监测和控制系统使用智能传感器技术在农业:气雾栽培法的审查制度

文摘

近年来,智能传感器技术在农业中取得了相当大的关注。是应用于农业计划一些活动和任务合理利用有限的资源与人类干扰小。目前,植物栽培中使用新的农业方法是非常受欢迎的种植者。然而,空气是现代农业的方法之一,是世界各国普遍实行。在系统中,植物生长室中完全控制条件下培养,通过提供一个小雾更换营养液的土壤。营养雾通过雾化喷嘴喷射在定期的基础上。在植物种植几个步骤,包括温度、湿度、光强度、水营养液水平,pH值和EC值,有限公司₂浓度,雾化,雾化间隔时间为繁荣的植物生长需要适当的关注。因此,本文研究的对象是对早期故障检测和诊断提供重要的知识在空气中使用智能技术(无线传感器)。农民可以监控几个祭衣不使用实验室仪器,和农民可以远程控制整个系统。此外,该技术还提供了一个广泛的信息,可能是必不可少的植物研究人员和提供了一个更大的了解空气的关键参数与系统中植物的生长。它提供了完整的控制系统,而不是常数手动运营商的关注,但在很大程度上无线传感器。此外,采用气雾栽培法系统中的智能技术可以降低系统的有效性的概念由于复杂的手工监测和控制过程。

1。介绍

农业几乎有着古老的历史可以追溯到数千年。此外,它的发展一直推行实施一些新的系统、实践、技术、时间和方法。它雇佣了超过三分之一的全球员工总数1]。农业是许多国家的经济支柱,并执行一个重大贡献为不发达国家经济的发展。除此之外,它引导发达国家经济繁荣的过程。一些研究得出的结论是,总体上世界农业每年要用掉大约百分之七十可用淡水灌溉只有百分之十七的土地。另一边,总的可用灌溉土地逐渐减少是由于粮食需求的迅速增长和全球变暖的影响2,3]。换句话说,农业是主要处理新的重大挑战。富特(4粮农组织报告说,世界粮食生产必须增长百分之七十为快速增长的人口提供足够的粮食生产和城市化。预计本世纪世界人口增长的一半是艰巨的。然而,根据估计,它可能是本世纪中叶将超过九十亿人。许多研究报道,人口快速增加,全球人口是十亿,1800年增加到2012年的七十亿人。然而,研究报告最后担心当前的世纪,它可以将达到一百一十亿人,可能有很多,多张嘴要吃饭。因此,人口的快速增长,除了农业土地的减少,全球气候变化加剧,水资源的恶化,减少劳动力和能源危机对农业部门(构成巨大的挑战和障碍5,6]。此外,发展中国家和发达国家会处理大量的水危机和问题由于快速的城市化和工业化。可用的淡水灌溉农业土地应该减少在未来7,8]。此外,不可预知的气候变化包括极端天气条件,强烈的风暴、热浪,洪水将会有一个实质性的不利影响在世界农业。我们需要更多的生产从农业系统来满足日益增长的粮食需求。否则,我们将遭受粮食不安全问题,将是最大的威胁。此外,秋和同事(9]表明,农业生产的发展不仅是重要的生产粮食来喂养当地人口的土地,但这也是至关重要的工业部门。同样,农业的生产原料主要来源是许多工业部门。因此,它必须明白,工业和农业发展不是替代品。然而,这两个行业都彼此互补的道路上实现食品安全问题。

作为人类的进化从狩猎者和采集者到农业社会,努力主要集中在提高植物产量和生产力通过基因变化,文化或饲养,管理实践,通过开发和引进植物保护措施。因此,过去和现在的世纪,人们已经开始探索可能采用不同的现代农业技术。精确农业耕作方法的采用是一个很好的例子。目的是试图在农业机械化防止农作物损失由于突然的气候变化,土传病害,害虫高度等等。然而,许多研究已经提出和报道,农业问题和挑战可以克服采用精密耕作方法。目前,一些国家提高农业生产力,实现精密耕作方法。

Baudoin et al。10)报道,人工植物栽培方法(例如,温室和工厂化农场)是精准农业的基本类型之一。如今,该方法接收重要性和种植者的意图。该方法可以提供足够的粮食供应。系统中,植物生长在今年通过人为地调整和控制周围环境条件如温度、有限公司₂(二氧化碳)、湿度、光强度、气流、和营养供应限制内设施(11,12]。此外,系统环境影响最小化和最大化的作物产量显著结果与传统(开放田地)培养系统(相比13]。尼奥斯和团队(14)告知,目前无污点的植物栽培是有史以来最破坏性的发明之一在人工植物栽培系统领域。无污点的系统是指植物栽培技术不使用土壤提供人工固体材料或水营养液代替土壤作为生长介质。然而,水文化与水培和气雾栽培法植物栽培的过程(图1)。在这两种方法,植物的根是连续或intervalley培养或在水营养解决方案通过提供一个特定的控制环境在人工支护结构(16,17]。两种方法为种植者提供许多好处,如营养浓度和供应的完全控制和预防多种土传植物疾病和感染,从而导致植物产量显著增加回报,高质量,更有效地使用可用的自然资源(18,19]。

一些研究报道气雾栽培法和水培系统作为一个现代化和创新工厂在无土栽培技术体系。采用这些技术,可以解决日益增长的粮食危机(20.,21]。此外,水培系统最初种植绿叶蔬菜是第一个出现,开始商业开发路线在工业化国家在西部和东部但最终被发现有特殊的缺陷和问题,迫使人们去发现和实验的气雾栽培法等新变化和技术系统。根据美国宇航局报告,气雾栽培法系统可以减少水,营养,和农药的使用,到98年,60岁和100%,分别和提高植物产量45 - 75% (22]。

这篇评论文章的主要动机是提供一个了解气雾栽培法系统中的智能传感器技术的使用。它可以提供一个完全自动化的机会,可伸缩性、anytime-anyplace访问监控、气雾栽培法系统和故障诊断。此外,它将有利于当地农民和种植者提供及时的信息不断上升的问题和影响因素,成功的植物生长在气雾栽培法系统。农民可能会开始理解他们的作物在微观范围内,能够通过访问技术与工厂沟通。我们所知,这是第一个工作提供一个简短回顾气雾栽培法的智能传感器技术的使用系统。然而,其余的纸是组织如下:部分2描述了当前工作的气雾栽培法系统与智能传感器技术。在部分3,4,5,我们目前关于气雾栽培法的简短描述系统,应用程序,和工作协议气雾栽培法的无线传感器网络系统。部分6,7,8,9描述了优势,未来的应用程序中,应用人工智能在农业、和结论。

空气是现代农业的新植物栽培技术。直到现在,它并不完全是农民之间的牵连。大多数情况下,它在研究人员进行实验研究。他们的研究报告的结论是,它可以有效接受农业作为现代植物种植活动,现代农民不需要土壤种植植物。然而,气雾栽培法系统有一些实质性漏洞像供水水泵故障时,营养配电线路和准备,和雾化喷嘴堵塞,需要专门知识,注意避免损伤,快速植物死亡,和系统的失败23]。此外,智能农业技术的集成可能是最好的解决方案来避免或处理上述问题没有任何专业技术。熊和乔24)报道,智能农业系统的集成可能是一种有效的方法解决复杂问题的农业领域。翟et al。25)报道称,目前,一些研究已经进行智能技术在农业上的使用特别是在过去的二十年。此外,介绍了一些新的技术和应用程序和专利改善传统农业实践。然而,专家主要集中和监控气候条件、土壤性质、水质、植物开发、畜牧业管理、施肥、农药应用程序,通过各种智能照明控制技术(26- - - - - -32]。与此同时,它可以得出的结论是,传统农业物流是提高和升级通过引入和实施的几种现代技术和技术在农业领域33]。Basnet和爆炸34)报道,通过传感器收集信息和通信技术在改善农业生产起到了至关重要的作用。农业从input-intensive转向知识密集型的,农业变得更加网络化和决策。小,和大规模的农民都可以受益于这种技术引入农业价值链,在他们的生产力增加,质量提高,服务扩展和成本降低。它提供了洞察各种问题在农业像天气预报一样,农作物和牲畜疾病,农业灌溉管理,供应和需求的输入和输出,并帮助解决这些问题。拉赫曼和谢赫35)认为,目前,一些信息技术包括卫星导航、网格和无处不在的计算,传感器网络在农业。然而,传感器网络的应用支持农业实践和活动在一个非常积极的方向36,37]。张和同事(38)使用一个传感器网络监测空气温度、湿度、环境光、土壤湿度和温度。此外,气雾栽培法系统无土农业的新应用程序。此外,几项研究已经成功设计了气雾栽培法系统利用各种信息技术等方法环境和同事39)设计并实现了一个旅店设有无线传感器网络监控系统。他们使用温度、光强、pH值和EC监测传感器。此外,无线传感器网络的研究报告提供了一个广泛的园艺家提供所需信息,可以更多的了解这些环境和营养与植物生长参数相关。获得的实时信息从传感器节点可以利用优化策略来控制温度和营养液的其他属性。一项由Pala et al。40)提出了一个方法来监控自动化和早期故障检测工具在气雾栽培法系统通过智能技术。的协议,他们设计了一个高度可伸缩的气雾栽培法aero-pot原型系统和编码。他们开发的软件基于遗传算法优化气雾栽培法系统的功耗。他们的研究得出的结论是,使用这个软件用户可以定义不同属性和配置气雾栽培法系统。开发的软件可以允许用户添加和删除添加设备的灯和泵和定义消费用最小的种植者的努力。Laksono et al。41)设计了一种无线传感器和致动器网络控制,气雾栽培法生长室的监控和调节。设计的无线协议是基于无线个域网技术。他们还设计了一个数据传输系统将数据从数据库服务器管理员通过短信。拟议的系统是基于传感器、致动器,通信系统和数据库服务器。实验结果表明,该无线协议基于ZigBee技术是无线传感器网络的一个有用的工具来监控气雾栽培法系统。乔纳斯et al。42)开发了一个自动监测系统来控制气雾栽培法的环境和营养供应系统。设计的无线协议是基于Arduino开发板。他们的研究得出的结论是,该系统可以控制养分雾化频率基于根室含水率。然而,该系统可以自动收集信息转移到一个web服务器也在Twitter上分享。萨尼et al。43)推荐气雾栽培法的基于网络的控制和监控系统系统。他们的系统是由微控制器(使用IDE Arduino程序),致动器(两个继电器包括雾化喷雾和风扇开/关在特定时间)、传感器(温度和pH传感器),异地恋(光强传感器)和通信模块(GSM / GPRS / 3 g调制解调器)。本研究得出的结论是,我们提出的设计能够监视和测量温度、pH值、光强度、原子化时间和间隔时间,和风扇气雾栽培法系统激活时间和间隔时间。该方法能够直接向服务器发送传感器的实时信息通过互联网使用GSM。Anitha和Periasamy44]旅店设有监控系统设计无线传感器技术。这项技术是基于ZigBee原型。提出的网络体系结构是基于温度、压力、湿度、水位和pH值监视传感器。传感器收集的数据传输到GSM(全球移动通信系统)节点或协调器节点,而网关设备被用来传输数据到个人电脑。然而,服务器连接到数据库,pH值的最大和最小阈值,水位,温度是固定的。此外,如果监测值达到高于或低于阈值存储在数据库中,因此,该系统能够开始意识到农夫的警报声音。另一项研究在2016年由Kernahan和库比蒂诺45旅店设有)发明了一种系统监视和控制系统利用无线技术。他们得出结论,一个可靠的气雾栽培法系统提供了一个无线连接的子系统之间的数据交换和命令。各个子系统管理一个或多个植物中庭包括营养雾化挂根、维护、控制营养液的水平,增加各种营养物质,并控制光线数量和周期。蒙托亚的研究等。46)设计了一种无线传感器系统旅店设有监控系统。系统协议是基于Arduino开发板。他们模拟和数字传感器用于监测温度、营养雾化,EC, pH值的波动,在水库的营养水平的营养液。为了获得数据和自动化系统,这两个arduino在主从配置和管理通过wi - fi无线连接到对方。microSD内存中的所有数据记录自动保存并发送到一个web页面。他们的研究得出结论,该协议可用于自动化和旅店设有监控系统。克恩和李47)首先使用物联网设计引入了气雾栽培法系统(物联网)自动化系统。提出的系统是由一个移动应用程序,服务平台和物联网设备与传感器(pH平衡,温度和湿度)。他们用覆盆子π零设备和设计一个系统来监视和测量所选参数。收集数据自动保存到数据库服务器通过发送一个SQL查询。他们的研究得出的结论是,该系统可以帮助农民远程控制和监控气雾栽培法系统。此外,Karu [48]还设计并实现了一个高精度系统小型旅店设有植物栽培。系统可以精确地控制营养解决方案,pH值,和电子商务水平,使数据对湿度、温度、pH值、EC营养液的浓度和数量。最近的一项研究马丁和拉斐尔(49还提议和建议系统、方法和设备的气雾栽培法系统。Mithunesh et al。50气雾栽培法系统)提出了一个智能控制系统。系统协议是基于开源开发板叫覆盆子π。他们的研究得出的结论是,开发的系统提供了简单的管理和高可用性建立了通过使用本地和全球系统。伊德里斯和便51]气雾栽培法系统监视和控制系统设计。他们得出的结论是,发达系统能够监控气雾栽培法系统工作参数如温度和湿度通过发送数据从传感器实时显示系统。Janarthanan et al。52)得出结论:气雾栽培法系统的问题可以得到解决,通过使用无线传感器和致动器系统。它允许用户监控并与之交互系统通过移动应用程序和一个web界面。然而,刘和张53,54)设计了一种气雾栽培法系统water-fertilizer和温度的自动控制。他们得出的结论是,系统提供一个实验平台结构简单,控制方便的特点。

3所示。气雾栽培法系统

气雾栽培法系统是无土栽培的技术之一,在空气中的植物生长的协助下人工支持相反的土壤或基质文化。这是一个空气植物栽培技术,较低的部分,如植物的根是挂在漆黑在受控条件下生长室。然而,上层部分的植物如树叶,水果,和王冠部分扩展生长箱外。通常,人工支护结构(塑料或thermofoam)提供支持和植物划分为两个部分(根和叶)。系统中,植物根系直接公开暴露在空气和灌溉小液滴大小的水在区间基础营养。提供的营养解决方案是通过不同雾化喷嘴有或没有高气压。此外,一些研究认为空气作为现代农业活动是在一个封闭的生长室在整个控制的条件下,它可以消除外部环境因素与传统农业活动。因此,它不再是依赖大规模的土地使用,它可以在任何地方,建筑,使全球气候不考虑当前气候等雨季和冬季(23,55- - - - - -59]。布尔et al。60)报道,雾化喷嘴使用水的微量营养解决方案,提供了一个良好的成长环境。祖贝儿和Lychalk61年)说,这是一个现代农业研究工具提供了一些农业研究研究员重要成果的机会通过提供人工生长条件。然而,表1显示了重要气雾栽培法系统监视和控制参数。埃塞尔et al。62年和克劳森等。63年]研究发现空气有利于植物根的进步和发展在许多领域的研究。它提供了一个很好的机会对植物研究人员深入研究植物根系在不同条件下的行为,没有任何并发症。到目前为止,许多研究人员进行了植物根的研究和实验研究根应对干旱(64年),不同的氧气浓度对植物根系的影响发展(65年,66年),根微生物(67年- - - - - -69年丛枝菌根真菌生产(建立),70年),和legume-rhizobia交互(71年]。此外,研究还练习技术通过种植蔬菜,水果,香草,药用root-based植物(72年- - - - - -74年)如番茄、马铃薯、大豆、玉米、生菜、花烛属植物andreanum,金合欢高阿(15,59,75年- - - - - -79年]。


不。	参数	共同价值	仪器

1	营养雾化	雾/喷涂/气溶胶/液滴大小在高压下从10到100年,从5到50,低压和超声波雾化器5 ~ 25微米	雾化喷嘴(高、低压力,雾化雾化器)
2	日益增长的媒介	植物持有人	任何人工根支撑结构
3	理想的营养液的pH值	pH值取决于品种(黄瓜洋葱6.0 - -7.0,5.8 - -6.0,5.8 - -6.4胡萝卜,菠菜5.5 - -6.6,生菜5.5 - -6.5,番茄5.5 - -6.5,和土豆5.0 - -6.0)	pH值测量装置
4	理想的EC的营养液	EC值取决于品种(黄瓜洋葱1.4 - -1.8,1.7 - -2.2,1.6 - -2.0胡萝卜,菠菜1.8 - -2.3,生菜0.8 - -1.2,西红柿2.0 - -5.0、2.0 - -2.5和土豆ds·m⁻¹)	EC测量装置
5	湿度	提供100%的水分	湿度测量装置
6	温度	最优15°C-25°C和不应该增加到30°C和小于4°C	温度测量装置
7	光在盒子里面	光在生长箱必须足够黑暗	覆盖生长室与本地可用的材料
8	雾化时间	取决于品种增长阶段	手动操作系统计时器
9	雾化间隔时间	取决于品种增长阶段	手动操作系统计时器

3.1。气雾栽培法系统的现状

气雾栽培法系统是一个整体的生产管理方法在农业推广和提高农业生态系统,健康和生物多样性。系统在园艺部门派拉蒙的声誉,因为它的影响在经济和技术方面的农业。在所有农业系统中,只有气雾栽培法系统收到的全部关注农民、政策制定者、企业家、和农业研究人员。种植者可以减少化学的要求输入包括化肥、除草剂、杀虫剂和其他农用化学品。种植者可以获得更高的栽培植物产量和品质与其他增长的方法。然而,气雾栽培法制度是劳动密集型。它提供了很多农民增加农村就业的机会。农民可以种植植物在家里通过提供人工生长的环境。Anitha和Periasamy44)报道称,现在很多家庭都练习气雾栽培法系统平台。除此之外,世界一些国家使用空气使扩张创造营养管理的货币问题和国家自然友好有其特定的食物供应。虽然一些年前,气雾栽培法系统有限的使用几乎世界各地的(84年]。目前系统是获取更多的关注农民和一些国家正在有效地采用经济和环保的蔬菜和水果种植系统。然而,在以下国家:阿布扎比、澳大利亚、不丹、玻利维亚、巴西、孟加拉国、布基纳法索、中国、加拿大、哥伦比亚、厄瓜多尔、埃及、埃塞俄比亚、法国、德国、加纳、希腊、印度尼西亚、意大利、印度、伊朗、日本、以色列、肯尼亚、韩国、马来西亚、蒙古、马拉维、新西兰、尼日利亚、秘鲁、菲律宾、波兰、俄罗斯、卢旺达、沙特阿拉伯、南非、西班牙、新加坡、韩国、斯洛伐克、斯里兰卡、台湾、泰国、乌兹别克斯坦和越南。此外,努力表示系统在世界上的其他国家(23]。

3.2。气雾栽培法体系的关键问题和困难

气雾栽培法种植在室外和室内安装和执行或在控制条件下温室。它可能是内进行光的设施,包括提供植物生长,养分的集中交付解决方案,和电力。种植植物在生长室,定期浸泡营养液小雾喷射雾化喷嘴(图2)。此外,气雾栽培法系统给出了精确控制整个生长室环境的机会。气雾栽培法系统是现代农业的技术仍在发展。直到现在,有限的研究已经完成,并进行了研究总结,系统有一些问题和问题。研究表明,空气没有土壤或执行任何固体媒体;因此,观察到的主要问题是水和养分缓冲区,任何失败的水泵,营养液分布和准备,雾化喷嘴堵塞,等等,导致快速死亡的种植植物40]。Kernahan和库比蒂诺45)报道,气雾栽培法系统提供更好的控制植物生长和营养的可用性和防止植物各种疾病和根腐病。然而,在植物生长从播种到收获季节,气雾栽培法系统中采用的方法需要手动贡献一点,关于物理干扰的存在,在植物领域知识和专业知识,环境控制和操作维护和控制植物的生长。

此外,有一个需求来维持和继续保留营养液参数包括营养温度、pH值、EC集中在一个狭窄的范围的首选值最优增长。如果这些参数漂移外所需的范围内,它将为植物生长创造几个问题。此外,一些补充参数可以进一步调整优化植物生长。额外的参数是雾化,雾化间隔时间、空气温度、相对湿度、光照强度和二氧化碳(有限公司₂)浓度使系统复杂和耗时的人类能量高和更高层次的专家培训和技能操作系统。然而,种植者有责任控制和监测上述参数的波动在所需的范围内实现适合特定植物的生长条件。未能准确地控制和监控参数可以显著影响植物的生长,造成经济损失。如果发生任何组件故障现场操作员不存在时,它可能是发现太晚,防止伤害,因为系统通常包括一些自动化意味着定期提供植物根系营养雾,填补营养水库,和管理光周期和强度。因此,气雾栽培法培养被认为是迄今为止有点不适合当地种植和由于上述原因,它不是共同找到一个安装。然而,主要的原因气雾栽培法系统的可接受性并不是一个成本低,但主要缺点是所需的注意力的种植者和高水平的专业知识和判断。为每个原因,更复杂的和先进的监控技术实现了气雾栽培法早期故障检测系统,实时监控,控制和自动化系统。因此,它将有利于使用人工智能工具(图3在气雾栽培法系统检测故障和诊断问题。因此,它可以帮助避免快速破坏种植植物和帮助气雾栽培法系统完全自动化。

4所示。气雾栽培法系统和传感器网络

近年来,早期故障检测和诊断使用一种智能农业监控系统被认为是最好的工具来监控工厂没有任何复杂的操作和实验室分析所需的专业知识和广泛的时间。这些方便的发展农业的特点吸引了大量关注。系统是基于无线传感器网络数据服务器组成,无线融合节点,无线路由器的多样性和多元化的无线传感器节点。然而,无线传感器节点作为信号输入的智能农业监控系统和用于收集每个选定的参数要监视的农业操作。公园等。85年)表示,无线传感器网络系统可以是一个重要的方法来完全自动化的农业系统,因为传感器提供实时的重要信息和消除只是布线的相当大的成本。另一项研究通过金(86年)说,在农业、传感器网络技术有助于提高现有系统安装在温室高效顺畅实时收集的信息转发给操作员通过无线电信号。系统优化传输协议更准确和快速和最大化的应用能源来节省能源和减少消费。帕拉和团队(40)表明,利用人工智能技术在气雾栽培法系统可能导致不仅发现早期故障检测,而且完全自动化系统没有或小干预人类的运营商。气雾栽培法系统可以获得更多的人气在当地农民通过部署这种技术在系统监测与控制的目的。然而,它将节约资源和减少对环境的影响。农民可能会开始理解他们的作物在微观范围内,能够通过访问技术与工厂沟通。因此,在本文中,我们探索了如何无线传感技术编织到气雾栽培法系统中。因此,这个评论文章的主要动机是为了提供一个了解不同智能农业监控工具用于早期故障检测和诊断植物栽培在气雾栽培法系统(图4)。此外,它将有利于当地农民和种植者提供及时的信息不断上升的问题和影响因素,成功的植物生长在气雾栽培法系统。智能农业监控工具的采用可以降低的概念不适合业余爱好者。

4.1。传感器节点数量和输入参数

目前,利用不同的传感器技术几乎是不可能在生活的每个领域由于大幅进展,当前可用的技术。此外,传感器是一种设备,有能力来衡量物理属性,并将其转换成观察者的信号(87年]。传感器网络(无线传感器网络)通常由几个到几十个和在某些情况下,成千上万的传感器节点连接到一个或多个传感器(88年]。一般来说,它包括一个BS(基站),充当网关之间的网络和终端用户。每个传感器节点组成的五个主要组件,一个微控制器单元、一个收发器单元,一个内存单元,动力装置和传感器单元(89年]。每一个这些组件是一个行列式在设计传感器网络部署。此外,单片机单元负责不同的任务,数据处理,和其他组件的控制节点(88年]。通过收发单元、传感器模式执行与其他节点的通信和网络的其他部分。这是最主要的通信单元。内存单元是另一个传感器网络系统的重要组成部分,用于存储观测数据。内存单元可以随机存储器、只读存储器和其他类型的内存闪存甚至USB等外部存储设备。最后,最后一个单位是动力装置。这是系统的关键部件之一是对节点能源供应。然而,动力单元可以是任何源;它可以储存在电池(最常见)在电容器充电或不。此外,对于额外的电源和充电电源单元,可以使用现有的自然资源。 The natural sources induce solar power energy in forms of photovoltaic panels and cells, wind power energy with turbines, kinetic energy from water, and so on. Last but not the least is the sensor unit, which includes several sensors for parameter measurements such as temperature, humidity, carbon dioxide, methane, and carbon monoxide [90年]。然而,在气雾栽培法系统所需的总数量的传感器和执行器取决于操作者的尺寸和要求。

4.2。传感器类型和监控参数

在本文的研究中,我们回顾了以前的工作在气雾栽培法系统利用无线传感器网络技术。我们发现一个无线传感器网络系统的主要目的气雾栽培法系统是控制生长室气候条件按照农作物数据表。然而,气雾栽培法系统的基本原理是生长暂停核电站的关闭,半封闭或黑暗的环境下在空中人工提供支持。系统中,植物的茎,叶,和任何水果生长在植物区上方悬浮介质,和根茎徘徊在低于悬浮介质的区域通常被称为作为根区(46]。一般来说,关闭细胞泡沫压缩在阀杆和插入在气雾栽培法生长室开放,减少劳动和费用。然而,格子用于暂停种植植物的重量(44]。理想情况下,保持环境不受害虫和疾病,使植物生长更健康,比其他植物生长在技术要快多了。此外,成功的关键和高收益率的空气园艺科学级监测条件和生长环境的精确控制。每个工厂产量增长和需求不同的环境条件。然而,植物生长主要是受到周围环境和气候变量和提供的数量的水和肥料灌溉。有一个要求监视和控制液体营养参数窄范围的最优增长的优先值。参数包括营养温度、pH值和EC浓度。如果参数漂移在所需的范围之外,植物可以伤害。除此之外,还有一些额外的参数,可以调整,进一步优化经济增长,如空气温度、相对湿度、光照强度和二氧化碳(有限公司₂)浓度。伊德里斯和便51)报道说,解决这个问题的一个解决方案的监测和控制生长条件的空间环境是通过应用一些传感器。传感器可以检测和监控的参数如温度、湿度、光强度、O₂和有限公司₂水平方向,风速。除了传感器、致动器还有一个要求分发营养和水植物根部或茎较低(图5)。传感器收集的信息的各种环境条件和远期致动器的信号发生和产生的结果收集信息来知道参数的状态。致动器可以控制环境变化。传感器存储信息,分析了环境和标识位置、对象,人,和他们的情况。传感器提供了多个贡献在各种领域,依靠各种属性和变量在时间(87年,91年,92年]。

4.2.1。准备温度传感器

气雾栽培法系统中,温度是关键因素之一明显确定植物的生长和发展。减少温度低于最优条件往往导致次优的植物生长。不同品种光合作用过程需要不同的温度水平和经济增长,从而促进植物生长阶段。它最终会给我们带来巨大的经济效益。在气雾栽培法系统中,最优增长少室温度不应超过4和30°C,分别为成功的植物生长。气雾栽培法生长室的温度波动可以显著影响根系生长,呼吸,蒸腾,开花,潜伏期(93年]。因此,温度传感器可用于监测气雾栽培法系统的温度波动。目前,温度传感器被用在许多应用程序环境控制、食品加工单位,医疗器械和化学处理。温度传感器是一个设备主要由热电偶或热电阻检测器。温度传感器测量通过电信号实时温度读数。温度传感器收集的数据从一个特定的源和数据转换成一个设备或一个观察者可以理解的形式。温度传感器精确测量温度的缓慢变化等关键应用设施或房间并将它们发送给用户的网页。

4.2.2。湿度传感器

空气是培养植物的技术通过提供水营养小喷在空中。因此,湿度气雾栽培法生长室环境的另一个重要参数,及其控制是公认的非常重要的重要的植物生长。气雾栽培法系统,植物生长室中所有可用的水分。此外,如果生长室含水量过高或更少,但这两个条件将产生很多问题。因此,准确和精确的检测水分含量在生长室将帮助农民来监视他们的庄稼,为植物提供一个合适的生长环境。王等人。94年)报道,湿度传感器是一种检测装置和措施水蒸气在空气在房间或外壳。目前,湿度传感器广泛应用于医药、农业、环境监测。然而,最常用的单位湿度测量相对湿度(95年]。湿度传感器的发展取得了巨大进步,因为近年来使用各种类型的传感材料。湿度传感器的传感材料可以分类为陶瓷、聚合物、复合材料(96年]。湿度传感器可以放置在生长室保持湿度。如果湿度变得不到工厂要求,传感器将信号转发给雾化喷嘴来执行他们的工作。

4.2.3。光强传感器

正如我们所知,所有蔬菜植物和鲜花需要大量的阳光,和每个植物组的反应不同,不同的生理处理光强度。一些植物表现良好在低光强度和一些高强度。然而,气雾栽培法系统实现了在室内条件下,所以有必要的农民提供足够的光线数量至少8到10小时一天健康植物生长。人工照明是一个更好的选择提供足够的强度产生健康的植物(97年,98年]。在传统的气雾栽培法系统中,光量的控制生长室中主要是由农民通过观察植物状态。然而,这是一个耗时的和具有挑战性的任务为农民提供所需的低浓度准确。它可能是一个更好的选择使用智能农业技术监控气雾栽培法系统的光强度。智能农业技术意味着使用传感器系统来控制光强度。光传感器是一种电子设备用于检测或nonpresence光明与黑暗。有几种类型的光传感器包括光敏电阻,光敏二极管,光电晶体管。这些光传感器区分光的物质在生长室和增加或减少光的亮度,换了个更舒适的水平。光传感器可用于自动控制灯光开/关等。采用传感器网络在空气中,农民能够监控光强度没有任何人类的干扰。 Because the sensors will perform all work such as if the light intensity in the growth chamber will be less than the required light quantity for plant growth, the sensor will automatically forward the signal to the LED light to turn on until the light quantity reaches to the desired level.

4.2.4。有限公司₂传感器

适当的根环境中氧浓度保持根代谢的营养解决方案至关重要。可用的氧气浓度为根的环境是一个非常重要的因素,因为低浓度影响根的呼吸作用,营养吸收,和,因此,植物生长66年]。因此,有限公司₂传感器可以用来监测二氧化碳气雾栽培法生长室的波动。二氧化碳传感器是一个仪器用于二氧化碳气体浓度的测量。Bihlmayr [99年)报道,有限公司₂传感器是用来测量室内空气质量在建筑执行需求导向通风。然而,有限公司₂传感器数据测量范围在500至5000 ppm。有两种主要类型的有限公司₂传感器包括非色散红外二氧化碳传感器(镍镉)和二氧化碳化学传感器(ccd),而镍镉检测有限公司₂在气体环境中由其特征吸收和红外探测器组成的,一个干涉滤光片,一个光管和一个红外源。然而,ccd敏感层是基于聚合物或heteropolysiloxane低能消耗(One hundred.]。

4.2.5。水位传感器

空气是植物栽培的方法通过提供一个小雾室营养液的增长。因此,没有任何使用的土壤;只是水需要培养植物在发芽收获时间。因此,水营养液油藏的主要组件之一是气雾栽培法系统应该监控整个生长时期。在传统的气雾栽培法系统中,农夫检查水营养液水库的营养水平,如果他创建水位低于预期的水平,他相应的维护。然而,采用精准农业技术,农民能够监视和控制水营养水平通过智能无线传感器等方法。水营养水平的液位传感器检测水库取水的营养水平,促进运营商实时数据。传感器将提醒操作员对任何潜在的财产损失,结果从任何泄漏和也允许知道当容器是接近空。

4.2.6。EC和pH传感器

气雾栽培法系统,植物生产力密切相关,营养吸收和EC和pH值对营养液的监管。欧共体营养液的浓度和pH值影响的可用性营养植物(101年]。pH值和EC浓度控制,以防止增长的障碍。测量是至关重要的,因为溶解的矿物质在酸性,碱性,离子浓度的解决方案中的所有物种都是不同的,溶液浓度的变化与溶解度(102年,103年]。无监视的EC营养液的浓度和pH值会迅速导致植物不能吸收必需营养素的情况下,如果不纠正这最终会导致有害的植物生长和生产力不足。因此,欧共体和pH值浓度营养液是一个关键参数的测量和控制整个植物生长。此外,在传统的气雾栽培法系统,欧共体和营养液的pH值主要是监控手动执行实验室分析或使用先进的设备是一个耗时的过程。例如,当EC的营养解决方案减少或增加,营养液浓度的控制主要是通过添加更多的高浓度营养液或淡水,分别对营养液维持欧盟层面规定的目标区间。同样,pH值,酸溶液和碱溶液用于控制营养液的pH值波动范围内指定的目标(101年]。然而,这些传统的方法都是耗时的和具有挑战性的任务农民EC和pH值保持在所需的范围内准确。此外,电子商务和pH传感器可以用来应对上述挑战。

5。气雾栽培法系统中的传感器工作协议

今天,世界需求自动工具来为他们做的大部分工作不打扰用户做一些任务。这个概念是一个非常高水平的自动化系统将独立于它的用户在很大程度上,减少人类的努力,并保存各种资源利用率、监视和控制将由计算机完成离开很少对人类很容易管理任务,并将利益更多的人加入这个领域(104年- - - - - -106年]。此外,气雾栽培法系统的监测和控制系统主要由以下部分组成包括气雾栽培法系统、数据采集、控制设备、数据传输模块、云数据处理服务器,社会交流平台和移动应用程序。一个典型的传感器节点控制和监控的体系结构气雾栽培法系统如图6。此外,在体系结构中,数据采集部分是指系统中使用一些传感器节点建立数据采集模块。数据采集模块放置在附近的气雾栽培法系统或生长室收集的实时信息选择参数(温度、光照强度、湿度、营养液,雾化量,和种植植物的照片)和传输数据到控制和管理中心。然而,控制和管理部分指的是系统的中央处理单元(CPU)。CPU的系统由Arduino和WRTnod协议等主要功能,其工作存储,管理从收集节点收集数据,过程,然后准确、实时自动发送到web服务器(104年- - - - - -109年]。因此,该系统可以帮助农民和种植者监视和远程控制智能气雾栽培法系统使用移动应用。换句话说,该工厂将能够跟农夫通过一个移动应用程序,所选参数是否正常工作。

6。气雾栽培法系统中的传感器技术的优点

不断增加的粮食需求需要迅速改善和发展粮食生产系统。然而,提高质量和生产率的栽培作物,人民正在向现代农业植物栽培技术。因此,空气上升的植物栽培技术作为现代农业栽培技术、植物栽培在空气环境中,并没有提供任何土壤支持。气雾栽培法系统,许多成功的植物生长所需的参数控制,因为没有任何媒介提供给植物生长。例如,如果工厂有一些突然的压力和农民不存在现场这意味着植物会死亡。因此,适当的作物的管理是至关重要的。在传统的气雾栽培法系统,种植者使用他的知识,技能,和判断等参数的调整和维护EC和酸度计,最小和最大温度、光强度、湿度水平通过一些工具和检查劳动密集型的读数和耗时的任务。解决上述问题,气雾栽培法系统可以开发无线传感器和致动器网络监控的关键参数较低的劳动力成本,时间,没有任何技术知识。无线传感器和致动器网络提供几个优点包括更快的响应来对抗气候条件和更好的作物生产的质量控制较低的劳动力成本。这个进步在气雾栽培法系统通过无线传感器网络监测生长室环境是有益的。 However, the monitoring system also offers a range of information which could be required by plant scientists or grower to provide a greater understanding of how these environmental and nutrient parameters correlate with plant growth. It is now recognised that plant grower can perfectly and easily acquire the skills needed to operate an aeroponic system. It provides the full control of the system, not by constant manual attention from the operator but to a large extent by wireless sensors.

7所示。未来的应用

人工智能农业技术视为高潜力,提高农业技术决策。如今,它正在迅速得到人们的意图,越来越多的出现在我们的社会和动态地将我们的社会意识和生活方式。技术提供一些机会来监视从pre -水分、植物的生长和发展。空气是农业的新的植物栽培技术仍在发展。然而,我们回顾了文献,发现只有有限的研究进行的实现智能气雾栽培法的农业技术体系。而且,直到现在,大多数的研究设计了气雾栽培法系统使用一个无线传感器网络使用无线个域网和Arduino和蓝牙系统,全球系统的移动和无线网络和通信模块。文献调查期间,我们指出,没有任何单一的研究实现了云计算和大数据技术的想法在空气通过互联网收集实时信息。的技术为用户提供许多优点如初始成本的减少,分配资源的需求,和维护和升级后端进行,简单,快速发展。技术提供一个机会与系统操作员保持联系使用手机配件像智能手机,平板电脑,通过互联网和个人电脑在任何位置不受限制的条件下,位置和时间。此外,该系统将被设计使用额外的人工智能技术,如图像处理,自动幼苗移植者,收获和包装机器人。 The purpose of image processing and analysis is to measure and identify the physiology, growth, development, nutrient deficiencies, diseases, and other phenotypic properties of the plants through automated and nondestructive analysis.

8。人工智能技术在农业中的应用

农业是人类的原始和古老的应用程序开始后第一个在地球上出生。它有一个广泛的历史之间的许多行业和非常密切地与地球上的人类发展。此外,在过去,农业部门是劳动密集型的,但新一代农民,研究人员和相关机构提出和应用新的耕作方法,技术,技能和知识在农业作为现代减少劳动密集型任务。目前,该技术被认为是一个关键工具,克服许多挑战和缓解人们的生活方式。在过去,农业的许多问题,尤其是在灌溉用水管理、作物产量生产、环境预测和决策,是由许多因素决定。此外,受精通常决定数学方程式,公式,或专家的经验。培养由描述性和因果知识、害虫和疾病的诊断是由不确定性知识表示。因此,这是不合逻辑地不完整和不精确的知识和经验,和传统的程序不能处理它们。然而,人工智能有其优越性。可能是一种有效的方法解决复杂问题专家使用模仿专家的水平(110年]。人工智能(AI)这个词是在1956年开发的,作为“智能机器”的科学与工程(111年]。国外的纪律,开发等几种类型的字段的交互计算机科学、信息论、控制论、语言学、神经生理学和心理学112年]。创建智能技术的主要目的是为复杂的问题找到解决方案和工作,反应,反应像人类。它执行的工作比一个优秀的人,带来积极的经济和环保的结果(112年,113年]。人工智能(AI)工具有助于预测非线性系统和控制变量的行为来提高系统的操作条件的环境(114年- - - - - -117年]。最近发布的一份报告强调指出,人工智能是新兴作为解决方案的一部分,对提高农业生产力。全球人工智能农业预计将增长显著水平。它被用来提高日常工作的效率等农业采用机器人和无人驾驶飞机,作物健康监控协议,自动灌溉系统和无人驾驶拖拉机118年]。目前,一些研究已经由实现人工智能技术在农业。Popa [119年)透露,一些农业专家系统开发的应用程序和软件,传感器收集和传输数据,和机器人和自动化是改编自不同行业进入农业,而专家系统和软件规划过程如战略或操作;它大大受益,因个人电脑和互联网使用的扩张。生成的系统是通过结构化的知识库和推理机制获得从人类专家,但与一个增强计算能力和速度(120年]。这些系统可以划分管理区域考虑的有关因素,能够推荐合适的作物轮作,最佳的种植密度,水的需求,适当的使用化肥,对作物害虫和疾病诊断,提出预防或治疗措施(121年]。黄等。122年在农业]讨论了软计算和应用。研究报道,软计算是计算技术的结合,如人工神经网络(ann),模糊逻辑(FL)和遗传算法(气)。这些技术不是很难计算方法的一个巨大的随机集和统计方法。困难的计算提供准确的解决方案和非常复杂的问题通过建模和分析的结果不精确的公差,不确定性,部分真理,和一个近似。然而,软计算技术用于实现温顺和鲁棒性。它提供了一个低成本的解决方案与不精确的公差,不确定性,部分真理,和近似123年- - - - - -127年]。隋和Thomasson128年)开发了一种bp前馈人工神经网络来预测氮状态在棉花植物从地面传感系统基于数据。Tumbo和团队(129年)一个活跃的系统用于传感在玉米叶绿素地位使用bp前馈神经网络和光纤谱收购玉米的光谱响应模式数据字段。唐et al。130年)开发了一种texture-based杂草分类方法组成的低级伽柏噪声特征提取算法和一个高级ANN-based模式识别算法。El-Faki和组(131年)建立和测试ANN-based杂草检测算法能够检测的主要杂草物种与小麦和大豆作物竞争。一项由Krishnaswamy和克里希南132年]预测四个扇形喷嘴的喷嘴磨损率使用回归和ANN方法。皮尔森和威克洛郡(133年)开发了一种神经网络识别感染真菌物种单一内核使用反射光谱的主成分作为输入功能。史密斯et al。134年]发达全年空气温度预测模型预测的视野从1到12 h使用feedforward-style ann。德(123年]介绍了模糊集的概念,作为对描述复杂系统意味着没有精度的要求。模糊逻辑也可能是有用的描述系统,那些介于硬和软系统,生物和农业等(135年]。研究报告说,在农业、模糊逻辑用于多准则的分析图像,图像分类、植被映射,土壤适宜性评价和规划森林收获(136年- - - - - -143年]。垮和同事(144年)建立了一个基于规则的FL作物水分胁迫指数(CWSI)使用生长室数据和测试这种方法对高羊茅的树冠在温室长大的。汤姆森et al。145年)和汤姆森和罗斯(146年)开发了一种耦合的传感器和基于模型的灌溉调度方法。杨et al。147年,148年)通知的发展图像采集/处理系统探测杂草和模糊逻辑决策系统确定和除草剂在农业领域应用。吉尔和团队(149年]应用多元线性回归和FL推理模型来评估micrometeorological条件对农药的影响申请两个喷雾品质(好的,非常好的)。邱et al。150年)建立了一个模糊的灌溉决策系统使用虚拟仪器平台的传感器,测试仪器,数据记录器和虚拟仪器。一般来说,已发表的研究使用开/关控制灌溉过程固有的复杂性使其难以实现最佳结果(151年]。阿里et al。152年)开发了温室内温度和湿度控制器使用模糊逻辑。然而,几项研究已经进行了许多控制策略优化发展温室环境使用人工智能技术如神经网络、模糊逻辑控制器、自适应预测控制,PID、非线性自适应PID控制(153年- - - - - -159年]。朱et al。160年远程无线系统)用于在集约化水产养殖水质在线监测使用人工神经网络。的结果表明,在线监测水质信息可以准确地获得并使用远程无线系统预测的。Mahajan et al。161年)报道,农业是值得注意的,计算机视觉应用程序已经由于降低了设备成本,提高计算能力,并增加食物无损评价方法的兴趣。这些技术的使用提出了优势与传统方法相比基于手工工作;然而,仍然有一些需要克服的挑战。此外,人工智能的原理在农业是一个机器可以感知环境,并通过一定容量的灵活的合理性,可以解决一个指定的目标与环境有关。

9。结论

我们的研究的目的是提供信息使用的自动监测和控制技术在气雾栽培法系统。气雾栽培法系统是现代农业的新植物栽培方法。它的存在可以让生产粮食全年没有任何时间间隔。系统可以创建一组优秀的鼓励可持续的城市生活的人们想居住在城市地区。此外,植物生长过程中从播种到收获季节,气雾栽培法系统中采用的方法需要手动贡献一点,关于物理干扰的存在,在植物领域知识和专业知识,环境控制和操作维护和控制植物的生长。因此,该系统被认为是迄今为止有点不适合种植,由于上述原因,它不是共同找到一个安装。我们回顾了先进的监测技术的文献,发现实现工具空气可以为农民提供一个机会来监视和控制几个祭衣不使用实验室仪器,和农民可以远程控制整个系统。因此,它可能会降低系统的有效性的概念,由于复杂的人工监测和控制过程。技术提供了令人难以置信的机会气雾栽培法系统增加功能,农民和种植者之间的可靠性和可用性。我们相信我们的评论文章将有助于采用气雾栽培法的先进监测技术系统。 However, the technique provides a range of information which could be required by plant scientists to provide a greater understanding of how these environmental and nutrient parameters correlate with plant growth.

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

我们承认这个工作是财务支持的江苏农业科技创新基金(CX(18) 3048年),中国国家自然科学基金项目(没有。51275214),项目优先资助的学术程序开发江苏高等教育机构(没有。37 (2014))。

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