物联网温室智能管理平台的研究

2016-05-14马巍王新张亮王瑛彤姜彩宇

农业与技术 2016年7期

马巍王新张亮王瑛彤姜彩宇

摘要：目前，大多数智能温室控制技术都是模仿研究，具有自主知识产权的技术和产品少，还没有比较成熟的具有自己特色的技术装备，国际市场上竞争力不强。虽然在自动采集软件和远程网络技术方面取得了进展，但就全国而言应用覆盖率仍然很低。本项目通过传感器技术、互联网技术进行信息采集和数据传输，对作物生长状态进行准确判断。对信息进行整合和优化，实现智能灌溉，提高效率，进而达到促进作物生长最优条件的目的。

关键词：农业工程；温室管理；物联网设施农业；传感器

中图分类号：S2 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160431028

1 方案设计

物联网温室智能管理平台融合智能感知、识别、控制技术与计算机、网络技术，通过传感器集群对温室内环境诸多因子进行实时监测，采用近场无线通信与下位计算机对数据进行统计、汇总后采用互联网平台传输至主控计算机，主控计算机通过专用的数据库软件对数据进行比对和判定后，发出控制指令，通过下位机对滴灌泵、肥类泵、农药泵、CO2发生器进行自动控制，最终完成温室环境与农作物生长条件的自动调节与控制。整个平台实现了作物数据的实时更新，作物影像的实时查看，温室系统的实时控制，是物联网技术在农业上应用的重要成果。

该平台由硬件系统和软件系统2部分组成，其中硬件部分主要由数据采集设备、传感器和传输设备、显示设备及通信系统组成，软件部分主要由作物生长数据库、数据采集系统、温室控制系统、网络数据中心及移动端APP组成。项目建设以信息技术、数字处理技术为支撑，利用计算机网络对棚室作物生长状况进行实时监测，通过传感器和传输设备，获得各类信息并进行综合处理，以此建立作物灌溉系统。

2 硬件系统

2.1 通过优选

构成的传感器模组，包括环境温湿度传感器、土壤温湿度传感器、CO2浓度传感器、日照强度传感器、雨量传感器、植物光谱分析仪、土壤元素分析仪。

2.2 控制机构

包括各管路关联电磁阀、水泵、通风电机、遮阳步进电机等组成。

2.3 通信系统

包括远程通信及近场通信。远程通信系统包括使用运营商的2G/3G/4G网络传输，近场通信包括传感器与主控电脑之间的无线传输模块。

3 软件系统

3.1 作物生长管理数据库的建立

建立符合吉林省省情的几种代表性作物的生长规律模型，模型包括作物在每一生长阶段的需水、温度、肥料、农药等参数，将传感器获取的数据与之进行比对，实现数字化温室自动操作。我中心经过长期试验得出了一整套相关作物的生长数据，通过数据可以避免传统作物种植过程中凭经验灌溉、施肥、喷洒农药等过程的浪费，同时也避免了因施肥和喷洒农药过量而造成土壤板结、农药化肥所造成的污染。编写数据结构体系，以“高速数据读写，降低数据冗余”方式优化数据结构。

3.2 温室智能控制系统

通过传感器模组采集的数据，对整个温室的环境因子按照历史数据，作物最优生长数据等依据进行控制，发送控制信号至操控机构，实现温室环境的调节。

3.3 网络数据中心

该中心不仅保留原始数据库，而且及时更新当前作物数据，同时可以实现授权用户的远程管理。

3.4 移动端APP 开发

实现在移动设备上对于温室的实时管理，完全体现了物联网价值。

4 该系统具有的功能

4.1 系统可根据用户输入各地块种植作物、土壤类型（也可从计算机中调用）后，系统便会根据作物生产的气象条件、土壤养分状况等，动态监测棚室温度变化、土壤含水量的变化，日照强度的变化，棚室内CO2的浓度等参数。然后自动精确的控制作物生长期间所需的灌溉、通风、加热、光照、追肥因素等。

4.2 除自动控制外，系统还设定了半自动控制方式。所谓半自动控制方式，就是指系统允许用户根据实际情况控制开停机。用户可人为的启动或关闭阀门。

4.3 系统可根据作物生长期间的作物生长状况、土壤类型、土壤养分状况、气象等条件，提供几种作物智能控制的决策实施方案。用户在种植一类新作物时，可以在控制器上修改参数，满足实际情况的需要，具有良好的扩展性。

4.4 控制器采用专用单片机外围接口芯片设计，可靠性高；使用标准RS-232串口，与计算机机连接，交换数据，实现在线实时检测。系统设有自动断电记忆功能。

参考文献