基于物聯(lián)網的溫室大棚智能監(jiān)測控制系統(tǒng)

付克蘭

摘 要：基于物聯(lián)網的溫室大棚智能監(jiān)測控制系統(tǒng)使用了氣體傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、紅外感應傳感器等，高精度測量農業(yè)生產過程中的各種參數(shù)，智能控制溫室內溫度、濕度及通風狀況等，自動實現(xiàn)保溫、保濕和數(shù)據(jù)記錄，監(jiān)控溫室內部環(huán)境。該文研究的主要內容是構建溫室大棚智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，設計了系統(tǒng)的技術總體架構、主要模塊及主要功能。

關鍵詞：物聯(lián)網 智能大棚 技術架構 模塊 功能

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（b）-0143-02

1 物聯(lián)網概念

物聯(lián)網是通過射頻識別（RFID）卡、無線傳感器等信息傳感設備，按傳輸協(xié)議，以有線和無線的方式把任何物品與互聯(lián)網相連接，運用云計算等技術進行信息交換、通信等，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能的一種網絡。物聯(lián)網是在互聯(lián)網的基礎上，將用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間。物聯(lián)網中，物品（商品）能夠彼此“交流”，無需人的干預。其實質是利用射頻識別等技術，通過互聯(lián)網實現(xiàn)物品（商品）的自動識別和信息共享。

智能農業(yè)是運用遙感遙測技術、全球定位系統(tǒng)技術、地理信息系統(tǒng)技術、計算機網絡技術等技術，與土壤快速分析、自動灌溉、自動施肥給藥、自動耕作、自動收貨、自動采后處理和自動存儲等智能化農機技術相結合的新型農業(yè)生產方式。

2 溫室大棚智能監(jiān)測控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)技術架構

基于物聯(lián)網的溫室大棚智能監(jiān)測系統(tǒng)的核心是ZigBee路由器和嵌入式網關，兩者通過ZigBee協(xié)調器傳遞信息。用戶通過GPRS模塊、無線路由器等設備與系統(tǒng)交互；系統(tǒng)通過ZigBee路由器獲取各個傳感器節(jié)點信息，并通過執(zhí)行節(jié)點控制繼電器調節(jié)農業(yè)環(huán)境。結合農作物與物聯(lián)網技術的特點，從技術架構上來看，主要由感知層、網絡層、應用層組成。

感知層由各種傳感器以及傳感器網關構成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端；主要用來采集大棚農業(yè)種植現(xiàn)場的土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強度、土壤pH值等重要環(huán)境參數(shù)。網絡層由網絡管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成。

應用層位于該系統(tǒng)最高層，主要包括各種管理設備、顯示設備，是物聯(lián)網和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，實現(xiàn)物聯(lián)網的智能應用。

2.2 系統(tǒng)設計原理

溫室大棚智能監(jiān)測控制系統(tǒng)通過據(jù)實際情況部署以Zigbee節(jié)點為基礎的無線傳感網絡作為感知層，實時采集溫室內溫度、濕度、光照強度、土壤溫度、土壤濕度、土壤p H值、葉面溫度、露點溫度等重要環(huán)境參數(shù)，并通過Zigbee與GPRS異構網絡融合作為網絡層，將采集到的信息參數(shù)有效、可靠地傳輸?shù)奖O(jiān)測信息中心，監(jiān)測信息中心作為整個系統(tǒng)的頂端，以組態(tài)軟件為基礎構成系統(tǒng)應用層，通過數(shù)據(jù)庫存儲及網絡交互達到信息共享的目的。用戶可通過電腦、手機訪問監(jiān)測系統(tǒng)WEB界面，掌握農作物生長、環(huán)境等實時動態(tài)信息。

2.3 系統(tǒng)主要模塊

2.3.1 氣體監(jiān)控管理模塊

氣體監(jiān)控管理模塊采用的是電阻式半導體氣體傳感器，它是氣體監(jiān)控管理模塊的核心，安裝在探測頭內。主要用到的氣體傳感器是氧氣傳感器、CO2傳感器等，通過它們，實時監(jiān)控氣體濃度，由嵌入式網關將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶，當發(fā)現(xiàn)氣體濃度不符合要求時，采用通風、換氣等方法來調整，達到適合農作物生長的最優(yōu)濃度。

2.3.2 溫濕度監(jiān)控管理模塊

通過溫濕度傳感器檢測環(huán)境溫度和濕度。農作物在生長過程中，當環(huán)境溫濕度不滿足要求時，通過加熱器和加濕器進行調節(jié)。

2.3.3 光照度監(jiān)控管理模塊

農作物在生長過程中，光照是比較重要的。光照的監(jiān)控對智能農業(yè)具有重要意義。光照度監(jiān)控管理模塊采用光敏電阻采集光照度信息。

2.3.4 紅外感應管理模塊

紅外感應管理模塊用專門設計的傳感器針對性地檢測普通人體發(fā)射的特定波長的紅外線。一旦有人進入探測區(qū)域，當人體紅外線照射到傳感器后，因熱釋電效應，將向外釋放電荷，后續(xù)電路經檢測處理后產生控制信號。

2.4 系統(tǒng)主功能

2.4.1 種植環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測

高精度地測量溫室大棚生產過程中溫室內溫度、濕度、光照強度、土壤溫度、土壤濕度、土壤含水量等數(shù)據(jù)參數(shù)進行分析處理，通過有線或無線網絡傳遞給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，智能控制溫室內溫度、濕度及通風狀況等，自動實現(xiàn)保溫、保濕和歷史數(shù)據(jù)記錄，并以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶。

2.4.2 錯誤報警

系統(tǒng)設定溫濕度等報警閾值。當出現(xiàn)被監(jiān)控點位數(shù)據(jù)異常時，可自動發(fā)出報警信號。報警方式包括現(xiàn)場多媒體聲光報警、網絡客戶端報警、手機短信息報警等。上傳報警信息并進行本地及遠程監(jiān)測，系統(tǒng)可在不同的時刻通知不同的值班人員。

2.4.3 種植視頻監(jiān)控

在育秧階段，用戶隨時隨地通過3G手機或PC遠程訪問的方式查看大棚內部的視頻監(jiān)控圖像，對農作物生長進程進行遠程監(jiān)控。

2.4.4 設備管理

用戶在任何時間、任何地點通過手機或電腦，均可查看室內所有自動化設備的運行狀態(tài)，并可以進行遠程自動化控制和管理。（1）控制加濕器功能。如果大棚內空氣濕度小于設定值，系統(tǒng)自動啟動加濕器；達到設定值后，停止加濕。（2）控制加熱器，給環(huán)境升溫的功能。當溫室內溫度低于設定值時，系統(tǒng)能自動啟動加熱器來升溫，直到溫度達到設定值為止。（3）控制風扇功能。系統(tǒng)能自動開啟風扇加強通風，為植物提供充足的CO2。

2.4.5 數(shù)據(jù)查詢

可查看大棚的實時種植數(shù)據(jù)信息，包括大棚編號、種植品種、空氣溫濕度、光照強度、土壤溫濕度、日照數(shù)情況，可通過選擇大棚的名稱、種植蔬菜的品種等進行數(shù)據(jù)查詢篩選。

2.4.6 種植分析

系統(tǒng)將采集到的數(shù)值進行對比分析，對比相同作物在各大棚的長勢及生長情況（視頻圖像對比，分析種植環(huán)境因素對蔬菜的長勢和產量的影響，形成科學化、低成本種植，提高蔬菜的產量和品質。

2.4.7 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計匯總

系統(tǒng)將采集到的數(shù)值通過直觀的形式向用戶展示時間分布狀況和空間分布狀況，提供日報、月報等歷史報表。

2.4.8 安防監(jiān)測

當大棚周邊有人出現(xiàn)，安防信息采集節(jié)點向主控中心發(fā)送信號，同時報警。

3 結語

智能農業(yè)包括互聯(lián)網、移動互聯(lián)網、云計算和物聯(lián)網技術等，依托部署在農業(yè)生產現(xiàn)場的環(huán)境溫濕度、土壤水分、氧氣和二養(yǎng)化碳濃度、紅外感應等各種傳感節(jié)點和無線通信網絡、實現(xiàn)農業(yè)生產環(huán)境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析、專家在線指導，為農業(yè)生產提供精準化種植、可視化管理和智能決策。

參考文獻

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