- 相關(guān)推薦
光伏技術(shù)的農業(yè)環(huán)境監測探析論文
摘要：本文開(kāi)發(fā)了一款基于光伏技術(shù)的農業(yè)環(huán)境實(shí)時(shí)遠程監測與預警系統，包括太陽(yáng)能光伏板、多個(gè)信息監測模組、信息傳輸模組、信息存儲處理模組及移動(dòng)端APP，實(shí)現了對大棚溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境要素的智能監測和異常預警。系統特征在于：第一，所有信息傳輸模組采用無(wú)線(xiàn)信息傳輸，如WIFI、4G等通信網(wǎng)絡(luò )，避免了復雜的線(xiàn)路鋪設，避免對農業(yè)生產(chǎn)造成影響，提高了農業(yè)環(huán)境監測供用電的安全性和可靠性；第二，系統集成化程度較高，安裝簡(jiǎn)單，且成本造價(jià)較低，更易被廣大農戶(hù)接受；第三，移動(dòng)端查詢(xún)軟件平臺界面友好，操作簡(jiǎn)單，數據采集和處理高效精準，傳輸穩定，且測試成本低，易于長(cháng)期監測。
關(guān)鍵詞：智能監測；預警系統；太陽(yáng)能光伏技術(shù)；安卓用戶(hù)
隨著(zhù)城市化的推進(jìn)，農業(yè)資源不斷緊缺，從事農業(yè)生產(chǎn)的人員日趨減少，勞動(dòng)力成本不斷攀升，而社會(huì )對農產(chǎn)品的需求卻日益增長(cháng)。原有的農業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足社會(huì )發(fā)展的需要，必須對傳統農業(yè)進(jìn)行技術(shù)更新和改造。設施農業(yè)以人為手段改變溫、光、水、肥等動(dòng)植物生長(cháng)環(huán)境因素，創(chuàng )造動(dòng)植物生長(cháng)發(fā)育所需的適宜環(huán)境，擺脫氣候、土地等條件的制約，行成可控條件下集約化、標準化、高效化生產(chǎn)，保證農產(chǎn)品周年生產(chǎn)和均衡上市，是集約高效農業(yè)的重要形式[1-2]。設施環(huán)境信息數字化采集和設施裝備的智能化、自動(dòng)化管理調控是現代設施農業(yè)有別于傳統農業(yè)的核心技術(shù)之一。目前，世界各國溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現自動(dòng)化的基礎上正向著(zhù)完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。然而，浙江省乃至全國設施農業(yè)仍以小規模分散經(jīng)營(yíng)為主，設施裝備水平較低，精細化、自動(dòng)化、智能化管理控制技術(shù)相對滯后[3-4]。依據現階段農田分布特征，農業(yè)生產(chǎn)投入成本和農產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)值，以及江浙區勞動(dòng)力成本不斷攀升等現狀，為求最大程度地降低設備成本投入、提高設施農業(yè)管理效率、降低農業(yè)勞動(dòng)力成本，最大程度地發(fā)揮設施農業(yè)功能和效益，依托光伏技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)，本研究設計并開(kāi)發(fā)了一款基于光伏技術(shù)的農業(yè)環(huán)境實(shí)時(shí)遠程監測與預警系統，包括太陽(yáng)能光伏板、多個(gè)信息監測模組、信息傳輸模組、信息存儲處理模組及移動(dòng)端APP，實(shí)現了對大棚溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境要素的智能監測和異常預警。順應“物聯(lián)網(wǎng)＋農業(yè)”的大勢所趨，為農業(yè)在各個(gè)時(shí)期的精準管理和預警提供信息支持，以最少的資源消耗獲得最大的產(chǎn)出[5]。
1無(wú)線(xiàn)遠程監測系統設計方案
1.1供電模組
電源包括太陽(yáng)能電池組及蓄電池組或儲能電容組及充放電控制保護電路。太陽(yáng)能電池組將太陽(yáng)能轉化為電能，信息監測模組對應電連接蓄電池組或儲能電容組及充放電控制保護電路，太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能經(jīng)蓄電池組及充放電控制保護電路分別向多個(gè)信息監測模組供電。
1.2數據采集模組
本課題設計的溫室大棚智能監測系統，溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度傳感器作為測量的第一部分，要求傳感器具有較高的精度、可靠的轉換和信號的精確捕捉等性能，數字式傳感器具備高可靠性、高集成度、高分辨率、高精度、強抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于農業(yè)、工業(yè)、軍事、氣象和醫療等眾多領(lǐng)域，本研究采用新型的數字式DHT11濕度傳感器、LM35溫度傳感器、BH1750FVI光照傳感器完成數據的實(shí)時(shí)采集，完成信息的轉換和處理，為信息傳輸做準備。
1.3數據傳輸模組
信息傳輸模塊是無(wú)線(xiàn)信息傳輸模組，其通過(guò)WIFI通信網(wǎng)絡(luò )、GSM通信網(wǎng)絡(luò )、CDMA通信網(wǎng)絡(luò )將來(lái)自信息采集模塊的實(shí)時(shí)農業(yè)環(huán)境信息傳輸至信息存儲處理模塊。
1.4信息儲存處理模組
信息存儲處理模塊搭建于云服務(wù)器之上，依賴(lài)于云的動(dòng)態(tài)擴展計算能力進(jìn)行信息的分析及處理，信息存儲處理模塊接收來(lái)自信息監測模塊的實(shí)時(shí)農業(yè)環(huán)境數據，并與預設的農業(yè)信息標準值進(jìn)行比較，根據預設標準值與實(shí)時(shí)監測的農業(yè)信息值的比較結果，通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)推送服務(wù)將報警消息推送至任意一臺安裝了環(huán)境檢測預警APP的終端設備。
2軟件系統設計顯示終端移動(dòng)端
APP全稱(chēng)為“農業(yè)環(huán)境監測預警系統移動(dòng)端”，簡(jiǎn)稱(chēng)“農業(yè)環(huán)境監測預警”，是面向大田和溫室農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的軟件，利用手機/平板的便攜性和操控靈活性等優(yōu)勢，實(shí)現對農業(yè)生產(chǎn)環(huán)境（溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度等）的遠程實(shí)時(shí)監測，記錄歷史環(huán)境數據，自動(dòng)生成圖表進(jìn)行展示。同時(shí)，及時(shí)對農業(yè)生產(chǎn)環(huán)境異常狀況進(jìn)行報警提醒。有效節省人力成本，提高智慧農業(yè)的數字化管理效率。
2.1開(kāi)發(fā)運行環(huán)境
本研究為開(kāi)發(fā)農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監控系統———“農業(yè)環(huán)境監測預警系統移動(dòng)端”構建了通用的應用系統開(kāi)發(fā)環(huán)境，由“JDK(JavaDevelopmentKit)+AndroidSDK(SoftwareDevelop-mentKit)+AndroidStudio"構建。其中，JDK是整個(gè)Java的核心，包括Java運行環(huán)境，Java工具和Java基礎的類(lèi)庫；AndroidSDK是由Google提供的完全開(kāi)放源代碼的Android專(zhuān)屬軟件開(kāi)發(fā)工具包，用于開(kāi)發(fā)基于A(yíng)ndroid操作系統的第三方軟件，為程序設計者提供豐富的控件；AndroidStudio是基于intelliJIDEA,提供集成的An-droid開(kāi)發(fā)工具用于開(kāi)發(fā)和調試。
2.2系統功能展示
2.2.1歡迎界面。用戶(hù)通過(guò)掃描二維碼下載app，或者拷貝程序，在基于A(yíng)ndroid操作系統的手機或者平板電腦上安裝，打開(kāi)應用，歡迎界面閃現程序開(kāi)發(fā)單位：寧波市農業(yè)科學(xué)研究院，1.5秒后，系統自動(dòng)跳入主界面，操作流暢，界面友好。2.2.2主界面。以寧波聚光太陽(yáng)能52溫室為例，最上面展示當前的實(shí)時(shí)環(huán)境數據，包括溫度、濕度、太陽(yáng)輻射和二氧化碳濃度，下面圖表顯示各環(huán)境參數的變化曲線(xiàn)
。2.2.3單項環(huán)境數據詳細展示。單擊圖形區域可進(jìn)入單項的詳細數據界面，數據展示查詢(xún)當天的傳感器采集數據。通過(guò)手指在屏幕上觸控，如雙指縮放、拉伸，單指拖曳查看，圖上顯示詳細數值。
2.2.4歷史數據展示。單擊主界面右上角的鐘表圖形，程序跳出時(shí)間選擇框，選擇需要查詢(xún)的日期，系統展示該日期的24小時(shí)溫度、濕度、太陽(yáng)輻射和二氧化碳濃度曲線(xiàn)圖。點(diǎn)擊右上角返回圖表，即可返回主界面。
2.2.5監測地點(diǎn)切換。單擊主界面左上角的聚光太陽(yáng)能測試52文本框，程序出現監控溫室下拉單，可供隨意切換監控地點(diǎn)，環(huán)境監測數據自動(dòng)更新。2.2.6異常環(huán)境報警。在服務(wù)器中心設置農業(yè)環(huán)境參數閾值，對所有app即時(shí)生效，傳感器數據超出閾值時(shí)實(shí)時(shí)觸發(fā)報警。程序發(fā)送推送消息，提醒用戶(hù)采取相應措施。2.2.7程序維護更新。當程序有最新版本時(shí)，用戶(hù)在開(kāi)啟程序，系統會(huì )跳出對話(huà)框，供用戶(hù)更新到最新版本，或者忽略。實(shí)現程序的不斷完善，保證用戶(hù)能夠使用最新版本的程序。
3結論
數字化、自動(dòng)化、智能化是未來(lái)設施農業(yè)的發(fā)展方向，是設施農業(yè)開(kāi)展實(shí)際生產(chǎn)的客觀(guān)需求。本研究集成傳感器網(wǎng)絡(luò )、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、現代通信技術(shù)等新型技術(shù)，實(shí)現了設施內光、溫、濕、氣等環(huán)境數據的遠程實(shí)時(shí)監測功能。與國內已有設施農業(yè)環(huán)境監測管理系統相比，本研究產(chǎn)品在實(shí)際應用中具備以下優(yōu)勢：第一，采用獨立的分布式電源管理方式提供電能控制所述信息監測模塊的工作狀態(tài)，保障檢測的實(shí)時(shí)進(jìn)行，避免由于線(xiàn)路故障、停電施工等因素對監測工作的干擾；第二，系統內信息監測模塊采用無(wú)線(xiàn)傳輸，實(shí)現在遠程，環(huán)境條件惡劣的工作環(huán)境中有效監測的可能，降低人為因素造成對農作物生長(cháng)環(huán)境的局限性；第三，在監測過(guò)程中提供監測預警功能，使作業(yè)人員遠程第一時(shí)間得知環(huán)境異常情況，以便及時(shí)采取措施改善環(huán)境，避免了因為環(huán)境異常和極端環(huán)境導致農作物減產(chǎn)，甚至絕收現象；第四，系統結構簡(jiǎn)單，集成度較高，安裝簡(jiǎn)單，使用成本低廉，更易被農戶(hù)接受，具有較高的推廣應用價(jià)值。本系統憑借精度高、節能、環(huán)保、系統結構簡(jiǎn)單、集成化程度高、界面美觀(guān)大方、費用低廉等優(yōu)勢，已在寧波市農科院東錢(qián)湖園區、慈城三友基地等投入使用，平臺工作穩定，監測效果理想，顯示出較強的應用潛力。應用本系統，能為用戶(hù)提供決策管理的信息支持，有利于提升精細化和智能化管理水平，節約勞動(dòng)力，降低勞動(dòng)者的生產(chǎn)強度，提高生產(chǎn)效率；同時(shí)也為農產(chǎn)品提供詳細的生產(chǎn)數據，建立生產(chǎn)環(huán)境大數據資料，有助于建立農產(chǎn)品可追溯檔案。
參考文獻
[1]管繼剛.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農業(yè)中的應用[J].通信管理與技術(shù),2010(3):24-27+42
[2]姚於康.國外設施農業(yè)智能化發(fā)展現狀、基本經(jīng)驗及其借鑒[J].江蘇農業(yè)科學(xué),2011(1):3-5.
[3]左景行,潘慧鋒,宋泉華,陳進(jìn)紅.浙江省設施農業(yè)的現狀與發(fā)展對策[J].浙江農業(yè)科學(xué),2010(3):441-444.
[4]葉宏寶,徐志福,石曉燕,李冬.設施農業(yè)環(huán)境智能監控管理平臺設計與實(shí)現[J].浙江農業(yè)學(xué)報,2014(2):467-472.
[5]李萌,鄧琛,王昌志.智能農業(yè)大棚無(wú)線(xiàn)監測與管控的平臺系統設計[J].單片機與嵌入式系統應用,2015(11):69-72.
【光伏技術(shù)的農業(yè)環(huán)境監測探析論文】相關(guān)文章：
光伏農業(yè)產(chǎn)業(yè)園項目考察報告07-04
變電站電氣自動(dòng)化技術(shù)探析論文07-04
農業(yè)推廣論文11-14
農業(yè)保護論文11-17
光伏發(fā)電安裝合同12-10
光伏項目投資意向書(shū)12-16
光伏項目投資的意向書(shū)11-18