基于物联网的食用菌智慧农业系统设计与实现

摘要

近年来，物联网技术以及无线通信技术一直处于快速发展的状态，智能化和自动化的研究不断深入至农业领域，为食用菌环境因子的调控提供了新的发展方向。本文结合保定市阜平县气候特点以及培育食用菌的经验，进行了食用菌智慧农业系统的研究。本文主要工作包含以下方面： 首先，对现有的无线通信技术进行归纳总结，综合考虑其在系统开销、数据传输距离、传输速率、成本以及功耗等方面的优势与劣势，选择Wi-Fi技术作为本文的无线通信技术。利用基于ESP8266的Wi-Fi通信模块构建NodeMCU的物联网固件平台，采用Lua脚本语言编程。在食用菌菌菇房内放置终端节点对环境因子进行采集，然后通过MQTT物联网通讯协议将采集到的数据实时地上传到服务端，服务器端接收到数据后，对其进行处理与存储，同时进行数据的离线分析。 其次，菌菇房环境因子存在非线性、时变性、滞后性以及多因子耦合性等特点，很难建立精确的数学模型对其进行调控。本文应用模糊控制技术，设计出针对温度的二维模糊控制器。该模糊控制器由模糊化、模糊规则制定、模糊推理以及解模糊化四部分构成，输入变量为温度偏差以及温度偏差变化。在此基础上，构造出模糊控制器输入输出语言变量值的三角隶属度函数，并对采集的数据进行预处理。将温度控制过程中可能出现的情况及处理策略融合到模糊规则表中。选用重心法进行解模糊，输出相应的执行策略，并将其作用于执行机构。实验结果表明，该算法可很好地反映出控制系统中输出变量的动态特性，对菌菇房内的温度能够良好的监测与控制，使食用菌获得最佳的生长环境，可靠性与鲁棒性都较好，能够满足控制系统的要求。 最后，运用J2EE集成开发框架——Spring Boot，采用MVC设计模式和B/S软件设计架构，进行了系统的设计，并阐述了各功能模块的详细设计。该系统能够对多区域多点进行监测，实现食用菌的智能监控；还可以利用模糊控制技术为食用菌生长提出相应的环境控制策略，从而提高食用菌生产效率。

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摘 要

Abstract

1.1 课题的研究背景

1.2.1 国内外物联网发展现状

1.2.2 国内外食用菌温室栽培研究现状

1.3 面临的主要问题和挑战

1.4 主要研究内容

1.5 论文组织架构

2.1 总体需求

2.1.1 数据采集需求

2.1.2 数据传输需求

2.1.3 数据存储需求

2.1.4 数据管理需求

2.2 可行性分析

2.3 无线通信方式选择

2.3 系统架构

2.4 系统总体设计

2.4.1 系统硬件设计方案

2.4.2 系统软件设计方案

2.5 本章小结

3.1 Wi-Fi无线传输方式

4.1.1 食用菌生长环境的要求

4.1.2 食用菌环境因子的调控策略

4.2 食用菌温室环境的主要特点

4.3 模糊控制的基本原理

4.4 模糊控制器的构成

4.5 温度模糊控制器的设计

4.5.1 模糊化过程

4.5.2 模糊控制规则制定

4.5.3 模糊推理过程

4.5.4 解模糊过程

4.6 温度模糊控制器的实现

4.7 本章小结

5.3.1 基地管理模块的设计

5.3.2 预警分析模块的设计

5.3.3 行业资讯模块的设计

5.3.4 数据查询模块的设计

5.3.5 系统管理模块的设计

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致 谢