基本信息
- 项目名称：
- 农业通用远程生产指导与预警设备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本设备应用于小规模农作物生长环境的远程、实时监测预警及生产指导。融合了传感器技术、单片机控制技术、网络通信技术及专家系统指导等技术，以移动通信的SMS短消息服务为依托，实现了环境因子短信查询、短信自动预警、远程设置等功能，用户可根据作物种类加载相应的专家生产指导模块，进行针对性生产指导。本设备为小规模农作物环境因子实时监测预警和生产指导提供了一种可行、可靠的解决方案。
- 详细介绍：
- 1、研发背景 我国农业需要向优质、高效、高产的现代化农业转型。如何在有限的农业资源基础上，面向我国农业特点，借助先进的科技手段提高生产效率已经成为必须解决的重大问题。由于农作物对某些环境因子变化敏感，当环境因子出现极端情况时，如不能及时采取措施，农作物就可能大面积减产，造成严重经济损失。我国地域辽阔、气候多样，生产条件千差万别，不同作物、不同品种均需因地制宜进行管理，而目前我国农业生产以小家庭模式为主，农业技术人员缺少、农民知识水平较低，缺乏针对性的科学生产指导。 因此，设计本作品主要面向小规模生产的农业生产指导和环境监测预警。一方面能够实现环境因子的实时监测和远程灾害气候预警预报，从而有效避免夏季高温和冬季寒害带来的损害；另一方面，提供作物生产指导服务，使专家指导知识有效促进农业生产活动，从而提高我国农业生产管理水平。 2、作品技术 2.1、将GSM技术引入农业范畴，设备可通过SMS短消息实现用户与设备的远程交互，实时感知作物所处环境信息；当气候状态超出灾害气候定义时，一方面现场报警提示处理，另一方面以SMS短消息方式远程通知用户。 2.2、引入作物生产指导模型，提供作物针对性的生产指导。根据实时监测到的环境信息（温湿度），结合作物类别与特征，形成针对性、分阶段生产指导规则，以短信方式提供给用户，指导用户精细种植。 2.3、提供通用的作物生产指导通用平台。设备软件采用模块化设计，系统软件为生产指导软件提供标准函数接口，根据需要加载相应的生产指导软件，即可在不改变已有设备的前提下实现对不同作物的生产指导。 2.4、主要技术指标 温湿度监测指标 系统采用数字型高精度、宽范围温湿度传感器，并经过标准气象设备标定校正，监测数据准确、误差小，具体监测范围及精度如下： 空气温度工作范围-40—123.8℃，精度±0.4℃ 空气湿度工作范围0—100%RH，精度±4.5%RH 响应时间 按键之后显示相应信息，响应时间小于1秒。 超过温湿度阈值，发送预警短信到用户手机响应时间小于1分钟（GSM网络正常）。 通信距离 系统与用户手机采用GSM网络通信，通信距离与GSM覆盖网络直接相关。截至2010年年底，陕西移动网络城市网络覆盖率达到99．9％，乡镇网络覆盖率高达100％ 3、前景预测 小规模农业生产环境集中监测与生产指导系统非常适合在我国现阶段农业各领域推广应用，作品硬件成本低于400元，可以满足现代农业的成本和环境要求，作品应用可以大幅度提高农作物管理水平。可应用于陕西省的番茄、甜瓜、樱桃等作物生产，还可推广应用到云南优质花卉、新疆瓜果等设施农产品生产。 目前手机已经成为日常通信工具，农民通常能熟练收发短信，GSM网络能够保证数据的快速传输，减少布线成本，扩大设备的应用范围。
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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、设计目的 针对我国农业远程预警的不足，农作物生产指导的匮乏，通过将传感器技术，单片机技术和GSM技术结合，以期实现对农作物的远程监测预警和生产指导。 2、基本思路 本设备硬件采用模块化设计思想，分为主控模块、通信模块、检测模块、用户交互模块和电源模块，其中主控模块由单片机构成主要负责数据的转换与处理；通信模块主要由SIM300构成负责短信的收发；监测模块由传感器构成负责采集环境信息并向主控模块汇报；用户交互模块由LCD和按键构成负责实时显示与现场操作；电源模块负责为设备提供稳定的直流电压源。 设备的软件采用层次化设计，总体可分为系统软件和生产指导软件两大部分。系统软件，主要完成系统的数据交换、处理与通信功能；生产指导软件部分，用户可根据实际需要加载，实现不同作物的生产指导目前可提供樱桃与苹果的生产指导平台。 3、创新点 3.1、实现低成本、远程实时环境监测与预警。 3.2、提供作物针对性的生产指导。 3.3、提供通用的作物生产指导平台。 技术关键 4.1、环境信息的采集与处理技术。 4.2、远程短信交互及预警技术的实现。 4.3、生产指导软件与系统软件的融合。 5、主要技术指标 温湿度监测指标：空气温度工作范围-40—123.8℃，精度±0.4℃；空气湿度工作范围0—100%RH，精度±4.5%RH。 通信距离：系统与用户手机采用GSM网络通信，通信距离与GSM覆盖网络
科学性、先进性
- 1、科学性： 环境因子对农作物的生长起着重要作用，不同作物对环境要求不同，即使同一作物在不同阶段下的要求也不同，如樱桃每个阶段都生长在适宜的环境条件下，能保证比普通大棚樱桃提前上市10天左右，经济效益明显提高。如果能够精确跟踪樱桃的生长阶段并提供适宜的生长指导信息可提高樱桃经济效益5%左右。 2、先进性： 基于SMS技术实现环境因子实时监测和远程预警，突破了传统有线设备布线复杂、维护困难的现状；克服了其他无线设备监测距离受限、操作复杂、预警不及时等问题。 具有重要的远程灾害气候预警预报功能。用户可通过短信修订作物的报警阈值，当环境超出正常范围值时，设备能主动发送预警预报短信给用户，提高了生产安全性。 提供通用的作物生产指导平台。可在不改变已有设备的前提下实现对不同作物的生产指导。设备针对作物的生长阶段不同提供相应的生产指导信息，能够很好的解决现阶段我国农业技术人员缺少，农民技术水平较低的问题。
获奖情况及鉴定结果
- 西北农林科技大学校挑战杯大赛二等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物 图片 样品
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：详见使用说明书。 2、技术特点及优势：低成本、适应性强的环境监测设备设计；远程、实时环境监测与预警；提供作物生产指导通用平台。 3、适应范围及推广前景：小规模农业生产环境集中监测与生产指导系统非常适合在我国现阶段农业各领域推广应用，作品硬件成本低于400元，可以满足现代农业的成本和环境要求。可应用于陕西省的番茄、甜瓜、樱桃等作物生产，还可推广应用到云南优质花卉、新疆瓜果等设施农产品生产。 4、市场分析和经济效益预测：目前我国日光温室和塑料大棚分别达到330千公顷和670千公顷，比上年增长30%和23%。日光温室种植的基本上是高价格的经济作物，许多经济作物都需要精细种植，实时掌握作物的环境信息和遇到灾害天气进行及时预警并采取相应的措施才能解决农业增产增效。本作品旨在提高产业发展、推进科技应用、加强科学管理，实现农业增效与农民增收，经济效益显著。
同类课题研究水平概述
- 1、国外研究现状： 目前，国外在农业环境监控方面技术相对先进，能够达到对多环境因子综合控制的水平。典型有： 美国加州大学伯克利分校所设计的环境实时监测系统，应用在俄勒冈州的一个葡萄园中，通过无线通信技术发送到信号接收节点，再通过网络发送到计算机上，再由计算机系统中的应用软件对数据进行分析处理，最后由葡萄园主从显示系统中观看分析结果。 英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测50km以外温室内的光、湿、气和水等环境状况，并进行遥控。 以色列温室环境控制系统是现阶段比较典型的代表性产品，具有很强的实用性，具体特点包括：具有一个综合性的、实用灵活的、由许多控制应用程序构成的软件包，可检测温度、湿度、风速、风向等数据，主控制与控制网络的通信可以通过电缆、无线或手机等方式进行；软件基于Windows平台。 2、国内研究现状： 国外在农业环境监控方面技术起步较晚，但改革开放以后发展较为迅速，已取得一定成果。 中国农业大学成功研制了“WJG-1型实验环境监控计算机管理系统”，该系统数据小型分布式数据采集控制系统； 江苏大学研制成了基于PLC工控机进行管理的植物工厂系统，对温度、光照、施肥等进行综合控制； 中国农业机械化科学开发了日光温室环境数字式监控系统，采用有线控制方式，以计算机作为整个监控系统的核心； 从国内对环境控制的研究看，基于有线的测量控制系统相对比较成熟，但有线通信方式安装维护难度大，且易致线缆老化，使系统可靠性降低，而无线方式无需布线、组网灵活、易升级、同时无线通信设备可以在网络覆盖范围内随意移动和重新组网，相对于有线通信方式具有明显的优势，因此，近年来的研究重点在于无线环境监测设备与系统方向。典型有： 国家农业信息化工程技术研究中心开发的“温室娃娃”，以单片机为处理核心，可实时监测温室内的气温、空气湿度等信息，并通将数据转存到个人计算机，特点是通过语音现场报警，并且能够指导温室生产管理。 在基于无线通信方式的农业环境监测系统中，存在技术复杂、需要专业技术人员操作等问题，造成实际推广困难。而手持式或独立小型设备具有携带方便、操作简单的优势，但是不具有实时、远程的预警预报功能，且实际使用时，对用户的指导生产能力不足。
