農(nóng)村溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)新方向研述

向晨+崔登峰

摘要：隨著城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，農(nóng)村發(fā)展面臨的資源不足和效率不高等問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。盡管我國(guó)進(jìn)行了多次土地改革，但土地資源有限，作物受時(shí)令影響的問(wèn)題依然無(wú)法解決。中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化的道路，在有限的土地資源下提高生產(chǎn)效率，這樣才能實(shí)行高效農(nóng)業(yè)。溫室大棚，近些年愈發(fā)受到人們的重視。溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要的組成部分，在農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展中起到了不可忽視的作用。國(guó)外的溫室大棚價(jià)格昂貴，普通農(nóng)民無(wú)法負(fù)擔(dān)，且缺乏與我國(guó)氣候相適應(yīng)的系統(tǒng)和檢測(cè)軟件。因此，為了推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的效率，必須對(duì)溫室大棚的溫度、濕度、二氧化碳含量進(jìn)行合理的調(diào)控，使之形成適宜作物生長(zhǎng)的環(huán)境

關(guān)鍵詞：溫室大棚；農(nóng)村；種植；智能監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）33-0258-02

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和國(guó)家三農(nóng)政策的不斷傾斜，溫室大棚技術(shù)已經(jīng)取得了不錯(cuò)的發(fā)展，但是真正利用傳感器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)并通過(guò)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)的大棚還很少，溫室大棚智能控制尚未得到普及，而市場(chǎng)對(duì)這種智能控制系統(tǒng)的需求愈發(fā)迫切。我國(guó)農(nóng)村的溫室大棚多數(shù)為傳統(tǒng)的溫室大棚。這是在溫室技術(shù)發(fā)展的初期采用的手段，通過(guò)溫度計(jì)等設(shè)備獲取溫度信息，并根據(jù)管理人員自身多年的經(jīng)驗(yàn)積累控制各種環(huán)境變量。監(jiān)控和執(zhí)行全靠種植者自身。這種方式效率低下，需要管理人員有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，不適合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。所以傳統(tǒng)的溫室大棚管理方式已經(jīng)展示出了諸多局限。

1 智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 溫室大棚系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

該系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集數(shù)據(jù)，通過(guò)RS485/232轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為可讀數(shù)據(jù)并保存到服務(wù)器。用戶可以通過(guò)Internet連接到服務(wù)器對(duì)各種信息進(jìn)行查看。服務(wù)器可以對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析若超過(guò)用戶設(shè)定閾值則會(huì)觸發(fā)電話報(bào)警、短信報(bào)警、聲光報(bào)警。同時(shí)，服務(wù)器還可接受用戶命令并通過(guò)連接到的空調(diào)、加熱器、排氣扇等對(duì)溫室環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)控。數(shù)據(jù)傳輸主要以無(wú)線的形式傳輸。因?yàn)闊o(wú)線傳輸跟有線傳輸相比，連接更為方便、傳輸范圍更大、更適應(yīng)于農(nóng)村復(fù)雜地貌等特點(diǎn)。種植者即使足不出戶也能獲取有關(guān)農(nóng)作物生長(zhǎng)情況的信息并根據(jù)信息對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。

1.2 技術(shù)路線

該系統(tǒng)使用傳感儀表對(duì)大棚內(nèi)部的空氣溫濕度、土壤水分溫度，二氧化碳濃度，光照強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量并傳輸?shù)綐漭缮?，樹莓派通過(guò)無(wú)線接入點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器上，再利用基于J2EE和Html5+CSS的Web版監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。用戶可以通過(guò)PC訪問(wèn)和WAP訪問(wèn)從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)。通過(guò)模型分析，可以自動(dòng)控制溫室濕簾風(fēng)機(jī)，噴淋滴灌，內(nèi)外遮陽(yáng)，頂窗側(cè)窗，加溫補(bǔ)光等設(shè)備，同時(shí)，網(wǎng)頁(yè)采用Bootstrap構(gòu)建動(dòng)態(tài)網(wǎng)站，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)動(dòng)態(tài)瀏覽，還可以向管理者實(shí)時(shí)推送監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)溫室大棚信息化，智能化遠(yuǎn)程管理。

1.2.1 系統(tǒng)層次

該系統(tǒng)主要分為物理層、中間層、應(yīng)用層三層

1）物理層：物理層具有各種傳感器裝置，可以采集數(shù)據(jù)并傳輸給中間層。還具有各種裝置如空調(diào)、加熱器等來(lái)控制溫室大棚的環(huán)境因子。

2）中間層：中間層由數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、SQL數(shù)據(jù)庫(kù)、Web服務(wù)器組成。數(shù)據(jù)處理模塊用于處理來(lái)自于傳感器中的原始數(shù)據(jù)并存到數(shù)據(jù)庫(kù)中；數(shù)據(jù)分析模塊用于分析存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息來(lái)獲得農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境和生長(zhǎng)狀況。SQL數(shù)據(jù)庫(kù)用于儲(chǔ)存各類數(shù)據(jù)，Web服務(wù)器為用戶提供服務(wù)使其可以在用戶控制界面對(duì)系統(tǒng)分配任務(wù)。

3）應(yīng)用層：由用戶控制界面應(yīng)用程序構(gòu)成，主要方式是由Bootstrap構(gòu)建的動(dòng)態(tài)網(wǎng)站。基本功能包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、視頻監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)查看、環(huán)境調(diào)控。

1.2.2 系統(tǒng)模型

該系統(tǒng)利用傳感器來(lái)組建一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，完整的系統(tǒng)包括：傳感器端、用戶通信終端、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、用戶控制終端、環(huán)境監(jiān)控中心和Web服務(wù)端。

1）傳感器端

溫室大棚環(huán)境信息的采集依靠布置在大棚內(nèi)的土壤溫濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、氧氣濃度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器等完成。這些傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)溫室大棚內(nèi)的空氣濕度、空氣溫度、土壤溫度、土壤水分、光照強(qiáng)度等多環(huán)境參數(shù)，然后以無(wú)線信息傳輸?shù)姆绞讲杉降臄?shù)據(jù)傳輸至環(huán)境監(jiān)控中心。

2）用戶通信終端和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)

溫室大棚的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)主要由如下兩部分組成：將溫室大棚看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)而進(jìn)行的節(jié)點(diǎn)間的自組織網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；溫室大棚與環(huán)境監(jiān)控中心的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。自組織網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及傳感器與控制器間的數(shù)據(jù)交互。溫室大棚的環(huán)境信息會(huì)匯聚到一點(diǎn)而后傳輸?shù)江h(huán)境監(jiān)控中心從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控中心對(duì)溫室大棚環(huán)境信息的監(jiān)控。

3）用戶控制終端

完整的溫室大棚環(huán)境智能控制單元由測(cè)量模塊、控制模塊、供電模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊及安裝附件組成，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式與環(huán)境監(jiān)控中心連接。根據(jù)溫室大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤水分、光照強(qiáng)度等參數(shù)，對(duì)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行控制，包括打開加熱器、溫室通風(fēng)、打開加濕器等。

4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用視頻信號(hào)傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚環(huán)境狀況的全天候?qū)崟r(shí)視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像頭、視頻服務(wù)器、服務(wù)于用戶的web端組成。用戶能在web端通過(guò)Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程圖像訪問(wèn)從而實(shí)現(xiàn)便捷的在線監(jiān)控

5）環(huán)境監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由服務(wù)器、多業(yè)務(wù)綜合光端機(jī)、大屏幕顯示系統(tǒng)、UPS及配套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。建設(shè)管理監(jiān)控中心的目的是對(duì)整個(gè)溫室大棚進(jìn)行信息化管理并進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控。并對(duì)整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理，對(duì)監(jiān)測(cè)到的圖像以及數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警和預(yù)測(cè)。

6）Web服務(wù)端

通過(guò)應(yīng)用軟件平臺(tái)可將土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器等各種傳感器獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存入已建立的用戶存儲(chǔ)環(huán)境參數(shù)的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行統(tǒng)一的處理和數(shù)據(jù)挖掘。通過(guò)系統(tǒng)軟件的只能決策，通過(guò)報(bào)警和信息推送的方式通知和指導(dǎo)管理人員及種植者對(duì)溫室大棚環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，或者根據(jù)環(huán)境信息自動(dòng)啟用溫室大棚內(nèi)環(huán)境控制設(shè)備如加熱器、加濕器等對(duì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)控從而為作物生長(zhǎng)提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)中國(guó)目前農(nóng)村溫室大棚技術(shù)智能化低下的情況提出了一種廉價(jià)且高效的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將視頻與環(huán)境監(jiān)控?zé)o縫集成， 實(shí)現(xiàn)真正意義的可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。構(gòu)建了新型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)體系，發(fā)展了精準(zhǔn)化生產(chǎn)方式。同時(shí)，溫室智能監(jiān)控終端采用多種集成度高， 無(wú)需專門安裝， 插電即用， 后期維護(hù)簡(jiǎn)便的硬件設(shè)備。系統(tǒng)兼容性好，可以連接用戶自己購(gòu)買的不同類型的環(huán)境信息測(cè)量設(shè)備和環(huán)境控制設(shè)備。通過(guò)定制以最大程度地滿足不同用戶的個(gè)性化需求。支持計(jì)算機(jī)Web端、手機(jī)端、Pad端等多種終端訪問(wèn)并提供微信和右推送提醒服務(wù)，提高了系統(tǒng)的靈活性。系統(tǒng)擴(kuò)展性好，支持升級(jí)和再開發(fā)?？梢耘c用戶持有的其他系統(tǒng)進(jìn)行深度的集成。

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