3G技術在農(nóng)業(yè)大棚遠程控制中的應用

任俊芳 程 毅 陶新娥

（武漢大學水利水電學院 湖北 武漢 430072）

1 研究背景

中國是農(nóng)業(yè)大國，由于人口多，耕地面積相對較少，因此糧食生產(chǎn)占主要地位。隨著現(xiàn)代科學技術的進步，發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)已經(jīng)被越來越多的人認識和接納。遠程控制技術，可大大提高農(nóng)業(yè)成產(chǎn)率，改善勞動環(huán)境，增加勞動舒適性，使各種農(nóng)業(yè)資源得到良好的配置，因此，在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程中起著不可忽視和替代的作用。

第三代移動通信技術（簡稱3G），是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術。與2G服務有所差別，3G技術在聲音和數(shù)據(jù)傳輸速度方面有很大的提高，它能夠同時傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，并很好的處理圖像、音樂、視頻等資料，速率一般在幾百kbps以上，3G技術可以提供多種信息服務，如網(wǎng)頁瀏覽、電子商務等，能夠在全球范圍內更好地實現(xiàn)無線漫游。因此我們希望，利用3G技術，將遠程控制與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化結合起來，將農(nóng)業(yè)大棚中采集的信息、圖片和視頻等定時傳遞給管理員，管理員通過3G手機或電腦等移動設備接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)報警、遠程遙控、傳輸數(shù)據(jù)并接收命令指示的目的。

2 基本思路及原理

該遠程控制系統(tǒng)組成部分包括四部分：1）大棚作物各項生理指標實時監(jiān)測系統(tǒng)；2）信息傳遞和報警系統(tǒng)；3）管理員系統(tǒng)；4）大棚遠程控制系統(tǒng)。下面對其分別介紹：

2.1 作物各項生理指標實時監(jiān)測系統(tǒng)

因為大棚中植物的生長主要與其中的溫度、濕度、光照強度、CO2濃度、土壤含水率有重要的關系，所以在大棚中主要檢測這五種參數(shù)。這里，通過溫室環(huán)境監(jiān)測儀來測得這些參數(shù)。測試時間：≤2秒；記錄容量：120000條數(shù)據(jù)；記錄時間間隔：2秒～24小時連續(xù)可調；電池：5號電池4節(jié)，交流電源一只。通過溫室環(huán)境監(jiān)測儀測得的溫室內部溫度、濕度、光照強度、CO2濃度、土壤含水率，所測數(shù)據(jù)的精度可以滿足要求。

2.2 信息傳遞和報警系統(tǒng)

該系統(tǒng)可采用華騰HT-1001可擴展型GSM遠程控制器監(jiān)控系統(tǒng)，產(chǎn)品可以設置報警電壓、電路參數(shù)，管理員可以通過3G手機來設置監(jiān)視器報警參數(shù)的上限和下限，溫室環(huán)境檢測儀將測得的數(shù)據(jù)信息輸送至GSM遠程控制監(jiān)測裝置，由此監(jiān)視器分析，達到設定的限值后將報警信息發(fā)送到管理員手機中，管理員也可以發(fā)送信息查詢各參數(shù)值。大棚里還可安裝網(wǎng)絡攝像機，通過網(wǎng)絡攝像機將作物生長實時的畫面利用3G技術傳到3G手機中，管理員可以通過3G手機隨時隨地登錄3G網(wǎng)絡，只需輸入網(wǎng)絡攝像機的地址、用戶名、密碼，即可獲取大棚內的監(jiān)測視頻，隨時隨地了解作物生長狀況。系統(tǒng)運行前，管理員可以首先利用手機設定每日報告采集數(shù)據(jù)的時間和間隔，定時了解大棚內作物生長的環(huán)境狀況。此外，須對管理人員的手機號碼進行一對一或一對多的安全設定，防止其他非法手機號碼的干擾，保證獲取數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

2.3 管理員系統(tǒng)

此部分包括管理人員和3G手機接收器，可以接收遠程監(jiān)控、報警系統(tǒng)相關信息以及網(wǎng)絡攝像機發(fā)送的作物生長視頻。另外，管理人員在接收各類參數(shù)及監(jiān)測系統(tǒng)的報警信息同時，還可以利用3G手機上網(wǎng)查詢大棚所在地區(qū)當天的天氣情況，結合氣象指標、作物形態(tài)指標和群體動態(tài)情況等，綜合分析作物生長情況，進行各類檢測數(shù)據(jù)分析和判斷，作出相應決策，并將指令短信發(fā)送到控制系統(tǒng)的的接收器上。

2.4 大棚遠程控制系統(tǒng)

該遠程控制系統(tǒng)由GSM遠程控制設備組成。此系統(tǒng)主要是接收管理系統(tǒng)發(fā)出的各項指令，并根據(jù)指令相應的進行不同的操作。例如當環(huán)境監(jiān)測儀測得某時土壤含水量不滿足作物需水要求時，報警系統(tǒng)將警告信號傳至管理員，管理員接收信號，做出相應決策即通過大棚灌水系統(tǒng)向土壤灌水，遠程控制系統(tǒng)接收管理員指令，將大棚中灌溉閥門打開進行灌溉，當土壤含水量達到作物需水標準后，管理員發(fā)出終止信號，控制系統(tǒng)接收信號并關閉灌溉閥門，整個遠程灌水操作完成。

3 結語

就目前看來，農(nóng)業(yè)遠程控制技術在我國還并未推廣，遠程控制的構想在現(xiàn)實實施中有很多的制約因素，而且將遠程控制建立在3G技術上比較困難。一方面是技術制約，因為對大棚的監(jiān)測和控制都是實時性的，所以必須保證快速高效的網(wǎng)絡通路，而我國的3G網(wǎng)絡正在發(fā)展之中，目前還達不到要求標準；另一方面是管理人員技術素質的制約，遠程控制意味著工作人員必須擁有扎實的專業(yè)知識、豐富的經(jīng)驗和高度的責任感，我國相應的管理制度并未完善，這方面仍有很大的空白有待填充。

但是，隨著我國現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展、國家政策對農(nóng)業(yè)的大力扶持，我們相信，農(nóng)業(yè)大棚遠程控制技術必將會實現(xiàn)，3G技術必將會廣泛的運用到農(nóng)業(yè)遠程控制中去，為農(nóng)業(yè)領域帶來革命性發(fā)展！

［1］張明炷,等.土壤學與農(nóng)作學[M].3版.中國水利水電出版社.

［2］馬德貴,等.基于無線數(shù)字傳輸?shù)墓?jié)水灌溉數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學學報.