王玲玲++羅紅霞++謝錚輝++陳帥

摘 要 熱帶作物田間生長環(huán)境信息包括風速、風向、光照強度、空氣濕度、土壤濕度、CO2濃度、降雨量等數(shù)據(jù)，這些環(huán)境信息對作物的生長環(huán)境調(diào)控和作物田間科學管理非常重要。本研究圍繞熱帶瓜果哈密瓜田間環(huán)境信息采集這一問題，研究哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境智能傳感與檢測關(guān)鍵技術(shù)。采用tiny210硬件核心板，利用安卓系統(tǒng)和Java語言進行編程，集成空氣溫濕度傳感器、光照一體傳感器、土壤濕度傳感器、風向傳感器、風速傳感器，建立熱帶瓜果哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境智能傳感與檢測系統(tǒng)，主要解決哈密瓜田間生長環(huán)境信息動態(tài)采集和數(shù)據(jù)管理，為田間生長環(huán)境調(diào)控提供參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞 哈密瓜 ；環(huán)境信息 ；傳感器 ；監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號 TP29

Abstract The information of tropical crop production environment includes the wind velocity and direction data， light intensity， air humidity， air temperatures， soil moisture， concentration of carbon dioxide， rainfall and so on. These data will be of great reference value to environmental control and scientific field management. As the characteristics of tropical crop growth and tropical climate conditions， information acquisition and tracking about the environment of crop growth are quite behind the time. This research is precisely centers on this core question to launch， carrying on analysis on the key technology of intelligent sensor and monitoring about cantaloupe production environment. We build a system on a tiny210 chip using android operating system. Sensors that will be linked include air humidity & temperature sensor， illumination sensor， soil moisture sensor， wind-direction sensor and wind power sensor. This research focuses on field information dynamic acquisition and management. This study can offer references for in field environmental control and further research work.

Key words cantaloupe ； field information ； sensor ； monitoring system

作物生長地上環(huán)境信息采集研究包括地表或作物冠層溫度、空氣溫度、空氣濕度、大氣壓力、光照強度、風速、風向、CO2濃度等[1-3]，地下環(huán)境信息采集研究包括土壤水分、土壤含水率、土壤墑情、土壤養(yǎng)分、PH值、電導率等[4]，以上信息均可以通過傳感器等設備進行成功采集[5]，采用傳感器建立傳感節(jié)點，構(gòu)建農(nóng)田監(jiān)測系統(tǒng)，主要用于設施農(nóng)業(yè)的節(jié)水灌溉、精準農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。國外研究的采集設備主要有日本的配有無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的數(shù)據(jù)采集器，荷蘭的具有數(shù)據(jù)遠距離無線傳輸功能的農(nóng)田數(shù)據(jù)采集器，美國的具有無線電臺傳輸功能的數(shù)據(jù)采集器[6-7]。中國在該方面的研究也比較多，包括野外農(nóng)田數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)履歷采集系統(tǒng)、移動智能農(nóng)田信息采集系統(tǒng)、農(nóng)田自動噴灌系統(tǒng)、果園實時監(jiān)控管理系統(tǒng)、遠程溫濕度實時監(jiān)控系統(tǒng)、土壤溫度的采集和無線傳感網(wǎng)絡路由、農(nóng)田土壤信息無線傳感裝置等[8-10]。農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測與傳輸系統(tǒng)研究包括農(nóng)業(yè)環(huán)境信息無線傳感器網(wǎng)絡、土壤信息遠程傳輸、農(nóng)田主要信息動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、面向精細農(nóng)業(yè)的無線傳感器網(wǎng)絡、土壤含水率監(jiān)測傳輸、基于ZigBee/WSN技術(shù)的農(nóng)田環(huán)境信息監(jiān)測網(wǎng)絡、國營農(nóng)場作物生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)等[11-16]。

哈密瓜在海南的種植面積較大，哈密瓜的栽培及生長需要適宜的生長環(huán)境，環(huán)境會直接影響到熱帶作物的品質(zhì)及產(chǎn)量，本研究集成電子電路、傳感器、單片機、數(shù)據(jù)庫等信息技術(shù)，研發(fā)哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，包括系統(tǒng)軟件與硬件兩部分，探索實用性強、成本低廉的信息采集硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)對哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)測，為哈密瓜生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控提供參考數(shù)據(jù)。

1 關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 總體思路

采用傳感器、單片機、數(shù)據(jù)庫等信息技術(shù)，構(gòu)建熱帶作物田間生產(chǎn)環(huán)境智能傳感與檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件部分采用安卓開發(fā)系統(tǒng)，JAVA編程語言，系統(tǒng)硬件部分采用環(huán)境傳感器，TINY210硬件核心開發(fā)板，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包括空氣溫濕度、光照一體傳感器、土壤濕度傳感器、風向、風速傳感器，該系統(tǒng)主要應用于哈密瓜田間數(shù)據(jù)采集、田間生產(chǎn)管理和田間生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控。

1.2 硬件關(guān)鍵技術(shù)研究

采用tiny210為系統(tǒng)硬件電路核心板，采用2.0M的電路板SD卡作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，電池與電源兩種方式進行供電，集成空氣溫濕度、光照一體傳感器、土壤濕度傳感器、風向傳感器、風速傳感器為一體，進行電路的焊接、集成與測試。系統(tǒng)硬件設計圖如圖1所示。

1.3 軟件關(guān)鍵技術(shù)研究

基于通用COM口，采用通用進程通信協(xié)議的串口傳輸協(xié)議，利用安卓系統(tǒng)和JAVA語言進行編程，允許記錄和管理測量的環(huán)境數(shù)據(jù)。硬件終端測量到田間環(huán)境數(shù)據(jù)，通過函數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸和保存到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫采用專用于便攜式儀器的SQLint數(shù)據(jù)庫。

軟件使用專門用于開發(fā)基于android的嵌入式系統(tǒng)的eclipse編輯工具，數(shù)據(jù)在通過通信協(xié)議傳輸后，轉(zhuǎn)化為byte[]數(shù)組，并通過string轉(zhuǎn)int函數(shù)，發(fā)送到終端機。串口調(diào)試/連接界面如圖2所示。

2 系統(tǒng)結(jié)果顯示

重點進行系統(tǒng)硬件與軟件的集成與測試，重點實現(xiàn)帶瓜果哈密瓜田間環(huán)境信息的采集與傳輸，系統(tǒng)測試結(jié)果如圖3所示?？梢酝ㄟ^軟件進行數(shù)據(jù)測量的時間間隔、存儲路徑、接口開啟與斷開、數(shù)據(jù)導出等功能選擇和操作，可以選擇環(huán)境單因子或多因子測量方式，系統(tǒng)具有便攜式功能，操作簡單。

3 結(jié)論

生長環(huán)境包括風速、風向、溫度、濕度、土壤濕度、CO2濃度、降雨量等多個要素，影響著哈密瓜的田間生長，基于以上環(huán)境影響因子，建立的哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)具有哈密瓜田間氣象監(jiān)測、作物生長異常預警等功能。該系統(tǒng)的應用可以幫助提高觀測效率，減輕觀測人員的勞動強度，適用于哈密瓜田間生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測與控制方面的數(shù)據(jù)采集與科學研究，適合于野外使用。

參考文獻

[1] 王亞男. 田間信息的遠程獲取與無線傳輸系統(tǒng)的研究[D]. 哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學，2013.

[2] 唐 琨. 無線自組織網(wǎng)絡在農(nóng)田實時信息傳輸中的應用[D]. 長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2012.

[3] 齊 林. 面向可追溯的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與建模方法研究[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學，2014.

[4] 羅錫文，臧 英，周志艷. 精細農(nóng)業(yè)中農(nóng)情信息采集技術(shù)的研究進展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22（1）：167-173.

[5] 黃 震. 分布式農(nóng)田信息采集及預測系統(tǒng)研究[D]. 濟南：山東大學，2013.

[6] 陳海濤. 基于3G網(wǎng)絡的灌區(qū)圖像采集與處理系統(tǒng)開發(fā)[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2014.

[7] 周曉倩. 基于GPRS的農(nóng)田氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2014.

[8] 許 朋，孫 通，馮國坤，等. 基于STM32的智能溫室無線監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]. 農(nóng)機化研究，2015（3）：87-90.

[9] 王兵利，張 萍，熊 剛. 基于GPRS的農(nóng)田氣象信息監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 農(nóng)機化研究，2015（1）：105-108.

[10] 史會敏. 嵌入式以太網(wǎng)在農(nóng)田信息遠程監(jiān)測系統(tǒng)中的應用[D]. 濟南：山東大學，2013.

[11] 韓文霆，吳普特，郁曉慶，等. 農(nóng)業(yè)環(huán)境信息無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測技術(shù)研究進展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2011（S2）：326-330.

[12] 項 鵬. 農(nóng)田作物信息遠程傳輸和管理系統(tǒng)構(gòu)建[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2012.

[13] 李 鼎. 基于無線傳感器網(wǎng)絡的土壤含水率監(jiān)測系統(tǒng)研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2012.

[14] 楊 鑫. 農(nóng)田主要信息動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2013.

[15] 張 偉. 面向精細農(nóng)業(yè)的無線傳感器網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 杭州：浙江大學，2013.

[16] 戴建國. 國營農(nóng)場作物生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)開發(fā)及數(shù)據(jù)共享技術(shù)研究[D]. 石河子：石河子大學，2013.