物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水培花卉智能生產(chǎn)中的應用

程淑蘭

（江西省蓮花縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江西 蓮花 337100）

采用營養(yǎng)液對花卉進行栽培是全新的無土栽培方法，該方法無需以土壤為種植基質(zhì)，是將花卉直接栽培在營養(yǎng)成分豐富的液體基質(zhì)中。由于無土栽培環(huán)境與土壤成分和理化性質(zhì)完全沒有影響，從而不會出現(xiàn)土壤種植極易發(fā)生的土傳病害的不良影響，所以，無土栽培在生產(chǎn)中，不需要用有害的農(nóng)藥，其獲得的產(chǎn)品完全無污染綠色環(huán)保。液體種植還可以輕易的實現(xiàn)水肥的節(jié)約使用、避免了耕作勞動，大大改善了當前的生產(chǎn)條件[1]。IOT是互聯(lián)網(wǎng)的一個延伸，其終端是計算機，我們運行的所有程序，無非都是計算機和網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸。水培花卉智能系統(tǒng)所依賴的IOT系統(tǒng)由中控計算機、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)等部分組成，具有營養(yǎng)供應、液體混合、液體檢測、含氧量監(jiān)測以及升/降溫等功能，能夠符合水培花卉全生育期對各類營養(yǎng)物質(zhì)的大量需要[2]。IOT前景極其廣闊，因此，探討IOT技術(shù)在水培花卉智能生產(chǎn)中的應用對于推動輕型農(nóng)業(yè)發(fā)展和提高經(jīng)濟效益具有深遠的意義。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)控制的智能監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用層次化、模塊化設計，整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)、鍵盤設置系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)以單片機為核心，以溫度、濕度傳感器作為測量元件，通過單片機與智能傳感器相連，采集存儲智能傳感器的測量數(shù)據(jù)[3]。在單片機系統(tǒng)中，還要實現(xiàn)程序的擴展存儲、數(shù)據(jù)的實時顯示、超限語音報警和數(shù)據(jù)輔助存儲功能。

本設計主要做了如下幾方面的工作：確定系統(tǒng)的總體設計方案，包括其功能設計、設計原則、組成與工作原理；進行智能傳感器的硬件電路設計，包括硬件電路構(gòu)成及測量原理、溫度和濕度傳感器的選擇、單片機的選擇、輸入輸出通道設計。

該智能系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：傳感器包括溫度和濕度傳感器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：其功能是實現(xiàn)對傳感器系統(tǒng)所傳送的信息進行A/D轉(zhuǎn)換。信息處理系統(tǒng)：該系統(tǒng)為整個系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，包括參數(shù)預設、信號處理和調(diào)控3大板塊。信號處理能夠?qū)?shù)據(jù)與該階段各項參數(shù)值比對分析，達到提供解決方案的作用，控制部分是起到下達相應信息的作用。數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)：可以利用LED顯示屏即時顯示出相應的溫度和濕度等情況。伺服系統(tǒng)：其包括溫度和濕度的調(diào)控單元，負責對噴水、加熱等的工作在時間上的調(diào)控以實現(xiàn)對各項環(huán)境指標的調(diào)控功能。

2 水培花卉智能控制系統(tǒng)的研發(fā)

從歷史上看，世界上的一些發(fā)達國家在該領(lǐng)域的起步比較我國要提前數(shù)十年。1949年，在智能技術(shù)在開發(fā)下，首先在美國順利成立了世界上第一個人造的氣候控制實驗室，由此逐漸開展了農(nóng)業(yè)作物領(lǐng)域?qū)ι鷳B(tài)抗逆性的基礎研究[4]。1960年，用于生產(chǎn)的半自動溫室逐漸進入于農(nóng)作物生產(chǎn)的相關(guān)領(lǐng)域，率先建設而成的是玉米的溫室工廠，1970年以后，日本、英國等國的溫室實驗室發(fā)展迅速，其大量用于農(nóng)作物的生產(chǎn)研究。隨著科技的進步，數(shù)十年后，溫室逐漸成為了設施農(nóng)業(yè)的主體，而且在自動化控制方面技術(shù)也日趨完善，在各國都取得了令世人矚目的成績。尤其是1970年計算機的出現(xiàn)，促使溫室條件調(diào)控技術(shù)取得了重大的進步。1980年以后，計算機興起且價格逐漸走低，以電子計算機為中心的新型環(huán)境智能調(diào)控模式在各地得到了充分的發(fā)展，世界逐步邁入了信息化智能化的新局面。

迄今為止，大多數(shù)發(fā)達國家的智能溫室的設備水平均已得到較大幅度的提升，并自成體系。溫室內(nèi)的各項生理生態(tài)指標均由電子計算機采集和調(diào)控，監(jiān)測設備也很全面，比如可以對溫度、濕度、光照、CO2濃度、培養(yǎng)液的組成成分和含量進行實時精密的測量，無需人為操作，方便快捷。對各項指標可以輕易地實現(xiàn)自動化的調(diào)控，比如無級調(diào)節(jié)的天窗通風系統(tǒng)，濕簾與風扇配套的降溫系統(tǒng)，由熱水鍋爐或熱風機組成的加溫系統(tǒng)，可定時噴灌或滴灌的灌溉系統(tǒng)，CO2施肥系統(tǒng)，以及適用于溫室作業(yè)的農(nóng)業(yè)機械等。電子計算機的調(diào)控不再是單一的、機械的、死板的調(diào)控，反而是基于作物生態(tài)模型的調(diào)控，以及基于專門系統(tǒng)的專業(yè)化調(diào)控。

自從我國實行改革開放的基本國策，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面我國取得矚目的成就，與此同時，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的不合理之處也日益突出，矛盾日益激化。如果不能合理地解決掉矛盾，這將會嚴重的遏制我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程與發(fā)展。在農(nóng)業(yè)方面當前面臨的主要矛盾有：我國人口眾多，資源相對短缺，農(nóng)產(chǎn)品成本高，科技含量低，規(guī)模小。如何合理地解決這些頑疾，首先是我國要實現(xiàn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到先進的、信息化的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)之間的完全轉(zhuǎn)化。以IOT技術(shù)為依托的新型農(nóng)業(yè)即將成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的遠大目標，其已成為當前極具活力的新興產(chǎn)業(yè)之一。

3 通過智能系統(tǒng)對生產(chǎn)進行控制的風險分析

當前我國的溫室生產(chǎn)行業(yè)飛速發(fā)展，在其運營過程中難免會出現(xiàn)一些弊端：例如現(xiàn)代溫室管控和相關(guān)專業(yè)人才十分匱乏，栽培技術(shù)相對于國外處于落后狀態(tài)，這些弊端造成了現(xiàn)代溫室植物生產(chǎn)的優(yōu)越性難以充分的發(fā)揮；生產(chǎn)能源耗費過多，以現(xiàn)代溫室為代表的企業(yè)經(jīng)濟效益低下，時常會引起溫室產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)下滑的趨勢；位于不同地區(qū)的環(huán)境因素遏制了進口溫室的普遍通用性。還有一點不可忽視的是計算機調(diào)控力和相關(guān)軟件研發(fā)的力度不大。當前國內(nèi)溫室計算機調(diào)控相關(guān)技術(shù)設備與國際先進水平仍存在較大差距，市面流行的商用智能系統(tǒng)難以匹配節(jié)能有效高級機構(gòu)運行的基本要求。

該技術(shù)的發(fā)展逐漸開始顯現(xiàn)出另外一種特點：即商業(yè)化的推廣逐漸形成了”自上而下”的體系，其顛覆了以往技術(shù)變革、改進源于底層的傳統(tǒng)模式。因此，這極有可能引發(fā)“泡沫”?！芭菽碑a(chǎn)生于對未來產(chǎn)業(yè)過高的要求?；仡欀按蠖鄶?shù)領(lǐng)域的“泡沫”：如房地產(chǎn)、金融泡沫，可以發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)生是因為人們對于新事物總有接受的過程，以及投資者對于行業(yè)的不切實際的期望所致。IOT也與之相似，據(jù)調(diào)查，當前已有多數(shù)省市出臺了IOT相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策，各處IOT規(guī)劃也廣泛愛戰(zhàn)了起來。其發(fā)展理當切實考慮我國人力資源和市場的需求；我國也需要建立完善的退出機制，即使難以規(guī)避“泡沫”的產(chǎn)生，但對“泡沫”也會有一定的抑制作用。

4 展望

水培花卉種植業(yè)是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的組成部分之一，水培花卉的種植需要合理管理才能達到最高產(chǎn)量。當前水培花卉的需求市場不斷擴大，大眾對于花卉的品質(zhì)方面也提出了更高的要求，而且物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)也在逐漸興起，然而不當?shù)娜斯ぴ耘噙^程、以及難以控制的非生物脅迫因素等問題嚴重影響了該產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力,阻礙了當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展，缺乏合理的栽培技術(shù)手段會導致花卉生產(chǎn)過程中產(chǎn)量和質(zhì)量上的損失。因此，加強完善水培花卉種植和IOT智能控制技術(shù)的發(fā)展是毋庸置疑的。本文針對IOT控制的水培花卉種植技術(shù)進行了描述，為植物生產(chǎn)提供了參考，以確保水培花卉的供應量和質(zhì)量，對水培花卉生產(chǎn)發(fā)展有著深遠的意義。本設計可以利用溫度控制功能實現(xiàn)適合花卉生長的溫度條件，利用溫度傳感器來檢測溫度的高低，通過程序控制的原理來實現(xiàn)升溫或者降溫的功能。濕度自動控制原理主要是利用濕度傳感器來檢測花卉培土的濕度，通過自動噴灌技術(shù)實現(xiàn)補充水分需求的功能。從農(nóng)業(yè)的角度上看，其多樣性豐富，區(qū)域遼闊，偏遠分散，各種不先進的通信技術(shù)難以滿足生產(chǎn)需要，故一般來講，農(nóng)業(yè)實時數(shù)據(jù)獲得的難度很高，在新型通訊技術(shù)的推動下，IOT出現(xiàn)并實現(xiàn)了快速的發(fā)展，以IOT為媒介構(gòu)建新型水培花卉智能系統(tǒng)的應用前景極其廣闊。應在掌握基本種植理論的基礎上加強對種植和IOT相關(guān)知識的了解和掌握，才能科學高效的進行生產(chǎn)。