西北民族大学 潘 昱 周一牧 林晓毅 刘潇元 邓智育

本系统意在通过物联网技术、图像处理技术，由传感器监测作物的生长环境数据，如光照强度、空气温湿度、大气压强、土壤湿度、土壤盐分含量等；将作物生长数据，产地信息通过网络上传到云平台中，制作溯源二维码。顾客在购买产品时，通过扫描二维码可得知当前购买商品从生长，采收，再到运输和销售的所有详细信息。

1.序言

净土健康产业将会在青藏地区的区位发挥其优越的优势，产生出巨大的经济效益。推动植物业和农牧业增产增效，化劣势为优势等一些区域性问题。这些都是我们面前必须攻下的一道难题。本文基于IOT云平台和图像处理技术的藏区“净土健康产业”系统设计就很好地解决此问题。

2.系统总体设计

2.1 国内外研究现状

青藏高原特色农牧资源得天独厚，农业主要分布在海拔较低温度较高的谷地，如雅鲁藏布江谷地、湟水谷地等，称为“谷地农业”。主要农作物为耐寒、耐旱的青稞、小麦、豌豆等。牧业为高寒牧业，主要牲畜为耐寒的牦牛、藏绵羊等。如何能在利用区域性优势，发展特色植物业，攻克环境，地势，生态等一些恶劣性因素。可以充分利用现代科技技术，就可以快速实现产品开发。而本系统能很好地解决此问题，系统总体设计框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图

2.2 农产品溯源

在农田中设置传感器检测点和图像检测点，将数据进行处理后分类上传到数据库中，生成农产品信息库，包括各种农产品从生长到成熟再到采收的详细数据，为不同批次的产品分别制作二维码，顾客在购买农产品时，可通过手机扫描商品上的二维码，便可得知该产品的产地环境情况，如经纬度、海拔高度、气候、光照强度、空气洁净度及作物生长过程中的图像等真实数据，使顾客能够买到安全、放心的绿色产品。

2.3 农产品产出预测

利用图像处理技术，对作物的长势进行测定，预测作物的成熟时间，由此估算农产品的上市时间，将信息提供给相应产品的经销商，以便提前规划市场销售计划，避免出现商品供不应求或供过于求的局面，对商品资源合理分配起到重要作用。在最大程度上使农民获益并避免不必要的损失，强化产品供应和市场销售间消息的互通，保证农产品上市时的新鲜程度，创造农产品销售和购买的和谐景象，兼顾农民和消费者的利益。

2.4 农区资源保护

在充分利用青藏地区农业资源的获取经济效益的同时，保护农区自然资源环境同样应放在首要地位。通过对农区土壤肥力及作物生长情况的监测，判断耕地与作物生长的协调性，在肥力高的地方密植，肥力低的地方稀植，根据情况更换作物种植类型，调整耕种周期，合理灌溉及施肥。在保证农产品高质量的同时，也保证耕地和生态资源得到充分的保护。让过于紧张、疲惫的耕地修养生息，让生态得到治理修复，也可以通过改良土壤相应出现的问题，增强农业发展后劲，实现真正的“藏粮于地”。若想要这方“净土”能够源源不断地供应天然、健康的农产品，就必须要爱护这片珍贵的土地，及其周围的生态环境。在大力发展经济的同时不忘生态的保护，真正的实现可持续发展的目标。

图2 硬件设计框图

2.5 硬件设计

传感器模块：

(1)土壤湿度传感器：其主要用来测量土壤容积含水量。当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，湿敏电阻的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。

(2)温度传感器：DS18B20是常用的数字温度传感器。其输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。

(3)光照传感器：用于检测光照强度。GY-30数字光照度传感器可测量光照度范围0-65535勒克斯，精度达1勒克斯，支持IIS通信，内置16bitAD转换器。

(4)PM2.5激光粉尘传感器：用来测量颗粒物浓度，并以数字接口形式输出，同时也可输出每种粒子的质量数据。可嵌入各种与空气中悬浮颗粒物浓度相关的仪器仪表或环境改善设备，为其提供及时准确的浓度数据。

(5)风速传感器：三杯电涡流式传感器，风杯的转轴为金属齿转盘，感应头由线圈组成。当转轴转动时，引起线圈磁通的变化便输出连续的脉冲信号，通过对脉冲信号进行计数，从而计算出风力的大小。

(6)GY-39环境气象站监测模块：用来检测气压，温湿度和光照强度。传感器上板载了MCU收集传感器数据，并通过串口或者IIC与主控通信，发送数据。

2.6 控制器模块

系统主要控制器系统采用Arduino开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE)。该系统有三大优势：一是跨平台，可以在Windows、Macintosh OS X、Linux三大主流操作系统上运行。二是开放性，硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的，只要在开源协议范围内，修改代码和原始设计等，就可以快速实现相应的产品功能。三是更能够实现一些创意性的产品，节约时间和成本，缩短开发周期。

2.7 图像识别模块

树莓派，它是一款基于ARM的微型电脑主板，具备所有PC的基本功能只需接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能。

2.8 软件设计

2.8.1 图像处理软件

利用OpenCV跨平台计算机视觉库进行开发，应用图像处理的方法对作物进行长势测定, 通过对图像进行放大、增强及灰度处理等预处理，最后主要的目的是识别绿色叶片的面积大小，以此得到植物长势的信息。

2.8.2 云平台OneNET

云平台OneNET是由中国移动打造的物联网开放平台。能够快速缩短时间，完成产品开发周期和解决方案。将传感器采集到的数据通过MCU经网络上传到OneNet云平台。首先在产品中添加传感器设备，然后添加数据流，最后生成应用。系统使用OneNet“设备云”app作为平台，在手机、平板等移动终端上均可使用，可在应用中实时查看作物生长环境数据。

3.结束语

综上所述，随着国民经济水平的提升，开发投入成本的提高。而本系统以低成本，高效率等鲜明特点，以此来解决产品供应和市场流通问题，带动青藏地区农业经济发展，改善当地农民生活，深化农业经济现代化发展进程。同时保护了青藏地区农区的生态环境，打造绿色、生态、文明的产业平台。

参考：李艳丽，蔡冬玲，基于Arduino平台的物联网网关设计：单片机与嵌入式系统应用，2017；王雅惠，净土产业需走特色化道路：西藏日报（汉），2016-12-15(006)；杨子彦，推动“净土”又好又快发展：西藏日报（汉），2015-12-17(011)。