基于專家知識的草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)設計

趙景波 張迪 劉慧敏等

摘要：設計了一個基于專家知識的草莓（Fragaria ananassa Duch.）種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)ΨN植園區(qū)內(nèi)的溫度、濕度、CO2濃度、光照度及病害進行準確預報并指導果農(nóng)進行實時控制，通過專家知識庫的建立與調(diào)用來完成病害診斷和調(diào)節(jié)溫室最佳環(huán)境。利用SQL技術對數(shù)據(jù)庫進行管理，利用Visual Studio 2008作為開發(fā)工具，采用C#.NET為開發(fā)平臺，構建了上位實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對種植園區(qū)內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計分析和草莓病害診斷的功能。該系統(tǒng)基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，具有成本低、體積小、容易安裝、運行可靠等特點。

關鍵詞：草莓（Fragaria ananassa Duch.）；ZigBee；無線傳感器網(wǎng)絡；專家知識；病害診斷

中圖分類號：TP274+.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）14-3526-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.050

Design of Monitoring System of the Strawberry Planting Area

Based on Experts Knowledge

ZHAO Jing-bo，ZHANG Di，LIU Hui-min，WANG Su-zhen

（Qingdao Technological University， Qingdao 266520， Shandong，China）

Abstract： A monitoring system of a fragaria ananassa duch planting area based on experts knowledge was designed. The system can make accurate forecast to the temperature， humidity， potency of carbon dioxide， light intensity and some diseases of the plantation ， and it can also guides the growers take a real-time control for the plantation. We can realize the disease diagnosis and regulate the best environment of the greenhouse by establishing the experts knowledge base. Using SQL technology manages the database， using Visual Studio 2008 as a development tool， using C#. NET as development platform， we build and implement a real-time dynamic monitoring system， realize the real-time monitor ， data management and statistical analysis of environment data in the plantation ， and realize function of fragaria ananassa duch disease diagnosis. The system is based on ZigBee wireless sensor networks for data transmission， so the system has low cost， small size， easy to install and reliable operation features.

Key words：Fragaria ananassa Duch.； ZigBee； wireless sensor network； experts knowledge； disease diagnosis

草莓（Fragaria ananassa Duch.）是薔薇科植物的果實，它不僅是一種常見的水果品種，還具有一定的藥用價值，同時也具有良好的經(jīng)濟效益。草莓原產(chǎn)于南美，具有繁殖容易、收益快等優(yōu)點，廣泛栽培于我國南北大地，尤其是在四川、山東、河北、安徽等地大規(guī)模種植。

溫室種植草莓經(jīng)濟效益比較可觀，但是種植園區(qū)建設成本較高，如何在較短時間內(nèi)獲得最大經(jīng)濟利益，如何讓草莓的質(zhì)量和產(chǎn)量有保證，這是最關鍵的問題。而解決這個問題的關鍵是對種植園區(qū)內(nèi)溫度、濕度、CO2濃度、光照度及病害進行實時監(jiān)控。本研究設計了草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，通過采集草莓種植園區(qū)內(nèi)的溫度、濕度、光照度、CO2濃度等數(shù)據(jù)，將各個數(shù)據(jù)傳送至上位機，對園區(qū)內(nèi)各數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控以創(chuàng)造適合草莓生長的最佳條件，并且系統(tǒng)地突出了草莓種植中最常用的病害識別與防治子系統(tǒng)，它以全面的知識庫為基礎，通過專家系統(tǒng)的推理機制，幫助果農(nóng)診斷病害并給出防治策略。該系統(tǒng)將草莓栽培專家的技術和知識通過計算機呈現(xiàn)出來，從而快速簡便地推廣和傳播草莓無病害種植技術，大力發(fā)展無病害水果的種植。引入專家知識的監(jiān)控系統(tǒng)對于提高農(nóng)業(yè)科技水平，減少勞動力的投入具有至關重要的作用。農(nóng)業(yè)智能化本身就富含先進的科學技術，引入智能監(jiān)控系統(tǒng)對我國農(nóng)業(yè)科技水平的提高，對建立和完善我國農(nóng)業(yè)信息服務體系，全方位實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)信息化及現(xiàn)代化都有非常重要的作用，同時對解決三農(nóng)問題也具有戰(zhàn)略意義[1-4]。

1 草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)總體結構設計

草莓種植園區(qū)是一個復雜的環(huán)境系統(tǒng)，系統(tǒng)中單個環(huán)境因子的改變可能會影響到其他環(huán)境因子的改變，具有相互耦合性。在各種因素同時對草莓的生長發(fā)生影響時，草莓生長速度將受不適宜因子的制約。在改變草莓園區(qū)環(huán)境因子狀態(tài)時，都需要經(jīng)過一段時間才能達到預期目標，具有延時性。在草莓的生長過程中，其對溫度、濕度、光照度和CO2濃度環(huán)境參數(shù)的需求量是不一樣的，為給草莓創(chuàng)造更好的生長環(huán)境，因此要對環(huán)境進行不斷地調(diào)整。 這就需要參考專家知識庫來充分考慮各因素之間的關系，使草莓種植園區(qū)各因素控制在相對最佳需求的水平上。

草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)是對草莓種植園區(qū)環(huán)境的溫度、濕度、CO2濃度、光照度進行測量，通過采集草莓種植園區(qū)各要素的數(shù)據(jù)與專家知識庫的對比，根據(jù)作物不同時期對生長要素的不同需求，來調(diào)節(jié)草莓園區(qū)內(nèi)的溫度、濕度、CO2濃度、光照度，為草莓提供一個最佳的生長環(huán)境。草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)還有著對草莓病害的診斷功能，通過草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中多點溫度、濕度、CO2濃度、光照度等信息的實時監(jiān)測對病害進行及時診斷。此監(jiān)控系統(tǒng)可以準確、快速提供給用戶信息，不僅可以在病害易發(fā)時段采取有效的措施預防病害的發(fā)生，并且能讓草莓較好生長、獲得更可觀的收益。系統(tǒng)組成及功能實現(xiàn)如圖1所示。

草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)對園區(qū)內(nèi)溫度、濕度、CO2濃度和光照度等信息進行數(shù)據(jù)采集時，采集節(jié)點通常采用高精度的傳感器。通過ZigBee節(jié)點實現(xiàn)采集點數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)傳輸，ZigBee節(jié)點安裝分布在草莓種植園區(qū)的各處，實現(xiàn)對整個草莓園區(qū)的覆蓋，它可以完成數(shù)據(jù)匯集、協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)對整個草莓種植園區(qū)數(shù)據(jù)的有效匯聚、傳輸。ZigBee節(jié)點也可以將信息直接通過RS485進行遠程傳輸，上傳到上位機后在進行RS232轉(zhuǎn)換傳到本地監(jiān)控中心。草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的不同數(shù)據(jù)來確定節(jié)點狀態(tài)（正常、預警、火警、節(jié)點能量低下），通過監(jiān)控系統(tǒng)設置采集節(jié)點的信息，實現(xiàn)對重點時期病害的重點監(jiān)測，使節(jié)點能達到最大利用率，延長節(jié)點使用時間；可以通過監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測各節(jié)點狀態(tài)，以便及時對能量低的節(jié)點電池進行更換，保證草莓種植園區(qū)的覆蓋范圍；可以通過草莓種植園區(qū)節(jié)點信息收集轉(zhuǎn)發(fā)器在運行中采集的中心數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡通信正常狀態(tài)進行監(jiān)測，使網(wǎng)絡維護與控制更加人性化；通過與專家知識庫的對比，當有節(jié)點采集的數(shù)據(jù)不在規(guī)定范圍時，監(jiān)控系統(tǒng)會在狀態(tài)顯示欄中顯示異常狀態(tài)[5-7]。

2 ZigBee監(jiān)控節(jié)點硬件電路設計

在硬件電路設計中，考慮電路的集成性與維護性，其協(xié)調(diào)器節(jié)點設計由一個ZigBee無線接收發(fā)射板和一個RS485串口模塊構成；而路由器節(jié)點，則是由一個ZigBee無線接收發(fā)射板和一個傳感器功能板結合而成。協(xié)調(diào)器節(jié)點電路如圖2所示，路由器節(jié)點電路如圖3所示，傳感器功能模塊如圖4所示。

3 草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設計

該系統(tǒng)軟件設計包括ZigBee節(jié)點軟件設計和上位機軟件程序設計兩大部分。ZigBee節(jié)點軟件設計又分為協(xié)調(diào)器節(jié)點程序設計、路由器節(jié)點程序設計兩部分，綜合考慮系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、易操作而沒有采用終端節(jié)點，這樣路由器節(jié)點負責采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)再傳送給協(xié)調(diào)器節(jié)點。協(xié)調(diào)器程序主要實現(xiàn)網(wǎng)絡的建立、與路由器節(jié)點數(shù)據(jù)的收發(fā)及與上位機的串口通信。上位機軟件程序用于將環(huán)境數(shù)據(jù)進行顯示和保存，并對草莓常見病害進行診斷，給出防治方法[8，9]。

3.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件設計

協(xié)調(diào)器節(jié)點上電啟動后，應用層將請求原語發(fā)送至網(wǎng)絡層，啟動建立網(wǎng)絡過程。網(wǎng)絡層將發(fā)送相應原語給MAC層，MAC層發(fā)送相應原語給PHY層，最后PHY層對信道進行能量檢測掃描，用以檢測可能的干擾。在2.4 GHz波段只能使用11～26信道，所以，在Z-Stack協(xié)議棧的f8wConfig.cfg文件中，設置信道數(shù)為16，其中心頻率為2.476 GHz。PHY層掃描結束后，將掃描結果傳送給MAC層，MAC層則進一步處理能量允許的信道，然后協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡層管理實體將進行PAN標識符檢查，同時查找最小編號的信道。如果找到合適的信道，則會為新建網(wǎng)絡選擇一個PAN標識符，一旦選定了PAN ID，就說明已經(jīng)建立了網(wǎng)絡；否則將終止建網(wǎng)過程，建網(wǎng)失敗。

此后，如果另一個協(xié)調(diào)器進行信道的掃描，已建立網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器就會響應并聲明它的存在，從而可以保證每個網(wǎng)絡PAN ID的惟一性。PAN ID是一個16位標識符，范圍從0x0000～0xffff，一個網(wǎng)絡只能有一個PAN ID來標識自己的存在，同時在同一個網(wǎng)絡中進行信息傳遞的信道也是惟一的，即一個網(wǎng)絡對應一個PAN ID，也對應一個信道。Z-Stack協(xié)議棧允許在f8wConfig.cfg文件中，通過設置DZDAPP_CONFIG_PANID的值來配置網(wǎng)絡的PAN ID。如果DZDAPP_CONFIG_PANID設置為0xffff，則協(xié)調(diào)器在建立網(wǎng)絡時會使用隨機生成的PAN ID；如果DZDAPP_CONFIG_PANID不設置為0xffff，那么協(xié)調(diào)器在建立網(wǎng)絡時會使用由ZDAPP_CONFIG_PANID指定的PAN ID。

本研究中協(xié)調(diào)器使用指定的PAN ID來建立網(wǎng)絡，PAN ID指定為0x00ff。同時協(xié)調(diào)器默認的16位網(wǎng)絡地址為0x0000，以標識其在網(wǎng)絡中的角色和便于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中進行通信交流。因此，協(xié)調(diào)器節(jié)點上電后的整體工作過程為首先進行信道能量監(jiān)測、信道掃描、選擇信道、PAN ID和網(wǎng)絡地址。當新的網(wǎng)絡建立好后等待路由器節(jié)點的加入。協(xié)調(diào)器會自動給節(jié)點分配ID號，與此同時進入輪詢狀態(tài)。當協(xié)調(diào)器接收到子節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)后，將會對數(shù)據(jù)解析來提取有用信息，協(xié)調(diào)器中的各層會按照自己的幀格式對有用數(shù)據(jù)進行處理，各層將接收到的數(shù)據(jù)去除同步頭指針和協(xié)議頭指針后向上傳遞給上一層，最后將接收到的有效數(shù)據(jù)傳遞到APL層。APL層將針對接收到的數(shù)據(jù)進行相應的事件處理[10-12]。協(xié)調(diào)器工作流程如圖5所示。

軟件設計通過Z-Stack協(xié)議棧來實現(xiàn)，該協(xié)議棧為各種節(jié)點都提供了相應的函數(shù)及對應的流程。協(xié)調(diào)器、路由器和終端的預編譯選項分別為Coordinator EB-Pro、Router EB-Pro和End Device EB-Pro。

協(xié)調(diào)器節(jié)點應該選用的預編譯選項為CoordinatorEB-Pro，其配置文件f8wCoord.cfg中的主要內(nèi)容為：

-DZDO_COORDINATOR// Coordinator Functions

-DRTR_NWK // Router Functions

獲取PAN ID的方法在配置文件f8wConfig.cfg中表示為：

-DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0xFFFF

協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡主要是操作系統(tǒng)OSAL自動通過調(diào)用函數(shù)extern ZStatus_t NLME_NetworkFormationRequest（uint16 PanId，uint8* ExtendedPANID， uint32 ScanChannels，byte ScanDuration，byte BeaconOrder，byte SuperframeOrder，byte BatteryLifeExtension）來實現(xiàn)。其中，PanId為要建立網(wǎng)絡的PAN ID，Extended PANID為要建立網(wǎng)絡的64位擴展地址，ScanChannels為要掃描的信道，ScanDuration為信道掃描持續(xù)時間，BeaconOrder為信標順序，SuperframeOrder為超幀數(shù)據(jù)，BatteryLifeExtension為供電模式的選擇。

執(zhí)行完主程序，系統(tǒng)完成初始化，協(xié)調(diào)器實現(xiàn)建立網(wǎng)絡后，路由器便可實現(xiàn)加入網(wǎng)絡。Z-Stack協(xié)議棧中實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)相應的函數(shù)為：

MT_UartInit （）；//串口初始化

Af Status_t AF_DataRequest（ afAddrType_t *dstAddr，endPointDesc_t *srcEP，uint16 cID，uint16 len，uint8 *buf，uint8 *transID，uint8 options， uint8 radius ）；//無線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)

void Sample App_Message MSGCB（ afIncomingMSGPacket_t *pkt ）；//接收數(shù)據(jù)處理函數(shù)

協(xié)調(diào)器接收傳感器數(shù)據(jù)處理函數(shù)是類似的，這里以接收土壤溫度為例：

void SampleApp_MessageMSGCB（ afIncomingMSGPacket_t *pkt ）

{

uint16 flashTime；

switch （ pkt->clusterId ）

{

case SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID：

/**********打印設備號************

*/

HalUARTWrite（0，"she bei："，8）； //提示接收到數(shù)據(jù)

HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[0]，1）；

HalUARTWrite（0，"＼n"，1）；

/******土壤溫度傳感器*******/

HalUARTWrite（0，"土壤溫度："，5）；

HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[17]，2）；

HalUARTWrite（0，"."，1）；

HalUARTWrite（0，&pkt->cmd.Data[19]，4）；

HalUARTWrite（0，"℃"，2）；

HalUARTWrite（0，"＼n"，1）；

break；

}

}

3.2 路由器節(jié)點軟件設計

路由器節(jié)點用來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，擴大網(wǎng)絡規(guī)模，實現(xiàn)多跳網(wǎng)絡，上電后首先進行相應的初始化操作，然后節(jié)點請求加入網(wǎng)絡，加入網(wǎng)絡后將獲得一個短地址，然后就能進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。終端節(jié)點負責數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送。路由器和終端節(jié)點工作流程如圖6所示。

4 草莓種植園區(qū)專家知識系統(tǒng)推理調(diào)用

4.1 草莓最適生長環(huán)境專家知識的獲取

專家知識的獲取是建立專家知識庫的基礎與核心，可通過以下方式獲?。孩偻ㄟ^向農(nóng)業(yè)專家請教，針對草莓種植生長過程中可能出現(xiàn)的問題詳細說明并提出解決措施；②搜集各農(nóng)業(yè)部門以及農(nóng)業(yè)科研機構最近幾年對草莓的品種、易發(fā)病害、管理栽培技術等各類問題的總結報告；③通過查閱相關農(nóng)業(yè)文獻和著作來獲取知識[13-15]。

4.1.1 影響草莓生長的因素

1）對空氣溫度、濕度的要求。在保護地栽培條件下，生長期間空氣濕度過大，易于感染病害；開花結果期濕度過大，會造成授粉受精不良，易產(chǎn)生畸形果子；果實成熟期水分太多，易造成爛果。空氣相對濕度在80%以下為較好，空氣溫度則如表1所示。

2）對土壤溫度、濕度的要求。草莓是淺根性植物，在土壤表層的根系占到根系總數(shù)的80%以上，土壤表層的土質(zhì)及結構對草莓的生長有決定性作用。通常情況下肥沃、通氣良好土壤適合草莓生長，可以通過增施有機肥對過于黏重或沙性過大的土壤進行改良再栽培草莓。草莓因為植株小但是葉片多，并且老葉死亡新葉發(fā)生的過程快，所以水分對草莓生長過程起著至關重要的作用。對于草莓正常生長期而言土壤相對含水量在70%最適宜，土壤溫度20 ℃左右草莓生長最快。

3）對光照度的要求。草莓具有喜光但是又有耐陰的優(yōu)點，相比其他果菜類，光飽和點要低很多，通常為2萬～3萬lx。草莓在光照充足的條件下，植株生長健壯，花芽分化好，果實產(chǎn)量高、品質(zhì)好。如果草莓長期光照不足，容易引起植株生長不良、葉莖花徑細小，花芽分化不良，個小味淡。

4）CO2濃度的要求。溫室內(nèi)草莓進行大量光合作用，溫室內(nèi)的CO2濃度會快速下降，當CO2濃度過低時，草莓幾乎不能進行正常的光合作用，影響了草莓的生長發(fā)育，造成病害和減產(chǎn)，因此要嚴格控制園區(qū)內(nèi)CO2濃度，一般濃度以550～750 mg/L為宜。

4.1.2 草莓病害種類 草莓病害的數(shù)據(jù)包含多方面的信息，例如草莓病害的名稱、發(fā)病部位以及病害特征和防治方法等方面。

1）草莓蛇眼病又稱草莓白斑病。多發(fā)生在葉片，有時也會影響到葉莖、果莖及嫩果，開始出現(xiàn)深紫紅色的小圓斑，病斑慢慢擴大為直徑2～5 mm圓形或長圓形斑點，病斑中心為灰色，四周為茶色，呈蛇眼狀。嚴重時，數(shù)個病斑融合成大病斑，葉片枯死。多發(fā)生在重茬地及排水不及時的濕度較大的田地。第一時間摘除病葉和病苗，保持草莓植株間通風，可噴灑200倍波爾多稀釋液。

2）草莓灰霉病。多影響草莓的花、葉以及果實。首先危害草莓嫩果，逐步發(fā)展到花序，最后花序缺水而死，果實也變成褐色，呈水漬狀，最后腐爛。低溫高濕的環(huán)境容易發(fā)生灰霉病，例如草莓密集栽培、缺少光照、園區(qū)內(nèi)排水不良等。選取抗病品種，及時摘除病果。

3）草莓白粉病。經(jīng)常發(fā)生在草莓花蕾、果實及葉片等部位。開始在草莓葉背面出現(xiàn)白絲，逐步成為白粉狀，嚴重的時候葉子向上卷起、變枯，草莓果實變成白色粉狀。低溫高濕時特別容易發(fā)生，過分干旱時也發(fā)生。一旦發(fā)現(xiàn)有病葉出現(xiàn)，及時噴施1%莓保水劑或2%農(nóng)抗120達到預防作用，病害發(fā)生時用4%朵麥可水劑治療。

4）草莓V型褐斑病。主要危害葉片，初生茶褐色的小斑，慢慢變成大斑，四周暗綠色至黃綠色，晚期病部密生黑褐色小粒點，嚴重時全葉枯死。露地栽培、春季濕潤多雨區(qū)域易引發(fā)該病流行，尤其是大水漫灌，可促進該病發(fā)生和流行。適度灌水嚴防濕氣滯留，出芽階段到花期前用等量的200倍波爾多稀釋液噴灑葉面，每隔15～20 d噴灑1次。

5）草莓芽枯病。亦稱草莓立枯病，主要影響幼芽和花蕾。染病后慢慢萎謝，呈青枯狀或猝倒，最后變黑栗色枯死，莖基部和根受害皮層腐爛。果實染病，表面產(chǎn)生暗褐色不規(guī)則斑塊、僵硬，最終全果干腐。多發(fā)生在高溫高濕環(huán)境，適時通風換氣，噴灑10%多抗霉素可濕性粉劑500～1 000倍稀釋液。

6）草莓根腐病。主要危害根系，由小根和側根開始，形成長、紅褐色斑，最后變成黑褐色，病害部位與健康部位交界處明顯，嚴重時根部壞死，地上葉片變黃萎蔫。重茬地發(fā)病嚴重?？茖W輪作，在植株成活時和吐蕾期分別噴施75%百菌清可濕性粉劑500～800倍稀釋液。

7）草莓病毒病。主要危害葉片，通常表現(xiàn)為草莓植株矮小，發(fā)黃，葉片輕度扭曲，葉邊緣不規(guī)則向上卷起，葉脈則向下彎曲，最后整個葉片扭曲變形，葉面皺縮，葉莖上出現(xiàn)黃斑或者紫斑。該病主要由蚜蟲、線蟲傳播，也可通過嫁接或其他農(nóng)事操作傳染。使用脫毒植株，成長期都要做好蚜蟲、線蟲的防治，減少傳播媒介，在發(fā)病初期噴灑2%寧南霉素水劑200倍稀釋液。

4.1.3 草莓生長適宜數(shù)據(jù)條理化 該系統(tǒng)中主要分為根據(jù)大氣溫濕度、土壤溫濕度、光照度、CO2濃度來確定的決策模塊和草莓病害綜合防治決策模塊。決策模塊主要針對草莓不同生長階段提供合適的環(huán)境數(shù)據(jù)參數(shù)。而草莓病害綜合防治決策模塊的主攻目標是根據(jù)用戶給出的癥狀能推理出病癥名稱、發(fā)病原因及防治措施。最后知識規(guī)則條理化，將決策項目所對應的條件組合，將每個條件進行分級。主要對草莓病害信息（知識庫）進行歸納處理，根據(jù)病害種類、病害特征、易發(fā)情況和防治措施建立事實表。草莓的生長環(huán)境因素如表2所示。

由表2可以看出，草莓在不同時期對溫濕度要求較高，對光照度和CO2需求變化不明顯，因此專家系統(tǒng)針對的主要目標是對溫濕度的控制。該系統(tǒng)對溫濕度采用模糊控制，將模糊控制規(guī)則寫入專家知識庫后經(jīng)過傳感器采集到當前環(huán)境的數(shù)據(jù)后，首先對數(shù)據(jù)進行處理，最后根據(jù)輸出量所對應的控制方法進行控制。

4.2 草莓治理決策系統(tǒng)專家知識的調(diào)用

4.2.1 草莓治理決策系統(tǒng)構成 基于專家知識的草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)使用戶的種植更具目的性，并且能提供良好的生長環(huán)境，使得草莓的生長風險降低，取得更為客觀的經(jīng)濟效益。隨計算機科學技術的快速發(fā)展，溫室監(jiān)控系統(tǒng)也取得一定程度的發(fā)展，但溫室監(jiān)控系統(tǒng)可控參數(shù)較多，控制實現(xiàn)上比較復雜，監(jiān)控可大致分為3個模塊：①用于園區(qū)內(nèi)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測模塊；②指導用戶對草莓病害診斷生產(chǎn)模塊；③用于信息發(fā)布模塊。就溫室監(jiān)測而言，研究主要集中在對溫室環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、光照度、CO2濃度的監(jiān)測方面。草莓病害診斷模塊的研究主要集中在草莓可能發(fā)生的病害及發(fā)病原因、發(fā)病癥狀和應對措施，能否及時準確了解園區(qū)內(nèi)的環(huán)境狀況以及能否對可能發(fā)生的病害及時準確防治。因此，本系統(tǒng)設計的監(jiān)控系統(tǒng)就是幫助用戶、指導用戶，并且具有通用性，還可以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植的其他領域。決策系統(tǒng)如圖8所示。

草莓治理決策系統(tǒng)功能：

1）環(huán)境數(shù)據(jù)采集。環(huán)境數(shù)據(jù)采集采用溫室環(huán)境數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，并將采集到的數(shù)據(jù)在上位機界面顯示，保存到SQL數(shù)據(jù)庫中，還可以對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行查詢、修改、刪除、添加等操作。

2）病害診斷。根據(jù)輸入的病癥信息來診斷得到具體病害信息，提供了溫室常見病害的詳細信息，包括中文名、英文名、拉丁名、危害部位、發(fā)生條件、傳播途徑以及物理防治、化學防治與生物防治方法。

4.2.2 草莓病害治理決策系統(tǒng)專家知識的調(diào)用 草莓病害治理決策系統(tǒng)要對專家知識進行調(diào)用，首先建立病害信息表，根據(jù)系統(tǒng)功能要求，設計數(shù)據(jù)表。

創(chuàng)建專家知識癥狀表的SQL代碼：

Create table

Zhengzhuang（

Zhengzhuang id varchar（20）primary key，

Buwei id varchar（20），

Zhengzhuang name varchar（20），

zhengzhuangdiscrvarchar（100）

）

創(chuàng)建專家知識癥狀權重表的SQL代碼：

createtable

zhengzhuang（

zhengzhuangidvarchar（20）primarykey，

binghaiidvarchar（20），

buweiidvarchar（20），

ratedecimal（2，1）

）

當用戶登陸系統(tǒng)進入病害診斷主界面，可以對草莓的基源和生物學特征進行顯示，具體如圖9所示。

用戶根據(jù)發(fā)病時間、發(fā)病部位，再根據(jù)癥狀描述選擇相應的病癥，系統(tǒng)就會給出診斷結果，并給出防治方法，指出發(fā)病規(guī)律。其病害診斷如圖10所示。

5 小結

通過對草莓種植基地的實地考察，分析現(xiàn)階段溫室種植用戶的需求后，設計了一種對園區(qū)內(nèi)環(huán)境參數(shù)進行測量預報并指導用戶診斷病害的系統(tǒng)。首先利用CC2530和多種高精度傳感器搭建了一個對園區(qū)內(nèi)空氣溫度和濕度、土壤溫度和濕度、光照度和CO2濃度多點檢測的無線傳感器網(wǎng)絡，用于對園區(qū)內(nèi)各種參數(shù)進行檢測和無線傳輸，滿足了用戶鋪設線路不變的要求。引入專家知識庫，對日光溫室的溫度、濕度誤差和病害進行模糊化設計，通過模糊化程序，將模糊化處理后的輸入、輸出數(shù)據(jù)融入專家系統(tǒng)，使專家系統(tǒng)通過對模糊知識的推理判斷，得到科學的溫室草莓控制的決策結論。這就解決了嚴重依靠管理人員的經(jīng)驗而造成溫室管理一定程度上的不規(guī)范的問題，達到日光溫室的規(guī)范化管理；并解決因此導致溫室草莓產(chǎn)量不穩(wěn)定的問題，同時避免過度噴灑農(nóng)藥對環(huán)境造成的污染，減少了農(nóng)藥用量、降低了投入成本。

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