物联网技术下的智能农业种植系统设计对策

丁国明 唐慧刚

摘要：本次研究对物联网技术、智能农业相关情况的分析后，对物联网技术下智能农业种植系统设计的措施加以探讨，旨在合理设计智能农业种植系统，提高农业种植产品，满足人们的生活需求。

关键词：物联网技术;智能农业种植系统;设计对策

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）09-0154-03

农业为国计民生产业，农产品总量、农业产业结构，以及农产品质量安全等问题，均直接关系到农业的发展状况[1]。针对于此，本次研究在物联网技术下，对智能农业种植系统进行设计，以便确保农业自动化及智能化水平，提高产品的整体质量。

1 物联网技术、智能农业相关情况的分析

1.1 智能农业情况分析

农业科技中农业信息技术作为主要部分，促使信息化、农业现代化融合作为我国现代农业发展目标，智能农业即为使用物联网技术、智能传感器对实时农业种植环境监测，同时通过无线网络系统传送信息控制中心，对农业种植环境加以调节，可促进智能控制农作物生长，并控制环境温湿度、光照，以及土壤温度、含水量等情况的系统。实行农业种植综合生态信息自动检测，有助于加强对自动控制、智能化的管理。

1.2 物联网技术智能农业应用情况

农业种子系统中安装智能传感器、相关智能控制系统，能够达到实时监测农作物种植环境各项参数的效果，在第一时间明确农作物生长环境相关参数，结合参数变化调节灌溉系统、温度、湿度等，经采集并分析相关参数，比如：空气及土壤的温湿度、光照强度、CO2含量等，对农作物生长环境加以严格控制，以此及时获取生物信息，该方法多在无线传感器节点中运用，能够为温室调控打下良好基础[2]。当前，我国农产品市场对于农产品的质量安全要求越来越高，该方面问题比较常见，通过研究发现农产品生产粗放管理，生产、流通，以及产品交易等过程监管不当。农业物联网技术的应用有助于有效处理该项问题，经电子标识、条形码，以及传感器网络和网络平台技术等，实现农产品实时监控的效果，保证农产品的质量安全。

2 物联网技术下智能农业种植系统设计的措施探讨

以某农业科技有限公司为例，其共有葡萄园5处，总占地面积约为520亩左右，能够引进国内、外优良葡萄，秉持技术为主的原则应用智能农业监控系统，以此确保葡萄的品质[3]。

2.1 智能农业种植系统操作原理

物联网技术下，采取智能农业种植系统进行控制，农作物集中种植区域安装智能传感器、智能控制系统，利于对获取相关数据分析、控制，确保作物生长空气、温度及水分等达到相关要求，达到精准农业的效果。与此同时，该系统传感器种植环境实时监测可获取相关信息，及时明确种植环境中的问题，开启灌溉、保温、补光等系统，使得農作物处于良好的生长环境下，获得现代农业自动化及智能化的效果，确保农产品的整体生产质量。

2.2 智能农业种植系统及其管理平台设计方法

物联网技术下智能农业种植系统通过不同部分构成，即为传感器、无线采集系统，以及无线控制系统及协调系统、环境监测系统。农业种植系统经种植环境监测系统、数据采集系统、网络传输系统、信息控制系统等组成，前者能使用传感器对环境土壤温湿度、光照、自动灌溉等加以监测;数据采集系统能借助传感器实时监测数据，以无限发射的方式传输数据信息，发送模块将传感器各项参数传输于协调器的节点，采样无线通信比较灵活、多样，扩展简便、有效;信息控制系统经多个部分构成，采用继电器对不同农业生产设备控制效果较好;网络传输系统可以使用无线传输系统采集数据信息，及时将无线网络上传于服务器，然后通过数据平台存储数据、处理信息、下达控制指令等，如此一来便于为用户提供支持，用户不会受到时间、空间限制，登录手机/电脑终端就可以查询相关信息[4]。智能农业种植系统管理平台经传感信息采集、自动监控、人工处理，以及智能分析、远程控制几个部分构成。

2.3 土壤湿度检测设计方法

FC-28土壤传感器，属于比较常用的土壤湿度检测设备，探针表面镀镍处理可加宽感应的面积、确保导电的性能，避免长期受到土壤水分浸泡影响，发生生锈现象。这一传感器能很好的对土壤湿度进行控制，经电位器调节控制阈值，湿度<设定值DO输出处于高电平状态;湿度>设定值DO输出为低电平状态。传感器工作电压在3V左右，因有固定螺栓孔所以安装固定效果较好，传感器PCB板长度、宽度分别为3cm、1.5cm，这一传感器模块经电位器对土壤湿度触发阈值调节，经AD转换芯片转换并模拟输出电压值，对土壤湿度加以检测，使用灌溉模块即可获得自动浇水、补肥的效果，使得土壤得到控制。应用土壤传感器期间，应该将金属探头置于被测土壤中，合理调整电位器阈值，确保触发湿度在可控范围，数字量输出D0、单片机GPIO接口为连接的状态，可利用D0高低电平对土壤湿度有无达到规定阈值进行检测，模拟输出量AO、AD转换芯片，土壤湿度传感器传输模拟量信号经AD转换芯片提交到单片机接口。湿度传感器通过对这一土壤湿度范围、传感器A0数据进行比较，可以正确梳理A0数据、湿度的关系，测定A0电压后获取土壤湿度，并确保检测数据的准确性。实际连接期间土壤湿度传感器VCC端外界3V供电模块电压，GND外界单片机/树莓派GND接口，编写检测程序获取土壤湿度相关数据信息。通常状况下水分含量，会直接影响到土壤介电常数，经对介电常数检测获取土壤中的水分。需要注意的是，不同地区土壤质地、酸碱度有着较大差异，所以应该在传感器部署后校准，通过土壤传感器电压、湿度化学方法检测比较中发现，湿度变化、土壤传感器电压值关系紧密，因而需结合AD转换芯片对电压数字量进行转变，进而明确当地土壤湿度状况[5]。

2.4 监控农业物联网种植环境系统、监控农业种植环境系统的设计方法

随着我国农业种植环境的不断完善，合理使用物联网技术非常必要，可以实时监控种植农业作物环境，感知层即为采集、感知相关的数据，确保种植农作物环境光照、空气温湿度，以及土壤湿度、实时感知自动灌溉系统数值，与协调器节点传输[6]。与此同时，实时感知自动灌溉系统应用，有助于采集相关数据信息、存储并处理信息，然后下达指令为客户提供决策、分析提供支持。如此一来，客户不会受到时间和空间限制，通过电脑终端就能查询相关数据信息。

建立监控农业种植环境系统，主要通过系统软件、系统硬件构成，前者系统软件需设计协议栈程序、传感器节点程序;后者涉及的电源板，可将传感控制模块、无线节点模块连接起来，于电源提供给系统[7]。控制模块、传感模块，存在光照强度、温湿度传感器。无线节点模块能使用低功耗、低成本射频，有传感节点、网关协调器。

2.5 大棚传感节点布置设计方法

物联网智能农业生产的过程，借助无线传感器节点的作用能够采集末端单元，确保果蔬生长环境良好，所以对于传感器节点设计的要求非常高，需要保证传感器节点能够准确检测不同的环境参数，而且应有效部署传感器节点，覆盖整个环境，以此提高系统的整体效率[8]。传感器节点属于嵌入式系统，不同传感器节点集成存在执行、计算，以及存储、通信、电源等模块。例如：该系统在黄瓜大棚中实验，传感器节点处理单元、无线传输单元均使用CC2430芯片处理，可集成89C51内核处理器芯片，无线收发模块，内置RF2420射频芯片，增加CC2591增益放大芯片，其作为成熟无线传感芯片，单点间传输距离约为680m，系统监测、存储大棚中的空气温度、湿度以及CO2浓度和光照强度，均能够通过10m布设一个监测节点方式处理，各监测节点通过上层、中层、下层构成，所有监测点土层有3个层次，即为5m、10m和15m。除此之外，应该设置pH值、氨氯传感器，设置不同的监测点，各监测点由土层5m、土层30m构成。施工的过程合理运用支架插入土壤的形式处理，便于为种植布置打下良好基础，如果需要增加监测节点可于后天系统中设置，不需修改采集节点硬件。此外，采集节点供电一般会通过锂电池、太阳能板的方式供电，需结合无线节点采集频率、传感器耗电量确定，采集频率间隔≥每次5min，开启无线节点低功耗模式，节点工作时间为24周。

2.6 农业种植溯源教育服务平台设计方法

产品溯源教育平台，属于作物生产扩展的平台，能为作物生产管理延伸、提高产品附加值提供支持[9]。这一平台可使用智能信息节点，及电子标签、GPS、互联网、无线传感等技术，经无线网络、有线网络，和溯源中心数据库保持连接状态，进而收集所有环节数据，通过二维码编码技术生成二维码对产品相关信息追溯。消费人群通过查询客户端软件，即可查询相关产品溯源信息，明确生产企业、保质期等相关信息。

2.7 有机肥配置、补肥设计方法

（1）复合有机肥废物堆肥设计。堆肥，属于制作有机肥常用的方法，多在大规模有机肥需求中应用，废物原料多来源豆渣、腐烂蔬菜及秸秆等，配置有机废物堆肥可将所有废物发酵原材料浸湿，然后将含水原材料置于大型灌装容器中，对原材料表面施加压力，主要目的：避免内部存在高密度的缝隙。待处理原材料后，将5cm左右泥土置于原材料的表面，在原材料容器口鋪盖适量泥土，这时可于泥土的表面浇水，制作容器置于阳光下促进微生物发酵[10]。这个过程有机原材料表面下沉，4周左右完成发酵后可以于基肥播撒于土壤中，为农业种植奠定基础。植物种植期间应遵循农业生长添加成品肥料/有机肥的原则，保证植物花期、结果期，以及果实成熟期补充特定营养元素，按各种追肥方法自制肥料添加肥料箱中，以喷雾/浇灌的方式获得植物供给效果。家庭用户选用这一系统时，容易受到地域因素、时间因素、精力因素等限制，无法保持足够精力采购专用肥料，这时则需结合具体情况就地取材，从而尽可能达到植物的需要。

（2）肥料除臭设计。种植的过程需联系各种方法制成有机肥料，加速植物的良好生长，然而肥料过多需经历浸泡、发酵的过程，此时容易产生比较大的异味，会直接影响到家庭美观及舒适情况，温室密闭状态下大棚中的异味问题，容易对企业形象造成严重影响[11-12]。因而，需要将有机肥异味降低，建议选用单片机对水泵打开时间控制，结合测算时间液体流量获得肥料自动定时、定量添加的效果，如果为固态有机肥可在种植前深埋土壤，以此有效改善土壤养分、微生物状态，确保系统种植的效果。

3 结语

物联网技术下，实行智能农业种植系统设计，可以提高农业产量、农业产品质量安全，同时获得智能农业自动检测、控制、管理等效果。因而需对土壤湿度检测、智能农业种植系统及其管理平台、有机肥配置、补肥等加以设计，为人们的生活提供良好支持，尽可能满足人们的实际需求。

参考文献

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