基于物联网的苹果生长环境监测与苹果冻害预警系统研究

发布时间：2020-06-02 11:04

【摘要】：苹果以其味美甘甜和丰富的营养倍受广大消费者青睐,苹果产业同时也是贫困农民脱贫致富的有效途径。在苹果主产区的北方,果树冻害严重影响着苹果树的生长发育甚至导致苹果大面积减产,这对苹果产业的健康发展、果农收益的保障及消费者水果的有效供应带来了严重威胁。因此,苹果冻害监测预警研究有利于保障果农经济收入的稳定性,同时利于保障苹果产业健康可持续发展,有利于推动我国的乡村振兴战略实施。传统的苹果冻害监测预警大多基于宏观气象数据,缺乏苹果园现场实时微域环境信息,从而导致冻害预测不精准、预警不及时等问题。本文从用户实际需求出发,研发了苹果园专用环境信息物联网自动监测系统,实现了苹果园环境信息的透彻感知和实时传输;完善了苹果冻害指标评价体系,利用STL(局部加权回归散点平滑法)和ARIMA(差分整合移动平均自回归模型)算法构建了苹果冻害预测模型,实现了苹果冻害的精准预测与及时预警。具体研究内容如下:(1)苹果园专用环境信息物联网自动监测系统研发。综合分析苹果园专用环境信息物联网自动监测系统功能需求,首先研究确定了苹果园环境监测专用物联网架构;分析果树生长关键环境因子,设计了苹果树感知物联网终端,实现了果园环境信息和果树长势信息的透彻感知;利用4G、WIFI、有线网络等多种数据传输方式,优化数据传输技术,实现了数字信息和视频图像信息的可靠传输;通过完善数据同步采集技术,实现了多站点数据信息的同步采集。(2)苹果冻害预警模型研究。在现有苹果冻害指标研究基础上,结合专家经验,完善了苹果冻害等级指标体系;结合冻害指标体系,利用STL方法获取了苹果冻害的易发时间段;构建了基于ARIMA的冻害因子预测模型,实现了对未来一周内苹果冻害因子的精准预测,并进而实现了对苹果园冻害的及时预警。(3)苹果冻害监测预警服务系统研发。在苹果园专用环境信息物联网自动监测系统和苹果冻害预警模型研究基础上,利用信息获取、数据存储、数据分析和数据可视化技术,完成了苹果冻害监测预警服务系统功能和总体架构设计。苹果冻害监测预警服务系统分为基础信息管理子系统和冻害预警子系统,基础信息管理子系统实现了果园信息的高效管理,冻害预警子系统实现了苹果园冻害信息的预测分析和苹果园冻害的及时预警。
【图文】：

电路图,最小系统,电路图,复位电路

（1）最小系统最小系统由核心处理芯片、晶振电路、复位电路和程序烧录接口等部分组成，结构如图 8 所示。本系统以 MSP430F5438A 为核心处理芯片，该芯片具有 87 个 I/O 引脚，4个通用串行通信接口，具备多种时间定时方式和丰富的片内资源。程序烧录接口采用 MSP430 系列自带 JTAG 接口，接口包括 TMS、TCK、TDI、TDO、VCC、GND、TEST 等引脚，分别为模式选择、时钟、数据输入、数据输出、电源正、电源地、测试口等。系统采用优化后的复位电路，通过拨码开关选取复位电路。系统调试时，选用传统的简单复位电路，通过利用电阻和电容实现系统复位；系统正常运行工作时，选用基于 MAX811 芯片的复位电路，通过检测电压低于该芯片复位门限电压 2.93V 时，触发系统自动复位，返回初始状态，此外该电路还具备看门狗防护功能，在系统崩溃后触发系统自动复位。最小系统电路图如图 8 所示。

信号转换电路

图 9 信号转换电路图Fig.9 Signal conversion circuit（3）开关量信号检测电路开关量信号检测电路是系统捕获外部触发型环境传感器信息的重要电路，苹果树感知物联网终端采用 SN74LVC4245 芯片实现对触发型传感器信息的电压转换、过滤和提取，该芯片的 OE 引脚是芯片的使能引脚。 T / R引脚控制数据流的方向，当外部触发产生高电平时，A 输入，，B 输出，保障了数据信息的单向传输。具体结构如图 10 所示。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S661.1;S126

【参考文献】