[发明专利]一种基于嵌入式的农田数据采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种采集系统，具体是一种基于嵌入式的农田数据采集系统。

背景技术

随着科学的进步、技术的发展以及生活水平的提高，农业生产逐步由传统方式走向信息化与智能化。那么，在农业生产过程中，通过对一系列智能化系统的研究与拓展应用，不仅能够促进农业的高效发展，而且也能使农业决策者在获取信息、评估预测等方面更加自动化。快速、有效采集和描述影响农作物生长环境的空间变量信息，是“精准农业”实践的重要基础。农田环境信息主要包括温度、湿度、CO2浓度、光照等，是现代化农业生产中的关键部分，它直接影响到农作物的生长和农作物产品质量。在实现农业智能化的过程中必须能够有效预测影响农作物生长的不利因素，通过对影响因素的数据进行采集与分析，有效掌握农作物的物侯现象，采取相应控制措施，避免病虫草害的发生，以提高农作物产量。

作为实现农业自动化的一个重要技术：图像处理技术，在农业智能化的过程中的应用比较晚、相关研究也处于初级阶段，但却有广阔的应用前景。通过采集农作物图像信息，监测气候、掌握水资源灌溉、了解作物生长发育情况、控制农田病虫草害，把传感器技术、图像捕捉技术和嵌入式技术相结合，从而制定相应的管理控制措施。目前我国的科学研究人员虽然已经把图像捕捉技术与嵌入式技术相结合的监测技术应用于一定的农业生产中，并收效良好，但与发达国家相比还存在较大差距，因此还应进行更深入的探索与研究，促进该项技术在农业生产中大面积推广，提高农业生产率与农业现代化水平，实现农业生产的可预见性和可控制性。

农田数据采集是指将影响农作物生长的温度、湿度、CO2浓度等物理量采集、转换成数字量后，由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程；相应的系统，称之为数据采集系统。数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的信号，并转换成计算机能识别的数字信号，送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算机得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还可以被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应尽可能提高采集速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。

国外对农业生产系统中的环境监察与控制可以追溯到1949年世界上第一个“人工气象室”的诞生。它标志着在农业生产过程中人们可以通过人为的干预手段来调节农作物生长环境中的“小气候”。它的诞生为农业的现代化和自动化奠定了一个很好的开端。

在日本，计算机在农业领域的普及率非常高。到2002年，日本全国用于农业领域的计算机使用量以达到53%。由日本JICA中心开发的基于嵌入式系统的多传感器数据采集设备—FieldServer(现场服务器)系统可以同时对温度、湿度和图像数据等进行采集，并通过互联网将采集的数据发送到远程服务器上。该系统还具有Web平台，用户可以通过IP进行登录，查看系统采集到的温度、湿度和图像等信息。该系统的体积小、功耗低，可以用电他供电，因此便于在野外进行数据采集。希腊loukfarm公司开发的由计算机、气象站和营养液控制系统组成的温室控单元系统可以进行数据的采集与处理，同时也可以进行远程控制，并可通过机电设备来保证温室控单元系统中各项参数的精准度。

另外，由美国GreenAir公司生产的GHC100模型温室控制器，可以实现通过控制温室内的各项环境因素，从而为农作物的生长提供最有利的环境。该温室控制器允许用户进行现场监控和远程监控，并可自动记录监测到的数据信息。用户可以使用简单的命令来开启或停止自动数据记录。

在我国，农业发展过程中的信息监控起步比较晚，较发达国家还是有一定差距。然而随着我国智能化农业设施的发展，设施装备的信息化、自动化水平也在逐步提高。相关国内部分高校和研究机构也正在着手研究农业过程中的数据采集、远程监测与自动控制。

由中国农业大学研制的温室环境监控系统可以对温室中的温湿度、二氧化碳浓度、图像等信息进行监控，该系统可以对多种采集数据进行记录、查询、打印，同时可以通过网络将实际环境中的要素传送到远程服务器以便工作人员对农作物生长环境进行实时分析与控制。中国农业大学电气信息学院开发的温室计算机分布式自动控制系统，通过一台主机与分布在不同位置的微电脑控制装置组成主从分布式结构，采用单片微机技术，完成多通道的数据采集并通过RS-485总线与主机进行通信，已完成数据的远程监测与控制。