农村温室大棚智能监控系统新方向研述

向晨+崔登峰

摘要：随着城市化和工业化的快速发展，农村发展面临的资源不足和效率不高等问题愈发严重。尽管我国进行了多次土地改革，但土地资源有限，作物受时令影响的问题依然无法解决。中国农业的发展必须走现代化的道路，在有限的土地资源下提高生产效率，这样才能实行高效农业。温室大棚，近些年愈发受到人们的重视。温室大棚已经成为高效农业的一个重要的组成部分，在农业的现代化发展中起到了不可忽视的作用。国外的温室大棚价格昂贵，普通农民无法负担，且缺乏与我国气候相适应的系统和检测软件。因此，为了推动我国农业的发展，提高农业生产中的效率，必须对温室大棚的温度、湿度、二氧化碳含量进行合理的调控，使之形成适宜作物生长的环境

关键词：温室大棚；农村；种植；智能监控系统

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0258-02

随着农业技术的不断发展和国家三农政策的不断倾斜，温室大棚技术已经取得了不错的发展，但是真正利用传感器来进行数据监测并通过系统对环境进行调节的大棚还很少，温室大棚智能控制尚未得到普及，而市场对这种智能控制系统的需求愈发迫切。我国农村的温室大棚多数为传统的温室大棚。这是在温室技术发展的初期采用的手段，通过温度计等设备获取温度信息，并根据管理人员自身多年的经验积累控制各种环境变量。监控和执行全靠种植者自身。这种方式效率低下，需要管理人员有着丰富的经验，不适合农业现代化生产的需要。所以传统的温室大棚管理方式已经展示出了诸多局限。

1 智能温室大棚监控系统概述

1.1 温室大棚系统结构

智能温室大棚监控系统结构图如下：

该系统通过传感器采集数据，通过RS485/232转换器转换为可读数据并保存到服务器。用户可以通过Internet连接到服务器对各种信息进行查看。服务器可以对各种数据进行分析若超过用户设定阈值则会触发电话报警、短信报警、声光报警。同时，服务器还可接受用户命令并通过连接到的空调、加热器、排气扇等对温室环境因子进行调控。数据传输主要以无线的形式传输。因为无线传输跟有线传输相比，连接更为方便、传输范围更大、更适应于农村复杂地貌等特点。种植者即使足不出户也能获取有关农作物生长情况的信息并根据信息对生长环境进行相应的调控。

1.2 技术路线

该系统使用传感仪表对大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度，二氧化碳浓度，光照强度等参数进行测量并传输到树莓派上，树莓派通过无线接入点将数据转发到服务器上，再利用基于J2EE和Html5+CSS的Web版监控系统来对测量的数据进行处理。用户可以通过PC访问和WAP访问从服务器获取数据。通过模型分析，可以自动控制温室湿帘风机，喷淋滴灌，内外遮阳，顶窗侧窗，加温补光等设备，同时，网页采用Bootstrap构建动态网站，可以实现手机动态浏览，还可以向管理者实时推送监测信息，实现温室大棚信息化，智能化远程管理。

1.2.1 系统层次

该系统主要分为物理层、中间层、应用层三层

1）物理层：物理层具有各种传感器装置，可以采集数据并传输给中间层。还具有各种装置如空调、加热器等来控制温室大棚的环境因子。

2）中间层：中间层由数据处理模块、数据分析模块、SQL数据库、Web服务器组成。数据处理模块用于处理来自于传感器中的原始数据并存到数据库中；数据分析模块用于分析存储在数据库中的信息来获得农作物生长的环境和生长状况。SQL数据库用于储存各类数据，Web服务器为用户提供服务使其可以在用户控制界面对系统分配任务。

3）应用层：由用户控制界面应用程序构成，主要方式是由Bootstrap构建的动态网站。基本功能包括实时数据监控、视频监控、历史数据查看、环境调控。

1.2.2 系统模型

该系统利用传感器来组建一个实验模型，完整的系统包括：传感器端、用户通信终端、无线传感网络、用户控制终端、环境监控中心和Web服务端。

1）傳感器端

温室大棚环境信息的采集依靠布置在大棚内的土壤温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、氧气浓度传感器、光照强度传感器等完成。这些传感器负责监测温室大棚内的空气湿度、空气温度、土壤温度、土壤水分、光照强度等多环境参数，然后以无线信息传输的方式采集到的数据传输至环境监控中心。

2）用户通信终端和无线传感网络

温室大棚的无线传感网络主要由如下两部分组成：将温室大棚看作一个节点而进行的节点间的自组织网络建设；温室大棚与环境监控中心的无线通信网络建设。自组织网络建设主要通过传感器实现数据的采集及传感器与控制器间的数据交互。温室大棚的环境信息会汇聚到一点而后传输到环境监控中心从而实现环境监控中心对温室大棚环境信息的监控。

3）用户控制终端

完整的温室大棚环境智能控制单元由测量模块、控制模块、供电模块、网络模块及安装附件组成，通过无线网络传输方式与环境监控中心连接。根据温室大棚内空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度等参数，对环境调节设备进行控制，包括打开加热器、温室通风、打开加湿器等。

4）视频监控系统

视频监控系统，采用视频信号传输技术和网络技术，实现对温室大棚环境状况的全天候实时视频监控。视频监控系统由摄像头、视频服务器、服务于用户的web端组成。用户能在web端通过Internet进行远程图像访问从而实现便捷的在线监控

5）环境监控中心

监控中心由服务器、多业务综合光端机、大屏幕显示系统、UPS及配套网络设备组成，是整个系统的核心。建设管理监控中心的目的是对整个温室大棚进行信息化管理并进行统一监控。并对整个视频监控系统进行管理，对监测到的图像以及数据进行报警和预测。

6）Web服务端

通过应用软件平台可将土壤温度传感器、土壤湿度传感器、空气湿度传感器、空气温度传感器、光照强度传感器等各种传感器获取的基础数据存入已建立的用户存储环境参数的SQL数据库并进行统一的处理和数据挖掘。通过系统软件的只能决策，通过报警和信息推送的方式通知和指导管理人员及种植者对温室大棚环境进行调节，或者根据环境信息自动启用温室大棚内环境控制设备如加热器、加湿器等对环境进行调控从而为作物生长提供适宜的生长环境。

2 结束语

本文针对中国目前农村温室大棚技术智能化低下的情况提出了一种廉价且高效的智能温室大棚监控系统。该系统将视频与环境监控无缝集成， 实现真正意义的可视化实时监控管理。构建了新型的农业生产经营体系，发展了精准化生产方式。同时，温室智能监控终端采用多种集成度高， 无需专门安装， 插电即用， 后期维护简便的硬件设备。系统兼容性好，可以连接用户自己购买的不同类型的环境信息测量设备和环境控制设备。通过定制以最大程度地满足不同用户的个性化需求。支持计算机Web端、手机端、Pad端等多种终端访问并提供微信和右推送提醒服务，提高了系统的灵活性。系统扩展性好，支持升级和再开发。可以与用户持有的其他系统进行深度的集成。

参考文献：

[1] 潘金珠. 基于物联网的温室大棚系统设计[J]. 传感器与微系统， 2014（10）.

[2] 刘国彦，段益群.基于物联网的温室大棚系统设计[J].信息与电脑：理论版， 2014（2）.

[3] 陈书欣，马洪涛，刘玺. 智能温室大棚系統设计[J].河北工业科技， 2011， 28（4）：240-243.

[4] 百度文库. 温室大棚智能解决方案[EB/OL]. http：//wenku.baidu.com/link？url=oNp8AqHEIaAlTWBiP7uTziCSQwxeOTKAEJ4VpHVK9Y80cQKVSm_JW9PGKD5r9PVHBE9y5ceex7vkyP9gEIOJOfTxJXQYuD7Rv7peHHBGJXW .

[5] 设施农业物联网-温室大棚环境智能系统解决方案[EB/OL]. http：//blog.sina.com.cn/s/blog_9cfedb790100xz70.html.