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参加了北斗卫星副总师谭述森院士的北斗科普讲座后，我对北斗导航系统和人类历史上导航技术的发展有了更深刻的理解。基于北斗卫星的时空信息技术，思考出了一套应用布式大棚温湿度智能监测的系统，可以实现无人监测不同地区的大棚温湿度，相信我们的成果可以实现农产品不同区域的合理分配、提高农业生产效率、缓解单一地区的农药污染和解决地理环境因素的制约，让北斗为我国的农业生产保驾护航。

一、研究背景和目的

一次偶然的机会，我了解到常州有着488万的常住人口，但是常州的大棚面积仅有2.4万公顷，以常见的番茄、黄瓜、茄子、辣椒、西兰花等蔬菜为例，每公顷的产量一般在几千公斤到上万公斤不等。如果以每人每天消耗300克的蔬菜量计算，一公顷大棚产出的蔬菜可够1000人每天的蔬菜需求。然而，2.4万公顷的蔬菜也只是80万人一个月的需求，由此可见，发展现代化大棚农业，扩大种植面积，降低管理成本，提高生产力具有很强的现实意义。

通过查阅相关资料，我们发现，不仅常州的大棚现状如此，全国的大棚生产也存在如下问题：

1.受地理环境因素的限制：

中国地大物博，国土经纬度跨度都很大，同时，不同地区的气候类型、土地条件和水资源都有着很大的差异，目前现有的传统大棚生产模式很大程度上受到了地理环境因素的制约。

2. 监测成本较高

如果用人力进行温度检测，成本非常高，而且，存在很大的安全隐患，在高温时，人处在大棚中会出现缺氧症状并会导致窒息，从而危害生命危险，因此，对大棚温度智能检测显得尤为重要。

3.环境集中污染严重

若同一地区分不了太多了大棚，则过多的农药使用和化肥施用会迅速达到当地环境的负荷，不利于保护环境和提高人民生活福祉。

4.农产品运输成本高

若同一地区分不了太多了大棚，将同一地区的农产品运输到各地区成为了一个很大的难题，昂贵的物流运输成本也会间接增加农产品价格，加大人民的经济压力。

针对以上问题，发展分布式大棚温湿度智能监测系统显得尤为重要。就目前而言，发展分布式大棚温湿度智能监测系统一方面可以减少单一地区农业生产对当地生态环境的影响，有助于保护生态环境、充分利用当地的自然资源和气候条件，降低了生产成本，使得农产品价格更具有市场竞争力，另一方面可以利用城市周边的空余地、屋顶等空间进行农业生产，有效利用城市边缘地带的土地资源，推动农业现代化，提高中国人民的生活福祉。

二、功能和实验构想

2.1北斗卫星模块的研究

本研究主要由北斗卫星总模块构成，包含北斗卫星模块由核心处理模块，OLED显示屏，北斗定位模块，电池板及组装板和温湿度传感器组成，我们将用数据线将它们相互连接，用螺丝固定到板上去。

2.2分布式大棚温湿度智能监测系统范畴

本研究通过北斗导航系统实现现代化分布式大棚的温湿度智能监测并达到自动调节的目的。以便农民或管理人员及时了解大棚内部环境的变化，及时采取相应的措施，保障大棚内的植物生长和产量。此外，这些数据还可以通过智能算法分析和处理，为大棚的自动化控制和优化提供参考。

2.3传统大棚温湿度智能监测的措施和难点

当前传统大棚温湿度智能监测的措施的难点主要包括以下四个方面：

1.传统大棚向现代化大棚改造成本高：现代化的大棚需要更加稳固的地基和更加结实的结构，这意味着大棚的基础设施需要全面升级，包括地基、框架和墙壁等，成本较为昂贵。

2.传统监测方式人力成本高：传统大棚监测通常需要人工巡视和记录并上报，这需要耗费大量人力和时间。

3.传统监测方式信息易滞后，缺少短期即时性：传统大棚内部信息的获取涉及监测、记录、上报和反馈等流程，信息的流动周期较长，无法及时反应大棚内部的及时环境变化。

4.大棚温湿度无法实现自动化调节：传统的大棚温度调节主要通过打开大棚的通风口、打开抽风机等措施实现调节，自动化程度低，人力成本高。

三、设计的过程及方案

3.1组装北斗卫星模块

首先，我们将北斗卫星通信模块、固定板和螺母从模块箱中拿出，然后将其表面的保护薄膜揭去，再用螺丝刀利用螺丝将北斗卫星通信模块和固定板连接。

3.2连接传感器和北斗模块

我们将传感器和北斗模块进行组装，用连接线将所需要的传感器和北斗卫星通信模块进行连接。安装无误后，我们进行经纬仪程序下载，并且显示器能正常显示监测数据。

3.3主要检测的参数

主要检测的参数：实时监测大棚内部的温度、土壤湿度、土壤PH值等核心参数.

3.4单个实验单元的设计

关于单个单元的外观，我们设计了一套自动化的土壤湿度和PH监测装置，为了防止传感器一直插在土壤中容易生锈的问题，我们采用丝杠装置实现定时检测，丝杠固定在透明的亚克力圆柱形圆桶上，援助上带有丝杠螺纹，实现上下伸缩。测量装置的剖视图如下图所示。

3.5实际应用的探索

以常州的分布式大棚为构想，首先将北斗卫星模块测得的经度和纬度进行上传，进行分析，根据不同的经纬度，运行不同的程序模块，然后判断温湿度传感器和PH传感器测量的数据是否在一定的范围内，如果在一定的范围，则执行下一个动作，如果大棚内部的温湿度超过一定的范围，则进行预警，例如，自动温度调节等，方便分布式大棚的集中管理。

四、创新点

1转变了传统大棚温湿度数据的监测形式

利用传感器对分布在世界各地的大棚进行监测，全过程自动化，数据监测自动化，大棚环境调节自动化，节省人力和时间，收集到精准的数据结果，过程更加高效。

2 传统的人为监测的周期性报告，变为实时数据，数据更加高效

能够实现及时的数据传输，在短时间内可以查询到分布在世界各地大棚的实时状态，联通全国各地的大棚系统。

3 适用范围广泛

本研究的应用范畴为蔬菜大棚、水果大棚、植物育苗、杂交实验、花蕊种植和菌类种植。仅需要添加相应的模块，便可对目标场景进行实时监控，使用范围极广。

4 可实现24小时无间隔作业

可以进行全天时，全天候的大棚数据监测，全天24小时不间断，在下极端情况时工人很难去现场查看工作量大，而我们实现的自动化检测系统可以对每一个监测单元快速准确监测。

五、项目总结和展望

发展分布式大棚温湿度智能监测系统一方面可以减少单一地区农业生产对当地生态环境的影响，有助于保护生态环境、充分利用当地的自然资源和气候条件，降低了生产成本，使得农产品价格更具有市场竞争力，另一方面可以利用城市周边的空余地、屋顶等空间进行农业生产，有效利用城市边缘地带的土地资源，推动农业现代化，提高中国人民的生活福祉。