浅谈现代测控技术在农业领域的应用

目录
摘要 (2)
1引言 (3)
1.1测控技术的组成 (3)
1.2现代测控技术的基本特征 (5)
1.3现代测控技术的发展趋势及前景 (6)
1.4现代测控技术的应用 (6)
2现代测控技术在农业领域的应用 (7)
2.1新型传感器技术的应用 (7)
2.2虚拟仪器技术的应用 (8)
2.3远程测控与物联网技术的应用 (9)
2.4Web Service的嵌入式物联网测控技术的应用 (10)
2.5模糊控制理论的应用 (12)
2.6计算机视觉技术的应用 (12)
3结束语 (13)
参考文献 (14)
浅谈现代测控技术在农业领域的应用
摘要：现代农业是农业发展的未来方向，近年来，测控技术向着集成化、智能化、网络化、虚拟化的方向发展。

在农业领域中，测控技术作为一种新型的控制技术，也被应用到这个领域当中。

文章将在介绍现代测控技术组成、基本特征的基础上，对现代测控技术在农业领域的具体应用，展开了一定的介绍和讨论。

关键词：现代测控技术；特点；农业领域；应用
1引言
21世纪是一个科技的时代，各种高新技术层出不穷，而现代测控技术作为一门新兴的高科技技术，在这个大的技术环境下得到了飞速的发展。

它的原身是测控、电子等学科，同时结合现代计算机科学技术。

现代测控技术是现代信息技术的典型代表，随着社会经济的发展与科学技术水平的提高，很大程度上提升了现代测控技术的发展速度，使现代测控技术不断向智能化、标准化、系统化、集成化、微型化与功能一体化方向发展。

现代测控技术是应用于实践的技术，广泛应用在工业、农业等多个领域，影响甚大，发展潜力也越来越大[1]。

现代测控技术有别于传统的测控技术，很大程度上依赖与计算机处理技术。

同时很强调动手能力和能力，通过将实地测控到的数据录入电脑，结合现代数据分析技术，处理并得出许多有用的信息，在速度和精准性上有很大的提高。

现代测控技术在农业、工业和国防业等众多领域有着广泛的应用，并取得了重大的成功。

特别是在工业生产领域中，现代测控技术结合现代无线技术、定位技术，为实际的工业生产提供了技术支持和交互支持，极大的改善了工业发展的环境，提高了生产效率，在农业领域中的应用也起着非常重要的作用[2]。

1.1测控技术的组成
现代测控系统由控制器、测控应用软件、程控设备、总线与接口及被测对象五个部分组成，下面我们分别介绍这五个部分：一是控制器，抽象的说是指系统的协调与指挥中心，具体的说就是单片机、计算机等；二是测控应用软件，其主要作用是测试系统的正确性，由可执行应用程序、I/O接口和仪器驱动器组成，；三是程控设备，其主要作用包括存储、显示等，该设备一般由执行器、存储器、显示器、程控伺服系统等元件组成；四是总线与接口部分，它主要是由USB、电缆、连接器、插槽等部分组成，其作用是将控制器与程控设备连接起来，形成通路，使系统良好运行；五是被测对象，将被测设备与接口相连接，就可对对象进行测控。

测控系统的各个部分缺一不可，在测控中都发挥着至关重要的作用[3]。

测控系统中计算机根据给定输入信号、反馈信号与系统的数学模型进行信号处理，实现控制策略，通过执行机构控制被控对象，达到预期的控制目标，如图1.1.1、1.1.2和1.1.3分别为为测控系统的典型结构框图、计算机测控系统的组成和专家控制系统结构图。

图1.1.1测控系统的典型结构框图
图1.1.2计算机测控系统的组成
图1.1.3专家控制系统结构图
1.2现代测控技术的基本特征[4]
1.2.1网络化
因特网的发展推进了现代测控技术具有网络化的不断发展，测控技术与网络技术的结合，使组建网络化、分布式的测控系统变得十分方便快捷。

随着现代网络信息技术的迅猛发展及许多相关技术的不断完善，网络信息系统的规模得到越来越快的壮大。

现代测控技术的广泛应用，使得通信、国防、气象和航空航天等领域也得到广泛、有效的运用[5]。

1.2.2数字化
数字化特征在现代测控技术发展中，起着不可替代的作用。

测控领域的数字化特征主要体现在信号处理、通信、传感器的数字化控制和控制器到远程终端设备的数字化控制等多个方面。

1.2.3智能化
现代测控技术的良好运用是以微处理器为测控基础，还采取智能化的仪表仪器去展现其功能的多样性，同时表现出本身灵活快捷、使用方便的优点。

电子技术的不断发展和人工智能技术的不断创新引进，智能仪器设备变得更加科学化，以及其计算能力和计算方法也变的日益加强。

智能化的测控设备仪器大大促使测控技术水平不断提高。

1.2.4分布式化
现代测控技术设备可以多地点布设，可以有效地检测出既符合要求又需要仪器设备的地方。

这种分布式测控技术是以网络技术和微型计算机术为基础，将系统内所使用设备连接起来，组合成符合要求的分布式测控系统。

分布式测控技术还有很多优点。

例如，可靠真实，安全可靠、拓展便捷、运行快速、使用灵活等优点，从而大大降低了测控成本，提高了测控效率，而且测控过程中，局部出现故障是不会影响到大局的运作。

1.3现代测控技术的发展趋势及前景
现代测控技术越来越面向网络化、全球化，世界各个国家级地区的联系将会越来越密切，发展越来越先进、科学。

现代测控技术的发展是根据全球社会市场的实际情况不断创新与进步的，跟随时代的步伐，适应社会的发展，带动世界社会技术的发展进步，使全球的科研技术都得到一定的发展提高。

随着各种产业的迅速发展，现代测控技术也获得了迅速的发展，纵观其发展史，走向标准化、开放化就是一个最为明显的前进趋势。

在信息化快速进步的现代社会，现代测控技术的发展必将长远，发展前景必将十分的广阔[7]。

1.4现代测控技术的应用
现代测控技术以计算机技术为核心，集控制和测量为一体，实现过程控制的自动化，已经在很多方面得到了广泛的应用，例如，现代测控技术在航天（图1.3为创新一号小卫星的测控系统）、农业等领域的应用、现代测控技术中的新兴传感器技术的应用、远程测控技术的应用等。

ground station
ground station system telemetry attitude telemetry energy telemetry thermal telemetry OBC
telemetry
command center Satellite
telemetry data
handling center
communication telemetry Ethernet
图1.3创新一号小卫星的测控系统
2现代测控技术在农业领域的应用
现代测控技术的应用体现在方方面面，包括航天测控、农业测控和远程测控等。

下面介绍现代测控技术在农业领域的应用。

2.1新型传感器技术的应用
新兴传感器技术是测控技术的一个重要应用分支，目前开发的新兴传感器主要包括智能化传感器、集成传感器、数字化传感器、微型气体传感器以及新型网络传感器等。

它的应用涉及生活的方方面面，包括工农业、国防、军事、救灾抢险、城市管理等，对社会的和谐和稳定做出了很大的贡献[8]。

沙国荣、赵不贿[9]等基于ZigBee无线传感器技术网络的温室大棚环境测控系统的设计，他们设计了基于ZigBee技术的多参数、低成本、集测量与控制一体的无线测控系统，以用于实现远程测控。

该系统采用ZigBee无线收发模块采集温室大棚中的温度、湿度、光照等参数，并将其发送到ZigBee网关进行处理，然后通过Internet上传到上位机，上位机通过网关发送温度、湿度、光照等控制命令到ZigBee终端节点，控制相应设备以调节大棚中相关参数，从而实现对温室大棚的远程测量与控制，如图2.1为无线传感网络的温室大棚环境测控系统总体架构图。

图2.1.1无线传感网络的温室大棚环境测控系统总体架构
图2.1.2无线传感器测控网络终端节点程序流程图
2.2虚拟仪器技术的应用
虚拟仪器技术是现代工业的新产物，它结合了计算机技术与测控技术，不仅功能强大、技术性强，而且是测试领域的一项重大突破技术。

它的优点突出，不仅灵活、交互性强，而且实现了系统化、网络化。

其主要应用有：一是用于蚕种催青过程的无损质量检测；二是利用视觉软件，开发出自动秧苗分析系统，预测发芽期和秧苗数量，监视秧苗质量；三是应用于农机现代化教育与管理；四是可测量液力变矩器不同压力及转速下的性能参数。

虚拟仪器技术应用广泛且应用实际，对于农业有较大的贡献，如图2.2为使用LabVIEW构成的虚拟仪器。

对温室环境进行控制，就是要实现能量消耗最少、作物产量最高、质量最好等多II 标优化控制。

利用信息传感技术和数据采集技术获得温室内生态信息，进行数据处理，从而指导施肥灌溉控制管理和温室管理的自动化、智能化、精准化分布式测控系统，是实现这一目标的重要环节[10]。

图2.2使用LabVIEW构成的虚拟仪器
2.3远程测控与物联网技术的应用
农业生产中，特别是在种植业和养殖业中，影响产量最重要的就是生产环境。

例如，基于土壤的种植业中，土壤的温湿度、空气温湿度等环境参数对作物的生长起着关键作用，因此，及时、快速、方便地了解作物生长环境，对于掌握作物生长状况以及作出正确的预判有非常重要的意义。

远程测控是指利用物联网及移动通信技术，在农业生产现场安装信息采集终端和执行终端，然后将这些终端通过网络连接至集中的系统平台，用户通过显示终端可以远程监测采集终端的信息，或者远程控制执行终端。

远程测控技术可以使用户通过一个显示终端快速了解生产现场的状况，并做出相应的处理。

远程测控技术应用目前已有多个案例，温室、大棚、粮仓、鱼塘、森林等的远程测控在农业中有广泛的应用前景，如图2.3所示[11]。

图2.3农业中的远程测控技术业务场景
2.4Web Service的嵌入式物联网测控技术的应用
Web service是一个平台独立的，低耦合的，自包含的，基于可编程的web的应用程序，可使用开放的XML(标准通用标记语言下的一个子集)标准来描述、发布、发现、协调和配置这些应用程序，用于开发分布式的互操作的应用程序[12]。

Web Service希望实现不同的系统之间能够用“软件．软件对话”的方式相互调用，打破了软件应用、网站和各种设备之问的格格不入的状态，实现“基于Web无缝集成”的目标[13]。

杜红超[14]在《基于Web Serv i ce的嵌入式温室物联网测控系统》一文中以综合嵌入式、Web Service、物联网等先进技术，设计并实现了基于Web Service的嵌入式温室物联网测控系统，旨在为温室管理者和使用者提供一个测控平台，提高我国温室管理水平，如图2.4.1所示。

图2.4.1远距离wi-Fi通信组网图
图2.4.2温室测控平台系统架构图
为了实现大规模、低成本的温室测控，本文的测控系统由ZigBee测控网络、嵌入式网关、温室测控管理平台、视频监控，四部分组成。

为实现大规模的温室测控，采用net 技术构建温室测控管理平台，该平台对嵌入式网关提供数据上传Web Service服务，调用嵌入式网关的设备控制Web Service服务实现对温室设备控制，用户可以通过浏览器登入该平台，观察温室环境数据、控制设备、监控温室作物视频，该平台还具有自动控制功能，如图2.4.2所示为温室测控平台系统架构图。

2.5模糊控制理论的应用
模糊控制主要是模仿人的控制经验而不是依赖控制对象的模型，因此模糊控制器实现了人的某些智能。

模糊控制主要研究那些在现实生活中广泛存在的、定性的、模糊的、非精确的信息系统的控制问题。

模糊控制有三个基本组成部分；模糊化、模糊决策、精确化计算。

模糊控制的工作过程：首先将信息模糊化，然后经模糊推理规则得到模糊控制输出，再将模糊指令进行精确化计算最终输出控制值。

图2.5农业现代化发展的自动化节水灌溉系统总体结构图—个节水灌溉控制系统能否做到因地制宜主要用四条标准加以衡量准，其一是否节水，其二是否减轻农民负担，其三是否增效(短期内收回投资，且提高效益)，其四是否推广得开，根据这四个标准可以来判断拟采用的研究方案是可行的，张杰[15]等在《现代农业节水灌溉自动控制系统设计方案分析与选择》一文中提出了应用模糊控制理论，设计智能稻田专家系统，与现场控制中心控制软件有机结合，实现节水灌溉的自动化、智能化，如图2.5所示为农业现代化发展的自动化节水灌溉系统总体结构图。

2.6计算机视觉技术的应用
机器视觉技术由图像获取技术、图像处理技术、图像存储技术和图像输出技术组成，其核心是图像处理技术，即把由二维数值数据给定的图像进行加工处理后输出为另外的图像或识别结果。

目前机器视觉技术已在设施农业生产的产前、产中和产后各环节得到广泛应用。

产前环节的应用主要集中于育种过程中的种子自动数粒功能和种子纯度测定功能的实现。

产中环节的应用包括作物病虫害诊断、作物缺素诊断和作物长势监测3部分。

产后环节的应用主要是用于进行作物果实的机器人采摘[16]。

雷福宝[17]等研究基于线阵CCD实时处理技术的精密播种检测试验系统。

该系统实现对播种机进行实时地、间接地的播种精度检测，为检测播种均匀性提供了一个其他有效方法。

检测结果具有数据准确、不失真、种子分部一目了然。

研究线阵CCD图像动态采集硬件系统的组成结构。

摄像头部分主要是由线阵CCD为核心的摄像头，结合照明系统，对动态图像进行采集。

摄像头和灯光挂载在种子出口下方。

图像处理MCU硬件部分对线
阵CCD图像进行二值化，减少计算机处理数据。

传输与显示部分实现数据快速传输，最终在计算机上逐帧拼接显示，实现一个整体系统。

研究线阵CCD图像实现帧图像逐一拼接技术。

根据实时动态采集种子分部重要情况，对动态帧图像的逐一拼接问题进行深入学习和研究。

描述动态帧图像逐一拼接的拼接原理。

提出帧图像逐一拼接的方法，该方法基于种子本身为特征点，对帧图像进行二值化处理，实现种子与背景分割，减少计算机处理数据，实现了冗余数据信息的去除。

通过种子本身为特征点实现相邻帧图像的匹配与拼接，如图2.6为买验系统结构框图。

图2.6买验系统结构框图
3结束语
综上所述，作为二十一世纪的新兴产业，测控技术是将计算机技术、通信技术、光电技术、数据处理等多方面融合在一起的一门学科。

随着科技不断的发展和工业生产领域不断创新，现代测控技术有了很大的发展和突破，成为了现代工业的技术支柱。

现代测控技术在现代农业领域的应用除去上述介绍之外，其还应用在测控农业活动中的粮食存储环节，在粮食的存储活动中，测到粮食的温度平均高于预计设置的时候，报警数值主机在感受到信号之后，就发出指示，自动接通通风机为仓内粮食降温去热。

此外，还在蚕种催青时采用现代测控技术，微机处理系统通过采集数据加以分析与研究，对蚕种催青环境的湿度和温度进行合理调节。

现代测控技术是现代工业的重要组成部分，现代测控技术可以促使整个社会和产业的不断进步完善、不断的创新和不断的进步。

现代测控技术是增大市场竞争力和解放发展生产力的最好途径，现代测控技术有效的运用在现代社会的任何一个领域。

所以，现代测控技术的迅猛发展，越来越多的创新、高科技测控自动化的成果的应用，对农业的不断发展、产业的升级和整个社会技术的进步起到了巨大的推动与提升作用，具有潜在的实用价值和重要的科研价值，通过一个学期以来对测控技术专业的基本理论、特征、分类以及其应用的学习，让我深刻的了解到现代测控技术的不断完善影响到现代文明科学的不断进步，已成为现代社会发展很明显的一个标志，还且也认识到现代测控技术不仅仅应用在农业领域，而且也被广泛运用到实际生活中，发挥其功能，造福了社会，对于我们测控技术专业的学生而言有着重要的启示，今后的学习中，我将注重测控技术在现实生活中的应用，以及加强实践，来增强理论的掌握，不断巩固和深化测控技术知识的基本理论的研究，将理论应用于实践中，真正成为一个现代测控技术的专家。

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