基于物联网的甘薯贮藏环境监控系统的研究

赵思萌 徐践 张娜

摘要 采用硬件与软件相互结合的设计方案。系统硬件部分由温度传感器、湿度传感器、STM32单片机、3G通讯模块等组成。硬件部分实现了数据的采集、处理、传输功能。软件部分是使用Python语言在开发平台上完成系统平台的开发，实现良好的人机交互效果。其中系统平台和温湿度采集器之间通过TCP/IP协议进行数据的传输，同时将数据存储在数据库内，当用户查看时则会以网页的形式展现给用户，使得用户更方便的监测温地窖内环境参数，并兼顾搜索数据与导出数据的功能，实现对甘薯贮藏库的良好监测。

关键词 甘薯；温湿度传感器；环境监测系统；物联网

中图分类号 S126 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）08-0224-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.08.059

Abstract A design scheme was adopted with the combination of hardware and software. The hardware part of the system consists of temperature sensor， humidity sensor， STM32 MCU， 3G communication module and so on. The hardware part realizes the functions of data collection， processing and transmission. The software part uses the Python language to complete the development of the system platform on the development platform， achieving good humancomputer interaction effects. The data between the system platform and the temperature and humidity collector are transmitted through the TCP/IP protocol， and the data are stored in the database. The data are displayed to the user in the form of a webpage， so that the users can monitor the Internal environment parameters more conveniently. Taking into account the function of searching data and exporting data， we achieve good monitoring of sweet potato storage.

Key words Sweet potato；Temperature and humidity sensor；Environmental monitoring system；Internet of Things

甘薯（Ipomonea batatas Lam.）屬旋花科甘薯属，是具有蔓生习性的一年生或多年生草本植物[1]。我国甘薯采后的储藏技术主要为地窖、井窖、大屋窖、棚窖等传统的方式，但是国内的甘薯储藏技术还有不够完善的地方，如机械冷库商业化、规模化的去储藏甘薯还尚未成功。我国甘薯入库前大多都会采用福尔马林、多菌灵等农药进行喷洒消毒。这种传统的储存方式存储的甘薯品质会降低，有时候甚至会腐烂，如果环境被农药污染严重，可能还会对甘薯造成二次感染，这样会使得脱毒的种子甘薯造成感染，影响甘薯的出牙率和质量[2]。农民普遍选择利用地窖贮藏，其成本低，但极易腐烂、风险大，无法对窖内进行温度控制，特别是出现腐烂时无法挽救，从而造成严重损失[3]。

因此，开发一套能够实时监测地窖内环境温湿度的硬件设配具有重要意义。同时，开发一个能够实时显示地窖内温湿度数据的平台也是必不可少的。当农民通过手机或网页看到当前地窖内环境温度过高时，可进行及时的作业，保证地窖内的温度在适合贮藏甘薯的范围内。鉴于此，笔者介绍了基于物联网的甘薯贮藏环境监控系统总体设计、系统功能和系统测试。

1 系统总体设计基于物联网的甘薯贮藏环境监控

1.1 功能设计

存放甘薯地点的环境因素对甘薯的良好存放起着决定性的作用，因此采集环境的温度值和湿度值十分必要。当接收到传感器传输过来的数据之后，还需要一个平台来反馈相应的内容。甘薯温湿度数据采集平台正是为了展示在甘薯库得到的温度、湿度等各项数据，提供实时的检测情况，帮助人们更加快速地了解甘薯所处的环境，从而更好地了解甘薯的贮藏条件。根据对数据的分析以及汇总，确定平台需求，甘薯温湿度数据采集平台主要包括了以下功能：搜索功能以及数据的导出功能。该平台的功能框架如图1所示。

1.1.1 展示功能设计。

在传感器得到数据之后，用户并不能直接地得到所需要的数据。展示功能实现了对传感器传输得来的信息的展示，可以让用户能够一目了然地了解当前或者某一时段甘薯存储的温湿度信息。

1.1.2 搜索功能设计。

传感器得到的数据繁多复杂，用户在浏览过程中需要对所得到的数据进行分类汇总，有选择性地进行数据的对比。平台实现的搜索功能可以按照不同的时间和不同的设备来确定浏览相应的数据信息。通过搜索功能得到的数据可以更加清晰地展示在具体某一时段的温湿度信息，或者展示在某一设备处相应的温湿度信息，这也让用户更加直观、清晰地了解到甘薯的贮藏信息。

2.4 导出功能实现

3 系统测试

3.1 温湿度采集器测试

为了验证温湿度采集器所采集到的数据的准确性，试验准备了干湿球、不同型号和材质的温度计、电子温湿度计。将其放置于温湿度采集器的近似位置，每当平台上进行一次数据的更新，就进行一次人工读数和记录，共记录数据1 000余条。所记录的人工读取的数据均与平台数据近似，误差值在3%～5%[17]。

按照每10 min上传1次数据计算，10 d共计导出数据1 440条，导出最近10 d的数据到Excel表格中。測试结果显示为1 440条数据，说明传感器没有漏传数据的现象发生。

3.2 系统平台测试

甘薯储藏环境温湿度的监测系统的软件完成之后并进行了测试。传感器通过3G模块把检测到的温湿度数据上传至数据库中存储，并通过前端界面进行显示，时间间隔为10 min，此模块无漏数据现象，且数据能够正常显示；为了方便存储及其他应用，数据可以以表格的方式导出，便于以后的研究，导出数据无异常现象；在平台的日历上直接选择日期，然后搜索出某个时间段内需要查询的温湿度数据，系统能够准确显示查询期间内的所查数据。经过简单的功能测试后验证了此平台的采集和显示数据、导出、按照日期搜索的功能全部能够正常执行，平台运行稳定。

4 总结与展望

通过将物联网相关技术、自动化监测等技术应用于存储甘薯环境的远程监测，设计了甘薯存放环境数据管理平台。通过对硬件、软件的设计，可实时采集甘薯存放环境中的空气温度、湿度。并根据需要的适宜存放甘薯的温湿度来及时地人为调控，有助于大规模的更好管理存放甘薯，提高甘薯存放的质量，并且也有助于甘薯存储研究的发展。

甘薯存储环境数据管理平台，实现了对实时监测的温湿度数据的记录、存储、查询、导出等功能，可以更好地有助于用户不受地域的限制实时监测温湿度，当温湿度不在限定之内时，可以及时的调节。该平台利用传感器对当前环境的温度和湿度进行检测，然后传到平台上。经过测试，传感器所得参数正常，传输也较快速准确，完成了相应的功能，实现了预期的目标。

在今后的研究中，还可以加入二氧化碳传感器，对环境进行进一步的监测，使相应的数据更全面、分析更准确[18]。此外，还可以向自动化方向发展，使农户在发现存储问题之后，用机器控制就可以实现对贮藏环境的改变，而不是要亲自去调整等，使得甘薯贮藏环境监测系统更为人性化、自动化。

参考文献

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