基本信息
- 項目名稱：
- 農(nóng)業(yè)通用遠程生產(chǎn)指導與預警設備
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本設備應用于小規(guī)模農(nóng)作物生長環(huán)境的遠程、實時監(jiān)測預警及生產(chǎn)指導。融合了傳感器技術、單片機控制技術、網(wǎng)絡通信技術及專家系統(tǒng)指導等技術，以移動通信的SMS短消息服務為依托，實現(xiàn)了環(huán)境因子短信查詢、短信自動預警、遠程設置等功能，用戶可根據(jù)作物種類加載相應的專家生產(chǎn)指導模塊，進行針對性生產(chǎn)指導。本設備為小規(guī)模農(nóng)作物環(huán)境因子實時監(jiān)測預警和生產(chǎn)指導提供了一種可行、可靠的解決方案。
- 詳細介紹：
- 1、研發(fā)背景 我國農(nóng)業(yè)需要向優(yōu)質、高效、高產(chǎn)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉型。如何在有限的農(nóng)業(yè)資源基礎上，面向我國農(nóng)業(yè)特點，借助先進的科技手段提高生產(chǎn)效率已經(jīng)成為必須解決的重大問題。由于農(nóng)作物對某些環(huán)境因子變化敏感，當環(huán)境因子出現(xiàn)極端情況時，如不能及時采取措施，農(nóng)作物就可能大面積減產(chǎn)，造成嚴重經(jīng)濟損失。我國地域遼闊、氣候多樣，生產(chǎn)條件千差萬別，不同作物、不同品種均需因地制宜進行管理，而目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以小家庭模式為主，農(nóng)業(yè)技術人員缺少、農(nóng)民知識水平較低，缺乏針對性的科學生產(chǎn)指導。 因此，設計本作品主要面向小規(guī)模生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指導和環(huán)境監(jiān)測預警。一方面能夠實現(xiàn)環(huán)境因子的實時監(jiān)測和遠程災害氣候預警預報，從而有效避免夏季高溫和冬季寒害帶來的損害；另一方面，提供作物生產(chǎn)指導服務，使專家指導知識有效促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，從而提高我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平。 2、作品技術 2.1、將GSM技術引入農(nóng)業(yè)范疇，設備可通過SMS短消息實現(xiàn)用戶與設備的遠程交互，實時感知作物所處環(huán)境信息；當氣候狀態(tài)超出災害氣候定義時，一方面現(xiàn)場報警提示處理，另一方面以SMS短消息方式遠程通知用戶。 2.2、引入作物生產(chǎn)指導模型，提供作物針對性的生產(chǎn)指導。根據(jù)實時監(jiān)測到的環(huán)境信息（溫濕度），結合作物類別與特征，形成針對性、分階段生產(chǎn)指導規(guī)則，以短信方式提供給用戶，指導用戶精細種植。 2.3、提供通用的作物生產(chǎn)指導通用平臺。設備軟件采用模塊化設計，系統(tǒng)軟件為生產(chǎn)指導軟件提供標準函數(shù)接口，根據(jù)需要加載相應的生產(chǎn)指導軟件，即可在不改變已有設備的前提下實現(xiàn)對不同作物的生產(chǎn)指導。 2.4、主要技術指標 溫濕度監(jiān)測指標 系統(tǒng)采用數(shù)字型高精度、寬范圍溫濕度傳感器，并經(jīng)過標準氣象設備標定校正，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、誤差小，具體監(jiān)測范圍及精度如下： 空氣溫度工作范圍-40—123.8℃，精度±0.4℃ 空氣濕度工作范圍0—100%RH，精度±4.5%RH 響應時間 按鍵之后顯示相應信息，響應時間小于1秒。 超過溫濕度閾值，發(fā)送預警短信到用戶手機響應時間小于1分鐘（GSM網(wǎng)絡正常）。 通信距離 系統(tǒng)與用戶手機采用GSM網(wǎng)絡通信，通信距離與GSM覆蓋網(wǎng)絡直接相關。截至2010年年底，陜西移動網(wǎng)絡城市網(wǎng)絡覆蓋率達到99．9％，鄉(xiāng)鎮(zhèn)網(wǎng)絡覆蓋率高達100％ 3、前景預測 小規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境集中監(jiān)測與生產(chǎn)指導系統(tǒng)非常適合在我國現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)各領域推廣應用，作品硬件成本低于400元，可以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的成本和環(huán)境要求，作品應用可以大幅度提高農(nóng)作物管理水平?？蓱糜陉兾魇〉姆选⑻鸸?、櫻桃等作物生產(chǎn)，還可推廣應用到云南優(yōu)質花卉、新疆瓜果等設施農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)。 目前手機已經(jīng)成為日常通信工具，農(nóng)民通常能熟練收發(fā)短信，GSM網(wǎng)絡能夠保證數(shù)據(jù)的快速傳輸，減少布線成本，擴大設備的應用范圍。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1、設計目的 針對我國農(nóng)業(yè)遠程預警的不足，農(nóng)作物生產(chǎn)指導的匱乏，通過將傳感器技術，單片機技術和GSM技術結合，以期實現(xiàn)對農(nóng)作物的遠程監(jiān)測預警和生產(chǎn)指導。 2、基本思路 本設備硬件采用模塊化設計思想，分為主控模塊、通信模塊、檢測模塊、用戶交互模塊和電源模塊，其中主控模塊由單片機構成主要負責數(shù)據(jù)的轉換與處理；通信模塊主要由SIM300構成負責短信的收發(fā)；監(jiān)測模塊由傳感器構成負責采集環(huán)境信息并向主控模塊匯報；用戶交互模塊由LCD和按鍵構成負責實時顯示與現(xiàn)場操作；電源模塊負責為設備提供穩(wěn)定的直流電壓源。 設備的軟件采用層次化設計，總體可分為系統(tǒng)軟件和生產(chǎn)指導軟件兩大部分。系統(tǒng)軟件，主要完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、處理與通信功能；生產(chǎn)指導軟件部分，用戶可根據(jù)實際需要加載，實現(xiàn)不同作物的生產(chǎn)指導目前可提供櫻桃與蘋果的生產(chǎn)指導平臺。 3、創(chuàng)新點 3.1、實現(xiàn)低成本、遠程實時環(huán)境監(jiān)測與預警。 3.2、提供作物針對性的生產(chǎn)指導。 3.3、提供通用的作物生產(chǎn)指導平臺。 技術關鍵 4.1、環(huán)境信息的采集與處理技術。 4.2、遠程短信交互及預警技術的實現(xiàn)。 4.3、生產(chǎn)指導軟件與系統(tǒng)軟件的融合。 5、主要技術指標 溫濕度監(jiān)測指標：空氣溫度工作范圍-40—123.8℃，精度±0.4℃；空氣濕度工作范圍0—100%RH，精度±4.5%RH。 通信距離：系統(tǒng)與用戶手機采用GSM網(wǎng)絡通信，通信距離與GSM覆蓋網(wǎng)絡
科學性、先進性
- 1、科學性： 環(huán)境因子對農(nóng)作物的生長起著重要作用，不同作物對環(huán)境要求不同，即使同一作物在不同階段下的要求也不同，如櫻桃每個階段都生長在適宜的環(huán)境條件下，能保證比普通大棚櫻桃提前上市10天左右，經(jīng)濟效益明顯提高。如果能夠精確跟蹤櫻桃的生長階段并提供適宜的生長指導信息可提高櫻桃經(jīng)濟效益5%左右。 2、先進性： 基于SMS技術實現(xiàn)環(huán)境因子實時監(jiān)測和遠程預警，突破了傳統(tǒng)有線設備布線復雜、維護困難的現(xiàn)狀；克服了其他無線設備監(jiān)測距離受限、操作復雜、預警不及時等問題。 具有重要的遠程災害氣候預警預報功能。用戶可通過短信修訂作物的報警閾值，當環(huán)境超出正常范圍值時，設備能主動發(fā)送預警預報短信給用戶，提高了生產(chǎn)安全性。 提供通用的作物生產(chǎn)指導平臺?？稍诓桓淖円延性O備的前提下實現(xiàn)對不同作物的生產(chǎn)指導。設備針對作物的生長階段不同提供相應的生產(chǎn)指導信息，能夠很好的解決現(xiàn)階段我國農(nóng)業(yè)技術人員缺少，農(nóng)民技術水平較低的問題。
獲獎情況及鑒定結果
- 西北農(nóng)林科技大學校挑戰(zhàn)杯大賽二等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物 圖片 樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1、使用說明：詳見使用說明書。 2、技術特點及優(yōu)勢：低成本、適應性強的環(huán)境監(jiān)測設備設計；遠程、實時環(huán)境監(jiān)測與預警；提供作物生產(chǎn)指導通用平臺。 3、適應范圍及推廣前景：小規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境集中監(jiān)測與生產(chǎn)指導系統(tǒng)非常適合在我國現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)各領域推廣應用，作品硬件成本低于400元，可以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的成本和環(huán)境要求。可應用于陜西省的番茄、甜瓜、櫻桃等作物生產(chǎn)，還可推廣應用到云南優(yōu)質花卉、新疆瓜果等設施農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)。 4、市場分析和經(jīng)濟效益預測：目前我國日光溫室和塑料大棚分別達到330千公頃和670千公頃，比上年增長30%和23%。日光溫室種植的基本上是高價格的經(jīng)濟作物，許多經(jīng)濟作物都需要精細種植，實時掌握作物的環(huán)境信息和遇到災害天氣進行及時預警并采取相應的措施才能解決農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效。本作品旨在提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推進科技應用、加強科學管理，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效與農(nóng)民增收，經(jīng)濟效益顯著。
同類課題研究水平概述
- 1、國外研究現(xiàn)狀： 目前，國外在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控方面技術相對先進，能夠達到對多環(huán)境因子綜合控制的水平。典型有： 美國加州大學伯克利分校所設計的環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)，應用在俄勒岡州的一個葡萄園中，通過無線通信技術發(fā)送到信號接收節(jié)點，再通過網(wǎng)絡發(fā)送到計算機上，再由計算機系統(tǒng)中的應用軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理，最后由葡萄園主從顯示系統(tǒng)中觀看分析結果。 英國倫敦大學農(nóng)學院研制的溫室計算機遙控技術，可以觀測50km以外溫室內的光、濕、氣和水等環(huán)境狀況，并進行遙控。 以色列溫室環(huán)境控制系統(tǒng)是現(xiàn)階段比較典型的代表性產(chǎn)品，具有很強的實用性，具體特點包括：具有一個綜合性的、實用靈活的、由許多控制應用程序構成的軟件包，可檢測溫度、濕度、風速、風向等數(shù)據(jù)，主控制與控制網(wǎng)絡的通信可以通過電纜、無線或手機等方式進行；軟件基于Windows平臺。 2、國內研究現(xiàn)狀： 國外在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控方面技術起步較晚，但改革開放以后發(fā)展較為迅速，已取得一定成果。 中國農(nóng)業(yè)大學成功研制了“WJG-1型實驗環(huán)境監(jiān)控計算機管理系統(tǒng)”，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)小型分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)； 江蘇大學研制成了基于PLC工控機進行管理的植物工廠系統(tǒng)，對溫度、光照、施肥等進行綜合控制； 中國農(nóng)業(yè)機械化科學開發(fā)了日光溫室環(huán)境數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)，采用有線控制方式，以計算機作為整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心； 從國內對環(huán)境控制的研究看，基于有線的測量控制系統(tǒng)相對比較成熟，但有線通信方式安裝維護難度大，且易致線纜老化，使系統(tǒng)可靠性降低，而無線方式無需布線、組網(wǎng)靈活、易升級、同時無線通信設備可以在網(wǎng)絡覆蓋范圍內隨意移動和重新組網(wǎng)，相對于有線通信方式具有明顯的優(yōu)勢，因此，近年來的研究重點在于無線環(huán)境監(jiān)測設備與系統(tǒng)方向。典型有： 國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術研究中心開發(fā)的“溫室娃娃”，以單片機為處理核心，可實時監(jiān)測溫室內的氣溫、空氣濕度等信息，并通將數(shù)據(jù)轉存到個人計算機，特點是通過語音現(xiàn)場報警，并且能夠指導溫室生產(chǎn)管理。 在基于無線通信方式的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，存在技術復雜、需要專業(yè)技術人員操作等問題，造成實際推廣困難。而手持式或獨立小型設備具有攜帶方便、操作簡單的優(yōu)勢，但是不具有實時、遠程的預警預報功能，且實際使用時，對用戶的指導生產(chǎn)能力不足。
