主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 贵州大学     

基本信息

项目名称:
土壤温湿度在线监测与控制系统
小类:
机械与控制
简介:
采用无线传感器网络技术,实现了农田土壤温湿度的远程在线监测与控制。所有监空操作均借助电脑实现,无须人工亲自到现场进行监控。
详细介绍:
为实现对农田土壤温湿度、酸碱度等全面信息的远程实时监控,免去人工测量的麻烦与不确定性,设计了基于无线传感器网络的农田土壤温湿度在线监测系统。

作品图片

  • 土壤温湿度在线监测与控制系统
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  • 土壤温湿度在线监测与控制系统
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作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

1 基于低成本、可扩展、易推广、服务三农的原则,研究多样性土壤信息的获取与处理技术,设计田间与温室信息的低成本采集、传输与控制系统;实现对土壤温湿度高效、实时、统一、精准的管理。 2 基本思路 以温湿度为基本监控元素,设计能完成对土壤温湿度信息的可控采集、无线传输、图像化显示、数据库处理与自动灌溉的系统平台。 3 创新点 数据传输无线化、信息监控在线化、方案决策智能化、功能扩展方便化、设计成本低廉化。 4 技术关键 4.1 采用具有很强抗干扰能力的APC220无线收发模块与自定义的无线传输协议,解决了无线电干扰问题。 4.2 采用“多基站转发”的无线传输协议,突破了无线模块本身传输距离有限的局限,实现了任意距离的传输。 4.3 针对土壤含水率变化滞后的特点,采用模糊控制算法进行土壤含水率控制。 4.4 采用自行设计的PCB电路板,保证了硬件系统稳定可靠、体积小巧,并为以后的推广应用奠定了基础。 4.5采用LABVIEW开发环境在较短时间内开发出了界面友好、功能完善的远程在线监控软件。 5 主要技术指标: 1) 误码率:400米距离时小于2% 2) 无线传感器网络传输距离:采用“多基站转发”的无线传输协议,理论上可以达到任意距离 3) 灌溉误差:小于2%

科学性、先进性

所设计的土壤温湿度在线监测与控制系统,融合了无线电、传感器、网络通信及LABVIEW图形化编程等技术。将成熟的传统技术与高速发展的无线传感器网络技术相融合,并根据实际应用情况,设计了“多基站转发”无线通信机制,成功实现了信息传输与处理平台的搭建。同时,采用成熟的模糊控制算法对喷灌系统进行控制,实现了灌溉的智能化。

获奖情况及鉴定结果

在2011-4-23的“四川农业大学第七届‘挑战杯’大学生课外学术科技作品竞赛”中,获得二等奖。

作品所处阶段

中试阶段

技术转让方式

作品可展示的形式

实物、产品 现场演示 图片

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

1 使用说明 1)根据具体监控需求,部署传感器节点和中转基站,保证各节点能统一组网。 2)借助在线监测软件发出控制命令给传感器群 3)系统会根据采集的数据自动作出灌溉等决策方案,以供用户参考。 2 技术特点及优势 1)采用APC220无线收发模块与自定义的无线传输协议,有效避免了无线电的干扰问题。 2)采用“多基站转发”的无线传输方式,突破了无线模块本身传输距离有限的局限,实现了任意距离的传输。 3)采用LABVIEW软件开发远程监控系统,开发周期短、界面友好。 4) 采用PCB电路板,保证了硬件系统稳定性。 4 项目适应范围及经济效益预测 由于在软硬件的设计上,都留有充分的扩展接口,故稍作修改即可应用于需要进行数据采集、传输与处理的场合,尤其是农业方面,几乎可以不加修改地直接使用。 本系统不仅可以指导农户进行精细化种植,还可以在少量改造后移植于其他需要感知的生产领域,有利于提高生产效率。

同类课题研究水平概述

2、无线传感器网络 无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。美国商业周刊和MIT技术将无线传感器网络列为21世纪改变世界的十大技术之一。随着无线传感器网络的深入研究,在科学研究、国家安全、经济生活或人类生活众多领域将会有着更广泛的应用,由于传感器网络的应用与具体的应用环境有关系,因此存在不同应用领域的无线传感器网络系统。 无线传感器网络以应用为目的,相关技术的研究均是围绕其应用展开的,其在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物监测、空间探索等领域有着广阔的应用前景和巨大的应用价值,因此无线传感器网络被认为是未来改变世界的十大技术之一、全球未来的四大高技术产业之一,是继Internet之后对二十一世纪产生重大影响的IT技术之一,对人类的生活和工作方式将会产生深远影响。 无线通信常见形式有微波通信、短波通信、移动通信、卫星通信、散射通信和激光通信等。它摆脱物理连接的束缚,无需通过电缆实现设备问的互连和信息的传输,成为通信技术研究热点,使得对于无线通信的需求量越来越大,因此出现了许多无线通信协议。无线通信技术由近距离、点对点传输的红外通信技术,到短距离、点对多点个人局域网,如蓝牙和ZigBee,到中距离、多hop无线局域网,到长距离的便携式电话系统,如GSM/GPRS和CDMA等,不同种类的技术随着需求的不同而不断发展完善,形成了巨大的市场潜力。 本设计考虑到成本及实用情况,采用短距离点对多点通信方式,设计了针对农田土壤监测的专用无线传感器网络。 3、上位机软件 LabVIEW是美国NI公司推出的1 种基于G 语言的虚拟仪器软件开发工具。它具有直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格, 设计者无须编写任何文本格式的代码, 是真正的工程师语言。
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