基于安卓系統(tǒng)的溫室環(huán)境遠程監(jiān)控模式設(shè)計

王帥

摘要：根據(jù)遼寧省溫室大棚實際情況，開發(fā)研制溫室大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)。概述系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計思路，詳細介紹硬件及軟件的功能和作用。性能測試結(jié)果表明：系統(tǒng)智能化和工作效率高，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定準確，能夠滿足農(nóng)藝對監(jiān)控設(shè)備的要求。

關(guān)鍵詞：溫室；環(huán)境；遠程監(jiān)控；智能；設(shè)計；采集器；控制器

中圖分類號：S625.5；S126 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）09-0048-03

溫室大棚通過提供作物生長的最佳條件，降低四季變化和惡劣氣候?qū)υO(shè)施作物生產(chǎn)的影響，是我國農(nóng)業(yè)重要的組成部分。隨著精細農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展，電子、計算機、通信、自動控制等信息技術(shù)逐漸被引入溫室大棚生產(chǎn)，實現(xiàn)智能遠程信息化監(jiān)控。在此情況下，遼寧省農(nóng)業(yè)機械化研究所在查閱國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)遼寧省溫室大棚種植的實際情況設(shè)計了大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

1 溫室大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

溫室大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括采集傳感器、視頻監(jiān)控器、控制器、采集控制服務(wù)平臺（由安卓環(huán)境開發(fā)）和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺。其中，采集傳感器、視頻監(jiān)控器、控制器為硬件設(shè)備，采集控制服務(wù)平臺和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器平臺為控制軟件。

智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)對獲取的環(huán)境多點監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理，實現(xiàn)小數(shù)據(jù)分析和控制，并通過網(wǎng)絡(luò)云平臺實現(xiàn)大數(shù)據(jù)整合處理，對溫室大棚生產(chǎn)實現(xiàn)遠程智能化監(jiān)控。

溫室大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)工作流程為：傳感器將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送到采集控制器，采集控制服務(wù)平臺進行計算處理后以無線方式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)控制模塊；網(wǎng)絡(luò)控制模塊對數(shù)據(jù)進行整合處理后，通過GPRS發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器平臺；管理人員對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)分析，再通過網(wǎng)絡(luò)控制模塊和采集控制服務(wù)平臺向各個控制器發(fā)送指令，完成相應(yīng)控制。

2 溫室大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要部件設(shè)計

2.1 采集傳感器

采集傳感器包括空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光照度傳感器和二氧化碳濃度傳感器。這些高精度傳感器采集環(huán)境因子數(shù)據(jù)后，均采用低功耗傳輸協(xié)議和太陽能供電方式，將數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸給采集控制服務(wù)平臺，供其進行分析處理和實時顯示。采集傳感器的工作流程如圖1所示。

2.2 控制器

控制器分為降溫控制器、增溫控制器、灌溉控制器、卷簾控制器、二氧化碳控制器和遮陽控制器等。其以監(jiān)測溫室大棚內(nèi)的環(huán)境因子為數(shù)據(jù)依托，將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺進行實時統(tǒng)計、分析、處理，再根據(jù)相關(guān)設(shè)置要求發(fā)送相應(yīng)的控制指令。

采集控制服務(wù)平臺對采集數(shù)據(jù)進行計算處理后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器臺，并根據(jù)相關(guān)設(shè)置（上下限值、恢復(fù)值等）輸出指令，使降溫控制器、灌溉控制器、增溫控制器、卷簾控制器、二氧化碳控制器和遮陽控制器等相關(guān)控制設(shè)備進行相應(yīng)聯(lián)動。采集控制服務(wù)平臺除監(jiān)視各個環(huán)境因子外，還能實時監(jiān)視控制器運行情況，確保其在安全狀態(tài)下運行?？刂破鞴ぷ髁鞒桃妶D2。

采集控制服務(wù)平臺是系統(tǒng)的核心組成部分，其采用板載定制優(yōu)化的Android 4.4系統(tǒng)和穩(wěn)定的英特爾四核處理器，配備26.6 cm（8寸）高清觸控顯示屏，支持多點觸控，可執(zhí)行收發(fā)采集數(shù)據(jù)和控制指令等任務(wù)，并實時顯示采集數(shù)據(jù)、報警信息和相關(guān)設(shè)置。采集控制服務(wù)平臺的工作流程見圖3。

2.3 服務(wù)平臺

溫室大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用本地監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控2種工作模式并行運行。采集控制服務(wù)平臺主要用于棚區(qū)集群化大范圍監(jiān)控，可視化程度高，可根據(jù)需要架設(shè)整個范圍的監(jiān)控。采集控制服務(wù)平臺與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺相連后，數(shù)據(jù)接收可實現(xiàn)同步。更改設(shè)置時，采集控制服務(wù)平臺與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺同步變化，采集控制服務(wù)平臺端控制權(quán)重高于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺。

環(huán)境數(shù)據(jù)通過采集控制服務(wù)平臺發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制器后，網(wǎng)絡(luò)控制器對多個棚內(nèi)的數(shù)據(jù)進行整合處理，并發(fā)送至采集控制服務(wù)平臺和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺對數(shù)據(jù)進行存儲并寫入數(shù)據(jù)庫進行分析，并可在前臺進行實時顯示及多種方式的歷史查詢，即網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺可提供歷史記錄查詢功能，其工作流程見圖4。

3 溫室大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)性能測試

3.1 測試條件

2017年4—6月，在新民試驗地進行大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)性能試驗，以檢驗系統(tǒng)的工作可靠性，并為系統(tǒng)改進提供依據(jù)。測驗項目有溫度、濕度、光照度等環(huán)境因子及降溫、灌溉等功能控制。

3.2 溫度和動作監(jiān)控測定

在試驗棚中的兩側(cè)及中間，分別放置3組空氣溫濕度傳感器和3組溫度計，對比遠程獲取溫度和溫度計溫度，確認二者溫度顯示一致。在采集控制器上設(shè)置報警制動和恢復(fù)范圍值，降溫制動情況與設(shè)定值一致，試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

3.3 土壤濕度和噴灌監(jiān)控測定

將3組土壤溫濕度傳感器和3組土壤濕度計分別放置在大棚兩側(cè)及中間，對比遠程獲取的濕度和濕度計濕度，確認濕度顯示基本一致。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺上設(shè)置報警制動和恢復(fù)范圍值，動作信號正常，動作數(shù)值與設(shè)定值一致，具體的試驗數(shù)據(jù)見表2。

3.4 光照度與卷簾機監(jiān)控測定

在光照度與卷簾機監(jiān)控試驗中，以光照度界值作為卷簾機卷起和落下的指標(biāo)。光照度傳感器放置在棚外感應(yīng)天氣變化，一般來說，晴朗白天的光照度超過100 Lux，陰天的光照度在50～100 Lux之間。閥值設(shè)置應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境進行。試驗當(dāng)日為晴天，試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果見表3。

3.5 系統(tǒng)性能分析

性能試驗數(shù)據(jù)表明：系統(tǒng)智能化和工作效率較高，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定準確，能夠滿足農(nóng)藝對監(jiān)控設(shè)備的要求，且故障少、維護方便。性能測定及用戶反饋結(jié)果還表明，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不好的地區(qū)，該系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)采集功能會受影響，需要在基站和棚區(qū)間加裝信號增益設(shè)備。

4 結(jié)論

新研發(fā)的溫室大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)大棚環(huán)境因子采集和控制的集成化聯(lián)動，同時，無線采集傳感器可放置在棚內(nèi)不同位置，且一個棚內(nèi)可放置多個同類型的傳感器，易于實現(xiàn)多棟大棚集群控制。大棚智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用前景較為廣泛，為連棟溫室大棚信息化管理提供適用裝備支撐。

參考文獻

[1] 田野，徐保強，于欣欣.溫室大棚環(huán)境遠程監(jiān)控及自動灌溉系統(tǒng)的設(shè)計[J].機械工程與自動化，2015（3）：149-151.

[2] 侯波，徐小華，胡曉飛.基于LabVIEW和GSM的溫室大棚環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（1）：393-395.

[3] 王春峰，曹桂玲，陳威威，等.基于總線技術(shù)和GPRS的溫室環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)機化研究，2014，36（11）：195-198.

Abstract： Intelligent remote monitoring system of greenhouse was developed according to the actual situation of greenhouse in Liaoning province. This paper summarized the composition and design ideas of the system， and introduced in detail the function and role of the hardware and the software. The performance testing results showed that： The intelligence and high efficiency of the system with stable and accurate date collected could meet the requirements of the agronomy on monitoring equipment.

Key words： greenhouse； environnent； remote monitoring； intelligence； design； collector； controllerendprint