基于农业物联网技术的农业种植环境监控系统设计与实现

龚燕飞，聂宏林

（1.陕西职业技术学院 陕西 西安 710100；2.陕西中圣环境科技发展有限公司 陕西 西安 710100）

基于农业物联网技术的农业种植环境监控系统设计与实现

龚燕飞1，聂宏林2

（1.陕西职业技术学院 陕西 西安 710100；2.陕西中圣环境科技发展有限公司 陕西 西安 710100）

为了探究基于农业物联网技术的农业种植环境监控系统设计与实现问题。主要通过分析农业物联网技术应用，分析设计农业种植环境监控系统需求，从而优化设计实现农业物联网技术下的农业种植环境监控系统。结果证实，在农业物联网技术基础上，设计实现农业种植环境监控系统，可以提升系统应用性能，降低农业种植成本、提高效能，达到28.0%，发挥积极应用价值。

环境监控系统；农业种植；农业物联网技术；设计

运用物流网技术，设计实现农业种植监控系统，有助于实现在农业种植园区内，进行自动化的信息检测、控制，发挥积极影响。实际中，可以通过配备相关无线传感节点，并应用现代化农业物联网技术，控制调控农业种植环境负荷参数，确保农业种植环境监控落到实处，提升系统设计质量。以下对此做具体分析。

1　农业物联网技术

物联网在农业中的应用，就是可以将采集的数据，经相关分析后，进行农业全自动监控，可以自动管理农业种植中的灌溉、施肥、喷药等环境监控操作。用时，对于农业物联网技术之中，采取中央控制柜以及多节点的数据采集部分，构成一个分布式的物联网控制网络,可以灵活拓展、管理物联网数据信息［1-3］。将物联网技术实现农业控制过程中，可以通过传感器来实时的采集一些农业相关的温度、湿度以及光照等参数，对于其进行管理［4］。放弃在农业领域中，物联网技术应用广泛［5］。在实际农业种植环境监控系统设计实现中，用物联网的技术，可以去提高农业工作效率，发挥着极大的应用技术优势［6］。

2　设计需求分析

基于农业物联网监测技术下，设计农业种植监控系统，需要实现系统的实时远程监控功能，可以及时获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，通过模型分析，能够远程以及自动控制农业环境中的湿帘风机、内外遮阳、喷淋滴灌以及加温补光等设备，以便可以保证温室农业种植大棚内环境适宜作物的生长，为农业种植创造条件［7］。同时，该系统还可以通过手机、PDA以及计算机等信息终端，推送实时农业环境监测信息以及预警信息，充分发挥物联网技术的应用需求［8-12］。

3　设计实现基于农业物联网技术的农业种植环境监控系统

3.1系统总体结构设计

农业种植环境监控系统设计中，系统终端，采用智能模块化软件设计，内部I2C总线结构，软、硬件扩充性能好，可靠性高，抗干扰能力强；安装、调试及维修方便，可在强电磁干扰等恶劣环境下长期可靠地工作。其设计总体结构如图1所示。

图1　该系统的总体结构

对于农业种植环境监测系统中，其物联网技术中，主要可包括传感终端以及通信终端，还包括无线传感网、监控中心以及应用平台等部分组成。其主要的农业物联网拓扑如图2中所示。

图2　系统的拓扑结构

1）传感终端

对于该模块，可以监控农业种植环境，对其空气湿度、土壤的水分温度等环境多点参数进行传输，以指导农业种植生产。

2）建设通信终端以及传感网络

可以通过感知农业种植的相关传感数据，同时结合通信网络模块，将其环境信息参数传输到系统的控制部分中，实现其数据交互。

3）控制终端

对于该模块设计中，可以通过GPRS模块与系统的管理监控中心进行连接［13］，对农业种植环境进行调节。可以控制进行内遮阳、风机、顶部通风等控制操作。

4）视频监控系统

可以对农业种植环境进行视频监控，实时远程监控农业种植环境，还可以确保用户远程的访问农业种植环境图像。

5）监控中心

在该系统设计中，其监控中心中，主要可以由多业务综合光端机、数据服务器、显示系统等组成，可以对整个农业种植园区进行管理，并可以对农业种植成果进行展示。

6）应用软件平台

在农业种植环境监控系统中，可以通过该应用软件平台，能够将农业种植的土壤信息感知设备以及空气环境监测备，结合外部的气象感知设备、视频信息感知等设备，统一存储其设备感知数据，并可同时对其进行相关的处理与挖掘，根据农业物联网技术，基于系统的中央控制智能决策，生产有效的操作指令［14］，从而可以智能化的控制农业种植气候环境，为农业作物的生长提供好的环境。

3.2系统功能设计

对于该系统设计中，其主要功能如表1所示。

3.3系统硬件设计

在该系统设计中，其单机控制设备，如表2所示。

集群控制设备 ，如表3所示。

直流模拟量输入：4路。包括传感器互联，采集压力，流量、温度等信号。

数字量输入：2路。用于开关信号检测，如门禁开关。

数字量信号正确率：≥99.5%。

模拟量合格率：≥99.5%。

模拟量综合误差：≤0.5%。

实时时钟：误差≤0.12 s/h。

静态功耗：≤12V/1 mA。

环境温度：-35℃～+70℃。

相对湿度：＜90%。

大气压力：86～106 kpa，66～110 kpa。

湿度传感器各项参数如下：

采用通DX-S2型土壤湿度传感器，测量参数 土壤容积/重量含水率θ

量 程4～50%（绝对重量含水率）

精度误差不超过2%

响应时间 响应在1秒内进入稳定

工作环境-30℃～+55℃

工作电压4.5～5.5VDC，典型值5.0VDC

工作电流50 mA

输出信号0～2.5 V

4　应用效益分析

在本次研究中，可以基于农业物联网技术，设计出农业种植环境监控系统，有助于实现对农业生产中所有基地中职测试点的环境监控工作，可以获取、管理环境信息，并且也可以动态显示种植环境图像、数据，并对其进行分析处理。在农业物联网技术基础上，设计实现农业种植环境监控系统，可以提升系统应用性能，降低农业种植成本、提高效能，达到28.0%。通过运用物联网技术，有助于实时的采集农业种植过程中大棚环境内的空气温度、湿度以及光照、土壤水分等相关数据参数，并且也可以根据农业中的作物实际生长需要，实时的进行环境管理，可以通过自动开启以及关闭功能服务功能，调节该系统监控下的农业种植环境，发挥积极应用效益。

表1　系统功能设计

表2　物联网单片机设备

5　结论

表3　物联网系统集群控制设备

综上所述，在农业种植环境监控系统设计中，可以应用农业物联网技术，有助于细化实际中的农业种植工作，设计出的系统有更高的可靠性，且系统的适应性也更高，节能环保，可循环使用，进而降低农业种植成本、提高效能。

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The design and implementation of agricultural planting environment monitoring system based on the technology of Agricultural Internet of things

GONG Yan-fei1,NIE Hong-lin2
（1.Shaanxi Vocational&Technical College，Xi'an 710100,China；2.Shaanxi Zhongsheng Environmental Technology Development Co.，Ltd.，Xi'an 710100,China）

In order to explore the design and implementation of agricultural planting environment monitoring system based on the technology of Agricultural Internet of things.Through analyzing the application of agricultural technology,the requirement of the monitoring system of agricultural environment monitoring system is analyzed.The results confirmed that the agricultural planting environment monitoring system based on the agricultural technology,can improve the system performance,reduce the cost of agricultural planting,improve efficiency,achieve 28%,play a positive application value.

environmental monitoring system；agricultural planting；agricultural technology；design

TN391

A

1674－6236（2016）13-0052-03

2015-03-30稿件编号：201503440

龚燕飞（1983—），女，吉林四平人，硕士，助教。研究方向：环境污染，农林生物。