介电常数，从而得到土壤容积含水量的数据，这种方法能够连续进行测定、具备宽量程和自动化的优势，而且更加安全。DHT11温度传感器用于空气温湿度测量模块，能够接入“一线总线”接口，其测量精度高达±0.5℃，它提高了数字型传感器的干扰性，在恶劣环境中仍可适用。二氧化碳传感器有三种：热传导二氧化碳传感器，红外二氧化碳传感器和催化二氧化碳传感器[2]。本次实验选用红外二氧化碳传感器，红外二氧化碳传感器运用NDIR（非色散红外）原理测量空环境中的二氧化碳，这种传感器的优势是不依赖氧气、选择性强、可以测量可燃性气体甚至爆炸性气体中的二氧化化碳[2]。硅光伏探测器传感器用于光照测量模块，其优势在于对弱光的灵敏性很高、检测区域范围比较大、传输距离也很远，它具有较强的防水功能、安装简易方便，很多场所都可以选用这款传感器，尤其是农业大棚。
第二，软件设计。此软件将系统通电，再将每个模块初始化，接着进行I/O的设定;开启WIFI，然后控制器分析和处理数据，再将数据储存。利用WIF可将数据传到安信可云平台，工作人员可以在手机APP或者电脑上查看相关数据。
3 基于物联网技术的莓类浆果生长环境监测与控制方法
莓类浆果种植系统利用ZigBee无线传输技术和物联网网关将每个模块收集的数据传送到服务器平台，这样能够做到实时监控莓类浆果的生长情况、分析和处理传输数据、再将数据储存，工作人员可以随时对其进行查看。
详细分析如下：第一，服务器平台构建模型、拟合分析各个传感器收集和传输过来的数据，这样就建立了莓类浆果植物的最初生长数据库;第二，综合分析大量的传输数据、构建最适宜莓类浆果生长的模型、同时将其储存。模型中能够反映出适合莓类浆果生长的各项数据，如果大棚环境中一旦某一因素不在最适宜数据范围内，报警系统就会发出警报、手机APP和电脑会做出相应改变，包括操作滴灌设备、遮阳板、空调、风机和自动窗户等农用控制设备和光照强度传感器、CO2浓度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、温度传感器等监控设备。比如，如大棚环境温度超出最适温度范围，遮阳板和自动窗户就会打开，土壤湿度和空气湿度降低时滴管设备会打开，智能莓类浆果种植系统就实现了自动化管理。
4 结语
综上所述，以ZigBee无线传输技术为基础、利用传感器进行数据采集、通过物联网技术的三层系统结构能够设计出智能监控莓类浆果生长的监控系统。本系统利用模块进行数据分析，通过对莓类浆果的生长情况与各模块收集的数据分析结果进行比较能得出适合莓类浆果生长的最优环境。本系统对莓类浆果采用实时监控的方式并且将数据传入平台，工作人员可以在手机APP或者电脑上查看相关数据。通过长期测试，本系统安全性和精度都很高，而且能耗低、成本低，通过实时监测和数据分析控制农用控制设备和监控设备使大棚环境中各项指标都在莓类浆果植物最适生长的范围内，这样能保证莓类浆果的正常生长、克服环境对莓类浆果生长的影响、提高产量，从而增加农民的经济收入。
参考文献：
[1]张文霞，王圆，张凯等.基于ZigBee无线网络的智能农业温室大棚管理系统的设计与实现[J].中国农机化学报，2016（06）：247-250.
[2]韦兴龙，贺欢.基于Zigbee网络的智能温室大棚温湿度检测系统[J].技术与市场，2012（05）：16-17.
作者简介：刘雁（1979-），女，山东人，硕士，讲师，研究方向：控制技术与应用。
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