本文關(guān)鍵詞：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能種植系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自上世紀(jì)中葉起,西方發(fā)達(dá)國家陸續(xù)開展了種植相關(guān)技術(shù)的研究,并相繼獲取了利用計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)監(jiān)測(cè)、控制、管理植物種植過程的相關(guān)理論積累與技術(shù)成果,此后更是醞釀研制出更為先進(jìn)的種植環(huán)境控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上,隨著近年來傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步,將光照、溫度、濕度、二氧化碳等植物所需種植環(huán)境的傳感器節(jié)點(diǎn)與控制系統(tǒng)應(yīng)用到現(xiàn)代化高水平種植行業(yè)中,已經(jīng)成為了近年來農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)研究的重要方向。我國居于世界農(nóng)業(yè)大國地位,雖然隨著我國改革開放的逐步深入,農(nóng)村地區(qū)的種植技術(shù)得到了一定水平的提高,但與西方發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距,難以擺脫人力勞動(dòng)強(qiáng)度大、資源集約化利用率低、化肥農(nóng)藥濫用等弊端。為改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)粗放種植的方式,解決當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)種植行業(yè)面臨的相關(guān)問題,在農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展的大背景下,研發(fā)一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的旨在提高農(nóng)產(chǎn)品種植效率、減少人力勞動(dòng)管理成本、遠(yuǎn)程操作控制簡(jiǎn)便的智能種植系統(tǒng),對(duì)提升當(dāng)前農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域科技水平具有廣泛的實(shí)踐價(jià)值。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能種植系統(tǒng),其不僅可以為陽臺(tái)、露臺(tái)、花園種菜的都市人群提供一種新型省時(shí)省力的種植方式,并還可應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)大棚種植環(huán)境中,提高所種植農(nóng)產(chǎn)品的精確控制和科學(xué)管理水平。本系統(tǒng)主要功能如下：(1)控制系統(tǒng)與外圍設(shè)備控制。使用市面上被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的低成本51單片機(jī)控制系統(tǒng)和樹莓派開發(fā)板多功能控制系統(tǒng),并描述了單片機(jī)通過IO接口、IIC總線、電磁繼電器、USB攝像頭等控制外圍電路與電子設(shè)備。在此基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制單片機(jī)運(yùn)行與數(shù)據(jù)存取的方法,包括局域網(wǎng)內(nèi)配置服務(wù)器方法或遠(yuǎn)程WEB訪問方法。(2)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過光敏電阻、光強(qiáng)度傳感器等方式監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)光照強(qiáng)度并控制各種類植物生長(zhǎng)補(bǔ)光燈實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)對(duì)照明的需求；通過土壤與空氣溫度傳感器獲取當(dāng)前種植環(huán)境水分含量,實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)過程中的最適濕度保持；設(shè)計(jì)了系統(tǒng)運(yùn)行過程中的太陽能供電模塊與異常斷電監(jiān)測(cè)；通過溫度傳感器獲取實(shí)地溫度通過控制保溫棚或地電熱實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)的溫度恒定；通過二氧化碳傳感器監(jiān)測(cè)二氧化碳濃度實(shí)現(xiàn)植物種植過程中的二氧化碳補(bǔ)充。(3)智能控制與拓展功能。在以上監(jiān)測(cè)與控制設(shè)備基礎(chǔ)上,運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、WEB技術(shù)等方式,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了異常狀態(tài)判斷、種植數(shù)據(jù)分析、用戶郵件提醒與決策輔助、天氣預(yù)測(cè)、種植數(shù)據(jù)分享、植物影像資料采集、用戶交互等外圍拓展功能。本文最后總結(jié)了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行情況,提出了筆者對(duì)智能種植行業(yè)發(fā)展的見解,歸納了當(dāng)前研究的不足與未來研究方向的展望。
【關(guān)鍵詞】：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 智能種植系統(tǒng) 傳感器技術(shù) WEB技術(shù) 單片機(jī)控制
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S126
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 一、前言綜述13-21
• 1.1 應(yīng)用背景與研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2 研究意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值14-15
• 1.3 研究目的15
• 1.4 種植領(lǐng)域應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu)18-19
• 1.6 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)19-21
• 二、需求分析21-28
• 2.1 功能與性能分析21-22
• 2.2 開發(fā)環(huán)境22-27
• (1) Keil與STC22-23
• (2) IDLE23-24
• (3) Protel24
• (4) 網(wǎng)站W(wǎng)EB服務(wù)器架構(gòu)24-25
• (5) 阿里云服務(wù)25-27
• 2.3 成本預(yù)測(cè)與市場(chǎng)前景27-28
• 三、種植控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)28-43
• 3.1 低成本低功耗51單片機(jī)控制系統(tǒng)28-30
• 3.2 樹莓派與RASPBAIN操作系統(tǒng)30-31
• 3.3 系統(tǒng)信息顯示31-33
• (1) 字符液晶顯示屏1602顯示信息31-32
• (2) 點(diǎn)陣液晶顯示屏12864顯示信息32-33
• (3) 通過HDMI接口連接顯示器33
• 3.4 網(wǎng)絡(luò)控制與遠(yuǎn)程登錄33-37
• (1) 遠(yuǎn)程登錄方式33-35
• (2) WEB服務(wù)器方式35-36
• (3) 云服務(wù)36-37
• 3.5 外圍設(shè)備模塊控制37-41
• 3.5.1 GPIO直接控制37-39
• 3.5.2 電磁繼電器間接控制高功率電器39-41
• 3.5.3 IIC總線控制41
• 3.6 使用攝像頭41-43
• 四、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)43-73
• 4.1 光照模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)43-49
• 4.1.1 不同光譜對(duì)植物生長(zhǎng)狀態(tài)影響43-44
• 4.1.2 常見蔬菜作物光照時(shí)間44-45
• 4.1.3 光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)45-47
• (1) 光敏電阻45-46
• (2) 光敏二極管46
• (3) GY-30型號(hào)數(shù)字式光強(qiáng)度傳感器46-47
• 4.1.4 植物促生長(zhǎng)LED燈補(bǔ)光實(shí)現(xiàn)47-49
• 4.2 自動(dòng)灌溉施肥模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)49-59
• 4.2.1 土壤溫度檢測(cè)49-51
• 4.2.2 澆水與土壤溫度補(bǔ)充模塊設(shè)計(jì)51-53
• 4.2.3 空氣濕度檢測(cè)與補(bǔ)充53-56
• 4.2.4 有機(jī)肥的配置與補(bǔ)肥模塊56-58
• (1) 復(fù)合有機(jī)肥廢物堆肥法56
• (2) 按植物所需元素自制肥料56-57
• (3) 肥料的除臭57-58
• 4.2.5 肥料定時(shí)按需自動(dòng)補(bǔ)給58-59
• 4.3 供電模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)59-64
• 4.3.1 供電需求功耗分析59-60
• 4.3.2 供電模塊設(shè)計(jì)60-63
• (1) 太陽能光伏電池板5V供電60-62
• (2) 蓄電池輔助供電62-63
• (3) 220V電壓供電63
• 4.3.3 斷電監(jiān)測(cè)63-64
• 4.4 溫度控制模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)64-68
• 4.4.1 土壤與空氣溫度檢測(cè)64-65
• 4.4.2 溫度控制與保持65-66
• 4.4.3 地電熱66-68
• 4.5 二氧化碳系統(tǒng)68-73
• 4.5.1 二氧化碳檢測(cè)68-69
• 4.5.2 二氧化碳控制系統(tǒng)69-73
• 五、智能拓展功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)73-83
• 5.1 種植數(shù)據(jù)智能分析、用戶提醒與決策輔助73-75
• (1) 基于SMTP協(xié)議的郵件提醒功能73
• (2) 短信平臺(tái)實(shí)時(shí)提醒功能73-74
• (3) 決策輔助74-75
• 5.2 種植數(shù)據(jù)圖表展示與社會(huì)化分享75-77
• (1) 種植數(shù)據(jù)展示75-76
• (2) 網(wǎng)頁社會(huì)化分享76-77
• 5.3 種植天氣預(yù)測(cè)--基于WEB的云天氣預(yù)警機(jī)制77-78
• 5.4 植物生長(zhǎng)影像資料記錄78-80
• 5.5 植物生長(zhǎng)模型構(gòu)建80-83
• 六、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行83-98
• 6.1 系統(tǒng)運(yùn)行體系結(jié)構(gòu)83-86
• 6.1.1 系統(tǒng)運(yùn)行架構(gòu)83-84
• 6.1.2 系統(tǒng)各模塊運(yùn)行流程84-86
• 6.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表與系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)86-93
• 6.2.1 數(shù)據(jù)庫配制與連接86-87
• 6.2.2 數(shù)據(jù)庫重要信息表87-90
• 6.2.3 數(shù)據(jù)庫表鍵值與關(guān)系視圖90-92
• 6.2.4 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)優(yōu)化92-93
• 6.2.5 數(shù)據(jù)庫備份93
• 6.3 系統(tǒng)WEB服務(wù)器93-94
• 6.3.1 WEB服務(wù)器配置93
• 6.3.2 樹莓派數(shù)據(jù)與WEB服務(wù)器連接93-94
• 6.4 系統(tǒng)與用戶交互界面94-98
• 七、總結(jié)與展望98-101
• 7.1 未來家庭與企業(yè)種植信息資源開發(fā)與利用98
• 7.2 本文的局限性98-99
• 7.3 全文總結(jié)99-101
• 參考文獻(xiàn)101-104
• 附錄104-107
• 附錄1：相關(guān)核心元器件與傳感器價(jià)格104-105
• 附錄2：常見經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物蔬菜種植數(shù)據(jù)歸納表105
• 附錄3：常見可食用蔬菜生長(zhǎng)習(xí)性數(shù)據(jù)歸納表105-106
• 附錄4：香菜種植實(shí)際實(shí)驗(yàn)中生長(zhǎng)情況106-107
• 致謝107-108
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷108

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本文編號(hào)：305492