基于MPIS架構的便攜式智能干物質增長預測系統(tǒng)
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項目背景：
隨著科學技術的發(fā)展，“科學種田”理念逐漸深入人心。利用先進的科學技術，合理有效的播種、施肥、灌溉已成為降低成本增加產量的有效途徑。傳統(tǒng)的科學種田主要采取技術員下鄉(xiāng)普及相關知識等手段，這種方法效率低下，覆蓋面窄。針對這種情況，科研人員研發(fā)了農業(yè)專家系統(tǒng)，通過計算機軟件以及知識推理來指導種植戶科學種田。這種方法雖然解決了效率低下等問題，但隨之而來又出現了許多新的問題，如：軟件過于復雜用戶不會使用；手工導入的數據往往具有偏差等等。
國內外現狀：
從20世紀90年代開始，我國科研人員開始研發(fā)農業(yè)專家系統(tǒng)。
1992年，中國農科院作物所趙雙寧等研制開發(fā)的“冬小麥新品種選育專家系統(tǒng)”；
1998年，南京農業(yè)大學研發(fā)的小麥管理智能決策系統(tǒng)；
2003年，鄭向群、高懷友等完成了等利用數據挖掘技術對農業(yè)環(huán)境信息數據分析。
在國外，美國20世紀80年代初提出了精準農業(yè)的概念和設想；
目前在美國等發(fā)達國家，精準農業(yè)已經形成一種高新技術與農業(yè)生產相結合的產業(yè)，并且已被廣泛承認是可持續(xù)發(fā)展農業(yè)的重要途徑。
美國推廣利用精準農業(yè)技術，獲得了顯著的經濟及社會效益。精準農業(yè)是要根據農田內作物生產條件的時空差異性,基于農田內小區(qū)土壤、作物、環(huán)境等的時空差異性信息,實施精細化定位農作管理。
例如，施肥應根據農田內部各處的土壤肥力狀況不同而不同，土壤養(yǎng)分較差的地方應該多施肥，而土壤養(yǎng)分充分的地方應該少施肥等等。
除美國外，日本也是較早研發(fā)農業(yè)專家系統(tǒng)的國家之一。由于政府部門的重視，日本在農業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)上取得了不少成績，開發(fā)了若干農業(yè)專家系統(tǒng)。
例如，東京大學開發(fā)的番茄栽培管理專家咨詢系統(tǒng)、培養(yǎng)液管理專家系統(tǒng)以及千葉大學利用原MICCS工具開發(fā)的茄子等多種作物的病害診斷專家系統(tǒng)、花卉栽培管理支持系統(tǒng)、庭院景觀評價專家系統(tǒng)等。
以上這些專家系統(tǒng)已投入實際應用。然而，精準農業(yè)技術除美國和加拿大進入商業(yè)用途外，其他地區(qū)甚至在歐洲還沒有真正進入推廣階段。主要原因是，其關鍵技術開發(fā)還沒有在實用意義上產生突破，信息采集技術的費用還很昂貴等。
設計目標：
本研究擬實現一個基于MPIS架構的便攜式智能干物質增長預測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)包含手持終端、無線傳感器兩個部分。無線傳感部分由溫度傳感器DS18B20獲取數據，再借用51單片機，通過nrf24l01將數據無線傳輸給PIC32板，即手持終端。當手持終端啟動后，傳感器網絡自動發(fā)送數據，在接收到所需數據后，手持終端根據其內置的推理系統(tǒng)，采用模糊推理的方式進行分析，然后在界面上給出推理結果。整個過程操作簡單、易用，該系統(tǒng)功能強大、可以不斷完善且便于攜帶。
系統(tǒng)框圖：
無線傳感器部分
如圖所示：無線傳感部分由51單片機、溫度傳感器、無線模塊三部分構成，其中DS18B20負責接收環(huán)境中的溫度情況，并將采集到的數據通過51單片機，利用NRF24L01的無線傳輸功能發(fā)射到手持終端PIC32上，交由其負責處理，進而完成用戶需要的功能。
手持終端部分
如圖所示：手持終端部分由PIC32單片機、顯示屏、無線模塊三部分構成，其中NRF24L01負責接收無線傳感器部分發(fā)來的數據，并將采集到的信息送入PIC32單片機的內核PIC32MX460中，通過與我們之前錄入的庫進行模糊匹配，然后把植物的生長情況制成清晰明了的圖顯示在LCD屏上，并將相應長勢下的可執(zhí)行操作顯示在屏上供用戶選擇使用。
流程圖：
整個系統(tǒng)采用PIC32MX460作為主處理器，靠無線傳感器和手持終端逐步實現整個功能。
- 51單片機上的溫度傳感器（DS18B20）和可能的其他外圍設備獲取即時溫度等外界的環(huán)境信息；
- 把采集到的數據通過無線模塊（NRF24L01）傳輸給PIC32板；
- 結合之前收集的數據，制成并顯示出清晰明了的相應時間段內的數據變化圖像；
- 向用戶顯示出植株的理想生長曲線；
- 應用模糊匹配，把我們獲取到的數據和事先錄入庫中的數據對應，根據植株當前的生長階段，結合庫中的數據，推斷出植物可能的生長趨勢，通過屏顯示給用戶看；
- 根據植株的生長狀況，對比理想中植株的長勢，給用戶以適當的建議供用戶選擇采納。如果出現緊急情況，本系統(tǒng)還可設計短信報警功能。使用戶及時了解到農作物生長的趨勢，給出應對策略。
由于模糊推理的數據量需要不斷調整，所以本系統(tǒng)還具有自動更新功能，它可以通過USB接口，或網絡接口及時的更新內部數據與固件。
實物圖片：
51單片機——無線傳感器部分
PIC32——手持終端部分
全圖
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