智慧农业园环境监测系统设计

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［摘要］智慧农业对环境检测的需求，通过联网技术与无线传感器技术相结合，由温湿度传感器随时调整指示空气湿度；由温度传感器了解植物的生长；由光传感器整合数据并快速理解，去除周围的除植物条件因素，根据所要求的最佳生长环境标准，从而自动调整设备，全面控制植物生长。

［关键词］环境检测；传感技术；自动调节

1项目概述

1.1项目介绍

项目所在地覆盖溧阳天目湖周边农业生产有机基地，通过智能控制系统和高清摄像头对农业园内的光照度、土壤温湿度等进行实时监控管理，并通过交换机与物联网网关进行数据传送，管理人员可使用设备对农业园进行远程管理。利用传感器、无线技术系统监测。园区土地面积约8000亩，种植品种包括：有机茶叶、时令水果等30余个品种。通过环境监测系统可以实现对土壤温度、土壤含水率、光照度以及灌溉系统等与种植生产息息相关的参数的自动感知与调控。

1.2需求分析

目前，农村或则大棚种植茶叶、水果、蔬菜等农业产品都是靠人工去完成灌溉，施肥，检测水土质量等工作，此过程不仅消耗人力，而且所得到的数据也不准确，影响农作物的生长过程，随着科技的发展，现代农业可以利用传感器技术，计算机网络计算，电气控制技术来完成相关种植参数的采集，通过检测数据、传输数据、分析数据等过程，为农作物在合适的时机完成灌溉、施肥等工作，使农作物获得更好的养分，为现代化农业的发展提供技术保障，从而实现农业的现代化，目前，大多数茶叶，水果生产主要依靠手工专门的管理经验，缺乏系统的科学指导。设施栽培技术开发为农业现代化进程具有深远的影响。为解决城乡居民消费结构和农民增收的问题，促进农业结构调整，智慧农业的重要作用已占据农业生产的重要地位。要实现农业生产设施，高水平和优化生态环境治理设施，获取信息的手段是最重要的关键技术。随着现代信息技术的三个基本技术（传感器技术，通信技术和计算机技术）的形成高度集成的无线传感器网络是一个新的信息获取与处理技术。

1.3项目目标

1.3.1对农业园的各项参数进行评测（即土壤湿度调节、环境调节能力）。通过对这些参数的分析，可以实现：（1）农业园的各项参数是否达到预计设计目标；（2）农业园的环境参数是否可以满足所需种植作物的生长环境需求。

2对于种植生长环境参数要求不严格的作物，实现环境监测，将环境参数记录后分析，适当调整环境后，以便改善作物的生长环境

2.1设计方案

针对现代农业示范园区需求及本农业园的实际情况，设计方案主要包括三部分：棚内相关种植环境的数据收集部分包括土壤中含水量的监测，空气中气体含量的检测，监控系统中视频信号的检测，各类信息传输系统等。园区设备的自动控制部分：包括灌溉，施肥过程的控制。园区内采集的相关信息通过网络的与人工处理过程：包括信息平台的信息，监控中心信号的等功能。

2.1.1园区信息采集部分

此部分由空气温湿度传感器，视频监控器，无线数据传输模块，PC和电源模块组成。传感器节点通过自组织方式构成网络，将采集到的数据沿着其他节点逐跳进行传输，传输到显示模块进行数据显示。（1）空气温湿度传感器在设计中，我们采用的温度传感器，检测范围在0-50℃，湿度传感性器检测范围在30～90%，用于检测设施农业的空气环境温湿度。安装在园区中空气流通较好的遮阳处，一般根据分区的长度安装1～4个不等。（2）土壤温度及水分传感器在此设计中，对于土壤相关参数的检测采用了土壤温度传感器，检测温度的范围在15～40℃，安装在作物根部土壤中，用于检测植物生长的整个过程，安装是根据分区长度来划分，一个分区安装2-4个不等。（3）视频监控器对种植产品的区域以及公共区域实现24小时的全程监控，监控得到的画面通过网络传输到监控中心，监控中心对所有监控系统实施实时监控，同时可以实时报警。（4）无线数据传输模块无线传感器网络由具备各种感知功能的无线传感器，中心节点，无线网关（转WiFi）等组成，主要负责园区内部温度、湿度和土壤含水量等数据的采集和控制命令的转发。

2.1.2园区设备的自动控制部分

（1）自动施肥系统系统运行时，各个进水管与肥液罐的电磁阀通过控制器开启控制，肥液由输出阀输送至混肥液储存罐与灌溉用水混合，当肥液储存罐液位达到要求时，通过肥液泵输送至混肥管道，灌溉施肥时电磁阀开启，充分混合后的肥液输送至灌溉系统主管道并输送进大田作物，对农作物进行灌溉与施肥。当肥水混合液中EC值或PH值过高，肥水采样器采样得到数值高于控制器内部控制程序设置的作物生长适合浓度数值的时候，控制器控制相应肥液罐电磁阀关闭，肥液储存罐内的肥液被主管道内的灌溉用水进行稀释。（2）灌溉控制子系统农作物的灌溉系统设计利用了PLC技术为核心，控制电机的自动启停，土壤中安装了土壤湿度传感器，用于采集土壤的湿度，如果土壤的湿度大于目标值，自动关闭灌溉阀门，低于如低于设定目标值，则自动打开灌溉阀门，同时采用了变频器控制灌溉、施肥以及喷药实施恒压与压力调节控制。

3上位机软件设计

上位机通过用户界面输入控制指令，并且实时监控系统工作，还可以查询系统信息等。并且根据滴灌施肥过程中对施肥参数的控制需要，从而编写软件程序。实施效果：通过该系统可以实现对如温度、湿度、气体浓度、光照度等与种植生产息息相关的参数的自动感知与调控，通过手动与自动控制的结合使用，营造出绿色、健康的生长与种植环境，以及良好的网络交互，实现更好的社会效益。该系统的运行还拥有一下用处：

参考文献

[1]石复习，邹志勇.农业环境参数检测WSN网关设计[J].安徽农业科学，2010，38（23）：12923-12924.

[2]赵静，王岩，杨淼，等.物联网在农业病虫灾害中的应用[J].通信技术，2010，11（43）：49-51.

作者：王磊 单位：正德职业技术学院机电工程系