基于物联网技术的数字农田信息监测系统研究

我国城镇化步伐的加快促使着我国的农业发展从传统农业生产模式向现代农业生产模式转型,在这个大背景下,研究一种基于物联网技术的数字农田信息监测系统。首先分析我国农业生产的现状,将监测系统分为信息采集终端、LoRa网关以及信息监控平台三部分。建立硬件总体设计架构,微控制器选用MSP430系列单片机,采用LoRa无线通讯技术对数据进行传输,当采集终端通过LoRa进行2 000 m范围的数据传输过程中,丢包率低于3%,满足数据传输的要求。采用"太阳能+3.7 V锂电池"的供电方式向系统供电,确保系统的长时间工作,通过测试发现采集终端的锂电池能够超过143 d正常工作,满足正常采集需求。利用IAR Embedded Workbench开发工具编写开发程序,绘制每个采集节点和功能模块的主程序流程图以及工作时序图,使用户能够时刻观察到农作物的生长情况,从而保证其健康地生长。整个监测系统满足农户对农田环境监测的需要,对于提升现代农业生产信息化水平有重要意义。     

基于行程自校准的高精度小区播种系统研究

目前,常见的小区播种机的控制方式基本分为编码器控制和北斗卫星控制。对于小区长度的精准度而言,北斗卫星控制的精度要高于编码器控制,但由于控制器接收北斗卫星的$GPGGA信号的频率为10Hz,导致基于北斗卫星的控制系统控制是不连续的。相较而言,编码器控制虽然对小区的长度控制精度低于北斗卫星,但由于编码器发送脉冲的间隔时间远低于0.1s,基本可以看作连续控制。因此,基于惯性导航的思想,将北斗卫星与编码器相结合,提出了一种基于行程自校准的高精度小区播种系统。大量试验表明:该控制系统能够将小区长度误差控制在1%以内,远低于常规控制方式。本文研究结果可为高精度小区播种机设计提供参考。     

基于专家系统的水肥一体机智能控制系统

为实现蔬菜大棚环境的实时远程监控和精准管理,设计基于专家系统的水肥一体化智能控制系统。信息采集终端实时采集蔬菜大棚的土壤湿度、空气温湿度、光照条件等环境信息,然后将信息上传至云服务器,专家系统结合现场数据,建立数学模型,制定蔬菜需水量、施肥时间以及氮、磷、钾混合比例等控制策略。经试验,基于专家系统推荐施肥,2017年植株氮、磷、钾积累量分别增加了12.77%、10.26%、3.32%,对比靠人工经验控制和基于专家系统的智能控制得出的结论,专家系统推荐施肥优化了氮肥、磷肥、钾肥的配比,蔬菜水果对氮、磷、钾养分吸收更充分。     

基于卡尔曼滤波算法的农业大棚数据融合处理技术研究

研究是建立在基于农业物联网技术的农业大棚信息监测系统的基础之上,利用卡尔曼滤波算法对采集终端传感器采集到的大量数据进行融合处理。该算法首先通过状态方程和节点观测方程推出状态一步预测值方程,其次将状态一步预测值方程与节点观测方程结合,便可得到系统状态最优估计值。最后通过预测值与测量值进行比较,并结合协方差的变化对状态估计值进行加权修正。仿真结果分析表明,利用卡尔曼滤波算法进行数据融合,能够得到更加平稳的数据值,精度也大大提高。     

基于北斗定位的小麦播种机控制系统优化

以西门子S7-200 smart PLC为控制器,通过对基于步进电机的分种器的控制,实现了小麦小区播种机控制系统的设计。采用北斗定位辅助取代了以往误差较大的编码器测距,实现了对作业小区的精准控制,控制精度达到厘米级。目前,PLC内部浮点数存储格式为8位单精度浮点数,而接收到的北斗GPGGA数据有效数值为16位双精度浮点数,直接转化误差非常大。为确保计算精度,提出了一种基于三角恒等式的数值分段法来解决双精度浮点数转单精度浮点数的问题。经测试,精度到达微米级。     

基于模糊PID算法的农机自动转向系统研究

现代农业要求农机在工作过程中实现实时高效的控制性能。为此,将PID控制方法与模糊控制方法相结合形成模糊PID控制器,根据模糊控制规则以及PID控制算法表达式得到了ΔKP、ΔKI、ΔKD3个参数,控制器不断地检测e(t)和ec(t)的值得到响应曲线。试验平台建立在东方红拖拉机上并且进行了输出响应试验和转角试验,结合Mat Lab仿真来分析控制系统的性能,结果表明:此方法可以有效地缩短农机转向系统的响应时间,减小超调量,提高转向精度,是一种性能更加稳定的控制方法。     

基于小区育种路径自对齐的小麦小区播种机改进

育种专家在进行小麦小区育种时,需要精准地对播种区域进行划分。但传统小麦小区播种机在播种过程中,各小区各行无法精准对齐,导致育种区域混乱,影响育种效果。为了解决小麦小区播种路径精准对齐的问题,本文在长期实验的基础上,将北斗卫星定位与小麦小区育种相结合。首先,获取播种机经纬度,通过建立相对坐标系,构建播种机的小区路径模型,得到规划的路径,取代了传统人工画线的过程。使用本文提出的方法进行小麦小区播种,在5 cm的误差范围内,播种准确度提高了32%。同时,考虑到农田作业环境复杂和人工驾驶的能力有限,北斗卫星定位本身也存在厘米级的误差,为了进一步提高小区路径规划的精准度,本文提出了一种算数平均值滤波与卡尔曼滤波相融合的算法,在相对坐标系下,对基准路径的斜率值进行迭代递推处理。经实验,使用算数平均值滤波与卡尔曼滤波相融合的算法,能有效地对实际计算的斜率值进行修正,最小的修正幅度为20.1%,最大的修正幅度达到4 871.4%。本文研究结果可为北斗卫星定位在小区播种机路径精准规划提供参考。     

基于农业物联网的草莓大棚信息监测系统分析

本研究基于农业物联网技术设计了针对于草莓大棚的信息监测系统,有效保证了草莓的健康生长,并提高了产量。本系统先就传感器节点的分布以及软件部分进行了合理的设计,传感器采集到数据后通过Zig Bee无线网络技术短距离传输至控制器网关,控制器网关再通过ME3000_V2通信模块将数据远距离传输至监控终端。用户可以远程实时监控大棚内的环境参数,也可以调用历史数据进行分析,使用户能够时刻观察到草莓的生长情况,从而保证其健康地生长。