莓類漿果生長環境遠程監測系統研究

摘 要：莓類漿果生長環境遠程監測系統以ZigBee無線傳輸技術為基礎、利用傳感器進行數據的采集、通過物聯網技術設計出能夠智能監控莓類漿果生長的系統，同時把數據傳送到服務器、系統分析傳入的數據、再進行適當調整，以保證生長環境適合莓類漿果的種植生長。通過實驗發現，這種自動化監控系統不僅能夠節省工作量，還有利于莓類漿果產量的提高。

關鍵詞：ZigBee;物聯網技術;監控系統;數據擬合

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.079

計算機技術和物聯網技術是智能化管理農作物的基礎，農業專家和網絡工程師利用物聯網技術和計算機通信技術對農作物進行智能化管理。在2009年我國開始“感知中國”建設，農業智能化迅速發展起來，其中以智能化溫室大棚的建設最為突出[1]。農業智能化的關鍵技術是物聯網技術，它顛覆了人們對農業的傳統觀念，目前很多“智能”大棚其實根本不算大棚，這些大棚需要工作人員記錄大棚環境的相關數據，然后對其進行數據分析，這不僅花費大量的人力物力，而且有些數據并不準確，所以利用起來存在局限[2]。所以此次試驗利用ZigBee無線傳輸技術、傳感器技術和物聯網技術設計出能夠智能監控莓類漿果生長的系統。該系統能夠全程檢測大棚的整體環境并自動記錄數據和分析數據，能大大提高莓類漿果的種植產量和效率。

1 莓類漿果生長環境及莓類漿果大棚的系統組成

1.1 莓類漿果生長對環境因素的要求

第一，溫度對莓類漿果根系的影響，在10℃時根系逐漸活躍生長、新根開始形成，根系生長最適宜的溫度是15～20℃，20～26℃是莓類漿果地上長出部分的最適宜的溫度。

第二，莓類漿果比較喜水，土壤的相對含水量維持在70%左右有利于其正常生長。

第三，空氣濕度保持在80%以下更適合莓類漿果的生長。

第四，光照強度保持在2.5～6萬勒克斯能促進莓類漿果的生長。

第五，CO2濃度以保持在550～750毫克/升為宜。

1.2 莓類漿果大棚的監控系統基本組成

莓類漿果大棚的監控系統主要組成部分為感知控制層、網絡傳輸層和服務層。光照強度傳感器、CO2濃度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、溫度傳感器共同組成感知控制層。服務層由物聯網網關和ZigBee通信技術共同組成，同時它們一起構成服務器平臺。每個傳感器能夠感知大棚環境中的物理信號，ZigBee收集各個信號，再按照箭頭的指示方向從物聯網網關傳遞到應用服務層。

2 莓類漿果生長環境遠程監測系統的硬件與軟件設計

第一，硬件設計。土壤濕度傳感器用于土壤濕度測量模塊，它主要用于土壤濕度的測量，電磁波通過的介質發生變化其頻率也隨之變化，傳感器利用電磁脈沖原理檢測土壤表觀介電常數，從而得到土壤容積含水量的數據，這種方法能夠連續進行測定、具備寬量程和自動化的優勢，而且更加安全。DHT11溫度傳感器用于空氣溫濕度測量模塊，能夠接入“一線總線”接口，其測量精度高達±0.5℃，它提高了數字型傳感器的干擾性，在惡劣環境中仍可適用。二氧化碳傳感器有三種：熱傳導二氧化碳傳感器，紅外二氧化碳傳感器和催化二氧化碳傳感器[2]。本次實驗選用紅外二氧化碳傳感器，紅外二氧化碳傳感器運用NDIR（非色散紅外）原理測量空環境中的二氧化碳，這種傳感器的優勢是不依賴氧氣、選擇性強、可以測量可燃性氣體甚至爆炸性氣體中的二氧化化碳[2]。硅光伏探測器傳感器用于光照測量模塊，其優勢在于對弱光的靈敏性很高、檢測區域范圍比較大、傳輸距離也很遠，它具有較強的防水功能、安裝簡易方便，很多場所都可以選用這款傳感器，尤其是農業大棚。

第二，軟件設計。此軟件將系統通電，再將每個模塊初始化，接著進行I/O的設定;開啟WIFI，然后控制器分析和處理數據，再將數據儲存。利用WIF可將數據傳到安信可云平臺，工作人員可以在手機APP或者電腦上查看相關數據。

3 基于物聯網技術的莓類漿果生長環境監測與控制方法

莓類漿果種植系統利用ZigBee無線傳輸技術和物聯網網關將每個模塊收集的數據傳送到服務器平臺，這樣能夠做到實時監控莓類漿果的生長情況、分析和處理傳輸數據、再將數據儲存，工作人員可以隨時對其進行查看。

詳細分析如下：第一，服務器平臺構建模型、擬合分析各個傳感器收集和傳輸過來的數據，這樣就建立了莓類漿果植物的最初生長數據庫;第二，綜合分析大量的傳輸數據、構建最適宜莓類漿果生長的模型、同時將其儲存。模型中能夠反映出適合莓類漿果生長的各項數據，如果大棚環境中一旦某一因素不在最適宜數據范圍內，報警系統就會發出警報、手機APP和電腦會做出相應改變，包括操作滴灌設備、遮陽板、空調、風機和自動窗戶等農用控制設備和光照強度傳感器、CO2濃度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、溫度傳感器等監控設備。比如，如大棚環境溫度超出最適溫度范圍，遮陽板和自動窗戶就會打開，土壤濕度和空氣濕度降低時滴管設備會打開，智能莓類漿果種植系統就實現了自動化管理。

4 結語

綜上所述，以ZigBee無線傳輸技術為基礎、利用傳感器進行數據采集、通過物聯網技術的三層系統結構能夠設計出智能監控莓類漿果生長的監控系統。本系統利用模塊進行數據分析，通過對莓類漿果的生長情況與各模塊收集的數據分析結果進行比較能得出適合莓類漿果生長的最優環境。本系統對莓類漿果采用實時監控的方式并且將數據傳入平臺，工作人員可以在手機APP或者電腦上查看相關數據。通過長期測試，本系統安全性和精度都很高，而且能耗低、成本低，通過實時監測和數據分析控制農用控制設備和監控設備使大棚環境中各項指標都在莓類漿果植物最適生長的范圍內，這樣能保證莓類漿果的正常生長、克服環境對莓類漿果生長的影響、提高產量，從而增加農民的經濟收入。

參考文獻：

[1]張文霞，王圓，張凱等.基于ZigBee無線網絡的智能農業溫室大棚管理系統的設計與實現[J].中國農機化學報，2016（06）：247-250.

[2]韋興龍，賀歡.基于Zigbee網絡的智能溫室大棚溫濕度檢測系統[J].技術與市場，2012（05）：16-17.

作者簡介：劉雁（1979-），女，山東人，碩士，講師，研究方向：控制技術與應用。