果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計

[3]土??壤中氮??磷鉀的??特點，??總結(jié)了??光譜數(shù)??據(jù)預(yù)處??理，特??征波段??提取和??預(yù)測模??型等化??學(xué)計量??學(xué)方法??在土壤??營養(yǎng)元??素檢測??中的應(yīng)??用。在??未來工??作當(dāng)中??，應(yīng)進??一步開??發(fā)便攜??式光譜??檢測儀??器，優(yōu)??化數(shù)據(jù)??建模方??法，擴??充土壤??光譜數(shù)??據(jù)庫，??完善土??壤營養(yǎng)??元素光??譜檢測??方法體??系，為??我國土??壤多參??數(shù)、高??精度快??速檢測工作提供參考。綜上所述，國內(nèi)外對于土壤營養(yǎng)監(jiān)管大部分還是以傳統(tǒng)的人工檢測、儀器檢測為主，對于將物聯(lián)網(wǎng)、計算機技術(shù)等智能化技術(shù)與土地營養(yǎng)監(jiān)管系統(tǒng)結(jié)合起來的研究還有所欠缺。然而，土地監(jiān)管早就已不再是單純的信息記錄，而是形成了更為便捷、準(zhǔn)確的信息交互和管理的系統(tǒng)。本文將單片機技術(shù)與ZigBee技術(shù)與土地營養(yǎng)監(jiān)管系統(tǒng)結(jié)合到一起，設(shè)計了一款果??園土地??營養(yǎng)監(jiān)??測與控??制系統(tǒng)??，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理土壤狀況，通過傳感器來采集土壤的營養(yǎng)數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)異常時，下位機開啟或者關(guān)閉提供營養(yǎng)的設(shè)備，并且將所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機來提醒管理員。

第3章需求分析3.1需求分析綜述果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)是一款基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能算法的應(yīng)用軟件，旨在幫助果農(nóng)們更好地管理果園施肥過程，實現(xiàn)果樹高產(chǎn)和品質(zhì)提升。在設(shè)計該系統(tǒng)之前，我們需要對市場需求進行分析和調(diào)查，以確保其功能和性能能夠真正滿足用戶的需求。以下是對該系統(tǒng)的需求分析：實時數(shù)據(jù)采集和傳輸：系統(tǒng)應(yīng)具備高效穩(wěn)定的人機交互界面，可以實時、準(zhǔn)確地采集和傳輸各類與果園土壤相關(guān)的信息，如土壤溫度、濕度、鹽分、水分等。數(shù)據(jù)分析和處理：系統(tǒng)應(yīng)具備先進的算法和模式識別技術(shù)，快速、精準(zhǔn)地分析和處理所收集到的數(shù)據(jù)，建立有效的數(shù)據(jù)模型，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)推出相應(yīng)的決策建議和供應(yīng)商信息等。自動化施肥控制：系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)支持實現(xiàn)自動化施肥流程的遠(yuǎn)程控制，包括施肥泵的開關(guān)操作、流量調(diào)整等要素。高可靠性和安全性：系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備在線事故預(yù)警系統(tǒng)和安全防范系統(tǒng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)等一系列安全措施，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可用性得到保證。市場適應(yīng)和擴展性：最后，該系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮到市場需求和發(fā)展方向，針對不同地區(qū)和不同種植模式提供不同的數(shù)據(jù)管理模式，以滿足日益增長的需求，并能夠擴展至大規(guī)?；霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中?？傊?，果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮到科技、工藝和應(yīng)用三個方面的因素，同時還需要借助先進的技術(shù)手段來實現(xiàn)自動化、高效性、精確性和安全性。這些要求將是該系統(tǒng)的基本功能架構(gòu)和核心開發(fā)指導(dǎo)思想，將為該系統(tǒng)未來的更新與升級提供有力的支持保障。3.2系統(tǒng)特點分析果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)具有以下特點：實時性高：該系統(tǒng)所使用的傳感器設(shè)備可以實時采集和傳輸各種與果園土壤相關(guān)的信息，如溫度、濕度等，極大地提高了數(shù)據(jù)的實時性和精準(zhǔn)性。通過與其他智能設(shè)備的連接，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和動態(tài)監(jiān)測。數(shù)據(jù)處理能力強：系統(tǒng)采用先進的算法和模式識別技術(shù)，能夠高效地分析和處理龐大的數(shù)據(jù)量，構(gòu)建有效的數(shù)據(jù)模型，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測未來施肥方案，為果農(nóng)們提供更科學(xué)精確的管理手段。自動化操作流程：該系統(tǒng)支持實現(xiàn)自動化施肥操作流程的遠(yuǎn)程控制，包括施肥泵的開關(guān)、流量調(diào)整等一系列操作要素。面向智能農(nóng)業(yè)：系統(tǒng)致力于以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的智慧農(nóng)業(yè)趨勢，并與“互聯(lián)網(wǎng)+”等現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的趨勢相結(jié)合，可廣泛應(yīng)用于各類果園管理場景?？梢愿鶕?jù)不同地區(qū)、不同作物的特點進行調(diào)整和優(yōu)化，并與其他設(shè)備建立流暢的協(xié)作流程。數(shù)據(jù)安全可靠：系統(tǒng)具備在線事故預(yù)警功能和完善的數(shù)據(jù)備份、恢復(fù)機制，能夠保證數(shù)據(jù)安全性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時還提供人工干預(yù)機制，監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和處理結(jié)果，并反饋到系統(tǒng)所在的管理控制終端。綜上所述，果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)面向智慧農(nóng)業(yè)、獲取精確和實時的數(shù)據(jù)、擁有強大的數(shù)據(jù)處理能力、能支持自動化操作流程，同時保證數(shù)據(jù)安全性和穩(wěn)定性。這些特點使得該系統(tǒng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的重要組成部分，也成為果農(nóng)們管理果園的利器。

第4章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)4.1設(shè)計方案本設(shè)計是一種基于S??TM3??2F1??03C??8T6??單片機??技術(shù)的??果園土??地營養(yǎng)??監(jiān)測與??控制系??統(tǒng)。該??套系統(tǒng)??主要由??氮磷鉀??監(jiān)測模??塊、溫??濕度模??塊、蜂??鳴器、??OLE??D屏??幕、S??TM3??2單片??機、水??泵、Z??igB??ee模??塊、繼??電器等??部分組??成；采??用ST??M32??單片機??技術(shù)處??理對氮??磷鉀模??塊、溫??濕度模??塊采集??到的參??數(shù)用O??LED??屏幕??顯示的??同時利??用Zi??gBe??e通信??的方式??上傳到??上位機??，用電??腦端作??為上位??機設(shè)置??閾值接??受下位??機上傳??的參數(shù)??數(shù)據(jù)異??常時蜂??鳴器報??警提醒??，用繼??電器控??制電路??從而控制水泵和施肥的開關(guān)。4.2功能需求分析4.2.1技術(shù)路線：（1）硬件部分需要單片機STM32F103c8t6、水壓模塊、水流量模塊、蜂鳴器模塊，OLED模塊、水泵、ZigBee模塊、繼電器（2）軟件平臺程序用keil5；（3）畫原理圖用AD；（4）編程語言用C語言；4.2.2預(yù)期結(jié)果：作品展示，完成一個果園土地營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計，并且該設(shè)計能實現(xiàn)的功能如下： 上位機：1.設(shè)置閾值;2.如果數(shù)據(jù)異常，通知下位機蜂鳴器提示;3.氮磷鉀含量低，通知下位機開啟施肥繼電器補充營養(yǎng);4.土壤濕度低，通知下位機開啟水泵灌溉。下位機：1.實時檢測土壤氮磷鉀含量狀況，顯示，并發(fā)送上位機;2.實時檢測土壤溫濕度狀況，顯示，并發(fā)送上位機。3.如果數(shù)據(jù)異常，蜂鳴器提示;4.氮磷鉀含量低，開啟施肥繼電器補充營養(yǎng);5.土壤濕度低，開啟水泵灌溉。4.3總體方案設(shè)計第一：理論知識準(zhǔn)備階段，理解設(shè)計課題，認(rèn)真研究課題所涉及到的內(nèi)容，能夠較好的掌握有關(guān)題目的知識；第二：確定系統(tǒng)各個模塊，理清各個模塊之間的關(guān)系，收集相關(guān)得到軟硬件資料；第三：規(guī)劃課題，確定系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，勾畫出大體系統(tǒng)框架并在結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上提出原理框圖；第四：利用軟件完成硬件電路部分設(shè)計并畫出各部分電路圖，將系統(tǒng)部件通過接口電路集合在一起，并畫出電路圖；第五：根據(jù)系統(tǒng)控制過程完成軟件設(shè)計部分，繪制出主流程圖；第六：進行模擬仿真，檢查系統(tǒng)是否能夠按照要求實現(xiàn)控制功能，整理論文。4.4單片機型號選擇圖4-1STM32F103C8T6原理圖STM32系列單片機是????一款??高????性能，????功??能強????大的??系????列單片????機??。該????系列??單????片機常????被??用于????要求??低????成本、????高??性能????和低??功????耗的嵌????入??式應(yīng)????用程??序????，其在????功??耗和????集成??方????面也展????現(xiàn)??出良????好的??性????能。由????于??其便????捷的??工????具和簡????單??的結(jié)????構(gòu)并??且????結(jié)合了????強??大的????功能??性????，在業(yè)????界??很受????歡迎??。????本實驗????采??用的最小系統(tǒng)如圖4-1。主控制芯片選擇ST??M32??F10??3C8??T6，??ST??M32??F10??3C8??T6是??由意法??半導(dǎo)體??集團基??于ST??M32??系列A??RM??Cor??tex??-M內(nèi)??核開發(fā)??的一款??具有6??4KB??的程序??存儲器??的32??位微控??制器。??其工作??時需要??2V~??3.6??V的電??壓和-40℃~85℃環(huán)境溫度。1STM32STM32表示ARMCortex-M內(nèi)核的32位微控制器2FF代表芯片子系列3103103代表增強型系列4CR這一項代表引腳數(shù)，其中T代表36腳，C代表48腳R代表64腳，V代表100腳，Z代表144腳，I代表176腳58B這一項代表內(nèi)嵌Flash容量，其中6代表32K字節(jié)Flash，8代表64K字節(jié)Flash，C代表256K字節(jié)Flash，D代表384字節(jié)Flash，E代表512K字節(jié)Flash，G代表1M字節(jié)Flash6TT這一項代表封裝，其中H代表BGA封裝，T代表LQFP封裝，U代表VFQFPN封裝766這一項代表工作溫度范圍，其中6代表-40——85℃，7代表-40——105℃表4-1STM32單片機解析

第5章系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計5.1系統(tǒng)總體設(shè)計本設(shè)計是一種基于單片??機技術(shù)??的果園??土壤營??養(yǎng)監(jiān)測??與控制??系統(tǒng)。??該套系??統(tǒng)主要??由氮磷??鉀監(jiān)測??模塊、??溫濕度??模塊、??蜂鳴器??、OL??ED??屏幕、??STM??32單??片機、??水泵、??Zig??Bee??模塊、??繼電器??等部分??組成；??采用S??TM3??2單片??機技術(shù)??處理對??氮磷鉀??模塊、??溫濕度??模塊采??集到的??參數(shù)用??OLE??D屏??幕顯示??的同時??利用Z??igB??ee通??信的方??式上傳??到上位??機，用??電腦端??作為上??位機設(shè)??置閾值??接受下??位機上??傳的參??數(shù)數(shù)據(jù)??異常時??蜂鳴器??報警提??醒，用??繼電器??控制電??路從而??控制水泵和施肥的開關(guān)?？傮w原理圖如下所示：圖5-1總體原理圖5.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計5.2.1氮磷鉀傳感器模塊設(shè)計土壤溫度部分是由德??國He??rae??us公??司進口??級ST??-1-??PT1??000??精密鉑??電阻和??高精度??傳感器??兩部分??組成。??傳感器??部分由??電源模??塊、溫??度傳感??模塊、??變送模??塊、溫??度補償??模塊及??數(shù)據(jù)處??理模塊??等組成??，徹底??解決鉑??電阻因??自身特??點導(dǎo)入??的測量??誤差，??傳感器??內(nèi)有零??漂電路??和溫度??補償電??路，對??使用環(huán)??境有較高的適應(yīng)性。土壤水分部分是基于頻??域反射??原理，??利用高??頻電子??技術(shù)制??造的高??精度、??高靈敏??度的測??量土壤??水分的??傳感器??。通過??測量土??壤的介??電常數(shù)??，能直??接穩(wěn)定??地反映??各種土??壤的真??實水分??含量，??可測量??土壤水??分的體??積百分??比，是??目前國??際上的??土壤水分測量方法。土壤電導(dǎo)率部分是用??不銹鋼??探針通??過傳感??器轉(zhuǎn)換??成土壤??電導(dǎo)率??的模擬??或數(shù)字??信號，??在研制??過程中??吸取了??國外同??類儀器??的先進??技術(shù)，??并結(jié)合??我國的??實際情??況和使??用要求??，將電??導(dǎo)率值??轉(zhuǎn)換成??與之對??應(yīng)的模??擬或數(shù)??字信號??。將這??種電導(dǎo)??率傳感??器埋入??土壤后??，直接??測定土??壤溶液??中的可??溶鹽離子的電導(dǎo)率。土壤氮磷鉀部分通過??檢測土??壤中氮??磷鉀的??含量來??判斷土??壤的肥??沃程度??，進而??方便了??客戶系??統(tǒng)的評??估土壤情況。圖5-2氮磷鉀傳感器模塊原理圖特點：(1)本傳感器體積小巧化設(shè)計，攜帶方便，安裝、操作及維護簡單(2)密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕(3)土質(zhì)影響較小，應(yīng)用地區(qū)廣泛(4)測量精度高，性能可靠，確保正常工作(5)響應(yīng)速度快，互換性好，數(shù)據(jù)傳輸效率高5.2.2ZigBee模塊設(shè)計圖5-3ZigBee模塊原理圖Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域??網(wǎng)協(xié)議??。根據(jù)??這個協(xié)??議規(guī)定??的技術(shù)??是一種??短距離??、低功??耗的無??線通信??技術(shù)。??這一名??稱來源??于蜜蜂??的八字??舞，由??于蜜蜂??(be??e)是??靠飛翔??和“嗡??嗡”(??zig??)地抖??動翅膀??的“舞??蹈”來??與同伴??傳遞花??粉所在??方位信??息，也??就是說??蜜蜂依??靠這樣??的方式??構(gòu)成了??群體中??的通信??網(wǎng)絡(luò)。??其特點??是近距??離、低??復(fù)雜度??、自組??織、低??功耗、??高數(shù)據(jù)??速率。??主要適??合用于??自動控??制和遠(yuǎn)??程控制??領(lǐng)域，??可以嵌??入各種??設(shè)備。??簡而言??之，Z??igB??ee就??是一種??便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一個由可多到??650??00個??無線數(shù)??傳模塊??組成的??一個無??線數(shù)傳??網(wǎng)絡(luò)平??臺，十??分類似??現(xiàn)有的??移動通??信的C??DMA??網(wǎng)或G??SM網(wǎng)??，每一??個Zi??gBe??e網(wǎng)絡(luò)??數(shù)傳模??塊類似??移動網(wǎng)??絡(luò)的一??個基站??，在整??個網(wǎng)絡(luò)??范圍內(nèi)??，它們??之間可??以進行??相互通??信;每??個網(wǎng)絡(luò)??節(jié)點間??的距離??可以從??標(biāo)準(zhǔn)的??75米??，到擴??展后的??幾百米??，甚至??幾公里??;另外??整個Z??igB??ee網(wǎng)??絡(luò)還可??以與現(xiàn)??有的其??它的各??種網(wǎng)絡(luò)??連接。??例如，??你可以??通過互??聯(lián)網(wǎng)在??北京監(jiān)??控云南??某地的一個ZigBee控制網(wǎng)絡(luò)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為自動化??控制數(shù)??據(jù)傳輸??而建立??，而移??動通信??網(wǎng)主要??是為語??音通信??而建立??;每個??移動基??站價值??一般都??在百萬??元人民??幣以上??，而每??個Zi??gBe??e"基??站"卻??不到1??000??元人民??幣;每??個Zi??gBe??e網(wǎng)??絡(luò)節(jié)點??不僅本??身可以??與監(jiān)控??對對象??，例如??傳感器??連接直??接進行??數(shù)據(jù)采??集和監(jiān)??控，它??還可以??自動中??轉(zhuǎn)別的??網(wǎng)絡(luò)節(jié)??點傳過??來的數(shù)??據(jù)資料??;除??此之外??，每一??個Zi??gBe??e網(wǎng)絡(luò)??節(jié)點(??FFD??)還可??在自己??信號覆??蓋的范??圍內(nèi)，??和多個??不承擔(dān)??網(wǎng)絡(luò)信??息中轉(zhuǎn)??任務(wù)的??孤立的??子節(jié)點(RFD)無線連接。ZigBee技術(shù)是一種近距離、??低復(fù)雜??度、低??功耗、??低速率??、低成??本的雙??向無線??通訊技??術(shù)。主??要用于??距離短??、功耗??低且傳??輸速率??不高的??各種電??子設(shè)備??之間進??行數(shù)據(jù)??傳輸以??及典型??的有周??期性數(shù)??據(jù)、間??歇性數(shù)??據(jù)和低??反應(yīng)時??間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。5.2.3OLED顯示模塊設(shè)計OLED，即有機發(fā)光二極管??(O??rga??nic??Li??ght??Em??itt??ing??Di??ode??)。??OLE??D由??于同時??具備自??發(fā)光，??不需背??光源、??對比度??高、厚??度薄、??視角廣??、反應(yīng)??速度快??、可用??于撓曲??性面板??、使用??溫度范??圍廣、??構(gòu)造及??制程較??簡單等??優(yōu)異之??特性，??被認(rèn)為??是下一??代的平??面顯示??器新興應(yīng)用技術(shù)。LCD都需要背光，而??OLE??D不需??要，因??為它是??自發(fā)光??的。這??樣同樣??的顯示??0LE??D效??果要來??得好一??些。以??目前的??技術(shù)，??OLE??D的尺??寸還難??以大型??化，但??是分辨??率確可??以做到??很高。??在此我??們使用??的是中??景園電??子的0??.96??寸OL??ED顯??示屏，該屏有以下特點:1）0.96寸OLED有黃藍(lán)，白，藍(lán)三種顏色可選；其中黃藍(lán)是屏上1/4部分為黃光，下3/4為藍(lán)；而且是固定區(qū)域顯示固定顏色，顏色和顯示區(qū)域均不能修改；白光則為純白，也就是黑底白字；藍(lán)色則為純藍(lán)，也就是黑底藍(lán)字。2）分辨率為128*643）多種接口方式；OLED裸屏總共種接口包括：6800、8080兩種并行接口方式、3線或4線的串行SPI接口方式、IIC接口方式（只需要2根線就可以控制OLED），這五種接口是通過屏上的BS0~BS2來配置的。圖5-4OLED顯示模塊原理圖5.2.4蜂鳴器電路模塊設(shè)計蜂鳴器是一種小功率的發(fā)聲??元件,??采用直??流電壓??供電,??被廣泛??應(yīng)用于??各種各??樣的無??線產(chǎn)品??中作發(fā)??聲器件??。蜂鳴??器主要??分類有??壓電式??蜂鳴器??、電磁??式蜂鳴??器，各??個又有??有源和??無源之??分。電??磁式蜂??鳴器的??工作原??理是電??磁感應(yīng)??原理,??即通電??導(dǎo)體周??圍會有??磁場產(chǎn)??生，用??一個固??定的永??久磁鐵??與通電??導(dǎo)體產(chǎn)??生磁力??推動固??定在線??圈上的??鼓膜。??蜂鳴器??的工作??電流一??般較大??，而單??片機的??I/0??口輸出??的電流??較小，??所以單??片機不??能直接??驅(qū)動，??本文中??采用由??三極管??構(gòu)成的??放大電??路來驅(qū)??動蜂鳴??器發(fā)音??，選用??的三極??管型號??是PN??P三極??管C9??012??，而且??本設(shè)計??選用的蜂鳴器屬于有源蜂鳴器。圖5-5蜂鳴器電路模塊原理圖

第6章系統(tǒng)的軟件設(shè)計6.1軟件主流程圖當(dāng)全部系統(tǒng)軟件通電時，整個系統(tǒng)以單片機為核心，上位系統(tǒng)可設(shè)置溫濕度、氮、磷、鉀閾值；當(dāng)數(shù)據(jù)異常時，通知下位機蜂鳴器提示；溫濕度低時，通知下位機開啟水泵灌溉；氮磷鉀含量低時，通知下位機開啟施肥繼電器補充營養(yǎng)。下位機系統(tǒng)實時監(jiān)測土壤溫濕度和氮磷鉀含量狀況，顯示并發(fā)送上位機，如果數(shù)據(jù)異常蜂鳴器提示。圖6-1主流程圖6.2氮磷鉀傳感器模塊的軟件設(shè)計接通電源后，傳感器進行數(shù)據(jù)采集，將采集的信號傳送給單片機處理，通過OLED顯示出來，當(dāng)數(shù)據(jù)異常時，蜂鳴器提示。圖6-2氮磷鉀傳感器模塊設(shè)計流程圖6.3ZigBee模塊的軟件設(shè)計ZigBee無線通信技術(shù)和藍(lán)牙無線通信技術(shù)相類似，都是短距離無線通信技術(shù)，但是藍(lán)牙無線通信技術(shù)存在許多的缺陷，如功耗大，復(fù)雜度高，通信距離短等，只適合家庭、個人使用。ZigBee技術(shù)的開發(fā)是為了滿足工業(yè)自動化的需求，布局簡單，抗干擾，傳輸可靠，使用方便，低成本，通信距離從藍(lán)牙的10米開發(fā)從在空曠距離達數(shù)百米，室內(nèi)能50米左右。無線串口模塊為串口轉(zhuǎn)2.4G無線模塊，可以通過無線將兩個或者多個串口連接起來。串口發(fā)入模塊的數(shù)據(jù)會被模塊使用無線的方式發(fā)出，收到無線數(shù)據(jù)的模塊會將這個數(shù)據(jù)使用串口發(fā)出，在兩個設(shè)備上使用模塊，將兩個設(shè)備的串口連接起來。微控制器與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信，根據(jù)連線結(jié)構(gòu)和傳送方式的不同，可以分為兩種：并行通信和串行通信。并行通信：指數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或接收，每個數(shù)據(jù)位使用單獨的一條導(dǎo)線。傳輸速度快、效率高，但需要的數(shù)據(jù)線較多，成本高。串行通信：指數(shù)據(jù)一位接一位地順序發(fā)送或接收。需要的數(shù)據(jù)線少，成本低，但傳輸速度慢，效率低。圖6-3ZigBee模塊流程圖6.4顯示模塊的軟件設(shè)計在本設(shè)計中需要顯示土壤信息。系統(tǒng)使用OLED液晶顯示數(shù)據(jù),單片機初始化完成后顯示屏?xí)詣訉懣刂谱?，控制字為單片機中獲得的數(shù)據(jù)，隨后顯示出來。如圖為顯示模塊流程圖。圖6-4顯示模塊流程圖

第7章系統(tǒng)測試7.1系統(tǒng)實物圖圖7-1系統(tǒng)完整實物圖7.2測試過程第一步：打開上位機的果園土地營養(yǎng)檢測系統(tǒng)，設(shè)置溫濕度和氮磷鉀的閾值圖7-2系統(tǒng)初始設(shè)定閾值圖第二步：連接所設(shè)計的實物與上位機圖7-3上位機與數(shù)據(jù)傳導(dǎo)線連接圖圖7-4設(shè)計實物連接初始圖第三步：實物測試，土壤中氮磷鉀的含量和溫濕度，由OLED顯示屏顯示圖7-5測量數(shù)值圖圖7-6上位機數(shù)據(jù)第四步：上位機傳導(dǎo)數(shù)據(jù)到下位機，數(shù)據(jù)異常，蜂鳴器發(fā)出報警，并通知下位機開啟施肥繼電器補充營養(yǎng)圖7-7上位機數(shù)據(jù)異常圖7-8蜂鳴器發(fā)生警報圖7-9繼電器補充營養(yǎng)

總結(jié)與展望隨著全球?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的不斷升級和創(chuàng)新，果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)逐漸成為果農(nóng)管理工作中的重要組成部分。本文以設(shè)計一種基于物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)為核心，對相關(guān)內(nèi)容進行總結(jié)。首先，本系統(tǒng)采用了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的果園土壤營養(yǎng)元素監(jiān)測傳感器，可以實現(xiàn)對果園土壤中各種關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。接著，通過人工智能算法對取得的土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)進行快速、有效的解讀、建模和預(yù)測，提供科學(xué)合理的施肥建議及決策支持。最后，依托于自動化技術(shù)，本系統(tǒng)實現(xiàn)了對施肥過程的在線監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制，從而實現(xiàn)全面保障果園土壤養(yǎng)分的平衡和非點源污染的最小化。整體來說，該系統(tǒng)可以幫助果園管理者更加精準(zhǔn)地把握果園土壤的狀態(tài)，輔助制定科學(xué)合理的肥料添加方案，大幅度降低肥料浪費，提高果園的產(chǎn)量和品質(zhì)。在經(jīng)濟收益方面，該系統(tǒng)可以極大地簡化施肥計算的繁重工作量，降低了運行成本，提高了凈利潤。從社會和環(huán)境角度講，通過控制施肥流量，減少磷的排放量對水環(huán)境的影響，實現(xiàn)了資源節(jié)約和環(huán)境保護。當(dāng)然，從技術(shù)上來說，實現(xiàn)該系統(tǒng)也存在一些挑戰(zhàn)和問題。比如，監(jiān)測傳感器需要支持更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸、更多的數(shù)據(jù)連接和幾十年內(nèi)的可靠穩(wěn)定性等要求；同時，人工智能技術(shù)還需要不斷更新和優(yōu)化，以適應(yīng)復(fù)雜多變的果園環(huán)境，并確保建立的精細(xì)化模型可以盡可能精確預(yù)判農(nóng)業(yè)相關(guān)的變化和發(fā)展?？傊S著農(nóng)業(yè)科技的不斷進步，依托物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)必將得到越來越廣泛的應(yīng)用發(fā)展。它將成為未來果園管理最重要的武器之一。隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)在高效、可持續(xù)農(nóng)業(yè)管理方面將發(fā)揮越來越重要的作用。面對未來的發(fā)展，果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)有很多值得期待和展望之處。首先，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)將更加智能化和自動化。未來的系統(tǒng)將會采用更加先進的傳感器、更加成熟的算法以及更加便捷的用戶界面，從而大幅度提高管理者的工作效率，節(jié)省更多時間和精力。其次，對于現(xiàn)今農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的變革來說，果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)具有無限潛力和廣泛應(yīng)用場景。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化、信息化的轉(zhuǎn)變，果園管理的工作模式也正在逐漸地從過去的單一化轉(zhuǎn)型為標(biāo)準(zhǔn)化、大數(shù)據(jù)化。這就需要更加智能和高效的果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)來滿足這些需求，并使其成為果園高質(zhì)量、高產(chǎn)量和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵核心。最后，在綠色農(nóng)業(yè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展方面，果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)也將在未來發(fā)揮重要作用。隨著環(huán)境保護意識的提高，對環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的需求正在增加，該系統(tǒng)可以通過實現(xiàn)精準(zhǔn)施肥，控制營養(yǎng)元素的含量和流量等一系列操作流程，避免肥料的過量投放和污染傳播，并且還能夠更好地保護果樹健康成長，提升果園產(chǎn)品的質(zhì)量?？傊?，未來的果園土壤營養(yǎng)監(jiān)測與控制系統(tǒng)將不斷向更高的智能化、自動化和可持續(xù)化方向發(fā)展，為果農(nóng)們提供更加便捷、科學(xué)、綠色的管理手段。我們相信，在不久的將來，它必將在中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和品質(zhì)提升中發(fā)揮越來越重要的作用并不斷更新完善。

參考文獻馬偉棟,陳英花,王飛,危常州.新疆耕地土壤氮磷鉀養(yǎng)分供應(yīng)量分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2022,59(06):1401-1408.范曉暉,謝星,郭淑珍,劉文婷,陳敏星,陳慕松,吳壽華.福建設(shè)施葡萄園土壤氮磷鉀豐缺狀況及垂直分布特征[J].中外葡萄與葡萄酒,2022(01):38-43.DOI:10.13414/ki.zwpp.2022.01.006.王正浪,王越男,葛欣奇,甘志聰,王禹彤,鄧定艷.基于GPRS的土壤氮磷鉀檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].山西電子技術(shù),2021(02):48-50.黃安香,周顯勇,楊守祿,姬寧,朱亞艷,許杰,張彥雄.坡度對油茶林土壤氮磷鉀含量與剖面分布特征的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2020,36(34):25-31.張新明,劉小鋒,趙蘭鳳,伏廣農(nóng),樊明壽.基于文獻的馬鈴薯田土壤氮磷鉀豐缺指標(biāo)體系制定[C]//.馬鈴薯產(chǎn)業(yè)與美麗鄉(xiāng)村（2020）.,2020:553