梁　英　王　怡　孫歆鈺

基于單片機的農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計

梁英王怡孫歆鈺

（荊楚理工工學院湖北荊門448000）

傳統(tǒng)農業(yè)普遍科技水平不高，無法實現(xiàn)對農業(yè)生產環(huán)境的實時監(jiān)測，導致無法及時發(fā)現(xiàn)并有效控制危害農業(yè)生產的因素，也無法準確把握農產品最優(yōu)生產環(huán)境。為了提高農作物生產線的效率，運用無線傳感技術監(jiān)測和傳輸農業(yè)生產環(huán)境的各種數(shù)據(jù)，再由單片機核心板傳送到顯示器。同時WIFI系統(tǒng)連接手持端設備，實現(xiàn)對農作物生產環(huán)境數(shù)據(jù)的實時遠程監(jiān)測。

農業(yè)生產；無線傳感；單片機

傳統(tǒng)農業(yè)的生產過程中，農作物的生長往往會受到溫度、濕度、日照等環(huán)境因素的制約，導致生產周期較長。為了使農業(yè)生產更加有效率、有質量的進行。伴隨著控制技術和計算機技術日益的成熟，將現(xiàn)代的智能科學運用于農業(yè)生產的過程中可以很好地把控農作物的生產過程中的各種因素，并進行人工干預和調整。有效地提高了農作物的產量，減少生產過程中成本投入，以達到農業(yè)生產的經(jīng)濟效益最大化。

1 在農業(yè)生產過程中監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的意義

我國是農業(yè)大國，也是人口數(shù)量眾多的國家，地廣物博但是人均資源卻沒有那么豐富。所以如何提高每畝均產的質量就成了亟待解決的問題。想要產量高，質量好，就必須在種子的基因和生產過程中找到優(yōu)化產能的方法，而對于環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測以及監(jiān)測后的人工干預與調控，就是在農作物的生產過程中實現(xiàn)產能的優(yōu)化。什么樣的農作物最適宜在怎樣的自然條件下生長都在監(jiān)測下通過實時數(shù)據(jù)展示得清清楚楚。再通過人工干預，為農作物創(chuàng)造良好的生存環(huán)境，就能有效地提高農作物的產率。提高了農作物的產率之后就是提高了下一代種子的質量，所以農業(yè)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測在農業(yè)生產過程中具有重要意義。

2 關于農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計思路

對于農業(yè)生產過程的監(jiān)測主要針對農業(yè)生產中涉及的因素，如空間、土壤、水分、光照等的計算與探測。在獲取相關數(shù)據(jù)之后根據(jù)實際情況進行統(tǒng)籌分析，確定要栽種的農作物的種類和數(shù)量。播種下去之后，繼續(xù)進行監(jiān)測，一般來說不是大棚種植的情況下，各種因素無法做到很好的把控，比如光照條件在自然情況下是無法進行調節(jié)的，所以把控的重心主要體現(xiàn)在水分和土壤肥力這些可以人工干預并且不會大量耗費人力物力的因素上。通過對數(shù)據(jù)信息的分析，改變可以改變的因素，使農作物的生長環(huán)境向最理想的生長環(huán)境靠近，實現(xiàn)產量升級以及對資源的最大化利用。

2.1 農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主體框架

監(jiān)測系統(tǒng)的主體框架是由數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理3個方面組成。

（1）采集的工作主要是通過各類傳感器共同完成。例如有光照傳感器、土壤濕度傳感器、風向傳感器等一系列的傳感器共同組成一個系統(tǒng)。然后通過這些傳感器自身的識別能力對農作物生長環(huán)境的各類信息進行識別和收集，為后續(xù)的分析與研究提供原始數(shù)據(jù)，在接收到控制中心發(fā)送的反饋信息后通過自帶的微處理器調度所連接的設備完成控制中心的指令。

（2）傳輸工作主要是通過無線傳感器網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、云計算以及移動通信網(wǎng)的共同合作來進行信息的處理和傳遞。傳輸環(huán)節(jié)連接了數(shù)據(jù)與運算，是整個無線傳感網(wǎng)絡的核心部分。在農業(yè)監(jiān)測區(qū)域內根據(jù)隨機分布的多種類的微型傳感器組成的無線傳感器網(wǎng)絡，在對網(wǎng)絡進行全覆蓋的同時，采集、計算和處理區(qū)域中監(jiān)測對象的動態(tài)信息。一般情況下，農業(yè)生產過程中需要監(jiān)控的面積都十分巨大，所需要的傳感器的數(shù)量也十分巨大，如果使用點對點的連接方式無疑是不太合理的，而采用無線傳感網(wǎng)絡可以實現(xiàn)網(wǎng)絡的全面覆蓋，使數(shù)據(jù)收集更加全面，傳輸也更加高效。

（3）前兩個階段的工作完成后，收集好的有關農業(yè)生產相關因素的數(shù)據(jù)會被傳輸端傳輸?shù)较到y(tǒng)的內部進行數(shù)據(jù)進一步的加工和處理。這是整個系統(tǒng)中的最后一個環(huán)節(jié)。也是整個系統(tǒng)最核心的部分，基于單片機構成的控制系統(tǒng)，通過將傳感器的模擬信號轉換為數(shù)字信號，然后由單片機接受數(shù)字信號并進行一系列的判斷，將判斷結果輸出在顯示屏上，通過判斷結果下達指令給傳感器節(jié)點完成對農業(yè)生產環(huán)境因素的調控。

2.2 農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計的細化

2.2.1 無線傳感其的節(jié)點的構成

構成無線傳感器的3大要素是：被測對象、傳感器和觀測者。這就說明無線傳感器的節(jié)點不僅只有監(jiān)測農業(yè)生產環(huán)境因素這一個作用構成，同時也具有處理數(shù)據(jù)和無線通信的功能。不同的節(jié)點在整個系統(tǒng)中扮演著不同的角色，發(fā)揮著不同的作用。數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊和傳感器之間集成了這些節(jié)點，也正是這些節(jié)點串起了整個農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構

在整個農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中信息的傳遞過程主要有兩條線路，一條是從傳感器傳到通用控制系統(tǒng)，另一條是控制系統(tǒng)給予傳感器對應的反饋信息。農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)中，存在一個匯聚點，這個匯聚點是信息交流的地方。它可以接收來自傳感器的信息并將它傳向控制系統(tǒng)，同時也接受來自控制系統(tǒng)的反饋信息，并把它傳輸?shù)礁鱾€節(jié)點。各個節(jié)點在接收到信號后，節(jié)點自身的微處理器根據(jù)所接受到的命令來調控所連接的設備，從而實現(xiàn)對農業(yè)生產環(huán)境因素的調節(jié)。

2.2.3 系統(tǒng)整體結構設計

農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的整體結構是由傳感器作為無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點，由無線網(wǎng)絡作為連接節(jié)點的線，將信息匯總到一個匯聚點，由匯聚點將信息傳遞給單片機，單片機自主判斷后下達命令，或者輔以管理者手動下達命令，再由無線網(wǎng)絡傳輸給匯聚點，匯聚點再向各個節(jié)點發(fā)送信息，各個節(jié)點通過微處理器識別信息，并執(zhí)行命令調度所連接的設備實現(xiàn)對農業(yè)生產環(huán)境因素的監(jiān)測和干預。

3 農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)控制系統(tǒng)單片機設計思路

基于單片機的控制系統(tǒng)的工作流程是：首先將采集到的模擬信號通過A/D轉換器轉換為數(shù)字信號然后傳送給單片機，單片機對信號進行分析，然后在顯示屏上顯示出各類的實時數(shù)據(jù)，比如當前溫度、土壤濕潤度以及光照強度等。管理者可以手動設置各個農業(yè)生產中涉及的環(huán)境因素的閾值。單片機通過將實時數(shù)據(jù)與閾值作比較判斷當前條件是否處于閾值之內，如果超出閾值范圍，單片機就會執(zhí)行設定好的程序，來控制繼電器進行驅動水泵實施灌溉操作?；蛘咴陲@示屏上顯現(xiàn)出提示信息，提醒管理者做出相應的對策。然后將信息傳達給匯聚點，再由匯聚點將指令傳達給各個傳感器節(jié)點，由傳感器節(jié)點完成指令，以此達到提高智能化來控制農業(yè)環(huán)境參數(shù)的目的。

在農業(yè)生產的過程中溫度、濕度、光照需要保持在一個恒定的數(shù)值上?；趩纹瑱C農業(yè)生產環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)所搭載各種類型的傳感器以實現(xiàn)實時農業(yè)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測及時調控目的。此系統(tǒng)的軟件主程序設計主要由初始化程序，讀取所接收到的數(shù)據(jù)程序，設定各種環(huán)境因素的閾值的程序，輸出指令的程序。

4 小結

民以食為天，糧食的產量一直是民生所關注的最基礎的問題，如何用最少的土地種出最多的糧食是相關專家一直努力研究的方向。運用先進的技術，對農作物生產進行數(shù)字化的監(jiān)測，將農業(yè)生產中的不可控因素變?yōu)榭煽兀r業(yè)產業(yè)優(yōu)化的完善指日可待。這也是現(xiàn)代科學的進步推動著各個行業(yè)的進步與發(fā)展的重要表現(xiàn)，科技的進步本意就是為民生謀福利，將科技與生產相結合，才是時代的主旋律。

[1]張恩光,張志偉,常靜.基于無線傳感器網(wǎng)絡的智慧農業(yè)農作物環(huán)境多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的研制[J].黃河科技學院學報,2020,22(2):84-88.

[2]呂慶軍,鐘聞宇,由浩良.基于單片機構建智慧農業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡[J].時代農機,2019,46(10):96-97+99.

[3]曲鳴飛,趙丹.基于控制器的單片機農業(yè)大棚溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].新農業(yè),2019(14):27.

[4]朱高中.基于單片機的農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].科學技術創(chuàng)新,2018(25):155-156.

梁英(1997- )，男，漢族，河北張家口人，本科在讀，研究方向：計算機信息技術；王怡(1998- )，男，漢族，四川德陽人，本科在讀，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術。

S126

A

2095-1205(2020)01-31-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.01.19