我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)田種植是我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中廣泛使用的種植方式。由于農(nóng)業(yè)技術(shù)落后，農(nóng)田種植中的問題日益突出:隨著水資源的減少，過去的水渠灌溉已不適應(yīng)當(dāng)前的農(nóng)田生產(chǎn)；土壤養(yǎng)分流失和農(nóng)藥的大量使用造成了土壤結(jié)構(gòu)的變化；專門從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)民數(shù)量減少，農(nóng)田管理粗放，傳統(tǒng)耕作方式已無法滿足市場需求。在傳統(tǒng)的農(nóng)田生產(chǎn)中，由于缺乏有效的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測手段，農(nóng)民無法對作物生長做出及時有效的調(diào)整，僅憑經(jīng)驗判斷，導(dǎo)致成本高、效益低的局面。

系統(tǒng)概述

合肥鴻昇科技有限公司自主研發(fā)的智能農(nóng)田種植環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，針對農(nóng)業(yè)農(nóng)田種植分布廣、監(jiān)測點多、布線和供電困難等特點，以數(shù)字農(nóng)田和農(nóng)田遠(yuǎn)程管理為切入點，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建統(tǒng)一便捷的信息交互平臺。

(1)系統(tǒng)設(shè)計原則

在該系統(tǒng)中，傳感器用于測量環(huán)境參數(shù)，如光照強(qiáng)度、溫度和濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度等。，影響植物生長，測得的參數(shù)通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)焦芾碇行?，實現(xiàn)對作物生長環(huán)境的實時監(jiān)控。管理中心對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，根據(jù)規(guī)則給出控制決策，通過物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送控制指令，通過現(xiàn)場控制器實現(xiàn)對各種設(shè)施的智能控制，保證了農(nóng)作物的生長環(huán)境，降低了成本，促進(jìn)了增產(chǎn)增收。管理中心軟件可以根據(jù)作物類型設(shè)置生長環(huán)境參數(shù)的范圍和控制決策規(guī)則，并存儲所有測量數(shù)據(jù)，根據(jù)條件管理和查詢歷史數(shù)據(jù)。

(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能農(nóng)田種植環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由下位機(jī)采集系統(tǒng)、上位機(jī)軟件應(yīng)用平臺和輔助擴(kuò)展部分組成。下位機(jī)信息采集系統(tǒng)包括土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)、水肥一體化系統(tǒng)、田間氣候觀測站、視頻圖像采集終端等。上位機(jī)軟件部分還包括電腦顯示控制、手機(jī)顯示控制、LCD顯示屏等。輔助擴(kuò)展部分可添加農(nóng)田病蟲害防治、農(nóng)業(yè)專家在線指導(dǎo)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯、在線交易云平臺等農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所包含的一系列系統(tǒng)設(shè)備。根據(jù)客戶需求。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的各種參數(shù)傳感器可以對農(nóng)田的整體環(huán)境進(jìn)行多點實時動態(tài)采集，顯示裝置可以實時顯示農(nóng)田的溫度、濕度、光照等數(shù)值，可以更清晰的顯示整個田地的整體數(shù)據(jù)。

傳感器是系統(tǒng)整個檢測環(huán)節(jié)的重要組成部分，用于將農(nóng)田環(huán)境因素等非電物理量轉(zhuǎn)化為控制系統(tǒng)能夠識別的電信號，為系統(tǒng)管理和控制提供判斷和處理的依據(jù)。傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)有線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率、漂移、精度等。常用的傳感器主要有溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、CO2傳感器、土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器，以及營養(yǎng)液鹽度(EC)和酸度(PH)傳感器。

(1)農(nóng)田“四情”監(jiān)測

農(nóng)田“四情”是指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對田間土壤墑情、苗情、農(nóng)作物病蟲草害進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。用戶可以通過電腦和手機(jī)隨時隨地登錄自己的專用網(wǎng)絡(luò)客戶端，訪問田間實時數(shù)據(jù)并管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測各監(jiān)測點的環(huán)境、天氣、病蟲害、作物生長等情況。結(jié)合系統(tǒng)預(yù)警模型，可以實現(xiàn)對農(nóng)作物的實時遠(yuǎn)程監(jiān)測和診斷，并獲得智能化、自動化的解決方案，從而實現(xiàn)對農(nóng)作物生長的動態(tài)監(jiān)測和人工遠(yuǎn)程精準(zhǔn)管理，保證農(nóng)作物在適宜的環(huán)境條件下生長，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，增加農(nóng)民收入。

①土壤濕度監(jiān)測

土壤水分自動監(jiān)測主要是監(jiān)測土壤的含水量，通過水分傳感器測量土壤的體積含水量。同時，根據(jù)用戶需要，系統(tǒng)可以擴(kuò)展配置監(jiān)測所有土壤參數(shù)的設(shè)備，如土壤溫度傳感器、土壤電導(dǎo)率、土壤緊實度儀、土壤原位鹽分分析儀、土壤(肥料)養(yǎng)分快速測試儀等。

檢測土壤溫度、濕度和水位是為了實現(xiàn)合理灌溉，防止大量灌溉造成的水資源浪費和土壤養(yǎng)分流失。檢測氮、磷、鉀、溶解氧和PH值信息，是為了全面檢測土壤養(yǎng)分含量，準(zhǔn)確指導(dǎo)稻田合理施肥，提高產(chǎn)量，避免過量施肥帶來的環(huán)境問題。

②農(nóng)田蟲情監(jiān)測

自動昆蟲監(jiān)測，利用昆蟲監(jiān)測燈(可視化)結(jié)合現(xiàn)代光、電、數(shù)控技術(shù)，在無人監(jiān)管的情況下，自動完成誘捕昆蟲、殺蟲、收集、分裝、排水等系統(tǒng)化操作。通過GPRS移動無線網(wǎng)絡(luò)，定時拍照采集昆蟲接收箱中采集的昆蟲圖片，并自動上傳至遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺。平臺每天自動記錄收集的數(shù)據(jù)，形成害蟲數(shù)據(jù)庫，可以

③監(jiān)測農(nóng)田苗情和災(zāi)情

田間苗情災(zāi)情一體化監(jiān)測是指對作物生長發(fā)育狀況、病蟲害進(jìn)行自動監(jiān)測，對災(zāi)情進(jìn)行實時視頻監(jiān)測(包括白天圖像和夜間紅外圖像)。結(jié)合氣象、土壤墑情、蟲情預(yù)報燈等傳感器，可以自動監(jiān)測田間苗情、蟲情、災(zāi)情，讓管理者遠(yuǎn)程密切關(guān)注作物長勢，提供及時高效的指揮調(diào)度。

④專家診斷系統(tǒng)

生產(chǎn)人員可以將危害植物生長的植物病害特征和病蟲害以文字描述和圖片的方式發(fā)送到監(jiān)控平臺，專家在線解答和回復(fù)，建立互動平臺。

(2)溫度和濕度監(jiān)測

溫濕度傳感器可以監(jiān)測農(nóng)田環(huán)境空氣溫濕度、地表溫濕度、土壤溫濕度等。，并能收集、分析、操作、控制、存儲和發(fā)送數(shù)據(jù)。

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