农产品智慧种植监控技术应用设计研究

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摘要：[摘要]智能设备在现代农业种植方面需求越来越大，本项目主要利用物联网技术的，完成了对作物生长环境的温度、湿度、光照的智能检测。硬件系统以单片机STC12C5A16S2为核心，使用AM2321温湿度传感器和光敏传感器进行数据收集，通过WiFi模块传输;软件部分主要完成app的制

　　[摘要]智能设备在现代农业种植方面需求越来越大，本项目主要利用物联网技术的，完成了对作物生长环境的温度、湿度、光照的智能检测。硬件系统以单片机STC12C5A16S2为核心，使用AM2321温湿度传感器和光敏传感器进行数据收集，通过WiFi模块传输;软件部分主要完成app的制作通信功能、显示功能。通过建立无线APP与无线网卡的连接，利用传感器测量环境中的温湿度以及光照值，系统能根据环境参数变化，控制设备做出相应的反应。

　　[关键词] 物联网;单片机;种植监控

　　[基金项目]本研究论文系2020年度湖南省科研重点扶贫项目：新基建环境下艾草数字化平台建设研究(20A359)的研究阶段性成果;系2021年度常德市科协学会服务能力提升计划项目：农产品智慧种植监控技术应用及推广的研究阶段性成果;系湖南应用技术学院科技成果奖培育项目：数字化农业下的产销信息平台建设研究与成果推广(2021HYPY05)的研究阶段性成果;系2020年度常德市科技创新发展重点项目：艾草育品种植与产品研发及信息化平台建设研究与应用(134)的研究阶段性成果。

　　中国是一个人口稠密的国家，也是一个农业大国。现代农业在中国非常重要，农作物的生长取决于某些环境因素，在生长过程中，温度、湿度和光线会受到许多因素的影响，昼夜温度和湿度的大变化可能对植物生长非常不利。如果不能进行好的光照，植物叶片就会变得枯黄，缺少光合作用，植物体内的二氧化碳和废物质就无法进行排放，严重的则会直接导致死亡。目前，智能农业技术已应用于农业生产监控、温室作物种植、智能精准灌溉等诸多领域。物联网技术是一种新型的信息技术，在当今的农业中，通过多个传感器节点可以共同组成具有不同功能的测量网络，不同的传感器收集有关作物参数的不同信息，以帮助农民及时发现问题，整体提升农产品种植监控的相关效率，增加农作物产量与收益。

　　1.研究现状与发展趋势

　　1.1国内现状与发展趋势

　　我国在很久以前就利用了一些保护措施栽培一些反季节农作物，随着时代的进步，科技的发展，从以往使用聚乙烯薄膜发展到如今使用智能设备控制农作物生长环境参数提高产量。近年来，智能种植技术在全国范围内发挥着越来越重要的作用。例如：在广东省，为了整合现代农业三大产业，有必要建立完整的生产要素产业链。河北省石家庄大力支持农业物联网，该试点项目旨在准确应用、科学改造、创造养殖以及产业结构优化布局，在多个地方建立45个区域站;在腾讯人工智能实验室种植黄瓜时，温湿度值和光照值是传感器收集的作物生长数据，通过与设定值的比较，筛选温室的设备组件。

　　智慧农业在中国体现出良好的发展潜力。未来，云计算、物联网、人工智能等这些领域在农业方面都能够得到更好的利用，从各个方面向农业生产领域延伸，使我国总体上具有实施智能农业的硬件和软件环境。我国智慧农业发展还存在一些問题，由于我国农村高素质人才流失严重，留守的农民年纪过大，思想过于顽固，文化水平稍低，且大部分以女性为主，他们对与网络信息技术的了解较少，而且我国当前职业农民的教育体系还不太完善，高素质农业人员匮乏，且农业科技推广力度不大、基础设施落后。

　　1.2 国外现状与发展趋势

　　国外的一些国家已经很早提出相关政策去实施智慧农业，国外的比较发达的国家，他们在农业大棚上面的技术发展的比较早，特别是微型计算机出来之后，这些国家，在这方面的技术更为精进，如美国、以色列、荷兰等国家，美国率先提出“精准农业”，且先后提出了多项法律法规和发展计划为“智慧农业”的发展提供了好的发展环境和资金支持，在30 年代就建立了可以人工控制农作物生长因素的温室环境[1]。以色列农业对农作物的环境参数有不同的要求，并通过设备自动监测环境，以实现高效的农作物生产[2]。荷兰的温室大棚技术一直都是处于领先地位，很早就研发出了计算机自动监测与控制作物生长因素的系统，这个系统将数据存储在数据库中，人们可以随意查询任何时间的数据信息[3]。

　　2.种植监控系统功能研究

　　2.1 系统功能设计

　　该系统由多个模块构成，分别是MCU控制器，APP，数据处理等几个模块，各个模块的功能分析如下：

　　(1)MCU控制器模块。以STC12C5A16S2单片机为核心处理器，使用AM2321温湿度传感器、光敏传感器、风力传感器、水计量等检测种植环境的温度、湿度、光照、土壤PH值，风力。

　　(2)APP模块。通过TCP/IP协议将传感器获取的数据在APP界面上显示出来，可以方便获取实际值与设定值进行对比，从而进行安全环境因素控制，将图像识别监控系统数据在平台进行及时性显示，以备后期的农业种植病虫害疫防监控。

　　(3)数据处理模块。当传感器获取的数据值超过设定的数据值时，将数据进行精度去噪，并将所限值传入云平台，以图形式展示，便于使用者客观认知与分析种植生长因素的相关值，并及时做出相应干预。

　　(4)图像视频监控模块。采用摄像头进行采集周围的种植环境，可见区域在200平米范围内，对种植监控系统的设备进行防盗性监控，对农作物的病虫疫进行样本采集数据，为及时干预病虫疫提供有力保障。

　　3.监控系统的主要硬件设计

　　本课题采用STC12C5A16S2型51单片机、AM2321湿敏电容数字温湿度传感器、光敏传感器、风力传感器、水计量测量器、WiFi模块等硬件模块[4]，还有Android Studio、逍遥模拟器等软件及辅助工具。

　　3.1传感器节点

　　3.1.1温湿度传感器

　　(1)传感器工作原理

　　常见的温湿度传感器有DHT22、DHT11、AM2321等，它们性能指标有区别，选择了合适的量程才能获取更好的获取作物生长数据。

　　就如DHT11和AM2321两者来说，DHT11是电阻式数字温度和湿度传感器，而AM2321是湿度敏感的电容式数字传感器。同时它是使用特殊的数字模块采集技术和温度和湿度检测技术校准的数字信号输出的传感器。所需产品具有很高的可靠性和出色的长期稳定性。但是DHT11温湿度传感器的湿度范围为30-90%RH，温度范围0-50℃[5];AM2321温湿度传感器的湿度范围是0-99.9%RH，温度量程范围是负40-80℃。同时还有一个最重要的点，AM2321温湿度传感器的信号传输距离可以达到20m以上。AM2321的响应时间约2S。

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