基于物联网的温室大棚智能监测控制系统

付克兰

摘 要：基于物联网的温室大棚智能监测控制系统使用了气体传感器、温度传感器、湿度传感器、光照度传感器、红外感应传感器等，高精度测量农业生产过程中的各种参数，智能控制温室内温度、湿度及通风状况等，自动实现保温、保湿和数据记录，监控温室内部环境。该文研究的主要内容是构建温室大棚智能环境监测系统，设计了系统的技术总体架构、主要模块及主要功能。

关键词：物联网 智能大棚 技术架构 模块 功能

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（b）-0143-02

1 物联网概念

物联网是通过射频识别（RFID）卡、无线传感器等信息传感设备，按传输协议，以有线和无线的方式把任何物品与互联网相连接，运用云计算等技术进行信息交换、通信等，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能的一种网络。物联网是在互联网的基础上，将用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间。物联网中，物品（商品）能够彼此“交流”，无需人的干预。其实质是利用射频识别等技术，通过互联网实现物品（商品）的自动识别和信息共享。

智能农业是运用遥感遥测技术、全球定位系统技术、地理信息系统技术、计算机网络技术等技术，与土壤快速分析、自动灌溉、自动施肥给药、自动耕作、自动收货、自动采后处理和自动存储等智能化农机技术相结合的新型农业生产方式。

2 温室大棚智能监测控制系统

2.1 系统技术架构

基于物联网的温室大棚智能监测系统的核心是ZigBee路由器和嵌入式网关，两者通过ZigBee协调器传递信息。用户通过GPRS模块、无线路由器等设备与系统交互；系统通过ZigBee路由器获取各个传感器节点信息，并通过执行节点控制继电器调节农业环境。结合农作物与物联网技术的特点，从技术架构上来看，主要由感知层、网络层、应用层组成。

感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端；主要用来采集大棚农业种植现场的土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、土壤pH值等重要环境参数。网络层由网络管理系统和云计算平台等组成。

应用层位于该系统最高层，主要包括各种管理设备、显示设备，是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，实现物联网的智能应用。

2.2 系统设计原理

温室大棚智能监测控制系统通过据实际情况部署以Zigbee节点为基础的无线传感网络作为感知层，实时采集温室内温度、湿度、光照强度、土壤温度、土壤湿度、土壤p H值、叶面温度、露点温度等重要环境参数，并通过Zigbee与GPRS异构网络融合作为网络层，将采集到的信息参数有效、可靠地传输到监测信息中心，监测信息中心作为整个系统的顶端，以组态软件为基础构成系统应用层，通过数据库存储及网络交互达到信息共享的目的。用户可通过电脑、手机访问监测系统WEB界面，掌握农作物生长、环境等实时动态信息。

2.3 系统主要模块

2.3.1 气体监控管理模块

气体监控管理模块采用的是电阻式半导体气体传感器，它是气体监控管理模块的核心，安装在探测头内。主要用到的气体传感器是氧气传感器、CO2传感器等，通过它们，实时监控气体浓度，由嵌入式网关将数据发送给用户，当发现气体浓度不符合要求时，采用通风、换气等方法来调整，达到适合农作物生长的最优浓度。

2.3.2 温湿度监控管理模块

通过温湿度传感器检测环境温度和湿度。农作物在生长过程中，当环境温湿度不满足要求时，通过加热器和加湿器进行调节。

2.3.3 光照度监控管理模块

农作物在生长过程中，光照是比较重要的。光照的监控对智能农业具有重要意义。光照度监控管理模块采用光敏电阻采集光照度信息。

2.3.4 红外感应管理模块

红外感应管理模块用专门设计的传感器针对性地检测普通人体发射的特定波长的红外线。一旦有人进入探测区域，当人体红外线照射到传感器后，因热释电效应，将向外释放电荷，后续电路经检测处理后产生控制信号。

2.4 系统主功能

2.4.1 种植环境数據监测

高精度地测量温室大棚生产过程中温室内温度、湿度、光照强度、土壤温度、土壤湿度、土壤含水量等数据参数进行分析处理，通过有线或无线网络传递给数据处理系统，智能控制温室内温度、湿度及通风状况等，自动实现保温、保湿和历史数据记录，并以直观的图表和曲线的方式显示给用户。

2.4.2 错误报警

系统设定温湿度等报警阈值。当出现被监控点位数据异常时，可自动发出报警信号。报警方式包括现场多媒体声光报警、网络客户端报警、手机短信息报警等。上传报警信息并进行本地及远程监测，系统可在不同的时刻通知不同的值班人员。

2.4.3 种植视频监控

在育秧阶段，用户随时随地通过3G手机或PC远程访问的方式查看大棚内部的视频监控图像，对农作物生长进程进行远程监控。

2.4.4 设备管理

用户在任何时间、任何地点通过手机或电脑，均可查看室内所有自动化设备的运行状态，并可以进行远程自动化控制和管理。（1）控制加湿器功能。如果大棚内空气湿度小于设定值，系统自动启动加湿器；达到设定值后，停止加湿。（2）控制加热器，给环境升温的功能。当温室内温度低于设定值时，系统能自动启动加热器来升温，直到温度达到设定值为止。（3）控制风扇功能。系统能自动开启风扇加强通风，为植物提供充足的CO2。

2.4.5 数据查询

可查看大棚的实时种植数据信息，包括大棚编号、种植品种、空气温湿度、光照强度、土壤温湿度、日照数情况，可通过选择大棚的名称、种植蔬菜的品种等进行数据查询筛选。

2.4.6 种植分析

系统将采集到的数值进行对比分析，对比相同作物在各大棚的长势及生长情况（视频图像对比，分析种植环境因素对蔬菜的长势和产量的影响，形成科学化、低成本种植，提高蔬菜的产量和品质。

2.4.7 数据分析和统计汇总

系统将采集到的数值通过直观的形式向用户展示时间分布状况和空间分布状况，提供日报、月报等历史报表。

2.4.8 安防监测

当大棚周边有人出现，安防信息采集节点向主控中心发送信号，同时报警。

3 结语

智能农业包括互联网、移动互联网、云计算和物联网技术等，依托部署在农业生产现场的环境温湿度、土壤水分、氧气和二养化碳浓度、红外感应等各种传感节点和无线通信网络、实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理和智能决策。

参考文献

[1] 丛林.基于技术、应用、市场三个层面的我国物联网产业发展研究[D].辽宁大学，2016.

[2] 黄迪.物联网的应用和发展研究[D].北京邮电大学，2011.

[3] 施苗苗.基于物联网的设施农业远程智能化信息监测系统的开发[D].太原理工大学，2016.