引 言

隨著社會的發(fā)展，中醫(yī)越來越受到大眾的關(guān)注和認可， 人們對中草藥的需求也隨之增大，促進了中草藥種植業(yè)的發(fā)展 [1]。由于中草藥市場需求加大，中草藥種植戶為了確保數(shù)量能滿足需求，卻忽視了中草藥質(zhì)量的保證，在中草藥種植過程中使用大量農(nóng)藥來保證中草藥不受病蟲害的影響 [2]。這一行為導致的后果是中草藥質(zhì)量嚴重受損，甚至影響原有藥性，服用打過農(nóng)藥的中草藥也會給人們的健康帶來不利影響， 因此，中草藥種植的質(zhì)量安全監(jiān)測越來越受到社會關(guān)注，而中草藥的成分及其物理和化學性質(zhì)與農(nóng)藥相似，這也從另一個角度對中草藥的質(zhì)量安全監(jiān)測提出了更高要求 [3]。

如何將自動監(jiān)測技術(shù)應用于中草藥質(zhì)量安全保障已受到我國中草藥界的重視，如若該項技術(shù)被應用于中草藥種植業(yè)， 將會極大地促進中草藥種植業(yè)的健康發(fā)展 [4]。這項技術(shù)的優(yōu)點在于節(jié)省了人力耗時等弊端，補充了數(shù)據(jù)的完整性，可以實現(xiàn)全天二十四小時監(jiān)控，記錄各時段的數(shù)據(jù)變化，通過智能反饋系統(tǒng)實現(xiàn)對環(huán)境相關(guān)參數(shù)的控制，進而實現(xiàn)中草藥環(huán)境管理的智能化 [5-6]。同時為中草藥生產(chǎn)人員提供準確、實時的實驗數(shù)據(jù)，使人們對中草藥的種植規(guī)律有更進一步的認識，從而優(yōu)化種植工藝，降低種植成本，提高種植效益，為中草藥種植科學的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ) [7]。

根據(jù)以上需求，本文借助物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)設(shè)計了一套中草藥環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)反饋和自動調(diào)控等模塊。鑒于中草藥種植環(huán)境的特點采用具有通信距離短、功耗低、使用方便、布局靈活、覆蓋面積大等特點，適合中草藥種植的 ZigBee技術(shù) [8]。目前，在農(nóng)業(yè)自動化監(jiān)測方面已經(jīng)有許多成熟的產(chǎn)品，大多數(shù)都利用 ZigBee 技術(shù)，例如邦納公司生產(chǎn)的無線傳感器節(jié)點，因其具有監(jiān)測和控制能力，一般被應用在工業(yè)或農(nóng)業(yè)中 [9] ；美國圍克爾斯博科技公司開發(fā)研制的 EKO 系列產(chǎn)品可實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的實時收集，一般應用在農(nóng)業(yè)中 [10]。市場上常見的多為進口產(chǎn)品，優(yōu)點在于質(zhì)量有保證，但價格昂貴，對于國內(nèi)種植戶而言性價比不高，不適合在我國中草藥種植領(lǐng)域使用和推廣，且大部分產(chǎn)品缺少自動控制系統(tǒng)，無法實現(xiàn)智能化 [11]。

1 中草藥種植環(huán)境監(jiān)測平臺架構(gòu)的設(shè)計

利用平臺實現(xiàn)對 pH 值、溫度、重金屬及農(nóng)藥殘留含量等多參數(shù)的實時自動采集、處理和顯示，對中草藥中重金屬及農(nóng)藥參量數(shù)據(jù)定期采集上報，通過傳感器節(jié)點與網(wǎng)關(guān)無線傳輸，實現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心的聯(lián)系，并利用實時準確的數(shù)據(jù)進行分析，進而對環(huán)境參數(shù)進行反饋調(diào)節(jié)，使中草藥生長環(huán)境處于穩(wěn)定狀態(tài) [12]。平臺架構(gòu)如圖 1 所示。將傳感器組安裝在中草藥種植環(huán)境中，通過 ZigBee 技術(shù)把相關(guān)數(shù)據(jù)傳到網(wǎng)關(guān)， 系統(tǒng)可支持 RS 232、以太網(wǎng)、WiFi、ZigBee 和藍牙等方式。網(wǎng)關(guān)放置在種植區(qū)域附近，將數(shù)據(jù)傳到云端服務器即監(jiān)測中心，最后把數(shù)據(jù)傳至網(wǎng)絡(luò)平臺或移動端，人們可以通過智能手機等手持設(shè)備，登錄 APP 軟件連接監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)信息， 使得用戶可以隨時獲取中草藥生長的環(huán)境參數(shù)等信息 [13]。

2 中草藥種植環(huán)境監(jiān)測平臺的硬件設(shè)計

中草藥種植質(zhì)量安全監(jiān)測硬件組成如圖 2 所示，包括數(shù)據(jù)采集顯示模塊、微型處理器模塊、終端顯示模塊和信號發(fā)送模塊。基于 Web Service 技術(shù)實現(xiàn)跨平臺訪問和信息發(fā)布， 完成網(wǎng)站平臺建設(shè)，實現(xiàn)對外數(shù)據(jù)交流。基于工作流技術(shù)， 通過查詢流程定制工具對不同需求的用戶查詢進行定制，并通過手機軟件進行中草藥質(zhì)量安全和農(nóng)產(chǎn)品物流信息追溯、生產(chǎn)種植信息溯源，讓消費者用上放心中草藥，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中草藥質(zhì)量安全體系追溯體系 [14]，實現(xiàn)二維條碼生成、打印功能，研究基于手機的條碼采集和識別技術(shù)，以支持手機、平板等終端設(shè)備的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息獲取 [15]。系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊，利用微型處理器把數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測終端，接收終端上傳的數(shù)據(jù)并傳送到主機及移動端。

3 中草藥種植環(huán)境監(jiān)測平臺的軟件設(shè)計

構(gòu)建了基于重配置的物聯(lián)網(wǎng)軟件體系結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計不同的 XML 系統(tǒng)配置文件來支持不同的環(huán)境，異構(gòu)設(shè)備部署。系統(tǒng)軟件設(shè)計包括利用 Android 系統(tǒng)制作一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中草藥種植環(huán)境移動監(jiān)測平臺 [16]。設(shè)計 APP 的內(nèi)容和布局，通過 APP 的使用即可查詢中草藥的生長情況及環(huán)境參數(shù)等，同時在環(huán)境參數(shù)發(fā)生異常時發(fā)出預警信號，判斷是否對環(huán)境進行調(diào)控 [17]。APP 中擁有環(huán)境參數(shù)讀取、環(huán)境參數(shù)歷史數(shù)據(jù)查詢及分析、反饋系統(tǒng)、中草藥咨詢等模塊。同時開發(fā)網(wǎng)頁端用來提供實時監(jiān)控的中草藥環(huán)境診斷服務。通過監(jiān)測光照、pH 值、重金屬等物理參數(shù)，實時分析生長環(huán)境狀況， 建立中草藥生長數(shù)據(jù)檔案，發(fā)布生長質(zhì)量狀況曲線，對偏差狀況進行預警。

4 結(jié) 語

針對近年來我國對中草藥的需求大量增加，導致中草藥種植業(yè)出現(xiàn)過度使用農(nóng)藥，嚴重影響中草藥質(zhì)量，給人們的健康帶來隱患的行為，本文設(shè)計了中草藥種植監(jiān)測平臺，通過檢測相關(guān)參數(shù)來判斷中草藥的生長情況，進而調(diào)整種植方式，使其健康生長，并利用記錄的中草藥生長數(shù)據(jù)總結(jié)其生長規(guī)律。與當前傳統(tǒng)的中草藥種植系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)中草藥環(huán)境監(jiān)測的智能化，時刻記錄中草藥的生長數(shù)據(jù)， 儲存在云空間，以保證出現(xiàn)在市場中的每一顆中草藥都可以追溯，進而保障中草藥的質(zhì)量安全。此系統(tǒng)不僅適用于中草藥的種植監(jiān)測，還可以應用在其他農(nóng)產(chǎn)品上，因此市場需求極大。