基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚控制系統(tǒng)

鐘國(guó)榮　吳世海　鮑義東　王蓉

摘要：溫室大棚在引進(jìn)先進(jìn)的信息技術(shù)后，已向智能化方向靠攏，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，則使其智能化程度更高。本文主要針對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能溫室大棚控制系統(tǒng)

智能溫室大棚控制系統(tǒng)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、管理、控制功能，且這些功能可同時(shí)體現(xiàn)在多個(gè)大棚管理中。在溫室大棚設(shè)計(jì)中，除了有效應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)外，還要集成傳感技術(shù)及其他先進(jìn)技術(shù)，使大棚的集中控制力度更大。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)及硬件等進(jìn)行設(shè)計(jì)，使這些設(shè)計(jì)內(nèi)容協(xié)調(diào)組織在一起，共同滿足控制要求。

1基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在集成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，種植人員可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)設(shè)備，與智能溫室大棚及相關(guān)設(shè)備建立信息交互關(guān)系，相關(guān)的傳感設(shè)備會(huì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)信息，如蔬菜生長(zhǎng)情況、環(huán)境變化情況等，這些信息會(huì)以圖文并茂或視頻等方式傳遞給中央控制設(shè)備，該設(shè)備會(huì)建立相關(guān)模型，對(duì)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果，自動(dòng)調(diào)控風(fēng)機(jī)、加溫補(bǔ)光設(shè)備等，使其能改善室內(nèi)環(huán)境，為農(nóng)作物提供最佳生長(zhǎng)環(huán)境。種植人員可以通過(guò)設(shè)備了解大棚內(nèi)部的作物生長(zhǎng)情況，也可以通過(guò)智能終端，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的相關(guān)信息，而該系統(tǒng)也可以提供額外的種植知識(shí)等，使大棚得到高效管理。這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要以下三方面。

1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

集成了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能大棚控制系統(tǒng)總體架構(gòu)主要為物聯(lián)網(wǎng)DCM三層架構(gòu)形式，每層架構(gòu)都可以提現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其可以提供相關(guān)的功能服務(wù)，使智能系統(tǒng)整體的可視化、智能化、一體化等特點(diǎn)更高。三層架構(gòu)中的感知層主要利用傳感設(shè)備來(lái)完成大棚現(xiàn)場(chǎng)的各種信息監(jiān)測(cè)、傳遞工作，傳輸層主要連接傳感層，將監(jiān)測(cè)的信息傳遞給系統(tǒng)控制中心。而系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)層則直接連接用戶終端，使用戶能隨時(shí)了解大棚智能控制信息和控制效果。

1.2系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)智能控制過(guò)程可以總結(jié)為數(shù)據(jù)采集查詢、分析，設(shè)備參數(shù)調(diào)控等。按照這些功能要求，設(shè)計(jì)人員需要設(shè)計(jì)相關(guān)的平臺(tái)，該平臺(tái)主要連接各個(gè)功能模塊，使功能有實(shí)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。在傳感器數(shù)據(jù)查詢中，系統(tǒng)需要結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)，為傳感設(shè)備提供相關(guān)的信息，包括歷史信息，用戶可以對(duì)任何時(shí)間的信息進(jìn)行查詢，以制定相關(guān)的管理方案。在預(yù)警通知預(yù)處理模塊設(shè)計(jì)中，其需要與監(jiān)測(cè)模塊連起來(lái)，以及時(shí)接收該模塊傳遞的設(shè)備故障檢測(cè)信息等。在模塊作用過(guò)程中，用戶終端設(shè)備會(huì)接收系統(tǒng)傳遞的信息。如果大棚中的性能參數(shù)過(guò)大或過(guò)小，該模塊會(huì)發(fā)出預(yù)警，使用戶人員能及時(shí)接收相關(guān)警告信息。在設(shè)備遠(yuǎn)程控制機(jī)參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要將控制模塊有效連接在一起，使各種功能模塊的作用得到有效發(fā)揮，如降溫、通風(fēng)、遮陽(yáng)等。無(wú)論是手動(dòng)遠(yuǎn)程控制，還是自動(dòng)控制，都可以使相關(guān)設(shè)備設(shè)施發(fā)揮出調(diào)控功能，以使溫室大棚內(nèi)部環(huán)境更加滿足作物生長(zhǎng)。在系統(tǒng)用戶管理模塊設(shè)計(jì)中，主要方便用戶登錄，賦予用戶管理權(quán)和數(shù)據(jù)查詢權(quán)。系統(tǒng)也可以對(duì)用戶角色進(jìn)行管理，使用戶的增刪、改等操作接受監(jiān)督控制。

1.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件需要完成數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析控制等工作。在硬件設(shè)計(jì)中，主要將相關(guān)型號(hào)的單片機(jī)作為控制核心，其會(huì)對(duì)大棚中的各種傳感設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，這些設(shè)備的信息可以隨時(shí)傳遞給該核心。單片機(jī)還會(huì)采集電壓和電流信息，這些信息可以反映相關(guān)數(shù)據(jù)的變化情況。數(shù)據(jù)中心和檢測(cè)平臺(tái)可以完成數(shù)據(jù)分析工作。檢測(cè)平臺(tái)需要根據(jù)實(shí)際情況，發(fā)布相關(guān)的指令，使大棚中的子系統(tǒng)發(fā)揮功能，自行調(diào)控，以保證大棚內(nèi)部環(huán)境滿足要求。

2智能溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊

2.1主控模塊設(shè)計(jì)

單片機(jī)主控器的型號(hào)為AT89S52，其在節(jié)能降耗和性能提高上有顯著優(yōu)勢(shì)，單片機(jī)的CMOS為8位形式，其內(nèi)部的存儲(chǔ)器可反復(fù)擦寫次數(shù)較多，其只具備只讀功能，其存儲(chǔ)技術(shù)密度較高，具有非易失性、兼容性較強(qiáng)的特點(diǎn)，其內(nèi)部指令系統(tǒng)及引腳結(jié)構(gòu)都在主控功能實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮著重要作用。此外芯片中還有中央處理器和專門的存儲(chǔ)單元，這都為嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)作用實(shí)現(xiàn)提供了價(jià)值。

2.2控制電路設(shè)計(jì)

在智能溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除去系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)外，設(shè)計(jì)人員還要注重系統(tǒng)連接電路的設(shè)計(jì)，使其能配合系統(tǒng)，完成控制工作。控制電路子系統(tǒng)中主要控制設(shè)備為繼電器，其不僅可以決定控制系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，還可以控制電路和設(shè)備，使其不會(huì)輕易出現(xiàn)故障，即使出現(xiàn)故障，該繼電器也可以擔(dān)當(dāng)開(kāi)關(guān)角色，使控制系統(tǒng)中的故障部分遠(yuǎn)離系統(tǒng)。該繼電器主要通過(guò)電子控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)目的，其具備輸入和輸出兩種回路，所以在自動(dòng)控制回路中應(yīng)用效果顯著。其本質(zhì)為自動(dòng)開(kāi)關(guān)，這種開(kāi)關(guān)可以用小電流控制大電流，所以其可以很輕易塑造安全環(huán)境。其也能對(duì)電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)處于安全運(yùn)行狀態(tài)，其在自動(dòng)調(diào)節(jié)方面也有顯著優(yōu)勢(shì)。將其納入到大棚系統(tǒng)中，可以通過(guò)主控機(jī)來(lái)控制該種器件，使其接收指令，并配合執(zhí)行器執(zhí)行指令，使大棚內(nèi)部的溫度環(huán)境實(shí)現(xiàn)自行調(diào)控。

3結(jié)語(yǔ)

在智能溫室大棚設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要考慮農(nóng)業(yè)種植需求，需要考慮到當(dāng)?shù)丨h(huán)境變化情況，還要基于資源優(yōu)化配置及作物科學(xué)管理等目的，來(lái)保證大棚的作用價(jià)值。智能溫室大棚需要滿足的功能有很多，設(shè)計(jì)人員要逐一設(shè)計(jì)相關(guān)的功能模塊，使大棚內(nèi)部環(huán)境得到有效調(diào)節(jié)和改善，使相關(guān)異常問(wèn)題得到有效預(yù)警，如此其大棚智能化控制意義才能得到體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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