基于物联网技术的智能中药种植系统的设计

马　健

（亳州职业技术学院 信息工程系，安徽　亳州　236800）



基于物联网技术的智能中药种植系统的设计

马健

（亳州职业技术学院 信息工程系，安徽亳州236800）

摘要：为了提高中药种植的产量以及降低种植成本，文章选用适合亳州中药种植品种的白芍为基础，并且由中药种植专业合作社和农业局专家协助种植，通过部署感测装置与Android手持装置上的应用程序互动，接收感测数据与下达控制指令，实时监控中药种植的环境数据，通过网络传输结合嵌入式感测装置与手持装置建立监测中药生长环境的架构，得到实际环境产生的温度、降雨量等数值并进行分析，为中药生态环境和生长过程提供一定的数据支持，有助于提升中药材精细耕作智能化水平和产量及质量的提高。

关键词：物联网；中药种植；白芍；智能

亳州是中华四大药都之一，每年供应全国的药材的种类有上千种，种植的药材在供应量占药材使用总量的70%以上，种植的药材也称为我国药材的主要来源。中药材的生长环境涉及温度、水分、土壤、阳光、二氧化碳以及其他养分因素，这些因素影响中药材的产量和质量［1］。传统的种植药材浪费了大量的人力、物力，随着天气等环境的变化，对药材的生长有这具体的影响，为了能够科学地管理和种植中药材，采用物联网技术应用到中药材种植上，提高中药材种植的产量和质量。

本研究主要是建立一个科技与农业结合的环境监控系统，结合亳州地道药材白芍进行管理，并通过科学的种植方式协助新一代农户由各项农业技术信息的数据库对中药材进行分析控管，并通过终端设备控制管理中药材生长期间温度、湿度、光照等环境指标、种植方法、等重要信息进行远程管控，使技术与经验能有效的传承，并设计一套智能中药种植监控系统。

1　物联网技术与智能中药种植

目前农村人口结构高龄化，许多务农人员都进城打工，农村剩余劳动力大部分都是老年人，缺少传统耕种的继承者，依照个人经验耕作而使得市场上农产品质量参差不齐、耕作技术无法有效地传授进而导致技术传承不易等问题，本系统通过农业专业人士提供的各项种植技术与信息，定期通过专人统一管理并储存至服务器数据库中，不仅能适用于多种中药材种植，而且可通过终端设备取得数据库内的各种中药材的生长期间温湿度光照等环境指标、种植方法等重要信息提供于用户进行技术指导，不仅能让入行新人快速入门，供使用者通过终端设备进行技术上的学习及周期性指导，使技术与经验能有效的传承。

2　系统开发相关技术

2.1嵌入式系统

嵌入式系统（Embedded System），根据英国电机工程师协会（U.K. Institution ofElectrical Engineer）的定义，嵌入式系统是一种完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统，为控制、监视、辅助各种设备、机器、工厂运作的装置，是为特定功能所设计的计算机系统［2］。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于针对特定功能进行开发，整合需要的硬件资源进行设计，能降低所需要硬件成本，并且在软件开发过程能针对硬件调整以获得系统的优化，让系统能更加稳定、可靠。

2.2Android

Android是一套主要应用于行动设备、基于 Linux 核心的基础的开放原始码软件操作系统，由 Google 公司成立的开放式手持设备联盟（Open HandsetAlliance 缩写 OHA）于 2007年11月正式发放第一个版本，以开放原始码并提供SDK（Software Development Kit）让开发者能在Andriod操作系统上开发应用方程式。

2.3传感器

传感器（Sensor）是用来接收信息或外界刺激、将其信息反应的组件，并且能将所接收到的外界信息转换，以数值形式后输出，现今传感器已广泛用在自动化工业、3C产业等作为信息接收［3］。本论文所使用的传感器为Phidgets公司推出的感知组件，使用的感测器种类分别为亮度传感器、温度传感器、湿度传感器，用以感测自然环境中的亮度、温度、湿度等模拟信息传换为数字信号传输给电子装置进行应用。

2.4继电器

继电器（Relay）是电子控制组件，利用较小电源去控制较大电源装置的控制开关，通常在电子回路中负责电源控制、自动调节、电路转换、安全保护等等功能。一般继电器构造是由铁芯、线圈、衔铁、簧片等组成，原理是运用铁芯、线圈组成的电磁铁吸引簧片作为控制，做出电源的开与关的动作［4］。本文所使用的继电器为与Arduino开发板兼容的继电器模块，可通过Digital I/O pins控制继电器，其负载电压为直流电28V10A、交流电277V10A，作动时间为10ms以下，其规格符合本系统的需求。

3　智能中药种植系统的设计

为了协助中药材的种植者并且使开发者能使用感测与控制功能，本文通过以Arduino开发板整合传感器与继电器，感知器主轴为取得环境信息作为环境监控与环境数据收集，是此系统搜集信息监测环境及实时动态的来源，并将采集后信息储手持装置，继电器目的为整合控制装置，由控制装置来调节环境，Arduino收集到的信息会通过无线网络传给Android手持装置，使用者由手持装置来控制环境，使环境的部分指标能控制在范围内。

用户可通过所设定的自动化信息，通过感知装置自动取得环境信息并对控制装置进行自动化控制。本研究将感测与控制方法整合入Android操作系统框架中，提升Android操作系统的功能与可用性，所建构出系统的架构如图1所示。

图1　智能中药种植监测系统架构

3.1实体感控端

实体感知端以Arduino开发板整合传感器与控制装置，通过WiFi无线网络模块连上因特网，与手持装置应用端连接，装置依功能可分为种植环境感测与种植环境调节两部分。

3.1.1种植环境感测

种植环境感测功能是利用传感器进行环境数据监控，将亮度传感器、温度感测器、湿度传感器部属在温室种植环境收集温室环境的亮度、温度与湿度。实体感知端所有传感器皆由Arduino开发板进行信息收集与控制，Arduino开发板的Digital I/O与传感器连接将环境参数转换成数字信号，整理过的参数由WiFi无线网络模块所收集到信息可作为环境监控并依据环境信息调解种植环境，调整出适合植物生长的环境。

3.1.2种植环境调节

种植环境调节功能是以Arduino开发板控制调节装置进行环境调节，调节装置是以继电器控制LED灯、供水阀、加热器及以对种植环境进行调节。

3.2手持装置端

手持装置端主要是在Android操作系统的手持装置，通过Android Application开发设计出与实体感控端互动的功能，另将数据接收、装置控制方法整合入Android系统框架中提供开发者开发Android Application的API，以增强Android操作系统功能并让开发者能以整合的框架设计Android Application。

3.2.1Android Application

以开发Android Application为手持装置实做出接受与控制实体感控端的操作功能与接口设计，安装Eclipse开发环境与Google官方所提供的Android SDK，接口以XML语法来设计Layout，实作出与用户互动的Android操作系统的操作界面。内部功能以Java程序语言开发程序功能，撰写供用户与实体感控端互动功能，如：网络联机、接收传感器数据、环境调节装置的控制等，其接收传感器数据功能是通过ASG模块的API获得来自实体感控端的数据。

3.2.2ASG模块

Android操作系统的架构分为5层，分别为Linux Kernel层、Hardware Abstraction Layer层、Libraries层、Application Framework层与Application层。本文为让Android开发者能使用本研究设计的感知功能模块来开发Android Application，将感知功能模块加入Android操作系统架构中的Libraries层与Application Framework层。

4　结论

本文通过感测装置接收环境信息通过无线网络传输至手持装置，经由用户通过手执装备选择所需的信息，发送要求至感测装置，感测装置在通过网路传输至使用者端的终端设备，供用户获取实用的信息，用户不但能够过手持装置进行控制指令，并通过网络传输给环境调节装置，使得中药材种植基地能通过使用者设定的信息，侦测环境并判断环境因子是否处在合适范围内，若即将超过标准则通过控制装置将环境因子控制在合适的范围内，且能通过终端装置直接控制中药材种植基地的环境因子，让种植户可以随时随地进行对中药材种植基地的监控。

［参考文献］

［1］刘艺.基于农业生产过程的农业物联网数据处理若干关键技术的研究［D］.北京：北京邮电大学，2014.

［2］欧文.物联网技术及其在农业生产中的应用研究［D］.昆明：昆明理工大学，2015.

［3］谢杨.基于云计算的现代农业物联网监控系统［D］.西安：西安交通大学，2015.

［4］宋艳.基于物联网技术的智能农业种植系统设计［J］.现代电子技术，2013（24）：38-42.

Things Intelligent Design Technology System Based on Traditional Chinese Medicine Planting

Ma Jian
（Information Engineering， Bozhou Vocational and Technical College， Bozhou236800， China）

Abstract：In order to improve the cultivation of traditional Chinese medicine production and reduce the cost of planting, Bozhou This selection of suitable varieties of peony cultivation of traditional Chinese medicine is based, and the cultivation of professional cooperatives and agricultural experts to assist in planting by the Bureau of medicine, through the deployment of the sensing device and Android handheld device interactive applications, receives the sensed data and control commands issued， real-time monitoring of environmental data of Chinese medicine planting， combined with embedded sensing device and the handheld device establish a structure to monitor the growth of Chinese environmental transmitted over the network to obtain the actual environment of temperature, rainfall and other values and analyze data provide some support for the environment and the growth of Chinese medicine to help improve the level of intelligence and precision farming yield and improve the quality of medicines.

Key words：Internet of Things; Chinese medicine planting; peony; intelligent

基金项目：安徽省教育厅自然科学重点基金项目；项目名称：物联网技术在中药材种植环境信息采集中的研究与应用；项目编号：KJ2015A417。2013年安徽省教育厅质量工程项目；项目名称：网络技术示范实验实训中心；项目编号：2013sxzx055。

作者简介：马健（1980-），男，辽宁义县，硕士，讲师；研究方向：数据挖掘，网络安全。