基于MPIS架构的便携式智能干物质增长预测系统

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        项目背景：

        随着科学技术的发展，“科学种田”理念逐渐深入人心。利用先进的科学技术，合理有效的播种、施肥、灌溉已成为降低成本增加产量的有效途径。传统的科学种田主要采取技术员下乡普及相关知识等手段，这种方法效率低下，覆盖面窄。针对这种情况，科研人员研发了农业专家系统，通过计算机软件以及知识推理来指导种植户科学种田。这种方法虽然解决了效率低下等问题，但随之而来又出现了许多新的问题，如：软件过于复杂用户不会使用；手工导入的数据往往具有偏差等等。

         

          国内外现状：
          从20世纪90年代开始，我国科研人员开始研发农业专家系统。
          1992年，中国农科院作物所赵双宁等研制开发的“冬小麦新品种选育专家系统”；
          1998年，南京农业大学研发的小麦管理智能决策系统；
          2003年，郑向群、高怀友等完成了等利用数据挖掘技术对农业环境信息数据分析。
          在国外，美国20世纪80年代初提出了精准农业的概念和设想；
           
          目前在美国等发达国家，精准农业已经形成一种高新技术与农业生产相结合的产业，并且已被广泛承认是可持续发展农业的重要途径。
           
          美国推广利用精准农业技术，获得了显著的经济及社会效益。精准农业是要根据农田内作物生产条件的时空差异性,基于农田内小区土壤、作物、环境等的时空差异性信息,实施精细化定位农作管理。
           
          例如，施肥应根据农田内部各处的土壤肥力状况不同而不同，土壤养分较差的地方应该多施肥，而土壤养分充分的地方应该少施肥等等。
           
          除美国外，日本也是较早研发农业专家系统的国家之一。由于政府部门的重视，日本在农业专家系统的开发上取得了不少成绩，开发了若干农业专家系统。
           
          例如，东京大学开发的番茄栽培管理专家咨询系统、培养液管理专家系统以及千叶大学利用原MICCS工具开发的茄子等多种作物的病害诊断专家系统、花卉栽培管理支持系统、庭院景观评价专家系统等。
           
          以上这些专家系统已投入实际应用。然而，精准农业技术除美国和加拿大进入商业用途外，其他地区甚至在欧洲还没有真正进入推广阶段。主要原因是，其关键技术开发还没有在实用意义上产生突破，信息采集技术的费用还很昂贵等。
           
          设计目标：
          本研究拟实现一个基于MPIS架构的便携式智能干物质增长预测系统，整个系统包含手持终端、无线传感器两个部分。无线传感部分由温度传感器DS18B20获取数据，再借用51单片机，通过nrf24l01将数据无线传输给PIC32板，即手持终端。当手持终端启动后，传感器网络自动发送数据，在接收到所需数据后，手持终端根据其内置的推理系统，采用模糊推理的方式进行分析，然后在界面上给出推理结果。整个过程操作简单、易用，该系统功能强大、可以不断完善且便于携带。

         

        系统框图：

         

       

         

        无线传感器部分

         

        如图所示：无线传感部分由51单片机、温度传感器、无线模块三部分构成，其中DS18B20负责接收环境中的温度情况，并将采集到的数据通过51单片机，利用NRF24L01的无线传输功能发射到手持终端PIC32上，交由其负责处理，进而完成用户需要的功能。

       
       

        手持终端部分

        如图所示：手持终端部分由PIC32单片机、显示屏、无线模块三部分构成，其中NRF24L01负责接收无线传感器部分发来的数据，并将采集到的信息送入PIC32单片机的内核PIC32MX460中，通过与我们之前录入的库进行模糊匹配，然后把植物的生长情况制成清晰明了的图显示在LCD屏上，并将相应长势下的可执行操作显示在屏上供用户选择使用。

         

          流程图：
           

       

         

          整个系统采用PIC32MX460作为主处理器，靠无线传感器和手持终端逐步实现整个功能。
           

       

•                 51单片机上的温度传感器（DS18B20）和可能的其他外围设备获取即时温度等外界的环境信息；        
  
•                 把采集到的数据通过无线模块（NRF24L01）传输给PIC32板；        
  
•                 结合之前收集的数据，制成并显示出清晰明了的相应时间段内的数据变化图像；        
  
•                 向用户显示出植株的理想生长曲线；        
  
•                 应用模糊匹配，把我们获取到的数据和事先录入库中的数据对应，根据植株当前的生长阶段，结合库中的数据，推断出植物可能的生长趋势，通过屏显示给用户看；        
  
•                 根据植株的生长状况，对比理想中植株的长势，给用户以适当的建议供用户选择采纳。如果出现紧急情况，本系统还可设计短信报警功能。使用户及时了解到农作物生长的趋势，给出应对策略。
  

           
          由于模糊推理的数据量需要不断调整，所以本系统还具有自动更新功能，它可以通过USB接口，或网络接口及时的更新内部数据与固件。
           
          实物图片：

       

        51单片机——无线传感器部分

         

       

        PIC32——手持终端部分

         

       

        全图