农业设施环境通用监控系统的设计与实现

结合我国农业设施发展的特点,设计了一种具有广泛应用性的农业设施环境数字化监控系统（AS-Digiman）,并实现了相应的软硬件配套方案,该文详细介绍了该系统的设计思路与实现的主要功能,并对农业设施监控领域的有关问题进行了深入的探讨。     

全封闭热泵干燥装置监控系统的设计与试验

为了改善干燥试验过程中的监控方式,提高了试验的精确性和效率,减轻了试验人员的工作负荷,并支持后期数据分析,该课题将热泵干燥技术、自动检测控制技术、SCADA技术融合,开发出一套由热泵干燥装置、数据采集与监控系统组成的热泵干燥监控系统。系统由一套全封闭的热泵干燥装置执行干燥过程;数据采集系统采集干燥现场数据,OPC服务器通过通信协议获取数据;监控系统主要具备PLC自动控制和PC机监控功能。试验结果表明,该系统能够实现温湿度精确控制,并具备数据的实时显示、归档、信息报警等功能,将作为后续研究的试验平台。     

基于ARM-Linux和GPRS的农业环境无线远程监控系统

本文设计和实现了基于嵌入式ARM-Linux和GPRS/CDMA技术的农业环境无线远程监控系统,为偏僻分散条件下的农业对象监控提供了一种有效的解决方案。首先,嵌入式监测设备采集农业现场环境信息,然后通过无线GPRS网络实时传送给远程服务器。经长时间运行和验证表明,系统已达到了实用的要求,在农业研究和生产领域将有广阔的应用前景。     

基于无线传输的稻田灌溉监控系统

为实现稻田环境的监控和节水灌溉,该文设计了基于无线传输的稻田灌溉监控系统,其中包括1个主站和18个基站,采用日精ND250A数传电台进行无线数据通信。基站可按设定的时间间隔自动采集稻田水温、土壤湿度、稻田水位等参数,并当接到主站指令时通过无线传输将数据上传到主站;基站供电采用太阳能蓄电池,以满足传感器运行及无线通讯的能耗需求。PLC控制灌溉设备的运行,运用组态软件设计人机交互界面,可自动或手动进行灌溉操作;工控机可运行基于Web的信息管理系统,监控灌溉现场的运行情况并在显示器上动态显示各种实时操作。该系统运行稳定,能够实现准确的无线数据采集,适用于稻田灌溉的实时监控。     

本地存储技术在农业远程监控系统中的集成应用

数据安全存储和方便调用是远程监控系统研发中的重要技术,在前期重点解决网络服务器异地数据存储技术的基础上,研发了基于U-Disk和现场计算机设备的数据存储技术。实践应用表明,新增功能具有很高的可靠性,可解决因网络故障或通信阻塞引起的数据丢失等问题,且弥补了只有在计算机和Internet都具备的情况下才能查看和浏览数据的不足。     

基于触摸屏的温室环境监控系统的人机界面实现

随着温室智能控制技术的不断推广,如何使操作人员更加方便地操作温室监控系统成为亟待解决的问题.该研究用嵌入式实时操作系统及触摸屏实现温室监控系统的人机界面.该人机界面采用Amulet系列触摸屏开发套件来实现,同时给出了用开发套件内嵌的HTML语言编写的界面控制语句.通过此人机界面,温室监控系统摆脱了传统人机界面的界面复杂、不友好及成本高等缺点,操作容易,具有很强的使用价值.     

基于CC1110的田间无线数据采集系统

介绍一种采用无线通信方式的多节点数据采集系统。该系统由CC1110无线模块连接各种传感器作为数据采集节点;由CC1110无线模块、存储芯片、显示单元和串行通信电路构成数据接收中心,并与PC机连接,完成数据的采集、存储和分析。详细阐述了CC1110的功能、结构及特点,并分析了各个功能模块的电路构成和程序设计方法。     

基于物联网的温室大棚环境监控系统设计方法

目前农业物联网通信协议尚不统一。为了更好地封装和传输农业信息,提出一种适用于农业物联网的通信协议AGCP（agricultural greenhouses communication protocol）。利用AGCP协议结合物联网架构完成了基于物联网架构的农业大棚监控系统的设计,重点完成了感知层中协调器和节点终端的信息采集以及设备控制的软硬件设计,并详细设计了光照控制模块、温度控制模块和灌溉控制模块,最后进行了系统测试和分析。试验表明,该系统能有效监测温室大棚的空气温度、湿度、二氧化碳以及土壤湿度等农业环境信息,并能进行相应设备的自动控制,验证了AGCP协议在农业物联网的有效性以及构建系统的可行性。     

通用农业环境信息监控系统ReGA网关设计

无线传感器网络(WSN)在农业智能化应用中具有良好技术优势和广阔应用前景,网关作为WSN连接外界应用系统的桥梁,在WSN中具有重要作用。已有网关设备主要针对特定应用系统提供数据汇集与转发功能,很少具备监测区域信息组织管理能力。该文以设计通用农业环境信息监控系统架构为背景,提出一种基于WinCE系统的可配置WSN网关体系结构(ReGA),在完成监测数据和控制指令转发的基础上,实现现场可视化设备和监测数据综合管理。ReGA的可配置体现在支持环境监测类型、监测节点属性动态配置,通过定义网关与上下层的交互协议,支持交互指令和封装参数的可配置,系统结构高内聚、低耦合。试验证明ReGA可靠性高,可灵活应用于农田、水产、林业、温室等不同领域。     

嵌入式无线温度采集系统的设计

系统以ARM920T内核S3C2410芯片作为核心处理器,以嵌入式Linux操作系统作为软件资源的核心,通过无线收发模块CCI100完成数据的传输,并把采集的数据信息显示在LCD上,系统利用C语言完成了软件设计。实验证明,系统具有较好的实时性、方便性和安全性,可用于工农业各个领域的实时温度采集。     

猪舍生态环境监测和清洁控制系统的设计

针对中小型养殖场的实际需求,该文以可编程控制器(programmable logic controller,PLC)为核心控制器,设计了一套生态环境监测和清洁自动控制系统,主要研究了对猪舍内温湿度、氨气浓度等生态环境参数的检测和调控方法。为实现对温度的精确测量,设计了简单的电阻—电压转换电路,并对温敏电阻采用分段线性化措施,使测温精度达到±0.2℃。为实现猪舍内多个区域的环境参数的合理检测,采用了多传感器自适应加权平均融合算法,并给出了该算法的PLC程序设计方法。试验数据表明:采用数据融合算法时,在20℃左右时,猪仔生活区温度测量值的总方差最小值为0.0125,而采用算术平均值时方差为0.8562;在氨气浓度为15 mg/m3左右时,采用数据融合算法时整个猪舍氨气浓度测量值的方差最小值为0.0406,而采用算术平均值时方差为0.9548。这表明采用数据融合算法后,各区域参数测量值的方差远小于采用算术平均时的方差。试验过程中该系统运行可靠,达到了设计目的。该系统结构简单,易安装、调试和维护,成本低,能极大降低工人劳动强度,节省人力,能减少环境污染,特别适合于中小型养殖企业,具有较高的应用价值。     

基于ZigBee网络的温室环境远程监控系统设计与应用

针对温室环境数据信息监控特点,本文进行了基于ZigBee协议的传感器节点技术的开发,并在此基础上组成现场监控无线传感器网络,通过网络汇聚节点与无线移动网络（GPRS/CDMA）和INTERNET的无缝连接,实现数据远程传输至指定数据库服务器。无线传感器网络组建采用星型拓扑结构,通过软件设置在需求时唤醒ZigBee网络节点,使监控设备具有组网灵活、拆移便捷等优点。通过在实际生产过程中应用表明,该系统工作性能稳定,在数据采集和传输等方面均达到了设计要求,尤其是有效简化了现场设备安装与拆移等过程,使之更适合各类农业现场数据监控的需要。     

WebGIS在农业环境物联网监测系统中的设计与实现

近年来物联网技术在农业环境监测领域得到了广泛的应用。物联网能够及时获取监测点上时间连续的数据,但在进行较大尺度的区域监测时,因空间变异性影响,基于节点的物联网监测技术面临着监测点分布设计、数据空间连续表达等诸多难题。针对农业环境监测对象的特点,提出了由点到面的区域模拟与评估方法,设计了一套将物联网基于"点"的监测数据与WebGIS基于"面"的空间数据融合分析的解决方案。在已建立的物联网监控中心系统平台基础上,优化集成WebGIS图形化空间分析技术,建立了物联网监测数据与WebGIS空间数据点面融合的农业环境监测系统。系统实现了数据位置地图显示、由点到面的区域模拟与评估、区域监测专题图管理3个功能。以河南省小麦灾情监测为案例对系统进行了应用分析,结果表明系统能有效地实现农业环境由点到面的区域动态监测,提高了作物长势与灾害的综合诊断能力,并能够为农业生产管理提供更为便捷的应用服务。     

基于无线传感网的荔枝园智能节水灌溉双向通信和控制系统

为提高水资源利用率和灌溉智能化管理的需要,设计了以无线传感器网络技术为核心的荔枝园节水灌溉控制系统,该系统的无线通信模块选择CC2530模块,传感器模块包括空气温湿度传感器DHT22,光照强度传感器GY-30,土壤水分含量传感器TDR-3以及一些外围电路,精确采集荔枝园温度、湿度、光照度和土壤含水率等多项环境信息,通过无线传感器网络、通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service,GPRS)和互联网进行数据的传输,保证了传输的实时性和远程性,实现了对荔枝园环境的实时监控;同时,远程服务器和网站上都对荔枝园的土壤含水率的阈值进行了设定,当土壤含水率的值超过了阈值,服务器或者网站就会自动发送相关命令对相应的电磁阀进行控制,实现双向控制。分析、测试了系统的功耗和通信距离,在空旷地带,节点的双向有效通信距离达1 205 m,在荔枝园中双向有效通信距离达81.5 m。在传感器节点系统工作周期为30 min情况下,根据试验结果估算出,两节额定容量为3 000 m A·h的3.7 V锂电池串联可使传感器节点持续工作时间最大为500 d,可使电磁阀控制节点工作5 a以上。试验结果表明,该系统运行稳定,网络平均丢包率为3.87%,能够准确监测荔枝园信息采集和控制电磁阀工作,实现和控制荔枝园智能节水灌溉双向通信。     

农业环境信息无线传感器网络监测技术研究进展

无线传感器网络是实现农业环境变量信息多方位、网络化远程监测的主要技术手段。无线地上传感器网络应用研究集中在作物不同生长期内节点布设距离和高度以及作物高度等对无线电信号传输损失的影响,从而合理选择节点布设参数。无线地下传感器网络应用研究集中在气象环境、土壤类型、土壤含水率、土壤结构与成分、节点埋藏深度、节点距离、频率与功率范围、网络拓扑结构、路由算法、组网方式等对电磁波多路径传输的路径损失、误码率、最大传输距离、含水量测试误差等方面的影响。研究指出,300～500 MHz的频率更适合土壤无线地下传感器网络,其最大传输距离为5 m,传输距离将是系统大面积推广应用的主要限制因素。今后重点应研究433 MHz电磁波在不同土壤和空气多层介质中的传输特性、信道模型及路径损失,优化节点和网络技术参数,确定不同农业应用环境条件下传感器网络节点合理位置和最优的网络拓扑结构方案。     

茶园信息采集无线传感器网络节点设计

针对茶园中所存在的无线通信障碍问题,该文设计了一款适合茶园信息采集的无线传感器网络节点。节点以ATmega128为核心,nRF905射频芯片及其外围电路作为无线通信模块,SHT11空气温湿度传感器和TDR-3土壤含水量传感器及其外围电路作为传感器模块,并以该节点为硬件平台编写了通信协议、应用程序和后台管理软件。分析、测试了节点的功耗和通信距离,在空旷地带,节点的有效通信距离达到150 m,与Micaz节点对比室内外通信距离分别提高了200%和150%。在广东省英德茶园基地进行了组网试验测试,结果表明：网络平均丢包率为0.84%,传感器感知精度达到98.2%,能够满足茶园信息采集的应用要求。     

基于无线传感器网络的温室光环境调控系统设计

为了解决现有光环境调控系统存在光照度不可调、能耗高、部署困难等问题,该文设计基于无线传感器网络的光环境调控系统。该光环境调控系统以CC2530处理器为核心设计中央控制节点、监测节点、调光节点,采用ZigBee协议实现自组网络、监测数据和控制信号传输。监测节点通过周期监测光合有效辐射值,利用自然光中太阳高度角与红蓝光比例关系,计算当前红蓝光光量子通量密度;利用智能中央控制节点计算其与作物所需目标量的差值,并将其转换为脉宽调制控制信号,通过调光节点控制LED输出亮度,实现LED调光灯输出光量的动态、精确、无线调控。试验检验表明,该系统红蓝光光量子通量密度监测误差小于6%,调控输出光照度相对误差小于3%,可满足多个温室实时、按需、定量光环境调控的需求,具有部署灵活、易扩展、低能耗的特点。