1、单片机在农业信息化中的应用研究摘要 ：通过运用以计算机为主要的载体，以单片机为主要的实现装置，实现数据的采集与控制，从而得出设施农业中单片机测控技术的应用现状，LED 技术在农村信息传输，进行涉农网络信息发布的有益尝试等。通过对从数据库中资料的分析。让我明白了在未来的农业发展中，信息化所起到的积极而又健康的作用，希望通过此次的学习我能够掌握更多的实用知识。关键词：单片机 LED 设施农业 灌溉技术 遥控技术 引言随着信息化的不断发展，以单片机为基础的计算机科学逐渐在农村的农业生产中产生巨大而又重要的作用。许多地方也通过在一些方面的研究将单片机运用到农业生产中去，并成功的提高了农业生产水平。因此
2、，我们应该加紧对此方面的研究，方便在未来的生活中，高科技能够为我们的生产生活带来更多的便利。1、自动控制在国外设施农业中的应用由于人口增长、资源短缺和环境变化, 经济发达国家和一些发展中国家, 都在研究21 世纪农业可持续发展的问题。将各种现代化高新技术应用于农业生产, 在有限的自然条件下, 通过人工建造的设施控制环境, 提高农业自动化水平, 于是产生了设施农业。设施农业就是通过采用现代农业技术, 改变自然环境,为种植业、养殖业以及产品的储藏保鲜等提供适当的环境条件, 而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖进行有效生产的农业。设施农业以其技术含量高、品质高、产量高、效益高和集约化等优点, 在国外发
3、达国家得到了快速发展。国外发达国家一直致力于把自动控制技术应用于设施农业中, 即将自动化技术应用于农作物的耕种、施肥、灌溉、防治病虫害、收获的全过程,畜禽水产品等饲养全过程, 以及农产品加工、储藏、保鲜的全过程。随着农业自动化的发展, 发达国家的设施农业,已形成设施设备技术完备、生产规范、质量保证性强的特点, 并向高度自动化、智能化方向发展, 成为推动现代农业发展的重要方面。目前, 设施农业比较发达的国家主要有荷兰、以色列、美国和日本。另外, 法国、西班牙、澳大利亚、英国和韩国等国家的设施农业也都达到了比较高的水平。农业设施自动化的基本特征就是以农业自动化设施代替人的劳作, 完成农业生产的部分
4、或全部作业。建立在以计算机技术、自动传感和控制技术基础上的农业自动化技术在设施农业中的应用主要体现在: 节水灌溉作业的自动控制、农业温室的自动控制、果实收获作业的自动控制、农产品加工的自信息工程学院信息组织与利用课程论文第 1 页 共 5 页 1动控制和农业生产工厂化等方面。 1设施农业按主体不同, 可分为设施栽培( 主要设施有各类温室、塑料棚和人工气候室及其配套设备等) 和设施养殖( 主要设施有各类保温、遮阴棚舍与现代集约化饲养畜舍及配套设备等) 。按设施和设备的复杂程度又可分为简易覆盖型、简易设施型、一般设施型和复杂设施型( 主要指借助于大型现代化温室的工厂化农业)。 22、自动控制技术在
5、设施栽培中的应用复杂设施型主要指借助于大型现代化温室的工厂化农业。一般包括加热系统、降温系统、通风系统、遮阳系统、滴灌系统和中心控制系统。农业生产工厂化的关键技术是无土栽培和环境的自动控制。当代发达的设施农业以及植物工厂,就是用人为的方式创造一个人工气候, 消除一些对植物不利的环境因素。植物工厂是继温室栽培之后发展的一种高度自动化、现代化的设施农业。 3植物工厂是在全封闭的设施内周年生产作物的高度自动化控制生产体系, 植物工厂内以采用营养液栽培和自动化综合环境调控为重要标志, 为使植物工厂内栽培环境达到高度自动化调控,设备建造及运转费用很高。植物工厂能免受外界不良环境影响, 实现高技术密集型省
6、力化作业, 它与温室生产不同点在于, 完全摆脱大田生产条件下自然条件和气候的制约, 应用现代先进设备, 完全由人工控制环境条件,全年均衡供应农产品。目前, 高效益的植物工厂在一些发达国家发展迅速, 初步实现了工厂化生产蔬菜、食用菌和名贵花木等。奥地利、丹麦、美国、英国、日本等国都先后建立了一批植物工厂, 用于试验研究和示范。美国现在正在研究利用“植物工厂”种植小麦、水稻, 以及进行植物组织培养和脱毒、快繁。以色列温室设施已更新 3 代, 面积大大增加, 促进了工厂化农业大发展。日本已建立了一些农业生产自动化管理系统, 如植物工厂的蔬菜生产管理系统、陆田水田耕作、畜牧生产、家畜卫生系统、农业工程
7、等。 43、 基于单片机的农作物成分的采样研究养分和水分精细管理是精细农业的重要技术。施氮过多，容易造成地下水的污染；我国很多地区处于干旱状态，水分的精确管理具有重要意义。为了实现对作物肥水的精确管理，首先需要获知作物的养分和水分状况。由于作物存在肥水耦合作用，相比于单一成分检测，同时检测出作物的养分和水分状况更有利于精细管理。通过仪器可实现对作物叶片叶绿素、氮素、水分一体化检测，可同时测量叶片 SPAD 值、含氮值、含水量，以减少利用不同仪器检测时由于叶片位置及时间差异引起的误差。 5测定仪的控制器采用 MSP430F149 单片机，采用 I2C 接口芯片、CSME-12864A-D 系列低
8、功耗图形点阵模块、SP3223 智能串口芯片，有自动掉电功能，可以完成 TTL/COMS 到RS232 的电平转换。测定仪采用近红外 LED 作为光源，利用集成芯片作为光电检测装置，具有结构简单、操作方便、实用性强、适用范围广德有点。通过对叶片的光谱数据进行信息工程学院信息组织与利用课程论文第 2 页 共 5 页 2分析，筛选了 650mm、940nm 和 975nm3 个特征波段，可以同时检测出叶片中叶绿素、氮素和水分的含量，有效避免了由于叶片位置和测定时间差异导致的作物养分、水分诊断误差。 6基于单片机的农作物成分的采样研究：养分和水分精细管理是精细农业的重要技术。施氮过多，容易造成地下水
9、的污染；我国很多地区处于干旱状态，水分的精确管理具有重要意义。为了实现对作物肥水的精确管理，首先需要获知作物的养分和水分状况。由于作物存在肥水耦合作用，相比于单一成分检测，同时检测出作物的养分和水分状况更有利于精细管理。通过仪器可实现对作物叶片叶绿素、氮素、水分一体化检测，可同时测量叶片 SPAD 值、含氮值、含水量，以减少利用不同仪器检测时由于叶片位置及时间差异引起的误差。测定仪的控制器采用 MSP430F149 单片机，采用 I2C 接口芯片、CSME-12864A-D 系列低功耗图形点阵模块、SP3223 智能串口芯片，有自动掉电和唤醒功能，可以完成 TTL/COMS 到 RS232 的
10、电平转换。测定仪采用近红外 LED 作为光源，利用集成芯片作为光电检测装置，具有结构简单、操作方便、实用性强、适用范围广德有点。通过对叶片的光谱数据进行分析，筛选了 650mm、940nm 和 975nm3 个特征波段，可以同时检测出叶片中叶绿素、氮素和水分的含量，有效避免了由于叶片位置和测定时间差异导致的作物养分、水分诊断误差。4、 基于单片机的灌溉技术研究通过各种传感器实时采集灌溉区土壤水分、土壤温度、空气温湿度、静辐射、风速等植物生长的环境数据，在上位机上形成原始数据库，并通过专家知识系统决策是否灌溉及灌溉水量多少，从而达到节水灌溉的目的，特别是在我国西北部地区旱作节水农业有很大帮助。
11、7灌溉系统由硬件控制器和上位机软件控制系统两大部分组成，硬件控制器负责数据的采集和电磁阀的控制，软件系统负责整个系统的正常运行，协调各部分之间的关系，实时获定时采集灌区的土壤水分、空气温湿度、风速、静辐射等数据，能够实时以图形或表格方式显示，并可以存储到数据库进行历史查询、显示、打印等操作，供灌溉预报、决策使用。用户可以设定每个控制区域灌水决策，实时区域定时、定量灌水，也可以通过系统界面精确的控制灌溉的区域以及灌水量。通过对系统的升级改造，还可以实现土壤墒情检测。 8目前，我国的农药喷洒技术大多数落后于西方发达国家，在农药的精准定量上更是如此，这样很容易造成农业喷洒的不均匀与浪费。精准施药技术
12、可以减少农药的危害，节约资源、保持生态平衡和保护环境，促进农业的可持续发展，精准施药技术的核心是获得农田小区内病虫草害的差异性信息，采取变量施药技术，按需施药。 9信息工程学院信息组织与利用课程论文第 3 页 共 5 页 3通过设计，得到一种精准变量可调的农药喷洒系统，利用实验室得到的数据来为软件设计获得运算公式，最后通过单片机内部换算，实现变量喷洒的目的，更实现了大田喷洒的均匀性，保证了单位面积喷洒量的相等。5、单片机测控技术在设施农业中的应用现状近年随着设施农业的迅猛发展，尤其是温室大棚，无土栽培，节水灌溉，工厂化养殖等在生产上得到前所未有的大发展，实现了农业工厂化生产，企业化运作，但美中
13、不足是智能化程度与智能化普及率过低。虽然也有不少单位或个人引进了一些国外的计算机智能控制系统，如温室环境控制系统，施肥灌溉控制系统，工厂化育苗智能系统等。也真正实现了数字化、智能化、自动化，但投资过大，系统故障维护不便，而且经济效益过低，许多农业高科技园区多存在这个制约瓶颈。实现农业智能化对于大部份农民来说还是可望而不可及。开发低价位实用型的农业智能计算机系统已迫在眉睫，对于推进我国农业智能化进程具有极为重要的意义，同时也具有很大的市场商机。 10智能化温室研究是当今兴起的一门横跨生物学、计算机科学、电子科学、机械设计和环境控制等几大学科的综合了多种高新技术的边缘学科，而智能化温室种植业则被誉
14、为“快速发展的工业。智能化温室是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的最先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境，彻底摆脱传统农业对自然环境的高度依赖 11目前采用 PC 机与多台以单片机系统为核心的智能仪表组成分布式测控系统在当今的许多生产自动化领域已得到广泛应用，这种系统利用了单片机系统价格低、功能强、抗干扰能力好的特点组建适用于分布式现场的下位机，即智能仪表，同时也结合了 PC 丰富的软硬件资源，实现管理、控制功能强大，非常友好的用户界面。总结本文通过几个方面介绍了以单片机为基础的计算机科学充分的应用到实际的生活中的一些方向
15、，给我们带来了深刻而又积极的影响，对于我们通信专业的学生来说，单片机与计算机都是非常重要的学科。我们应该积极的参与到其中去，以保证我们能在未来的竞争中具备更多的基础知识。同时也能够增长自己的见识，了解农业信息化的发展过程，为了祖国以后的农业发展进步贡献自己的力量。参考文献1、戴志中.我国设施农业机械的现状及发展趋势分析J.江苏农机与农艺 ,2001,(2)2、周勇农业管理信息系统理论与实践M北京：化学工业出版社， 20073、彭桂兰，张学军，张新东.温室环境计算机测控技术的研究现状和发展趋势J.现代化农业，2005， （5）.4、孙忠富，陈青云，吴毅明.计算机在现代温室中的应用现状及J.前景农
16、业工程学报增刊,1998( 增刊).信息工程学院信息组织与利用课程论文第 4 页 共 5 页 45、李丽君. 基于 LINUX 的自动变量喷药系统设计D. 长春: 吉林大学硕士学位论文, 2009, 6.6、诸昌钤.LED 显示屏系统原理及工程技术M. 西安：电子科技大学出版社，2000.7、姜文峰，郑文刚，王彦文，赵春江.城市绿地自动化节水灌溉系统的研究J.节水灌溉.2005 年 1 期8、玄子玉, 杨方, 刘立意. 基于单片机的变量喷雾控制系统的设计J. 东北农业大学学报, 2009, 40(8): 110112.9、刘大印，王秀，毛益进，马伟，邓巍.基于单片机 PWM 变量农药喷洒控制系统的研究J.农机化研究.2011 年 5 期10、张毅坤, 陈善久, 裘雪红. 单片微型计算机原理及应用M. 西安: 电子科技大学出版社, 1998, 9: 28.11、王成，乔晓军，焦春岩.分布式温室环境信息监测系统J.自动化技术与应用.2005 年 1 期
