摘要
我国是传统的农业大国，近年来随着生活水平的提高，人们对无污染、优质、安全的蔬菜的需求也越来越大。在人口逐渐增多、耕地面积逐渐减少的情况下，水培蔬菜技术可以很好地满足人们的需求。在物联网技术飞速发展的浪潮中，将窄带物联网这一新的通信技术应用到水培中，并结合智能监控技术，对水培农业的智能化发展起着很大的促进作用。 本文基于窄带物联网技术(NarrowBandInternetofThings，NB-IoT)设计了水培智能监控系统，实现了对水培环境参数和营养液水质参数的实时监测，同时使用模糊控制器自动调节营养液水质参数，可以在作物生长周期内将营养液水质参数稳定维持在有利于作物生长的范围内。 本文主要完成了以下工作: （1）设计了可实现监测与控制功能的设备终端。提出并采用了NB-IoT核心通信模块搭建水培监控网络，得益于NB-IoT低功耗、广覆盖的特点，实现了水培现场的设备终端与云服务器之间的实时数据交互。分模块对系统硬件进行了设计，包括核心微控制器模块和基于NB-IoT的无线通信模块。 （2）根据水培系统的实际应用需求完成了软件设计。主要由嵌入式软件设计和云服务器设计两部分组成。嵌入式软件设计实现了水培环境与云端服务器之间的数据交互以及微控制器对现场设备的控制。在云服务器设计部分，设计了通信服务器作为现场设备与用户界面以及与数据库之间数据传输的中转站，搭建了存储水培环境参数及营养液水质参数的MySQL数据库，在微信公众号上设计了用于查看实时数据、查询历史数据、下发手动控制指令的用户界面。 （3）针对实际应用中对水培营养液进行调控时水质参数波动较大的问题，设计了两个模糊控制器分别用于调节营养液的pH和EC参数并将其部署在设备终端的微控制器程序中，实现了对营养液水质参数及时、稳定的调控。 （4）完成了系统的安装及测试。根据设计要求，对系统进行了安装部署和测试验证。结果表明：利用NB-IoT进行数据传输时信号质量好且稳定性强；在微信公众号用户界面上能够对水培系统进行及时、准确的监控；传感器收集的水质参数与实际值误差较小；在植物生长周期内营养液水质参数始终保持在有利于植物生长的范围内；与同时期在土壤中培育的生菜相比，水培生菜长势更好且受寒冷天气影响较少。本系统能够满足对水培植物进行智能监控的需求。
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