智能农业土壤墒情分析系统的设计与实现.docx

《智能农业土壤墒情分析系统的设计与实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能农业土壤墒情分析系统的设计与实现.docx（44页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、摘要自古以来，中国一直是农业大国，有着源远流长的农耕文化。为了提高农业的生产产量，加强对农田管理能力，有效的掌握田间作物的生长情况，需要对田间作物苗情、墙情、病虫情、灾情进行实时监测和走向分析。我国的用水量不断增长，水资源的利用率底下，必须采用科学先进的技术提高水资源的利用率。为了及时判断作物是否缺水，从而进行适时适量的浇水，满足作物对水的生理需求，确保作物的产量和品质。本课题以STC12单片机为主要芯片，使用DS18B20温度传感器、FC-28湿度传感器、PH值传感器来检测土壤中的温度、湿度、PH值，在1CD1602显示屏上实时显示数据，并通过ESP8266(WiFi)无线连接上位机，把获取

2、到的数据记录在上位机中。在上位机中把得到的数据进行对比分析。系统可分为土壤墙情检测信号采集模块、无线数据的发射与接收模块和上位机监控分析模块。最后，对所有设计的电路进行封装和焊接制作，对模块接口调试，分析具体的通信情况，使整个系统安全稳定运行。关键词：土壤墙情；无线通信；传感器AbstractSinceancienttimes,Chinahasbeenabigagricu1tura1countrywitha1onghistoryoffarmingcu1ture.Inordertoimproveagricu1tura1production,strengthentheabi1ityoffarm1a

3、ndmanagement,andeffective1ygraspthegrowthofcropsinthefie1d,itisnecessarytoconductrea1-timemonitoringandtrendana1ysisofcropseed1ing,soi1moisture,diseaseandinsectpests,anddisaster.China,swaterconsumptionisincreasing,andtheuti1izationrateofwaterresourcesis1owerthanthatofwaterresources.Scientificandadva

4、ncedtechno1ogymustbeadoptedtoimprovetheuti1izationrateofwaterresources.Inordertojudgewhetherthecropisshortofwaterintime,soastocarryouttime1yandappropriatewatering,meetthephysio1ogica1needsofcropsforwater,andensuretheyie1dandqua1ityofcrops.Inthispaper,STC12sing1e-chipmicrocomputerisusedasthemainchip.

5、DS18B20temperaturesensor,FC-28humiditysensorandpHsensorareusedtodetectthetemperature,humidityandpHva1ueinthesoi1.Thedataisdisp1ayedonthe1CD1602disp1ayscreeninrea1time,andthedataisrecordedintheuppercomputerthroughesp8266(WiFi)wire1essconnection.Intheuppercomputer,thedataarecomparedandana1yzed.Thesyst

6、emcanbedividedintosoi1moisturedetectionsigna1acquisitionmodu1e,wire1essdatatransmissionandreceivingmodu1eanduppercomputermonitoringandana1ysismodu1e.Fina11y,a11thedesignedcircuitsarepackagedandwe1ded,themodu1einterfaceisdebugged,andthespecificcommunicationsituationisana1yzedtoensurethesafeandstab1eo

7、perationofthewho1esystem.sensorKeywords：Soi1moisturewire1esscommunication摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题背景11.2 目的和意义11.3 国内外发展现状21.4 课题的基本内容31.5 主要工作31.6 论文组织结构4第2章系统设计方案52.1 系统总体框架52.2 无线通信62.3 系统总体需求72.4 结8第3章硬件设计103.1 系统硬件的组成103.2 硬件电路设计与实现123.3 无线通信模块电路设计15本章小结15第4章软件设计164.1 系统开发平台的搭建164.2 软件功能设计174.3

8、 传感器信号采集194.4 tcp通信协议21本章小结21第5章系统测试225.1 上位机调试245.2 无线通信测试255.3 传感器测试265.4 分析数据275.5 推荐种植作物285.6 存储数据29本章小结30结论30致谢32参考文献33附录1译文34附录2英文参考资料35附录3原理图38附录4程序代码38第1章绪论1.1 课题背景我国农业受到了传统生产模式的支配，而这种支配方式只能凭借着经验进行土壤灌溉，这中生产模式不仅浪费大量的人力和物力，同时也对土壤环境保护和水资源的短缺形成了严重威胁，传统耕种模式对农业持续性发展带来了严峻的挑战。获得信息对于实现设施的高水平农业生产和优化环境

9、控制至关重要。无线传感器它不但具有灵活性强、占地面积小、便于安装和扩展等优点，在科研、教学和工农业生产领域都受到普遍关注。这是现代信息技术三大支柱（传感器、通信技术和计算机）的一个高度一体化的无线传感器网络的结果。无线传感器技术的开发和应用在农业领域产生了极其重要的影响，能够用于监视、检测和实时收集关于各种检测环境的信息，处理这些信息并获得详细和准确的信息内容。1.2 目的和意义1、课题目的本课题的土壤墉情分析系统就是以农田作为研讨对象，分析本土壤适合种植什么作物，或种植某一作物还需要什么环境。使得需要种植的作物能够达到最有利于生长环境的需求。开发土壤墙情检测系统的目的在于，改进农业土壤湿度的

10、分析和提高土地利用率以及改进低产量的灌溉方法，创再出一种新的现代高产量农业生态，并促进农业生态学的发展。土壤墙情检测系统主要是对农田的土壤建立检测点，这样可以实时掌握农作物根系的土壤层中的水分运动状态和水分分布情况，从检测点获取所有检测到的数据，并获得关于作物对水的需求的数据分析情况。本课题检测系统分析不但可以采集土壤中分子的含量，还能根据土壤现阶段的水分占比得出未来土壤墙情的变化，建议农业生产者预测土壤湿度的变化,预测干成的严重程度，从而向农民们提供关于土壤湿度的早期预警。本课题研究的主要目的是为田间作物种植提供能够实时对土壤的墙情进行检测系统的分析，实现对土壤水分中的数据进行采集、存储、分

11、析，为农业生产提供指导。准确分析预测作物需水量和田间土壤水分信息，建立完整的信息采集与分析系统，可以提供更加准确的数据，进而更好的完成预测工作，使得“精细农业”得以实现。2、课题意义通信电缆在我国土壤水分检测系统中应用广泛。该方法稳定，但需要大量布线，使监测系统复杂化，降低了灵活性，从而对土壤湿度检测系统的普及产生了非常严重的影响。如果采用无线传感器节点，可以省去复杂的布线，大大提高了检测系统网络连接的灵活性和可扩展性，有助于安装和维护节点。这种技术引进了农业生产中建立起自动灌溉监控系统，土壤分子信息的智能控制、多类环境信息采集、系统的集中管理、信息的可靠通信和无线通信管理系统，可以有效的提高

12、农业生产和水资源利用，并使农业生产走上可持续发展的道路。不浪费资源就是改善环境质量。人民生活水平的不断提高也提高了人们对环境质量的要求。为农业技术的运用提供科学的指导，农业生产过程中的各个环节都需要用到科学技术，例如：种子的选择、种植的时间、浇水时间和水量等都需要精确的计算和控制，并且进行记录，种子在发芽时需要土壤中的水含量应该是多少，某一时期土壤水分是否缺少。生产者必须采取有效的保护措施，确保农业生产的连续性，这就需要利用到土壤湿度来确定农业生产的情况，如灌溉和施肥，并以土壤湿度检测数据的为铺垫获得令人满意的结果。为抗旱提供理论指导，对农田土壤墙情的实时检测，通过检测到的数据进行分析旱情的影

13、响，将准确的农田土壤埔情数据提供给农业生产者，根据检测到的数据，及时对农业生产进行进一步的指引和正确的决定，还可以通过查看记录的分析对未来的生产提供有利的依据。1.3 国内外发展现状在一些发达国家早些时候就行了关于土壤墙情预测技术进行了研究。在西方国家上世纪70年代，美国农艺学家林特纳建造了预测玉米地的土壤墙情的模型，但是由于研究不够，林特纳主要侧重于土壤湿度与不同土壤湿度之间的关系模型。到了上世纪80年代，土壤湿度预测技术的研究随着社会的进步在迅速发展。从少量的土壤转变为一整套湿度预测模型土壤，目前土壤湿度与猜测模型已经开始通过研究土壤之间特性关系。水分含量和农作物的生产指标等因素进行了研究

14、，认为气温上升导致土壤湿度下降，严重影响到土壤湿度的变化。上世纪九十年代之后，土土壤墙情预测技术研究更近一部，同时拥有了很多相关技术。通过三个年代的了解发现西方国家从很早就认识到了土壤墙情对农业的影响是至关重要的。国内对土壤墙情的预测研究相对比国外的研究起步相对较晚。国内从八十年代就开始注意自动化节水灌溉方式的研究。睡着国家信息和通信技术能力的迅速提高，自主开发的自动化灌溉控制系统也在逐渐增多。虽然灌溉控制系统在增多但是土壤墙情检测系统目前仍处于开发和测试阶段，很少有适合环境的土壤墙情检测系统。1.4 课题的基本内容该系统主要研究分析田间农业土壤中温湿度、PH值的含量，并在1CD显示屏中显示出

15、数据。实现对土壤墙情的远程存储、分析和农业生产提供指导。精确分析和预测农作物的需水量以及埔情信息。1、研究方案本课题以STC12单片机为主要芯片，使用温度传感器、湿度传感器、PH值传感器来检测土壤中的温度、湿度、PH值，在1CD显示屏上实时显示数据,并通过WiFi连接上位机，把获取到的数据记录在数据库中。在数据库中把得到的数据进行对比分析。2、预期达到的目标通过以上研究方案中的关键器件的选型，本系统采用的是均是市面上成熟稳定的器件，该系统设计方案可靠稳定。对于土壤水分信息，从宏观到微观的检测和分析，传统的手段已经不能达到现阶段的需要已到达。根据土壤水分信息实时验证灌溉时间和水量；能有效提高用水

16、效率这个快速有效地控制培养条件已成为精细窒息实践中亟待解决的问题之一。本课题研究预期达到的目标为；（1）实时检测土壤中的温湿度、PH值。（2）每隔2小时对这些值进行采集，并记录在计算机中便于后期的观察。（3）设定相应的阈值，超过或低于阈值做出相应的反应。（如当水分含量大于80的时候做出排水处理、当水分含量小于30的时候做出浇水处理。）（4）阈值可以根据不同的天气、季节、地区情况手工设定。并在1CD显示屏上显示所设定的值。每按键一次阈值增加或减少5,每个阈值会根据检测的仪器实际情况设定初值。1.5主要工作本文针对智能农业土壤摘情检测系统的设计与实现的现状进行研究，设计和开发出对土壤中的温度、湿度、PH值