智能農(nóng)田播種及澆水系統(tǒng)

　　【摘要】智能農(nóng)田播種及澆水系統(tǒng)方興未艾，國內(nèi)外已有較成熟的產(chǎn)品問世，智能化水平不斷提高。但智能農(nóng)田播種、澆水系統(tǒng)仍存在存在許多缺陷，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)，智能化水平不足、產(chǎn)品缺乏設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，未來智能農(nóng)田播種及澆水系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能越來越具體化、復(fù)雜化。這要求工程師們需要對單片機(jī)等機(jī)械制造及自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備理論與設(shè)計(jì)方法了然于心，同時(shí)了解市場上的各類生產(chǎn)商硬件、軟件產(chǎn)品，掌握各種類型硬件參數(shù)、開發(fā)軟件開發(fā)環(huán)境，積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

　　【關(guān)鍵詞】智能農(nóng)田；播種；澆水；系

　　智能化農(nóng)田是未來農(nóng)田發(fā)展的趨勢。育種、澆水是農(nóng)田管理的兩個(gè)重要內(nèi)容，也是智能農(nóng)田需要解決的兩個(gè)主要問題。國外工業(yè)化播種、澆水系統(tǒng)發(fā)展較早。本次研究試就智能農(nóng)田播種、澆水系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)建進(jìn)行概述，并分析未來的發(fā)展方向。

　　1智能農(nóng)田播種及澆水系統(tǒng)設(shè)硬件構(gòu)成

　　在國外播種已實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)，瑞典希爾蘇格公司產(chǎn)FS播種自動(dòng)生產(chǎn)線，芬蘭恩索公司在FS播種自動(dòng)生產(chǎn)線基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良，人力將空容器放在傳送帶上，空容器接收粉碎后的營養(yǎng)土，傳授到下一級，壓實(shí)機(jī)構(gòu)通過往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓實(shí)營養(yǎng)土，流水線上的播種機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)帶出種子播入容器。國內(nèi)的播種系統(tǒng)與國外大同小異，有一定的創(chuàng)新，以邯鄲胖龍溫室工程有限公司的BZ200為代表，其集成了機(jī)電氣一體化?？刂葡到y(tǒng)主要為單機(jī)片、PLC，國外主要采用PLC，國內(nèi)普遍將PLC與光電傳感器技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)結(jié)合起來，提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平。

　　2智能農(nóng)田播種及澆水軟件

　　智能農(nóng)田播種及澆水系統(tǒng)軟件主要包括通信平臺、系統(tǒng)軟件、功能軟件等，設(shè)計(jì)的軟件十分復(fù)雜，與硬件一樣不同公司的產(chǎn)品功能需求、硬件構(gòu)成存在較大差異，與之相適應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)也存在較大的差異。仍以基于ZigBee灌溉系統(tǒng)為例，其軟件設(shè)計(jì)應(yīng)包括ARM平臺軟件、ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)兩個(gè)部分。整個(gè)系統(tǒng)軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能包括協(xié)調(diào)器（ARM控制板）負(fù)責(zé)的ZIgBee組網(wǎng)、灌溉控制算法運(yùn)行、灌溉區(qū)域信息顯示、數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)負(fù)責(zé)的灌溉算法環(huán)境信息采集中轉(zhuǎn)、電磁閥控制接受協(xié)調(diào)器灌溉命令并負(fù)責(zé)執(zhí)行任務(wù)。系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)幀主要包括命令幀、信息幀、應(yīng)答幀，為統(tǒng)一應(yīng)答可采用相同幀組織形式。目前，市場上可供選擇的編程開發(fā)環(huán)境較多。

　　3智能農(nóng)田播種及澆水系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題與未來方向

　　目前，智能農(nóng)田播種、澆水系統(tǒng)仍存在許多技術(shù)問題未能得到解決。①技術(shù)設(shè)備智能化、自動(dòng)化水平仍有待提高，智能化應(yīng)用集中在系統(tǒng)的的某一個(gè)環(huán)節(jié)，如在播種過程中仍廣泛采用人工操作。②未來智能農(nóng)田系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能會越來越多。以灌溉為例，開放式農(nóng)田智能灌溉系統(tǒng)未來利用氣象部門利用衛(wèi)星云圖、遙感技術(shù)分析預(yù)測得到的降水、土壤墑情等相關(guān)信息，為灌溉決策提供信息支持。在進(jìn)行硬件軟件設(shè)計(jì)時(shí)，便需要添加無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、相應(yīng)的信息提取與處理軟件，甚至需要設(shè)計(jì)更復(fù)雜的RAM算法。③當(dāng)前，各公司產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)都沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，也限制了系統(tǒng)的升級擴(kuò)展。④當(dāng)前智能農(nóng)田系統(tǒng)仍較破碎化，集中在澆水、播種等獨(dú)立環(huán)節(jié)控制上，播種、澆水等獨(dú)立傳動(dòng)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)也有待改進(jìn)，特別是播種系統(tǒng)，目前現(xiàn)有播種系統(tǒng)所采用的傳動(dòng)、控制設(shè)計(jì)亟待標(biāo)準(zhǔn)化，各個(gè)構(gòu)件一體化水平明顯較低，使整個(gè)系統(tǒng)過于龐大，價(jià)格偏高。

　　4小結(jié)

　　智能播種及澆水系統(tǒng)作為智能農(nóng)田重要組成部分，也是最先發(fā)展起來的智能農(nóng)田應(yīng)用，但仍存在許多基礎(chǔ)問題，特別是控制自動(dòng)化、智能化水平仍相對不足。與此同時(shí)智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)相關(guān)理論技術(shù)迅猛發(fā)展，涵蓋管理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)工程、控制理論等多門理論學(xué)科，對系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)者提出了更高的要求。工程師們需要對單片機(jī)等機(jī)械制造及自動(dòng)化理論與設(shè)計(jì)需了然于心，同時(shí)了解市場上的硬件、軟件，積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

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　　鐘坤芳，石萬里，高遠(yuǎn)

《智能農(nóng)田播種及澆水系統(tǒng)》

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