哈密瓜田间生产环境监测系统集成关键技术研究

王玲玲++罗红霞++谢铮辉++陈帅

摘 要 热带作物田间生长环境信息包括风速、风向、光照强度、空气湿度、土壤湿度、CO2浓度、降雨量等数据，这些环境信息对作物的生长环境调控和作物田间科学管理非常重要。本研究围绕热带瓜果哈密瓜田间环境信息采集这一问题，研究哈密瓜田间生产环境智能传感与检测关键技术。采用tiny210硬件核心板，利用安卓系统和Java语言进行编程，集成空气温湿度传感器、光照一体传感器、土壤湿度传感器、风向传感器、风速传感器，建立热带瓜果哈密瓜田间生产环境智能传感与检测系统，主要解决哈密瓜田间生长环境信息动态采集和数据管理，为田间生长环境调控提供参考数据。

关键词 哈密瓜 ；环境信息 ；传感器 ；监测系统

中图分类号 TP29

Abstract The information of tropical crop production environment includes the wind velocity and direction data， light intensity， air humidity， air temperatures， soil moisture， concentration of carbon dioxide， rainfall and so on. These data will be of great reference value to environmental control and scientific field management. As the characteristics of tropical crop growth and tropical climate conditions， information acquisition and tracking about the environment of crop growth are quite behind the time. This research is precisely centers on this core question to launch， carrying on analysis on the key technology of intelligent sensor and monitoring about cantaloupe production environment. We build a system on a tiny210 chip using android operating system. Sensors that will be linked include air humidity & temperature sensor， illumination sensor， soil moisture sensor， wind-direction sensor and wind power sensor. This research focuses on field information dynamic acquisition and management. This study can offer references for in field environmental control and further research work.

Key words cantaloupe ； field information ； sensor ； monitoring system

作物生長地上环境信息采集研究包括地表或作物冠层温度、空气温度、空气湿度、大气压力、光照强度、风速、风向、CO2浓度等[1-3]，地下环境信息采集研究包括土壤水分、土壤含水率、土壤墒情、土壤养分、PH值、电导率等[4]，以上信息均可以通过传感器等设备进行成功采集[5]，采用传感器建立传感节点，构建农田监测系统，主要用于设施农业的节水灌溉、精准农业等领域。国外研究的采集设备主要有日本的配有无线数据传输模块的数据采集器，荷兰的具有数据远距离无线传输功能的农田数据采集器，美国的具有无线电台传输功能的数据采集器[6-7]。中国在该方面的研究也比较多，包括野外农田数据采集与传输系统、农业生产履历采集系统、移动智能农田信息采集系统、农田自动喷灌系统、果园实时监控管理系统、远程温湿度实时监控系统、土壤温度的采集和无线传感网络路由、农田土壤信息无线传感装置等[8-10]。农业信息监测与传输系统研究包括农业环境信息无线传感器网络、土壤信息远程传输、农田主要信息动态监测系统、面向精细农业的无线传感器网络、土壤含水率监测传输、基于ZigBee/WSN技术的农田环境信息监测网络、国营农场作物生产信息管理系统等[11-16]。

哈密瓜在海南的种植面积较大，哈密瓜的栽培及生长需要适宜的生长环境，环境会直接影响到热带作物的品质及产量，本研究集成电子电路、传感器、单片机、数据库等信息技术，研发哈密瓜田间生产环境监测系统关键技术，包括系统软件与硬件两部分，探索实用性强、成本低廉的信息采集硬件系统，实现对哈密瓜田间生产环境的监测，为哈密瓜生产环境调控提供参考数据。

1 关键技术研究

1.1 总体思路

采用传感器、单片机、数据库等信息技术，构建热带作物田间生产环境智能传感与检测系统，系统软件部分采用安卓开发系统，JAVA编程语言，系统硬件部分采用环境传感器，TINY210硬件核心开发板，系统采集的数据包括空气温湿度、光照一体传感器、土壤湿度传感器、风向、风速传感器，该系统主要应用于哈密瓜田间数据采集、田间生产管理和田间生产环境调控。

1.2 硬件关键技术研究

采用tiny210为系统硬件电路核心板，采用2.0M的电路板SD卡作为数据存储介质，电池与电源两种方式进行供电，集成空气温湿度、光照一体传感器、土壤湿度传感器、风向传感器、风速传感器为一体，进行电路的焊接、集成与测试。系统硬件设计图如图1所示。

1.3 软件关键技术研究

基于通用COM口，采用通用进程通信协议的串口传输协议，利用安卓系统和JAVA语言进行编程，允许记录和管理测量的环境数据。硬件终端测量到田间环境数据，通过函数转换后传输和保存到数据库中，数据库采用专用于便携式仪器的SQLint数据库。

软件使用专门用于开发基于android的嵌入式系统的eclipse编辑工具，数据在通过通信协议传输后，转化为byte[]数组，并通过string转int函数，发送到终端机。串口调试/连接界面如图2所示。

2 系统结果显示

重点进行系统硬件与软件的集成与测试，重点实现带瓜果哈密瓜田间环境信息的采集与传输，系统测试结果如图3所示。可以通过软件进行数据测量的时间间隔、存储路径、接口开启与断开、数据导出等功能选择和操作，可以选择环境单因子或多因子测量方式，系统具有便携式功能，操作简单。

3 结论

生长环境包括风速、风向、温度、湿度、土壤湿度、CO2浓度、降雨量等多个要素，影响着哈密瓜的田间生长，基于以上环境影响因子，建立的哈密瓜田间生产环境监测系统，系统具有哈密瓜田间气象监测、作物生长异常预警等功能。该系统的应用可以帮助提高观测效率，减轻观测人员的劳动强度，适用于哈密瓜田间生产环境监测与控制方面的数据采集与科学研究，适合于野外使用。

参考文献

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