基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智慧農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

□文/劉元?jiǎng)?熊剛 胡啟迪 任朝輝 彭潁 汝春瑞

過(guò)去我國(guó)農(nóng)作物之所以產(chǎn)量較高，其根本原因是肥料、農(nóng)藥的投入較多。然而這種傳統(tǒng)粗放式的種植模式，并沒(méi)有將農(nóng)藥、水資源、肥料進(jìn)行科學(xué)地利用，會(huì)產(chǎn)生較為顯著的污染問(wèn)題。這種傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式主要是利用農(nóng)民自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施肥與灌溉，這不僅浪費(fèi)較多的人力和物力，還會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境帶來(lái)不利影響。如今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持，借助自動(dòng)化、傳感技術(shù)，對(duì)農(nóng)作物種植環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管，進(jìn)行智能化施肥與灌溉，這不僅有助于相關(guān)資源的科學(xué)利用，同時(shí)人力、物力也能得到顯著的節(jié)約。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智慧農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)對(duì)大棚監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有著十分重要的影響，通常完善的智慧大棚系統(tǒng)涉及四大硬件模塊：第一，溫濕度傳感模塊。這可以借助于RFID 技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，同時(shí)還需要使用到SHT10 芯片，它有著頗高的精準(zhǔn)度，而且在測(cè)量靈敏度方面表現(xiàn)出色。監(jiān)控系統(tǒng)若是發(fā)現(xiàn)大棚環(huán)境溫度超高，就會(huì)激活風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行排風(fēng)；若是濕度過(guò)低，則啟動(dòng)加濕器加以調(diào)控［1］。第二，土壤含水與溫度傳感模塊。通過(guò)熱敏電阻能夠?qū)ν寥罍囟冗M(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，在對(duì)溫度判斷的基礎(chǔ)上，借助于土壤介電常量就能對(duì)含水量信息進(jìn)行獲取。若是含水量頗低，該系統(tǒng)就會(huì)激活灑水裝置，對(duì)環(huán)境空間進(jìn)行補(bǔ)水。第三，CO2含量傳感模塊。主要是利用NDIR機(jī)制對(duì)紅外光進(jìn)行吸收，進(jìn)而對(duì)大棚空氣中的CO2含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，它有著頗高的精準(zhǔn)度。第四，光照傳感模塊。借助于光敏部件對(duì)光照度進(jìn)行感知，并將該信息轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，接著傳遞至系統(tǒng)中心加以處理，進(jìn)而判斷是否啟動(dòng)遮陽(yáng)簾，減少陽(yáng)光直射面積，從而對(duì)光照度加以調(diào)控。

（二）軟件設(shè)計(jì)

軟件開(kāi)發(fā)涉及三大模塊，分別為服務(wù)器、前、后臺(tái)模塊。其中前臺(tái)模塊主要涉及瀏覽、檢索、登錄等功能，不僅可以對(duì)有關(guān)信息進(jìn)行采集，還能檢索歷史信息。后臺(tái)模塊需要較高權(quán)限才能登入，可以對(duì)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。服務(wù)器模塊可以對(duì)通信與管理終端進(jìn)行對(duì)接，重點(diǎn)采集客戶端、WEB端、控制模塊所傳遞的各類信息［2］。

（三）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

所有收集的信息和數(shù)據(jù)中包括溫室內(nèi)的空氣濕度、光纖功率、土壤溫度和濕度以及溫室編號(hào)。房間管理臺(tái)會(huì)收集溫室維護(hù)明細(xì)的所有真實(shí)信息，包括名稱、狀態(tài)等屬性的標(biāo)識(shí)信息，溫室名稱、用戶名和客戶信息都存儲(chǔ)于管理表內(nèi)［3］。

二、智慧農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與部署應(yīng)用

（一）系統(tǒng)登錄

對(duì)用戶的登入資格進(jìn)行判斷，則是登錄模塊的核心工作。系統(tǒng)管理員角色為Admin，倘若普通用戶進(jìn)入到本系統(tǒng)，必須擁有管理員資質(zhì)，然后再錄入相應(yīng)的口令，系統(tǒng)會(huì)對(duì)錄入的信息進(jìn)行判斷，并調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析。此時(shí)結(jié)果可能為：第一，此賬號(hào)在數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在；第二，口令可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。若是賬戶存在口令錯(cuò)誤，系統(tǒng)就會(huì)給出相應(yīng)提醒，要求錄入正確口令；若是賬戶沒(méi)有檢索到，就會(huì)給出不存在著此賬戶提醒框［4］。該登入過(guò)程涉及匹配、驗(yàn)證表、權(quán)限模塊、錯(cuò)誤表，不同模塊得到相應(yīng)的匹配之后才能正式登入系統(tǒng)。

（二）病蟲(chóng)害診斷

因?yàn)榇笈飪?nèi)所種植的農(nóng)作物種類較為豐富，容易產(chǎn)生各種病蟲(chóng)害。為了解決此問(wèn)題，就需要該智能大棚系統(tǒng)對(duì)病蟲(chóng)害進(jìn)行科學(xué)診斷［5］。該智能系統(tǒng)能對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)周期進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，從而判斷是否發(fā)生病蟲(chóng)害。例如大棚內(nèi)部種植了西紅柿，其主要構(gòu)成包括根、葉、花、果實(shí)，若是該農(nóng)作物出現(xiàn)了紅褐色病變、壞死等，或轉(zhuǎn)變成紅色，或看不見(jiàn)維管束等，這就說(shuō)明此農(nóng)作物已有病蟲(chóng)害。若是檢測(cè)到葉背面出現(xiàn)了白霉層，或者老化斑駁，那么也意味著出現(xiàn)了病蟲(chóng)害。在花旗后，病蟲(chóng)害的表現(xiàn)為果實(shí)霉變等［6］。若是出現(xiàn)這種問(wèn)題，系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)給出報(bào)警，從而給予及時(shí)處理，提升農(nóng)作物產(chǎn)量。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)相應(yīng)信息，利用系統(tǒng)對(duì)傳感器的圖像資料進(jìn)行綜合分析，之后可以對(duì)它進(jìn)行判定。

（三）決策支持

在具體決策支持環(huán)節(jié)，主要涉及三個(gè)關(guān)鍵模塊，即滴管、補(bǔ)光、風(fēng)機(jī)決策。這些決策子系統(tǒng)主要立足于傳感數(shù)據(jù)，通過(guò)分析判斷再完成后續(xù)的執(zhí)行動(dòng)作。若是發(fā)現(xiàn)棚內(nèi)有著較高的溫度，就會(huì)激發(fā)風(fēng)機(jī)模塊，在滿足溫度標(biāo)準(zhǔn)后就能自動(dòng)停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行。每天的早晨8 點(diǎn)將滴管啟動(dòng)，中午12點(diǎn)將其關(guān)閉，從而對(duì)大棚的濕度進(jìn)行科學(xué)控制［7］。為了對(duì)系統(tǒng)智能水平進(jìn)行有效提升，在設(shè)計(jì)程序之際，還需要引入智能檢驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)決策服務(wù)進(jìn)行啟用。若是需要檢驗(yàn)時(shí)間信息，那么本系統(tǒng)可以直接與因特網(wǎng)進(jìn)行對(duì)接，對(duì)實(shí)踐進(jìn)行校準(zhǔn)，從而為滴管的開(kāi)啟進(jìn)行精準(zhǔn)決策。此外，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后，還需要進(jìn)行重新判定，目的就是使得本系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著科技的發(fā)展，不同行業(yè)的生產(chǎn)模式都有了顯著改變，現(xiàn)代化、信息化水平有了較為顯著的提升，我國(guó)農(nóng)業(yè)無(wú)疑是重要的支柱型行業(yè)，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，已經(jīng)成功升級(jí)為智慧農(nóng)業(yè)。為了對(duì)大棚環(huán)境中的溫濕度等參量及時(shí)掌握，完成該智慧大棚監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。具體需要從軟硬件兩個(gè)層面著手，可以支持權(quán)限登錄、病蟲(chóng)害診斷、決策支持、遠(yuǎn)程控制等諸多功能，通過(guò)相關(guān)自動(dòng)化控制，可以為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供優(yōu)良的環(huán)境支持。