基于物联网网关的大棚蔬菜环境监测及控制系统

薛明亮 解迎刚 刘珊珊 赵明朗 郭昊

摘 要：针对农业大棚蔬菜种植费心费力的问题，设计开发了基于物联网技术的环境状态显示和控制系统，为了方便实时监测大棚内的信息和控制环境变量，开发出微信小程序，用户只需扫描二维码，进行身份验证后即可控制各项设备开关用以改变大棚内的环境状态。通过Web页面或手机扫描二维码，用户可随时查看大棚内的环境参数，如空气温湿度、光照强度、土壤湿度等，并判断其是否符合蔬菜的生长环境。基于控制系统，用户可以在Web页面或手机端发送命令，改变环境参数，如洒水、通风等。课题构建的物联网监控系统将传感器、物联网网关、无线数据传输、二维码和手机终端等技术相结合，采集农作物生长过程中的环境参数，同时能够随时随地控制环境参数，对农作物的科学种植具有重要的指导意义，有利于农业的转型和发展。

关键词：监控;蔬菜种植;农业物联网;二维码;Web;微信

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）10-00-03

0 引 言

随着越来越多的人选择走向大城市发展，我国务农人口数目在不断下降，每位务农人员相对需要照顾的土地和重担也变大了许多。传统的农业模式已经无法适应当下农村劳动力下降的社会，与此同时，科学技术的不断发展，一些新颖的科学技术也随之被应用到了农业生产中，我国农业种植技术取得了很大的进步，为此，农业的转型和高效管理模式显得至关重要。

计算机和智能手機已成为普遍的工具，本系统将计算机、智能手机与农业大棚联系起来，由传感器采集大棚内的环境参数，通过物联网网关将其传送至指定的服务器，同时在大棚内安装一系列半自动化设备，通过继电器控制其开关，农户使用计算机登录服务器找到属于自己的设备，通过验证后即可查看上报数据，比如空气温湿度、光照强度、土壤湿度等。还可以利用手机扫描二维码绑定设备，如在小程序中找到自己的设备，实现手机远程监测和控制，为大棚内的蔬菜提供最佳的生长环境。这套系统能够使农户及时了解种植和管理，通过对蔬菜生长环境的监测和控制将所得数据与最佳生长环境作比较，使种植过程变得更加轻松。

监控过程中数据不断上传，农户可以设置上传周期，同时自动生成折线图，方便农户直观观察，使信息的可信度进一步提高。农户可随时随地通过手机进行查询，无需长时间蹲守在大棚周围，实现了劳动力的解放，对于我国农业转型和发展有着重要意义[1-3]。

本文基于物联网网关设计构建了大棚蔬菜环境监测及控制系统。系统能够随时让农户了解自己大棚内的相关信息，农户通过手机二维码查询系统可以查询大棚内蔬菜的种类和环境信息。

1 系统设计

基于物联网网关的大棚蔬菜环境监测及控制系统能够方便农户随时随地了解自己名下大棚内的相应信息，农户只需扫描对应产品的二维码，系统就能够与服务器对应的数据库连接。数据库的管理信息系统可自动关联到当前用户需要获得的产品信息，并根据当前的用户级别进行信息筛选，最终显示符合用户需求的信息。农户只需通过手机微信小程序就能够了解该大棚内种植蔬菜对应的生长环境参数，同时也可以生成历史数据图形，直观地看出某一时刻某种环境参数发生的变化，从而发现大棚内存在的问题，通过手机端下发命令控制继电器，以改变环境参数。半自动化的蔬菜种植系统将给我国农业转型和发展提供一个很好的思路[4-6]。

通过计算机登录服务器，农户即可进入系统。系统主要包括登录、绑定设备、环境参数查看、计算机端自动控制、二维码扫描识别功能。系统结构如图1所示。

系统流程如图2所示。

2 系统模块功能

系统可以划分为4个模块，分别是参数显示模块、控制模块、二维码扫描模块和关于我们模块。系统模块如图3所示。

基于物联网网关的大棚蔬菜环境监测及控制系统中每个模块的功能如下。

（1）参数显示模块：显示大棚内的环境参数，例如空气温湿度、光照强度、土壤湿度等。

（2）控制模块：农户拥有权限后，可以对大棚内的设备进行操作，从而改变环境。

（3）二维码识别模块：农户通过手机扫描二维码绑定设备，即可随时随地监测大棚内的环境。

（4）关于我们模块：此模块方便用户了解客户端功能和开发者信息管理。

3 系统具体实现

3.1 系统展示界面

系统展示界面是系统的重要组成部分。农户可直观看到系统功能，方便简洁的系统主界面能够为农户带来更好的体验。系统仿真设计主界面如图4所示，显示有“参数显示”“控制模块”“二维码”“关于我们”字样，用户使用时可自行选择。

3.2 系统参数显示功能实现

农户可在计算机端查看相关参数，并自由设置查看某个时间段的数据。参数信息效果如图5、图6所示。

3.3 控制模块功能实现

进入控制界面，农户可自由选择自动模式或手动模式，自动模式将按照预先设定的程序执行，手动模式则需要自己操作。控制模块界面如图7所示。

3.4 二维码功能实现

当用户点击二维码按钮时，网页会弹出一个二维码，农户只需拿出手机扫描二维码进行初次身份认定后，即可在手机上进行计算机端的操作。二维码如图8所示。

4 结 语

本文系统以物联网技术为基础进行大棚蔬菜环境的检测和控制，通过编程实现对环境参数的采集，再通过WiFi将所得数据传至服务器。环境监测模块对农作物生长环境参数进行实时信息采集和分析，控制模块可改变环境参数，实现农业的数字化、可控化、流程化。农户通过手机或计算机实时监测大棚内的环境，节约了大量时间和精力。本文系统实现了对农作物生长环境参数的监测、收集、处理，集成化程度高，与国家农业可持续发展的政策相吻合，对我国农业转型和升级有着正面的意义，同时，半自动化和流程化种植减少了人力物力的消耗，一定程度上节省了经济成本。

参 考 文 献

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