嵌入式农作物生境监测与智能决策系统研究

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农业问题是始终是关乎人类生存的问题,近年来,我国较低的水资源、土地资源利用率和巨大的农副产品供给压力变得日益突出。农业的可持续发展、如何提高土地利用率、如何在有限的土地上实现尽可能多的产出,是我们必须考虑的事情。   智能农业典型的实现方式是利用传感技术、无线传感网络、嵌入式技术等发展起来的总分式结构,一般分为现场无线传感网络和远程数据处理中心两部分。其中,现场无线传感网络分为子节点和网关节点,每个节点都可以是一个微小的嵌入式处理系统,子节点是与物质世界相互交互的部分,负责数据采集,并通过ZigBee、BlueTooth等无线通信协议将数据传输至网关节点,网关节点主要负责将收集到的现场环境信息通过GPRS等通信方式传输至远程数据处理中心;远程数据处理中心根据人工智能手段实现数据处理、决策诊断,并可通过Internet网络完成Web发布等功能,这是智能农业系统的比较普遍的基本运作模式。此模式较大程度上依赖于无线通信和Internet网络,成本较高,并且灵活性受到限制。   针对上述问题,为减少智能农业运作方式对无线网络/INTERNET的依赖,本文提出了一种基于嵌入式知识库的解决方案,设计一种基于uC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的农作物智能决策系统,采用高性能ARM处理器作为数据处理单元,通过一系列数字化方法,将知识进行精简、整理,并可以存储至大规模存储单元SD卡之中。利用嵌入式推理机,结合知识库进行智能决策,决策结果可显示到本地显示屏之中。在软件上使用uC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统,设计了集数据采集、数据传输、智能决策等功能于一体的嵌入式装置,减少了数据的传输量,提高了系统的灵活性。   此外,本文所设计的系统采用分级策略,将数据采集模块与数据处理智能决策单元分离,各个模块独立设计,并以总线方式连接,提高了整体系统的稳定性,并且同时可以使系统以更灵活的模式运行于不同的农业需求之中。系统采用自定义的传感器传输数据帧格式,具有简单、功能完善的特点。   本文详细介绍了系统总体框架,并介绍了本文的硬件设计方案,以及基于uC/OS-Ⅱ的软件设计方案,同时进行了系统测试以及应用案例,在最后,本文指出了系统需要改进和完善的地方,为下一步进展打下了基础。
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