基于MPIS架構的便攜式智能干物質(zhì)增長(cháng)預測系統
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項目背景：
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“科學(xué)種田”理念逐漸深入人心。利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，合理有效的播種、施肥、灌溉已成為降低成本增加產(chǎn)量的有效途徑。傳統的科學(xué)種田主要采取技術(shù)員下鄉普及相關(guān)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(zhuān)家系統，通過(guò)計算機軟件以及知識推理來(lái)指導種植戶(hù)科學(xué)種田。這種方法雖然解決了效率低下等問(wèn)題，但隨之而來(lái)又出現了許多新的問(wèn)題，如：軟件過(guò)于復雜用戶(hù)不會(huì )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(kāi)始，我國科研人員開(kāi)始研發(fā)農業(yè)專(zhuān)家系統。
1992年，中國農科院作物所趙雙寧等研制開(kāi)發(fā)的“冬小麥新品種選育專(zhuān)家系統”；
1998年，南京農業(yè)大學(xué)研發(fā)的小麥管理智能決策系統；
2003年，鄭向群、高懷友等完成了等利用數據挖掘技術(shù)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(jīng)形成一種高新技術(shù)與農業(yè)生產(chǎn)相結合的產(chǎn)業(yè)，并且已被廣泛承認是可持續發(fā)展農業(yè)的重要途徑。
美國推廣利用精準農業(yè)技術(shù)，獲得了顯著(zhù)的經(jīng)濟及社會(huì )效益。精準農業(yè)是要根據農田內作物生產(chǎn)條件的時(shí)空差異性,基于農田內小區土壤、作物、環(huán)境等的時(shí)空差異性信息,實(shí)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，土壤養分較差的地方應該多施肥，而土壤養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(zhuān)家系統的國家之一。由于政府部門(mén)的重視，日本在農業(yè)專(zhuān)家系統的開(kāi)發(fā)上取得了不少成績(jì)，開(kāi)發(fā)了若干農業(yè)專(zhuān)家系統。
例如，東京大學(xué)開(kāi)發(fā)的番茄栽培管理專(zhuān)家咨詢(xún)系統、培養液管理專(zhuān)家系統以及千葉大學(xué)利用原MICCS工具開(kāi)發(fā)的茄子等多種作物的病害診斷專(zhuān)家系統、花卉栽培管理支持系統、庭院景觀(guān)評價(jià)專(zhuān)家系統等。
以上這些專(zhuān)家系統已投入實(shí)際應用。然而，精準農業(yè)技術(shù)除美國和加拿大進(jìn)入商業(yè)用途外，其他地區甚至在歐洲還沒(méi)有真正進(jìn)入推廣階段。主要原因是，其關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)還沒(méi)有在實(shí)用意義上產(chǎn)生突破，信息采集技術(shù)的費用還很昂貴等。
設計目標：
本研究擬實(shí)現一個(gè)基于MPIS架構的便攜式智能干物質(zhì)增長(cháng)預測系統，整個(gè)系統包含手持終端、無(wú)線(xiàn)傳感器兩個(gè)部分。無(wú)線(xiàn)傳感部分由溫度傳感器DS18B20獲取數據，再借用51單片機，通過(guò)nrf24l01將數據無(wú)線(xiàn)傳輸給PIC32板，即手持終端。當手持終端啟動(dòng)后，傳感器網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)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，采用模糊推理的方式進(jìn)行分析，然后在界面上給出推理結果。整個(gè)過(guò)程操作簡(jiǎn)單、易用，該系統功能強大、可以不斷完善且便于攜帶。
系統框圖：
如圖所示：無(wú)線(xiàn)傳感部分由51單片機、溫度傳感器、無(wú)線(xiàn)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(guò)51單片機，利用NRF24L01的無(wú)線(xiàn)傳輸功能發(fā)射到手持終端PIC32上，交由其負責處理，進(jìn)而完成用戶(hù)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(wú)線(xiàn)模塊三部分構成，其中NRF24L01負責接收無(wú)線(xiàn)傳感器部分發(fā)來(lái)的數據，并將采集到的信息送入PIC32單片機的內核PIC32MX460中，通過(guò)與我們之前錄入的庫進(jìn)行模糊匹配，然后把植物的生長(cháng)情況制成清晰明了的圖顯示在LCD屏上，并將相應長(cháng)勢下的可執行操作顯示在屏上供用戶(hù)選擇使用。
流程圖：
整個(gè)系統采用PIC32MX460作為主處理器，靠無(wú)線(xiàn)傳感器和手持終端逐步實(shí)現整個(gè)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(shí)溫度等外界的環(huán)境信息；
- 把采集到的數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(shí)間段內的數據變化圖像；
- 向用戶(hù)顯示出植株的理想生長(cháng)曲線(xiàn)；
- 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(cháng)階段，結合庫中的數據，推斷出植物可能的生長(cháng)趨勢，通過(guò)屏顯示給用戶(hù)看；
- 根據植株的生長(cháng)狀況，對比理想中植株的長(cháng)勢，給用戶(hù)以適當的建議供用戶(hù)選擇采納。如果出現緊急情況，本系統還可設計短信報警功能。使用戶(hù)及時(shí)了解到農作物生長(cháng)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，所以本系統還具有自動(dòng)更新功能，它可以通過(guò)USB接口，或網(wǎng)絡(luò )接口及時(shí)的更新內部數據與固件。
實(shí)物圖片：
51單片機——無(wú)線(xiàn)傳感器部分
PIC32——手持終端部分
全圖
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