基于物聯(lián)網(wǎng)的北方溫室大棚智能管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用建議

孫秀娣

摘 要 在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸完善、成熟的背景下，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在北方溫室大棚智能管理系統(tǒng)中具有重要意義。從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)出發(fā)，探討智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，分析智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，從而提高溫室大棚管理系統(tǒng)的綜合利用效益，為促進(jìn)我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)及農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);北方溫室大棚;智能管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：S625;TP391.44;TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.15.101

在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代及信息化時(shí)代，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入研究和應(yīng)用是提高社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展水平的重要措施。在推動(dòng)我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)與發(fā)展的過程中，加強(qiáng)基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚智能管理系統(tǒng)研究工作，可以提高農(nóng)村地區(qū)的現(xiàn)代化發(fā)展水平。在具體的研究中，需要以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)各種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用，推動(dòng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。利用溫室大棚管理系統(tǒng)可以對(duì)在溫室大棚中的農(nóng)作物生長(zhǎng)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及精準(zhǔn)控制，從而提高溫室大棚種植效益，對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)種植的信息化與智能化發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)主要是將傳感器技術(shù)、智能嵌入技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、智能處理技術(shù)及納米技術(shù)等技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的控制精度比較高，傳輸過程也相對(duì)可靠，可以對(duì)多種信息進(jìn)行全面處理，是促進(jìn)社會(huì)現(xiàn)代化與智慧化發(fā)展的重要技術(shù)類型。在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要從以下方面出發(fā)，保證物聯(lián)網(wǎng)各層功能的有效性。1）感知層。感知層的主要功能是利用傳感器網(wǎng)絡(luò)，全面感知和接觸被感應(yīng)物，然后從不同的角度對(duì)感應(yīng)物進(jìn)行辨析，獲取感知數(shù)據(jù)。根據(jù)感知任務(wù)的實(shí)際條件對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理，可以從多個(gè)方面深入了解關(guān)鍵信息，并將信息上傳至網(wǎng)絡(luò)上，完成互換傳輸過程。在感知層運(yùn)行過程中，感知結(jié)果可以通過執(zhí)行器對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行智能監(jiān)控，有利于全面掌握物品信息，完成查詢、跟蹤、物品處理等各項(xiàng)功能。2）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)等方式完成數(shù)據(jù)傳輸工作。在網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)用過程中，其主要目的是傳遞信息。網(wǎng)絡(luò)層可以將所有的設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中，如移動(dòng)通信網(wǎng)、人造衛(wèi)星、網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)等，這些設(shè)備硬件支持能力相對(duì)良好，可以在比較復(fù)雜的軟件協(xié)議中應(yīng)用[1]。3）應(yīng)用層。應(yīng)用層屬于物聯(lián)網(wǎng)的最頂層位置。應(yīng)用層的主要功能是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的不同應(yīng)用。在北方溫室大棚智能管理系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)過程中，要格外關(guān)注應(yīng)用層功能的設(shè)計(jì)分析工作，才能充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。目前，在應(yīng)用層設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的系統(tǒng)平臺(tái)，利用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)感知層完成數(shù)據(jù)采集，保證應(yīng)用效果，才能夠充分發(fā)揮作用。在現(xiàn)實(shí)生活中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要表現(xiàn)在智能交通系統(tǒng)、環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等，可以根據(jù)具體的需求提供相應(yīng)服務(wù)，功能相對(duì)完備。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能管理系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)北方溫室大棚智能控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，以此為基礎(chǔ)提高智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平，1）保證系統(tǒng)的平穩(wěn)性，確保系統(tǒng)在后期運(yùn)行中的安全性?？梢詫?duì)智能化農(nóng)業(yè)溫室大棚進(jìn)行全過程、全面實(shí)施監(jiān)控。同時(shí)，要準(zhǔn)確及時(shí)收集數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)輸送、統(tǒng)計(jì)及錄入等工作，保證智能控制系統(tǒng)順利運(yùn)行，并在確保大量數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定傳輸?shù)耐瑫r(shí)，提高智能控制系統(tǒng)運(yùn)行效率。2）提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，保證其具有較強(qiáng)的普遍適用性。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，必須充分考慮到應(yīng)用成本，盡可能減少投入，降低成本[2]。在最開始設(shè)計(jì)時(shí)，需要先完成試驗(yàn)工作，在最大程度上對(duì)各種資源進(jìn)行利用，節(jié)約資源。同時(shí)，最大程度上提高信息化技術(shù)和高科技的應(yīng)用效果，對(duì)信息數(shù)據(jù)資源進(jìn)行充分收集，以獲取更多的設(shè)計(jì)靈感，提高物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平。3）要提高系統(tǒng)的可操作性。在智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，需要認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)的主要服務(wù)對(duì)象，盡可能提高系統(tǒng)的可操作性，保證在后期操作過程中易上手，同時(shí)要降低維護(hù)價(jià)格，盡可能省去繁雜的操作步驟，使用戶能夠快速上手，明確系統(tǒng)的使用方法。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行后期維護(hù)時(shí)，也要縮減成本費(fèi)用，確保系統(tǒng)價(jià)格實(shí)惠。4）要提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。在設(shè)計(jì)工作中，需要考慮到更新?lián)Q代問題，主要是當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)發(fā)展速度較快，尤其是信息技術(shù)的更新?lián)Q代速度較快。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要盡可能提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，才能根據(jù)技術(shù)不斷完善和改進(jìn)進(jìn)行升級(jí)，保證系統(tǒng)順應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展需求。

2.2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

在數(shù)據(jù)采集工作中，每個(gè)傳感器都要保證統(tǒng)一使用時(shí)間。因此，必須利用統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)統(tǒng)一授時(shí)信號(hào)校正時(shí)間。在大棚智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)不同的數(shù)據(jù)采集方式進(jìn)行對(duì)比分析。1）一般情況下，在采集節(jié)點(diǎn)上可以裝配分布式采集代理完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。分布式采集可以及時(shí)將獲取的各種信息利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器，然后采集服務(wù)器可以對(duì)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將處理后的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫內(nèi)。2）集中式數(shù)據(jù)采集方式主要是在信息采集終端裝置數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，并配置特定端口進(jìn)行監(jiān)管作業(yè)。利用集中方式對(duì)不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)管和獲取數(shù)據(jù)。采集服務(wù)器需要先對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和歸納，并將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，然后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和應(yīng)用。集中式數(shù)據(jù)采集方式能夠提高數(shù)據(jù)采集效率，有利于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中化管理和分析，充分挖掘數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值[3]。

2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也是智能控制系統(tǒng)過程中必須關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較大，可以利用設(shè)備保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不需要人值守，可以利用自帶能源進(jìn)行供電，動(dòng)態(tài)性也相對(duì)較強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用需求。但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟资芡饨绺蓴_而出現(xiàn)變化。一般情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要包括協(xié)調(diào)器、路由器、數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)及控制節(jié)點(diǎn)等。其中數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)是保證無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用的重要環(huán)節(jié)。在對(duì)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行確定時(shí)，主要從溫度采集節(jié)點(diǎn)、二氧化碳采集節(jié)點(diǎn)等角度出發(fā)，保證數(shù)據(jù)采集的全面性。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，將獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果上傳到控制系統(tǒng)，達(dá)到對(duì)溫室大棚進(jìn)行智能控制的目的[4]。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究中的重要技術(shù)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕δ苁菍⑿畔鬏數(shù)娇刂乒?jié)點(diǎn)，對(duì)溫室大棚的實(shí)際情況進(jìn)行合理控制。在數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需要盡可能提高數(shù)據(jù)信息的采集效率及準(zhǔn)確性、及時(shí)性，才能夠?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸效率奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)用中，需要對(duì)信息傳輸方式進(jìn)行合理選擇。傳輸方式主要包括有線傳播及無線傳播兩種。其中有線傳輸主要是在點(diǎn)與點(diǎn)之間鋪設(shè)有線電路，然后實(shí)現(xiàn)信息與信息交換作業(yè)。有線傳輸?shù)淖畲笕秉c(diǎn)是需要鋪設(shè)電路，導(dǎo)致信息傳輸成本增加，且線路受到輻射會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和穩(wěn)定性。此外，在線路后期拓展過程中，為保證有線傳輸能夠充分發(fā)揮作用，需要重新布線，因此，會(huì)影響更新?lián)Q代速度。而無線傳輸方式主要包括WiFi、GPRS無線傳輸、藍(lán)牙等，這些都是目前比較常見的無線傳輸技術(shù)。因此，可以根據(jù)具體的信息傳輸，綜合考慮不同無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，合理選擇數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸水平[5]。

2.5 硬件設(shè)計(jì)

除了對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚智能管理系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)之外，還要關(guān)注網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì)。ARM是網(wǎng)關(guān)的核心部分，可以對(duì)無線網(wǎng)卡、攝像頭、GPRS模塊和顯示器等進(jìn)行有效協(xié)調(diào)。此外，還需要完成檢測(cè)模塊、控制模塊、主電路控制模塊等設(shè)計(jì)工作，確保硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)相適應(yīng)。

3 結(jié)語

在我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化發(fā)展，需要對(duì)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用。隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在很大程度上推動(dòng)了我國(guó)農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)作為新型技術(shù)，在很多領(lǐng)域中的應(yīng)用逐漸普遍，且已經(jīng)取得一定成就。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可以對(duì)農(nóng)業(yè)活動(dòng)進(jìn)行有效管制，提高我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，提升我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)流通性，從而推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。在以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)北方溫室大棚智能管理系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮到物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)，從智能管理系統(tǒng)自身出發(fā)，確保設(shè)計(jì)工作的有效性。關(guān)注在智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，從數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等角度出發(fā)，提高系統(tǒng)的應(yīng)用水平。同時(shí)，關(guān)注系統(tǒng)硬件設(shè)備的選擇，確保硬件設(shè)備能夠與軟件設(shè)備相適應(yīng)，以充分發(fā)揮溫室大棚智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提高溫室大棚的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：趙中正）