智能农业大棚中物联网技术的应用分析

摘要：农业体系的健康蓬勃发展是社会稳定的基本前提，随着现代化信息技术以及智能化软硬件技术的发展，物联网技术和现代信息通信技术为农业的现代化发展提供了高效率和高产出的基本，对此本文针对农业大棚的物联网技术进行综合分析，从基于物联网技术的温室大棚监控系统架构入手，探讨了硬件配置和软件配置的相关设计，完善了智能农业大棚的智能化功能的进程，本文的设计内容为横向的智慧农业智能化设计提供参考。

关键词：智慧农业;大棚;物联网技术

1监控系统架构

农业大棚中的监控系统采用的是物联网技术当中的感知应用层、数据传输层以及传感器感知层的基础架构。感知系统主要是通过对大棚室内安装的传感器硬件采集的室内温湿度状况以及各类环境参数进行实时的数据获取和追踪，最终通过无线传感器技术将生长环境内的信息进行综合上传和传输。其数据内容涵盖温室大棚内的土地含水量情况以及室外太阳辐射参数等基础性参数。同时结合着红外热感摄像头对农作物的生长情况进行实时的监控，实时的获取农作物本身的参数信息，最终统一链接到传输层当中，上传至云平台。感知层主要是对传输层内获取到的参数进行实时的分析，根据系统内预设定的参数进行实时的对比，进而联动控制结构，实现完整的系统控制进程[1]，实现综合灌溉、施肥以及空气质量调节等操作。

传输层的基本作用是对数据内容进行实时的传输，通过感知层内获取到的信息进行加工处理分析后并存储，最终将控制指令送回到感知层当中[2]，实现远程的实时监控，为温室大棚内的农作物生长提供良好的适宜条件，为应用层的基础架构提供准确的数据服务。

应用层能够实时的对远程使用终端进行实时的控制，通过传输层的数据条件来综合控制农作物的生长[3]，同时还可以结合着现场条件使用各类远程终端进行远程监控，在局域网内即可完成终端控制，无时间和地域的限制。同时还可以结合着现场的使用条件数据进行数据的综合分析，通过数据挖掘算法和统计学基础知识对数据进行综合处理，判断农作物的生长状态和情况，分析并预测未来产量以及对应的病虫害发生的可能性，尽可能的为农作物的高产提供必要的保障。系统总体框架如图1所示。

2系统硬件设计

硬件设计主要是基于温室农业的基本实际需求进行开展的，使用的设备主要有三类，一是用来监测现场空气环境和土壤环境的温湿度传感器，二是对于空气调节以及灯光和排风扇等机械设备的控制装置，三是对于系统终端远程操控的手机端、电脑端等终端设备。这些硬件共同耦合，组成了系统架构的基础。

2.1传感器模块

在物联网体系当中，获取实时的环境参数是控制装置和控制设备的基础，这个过程中各个基础传感器是核心[4]，农作物的生产需要有良好的空气温度和土壤温度等基础环境，本文设计的传感器模块能够实时对环境参数进行监控，时间步长为1s。

2.2灯光控制模块

为了促进农作更好地进行生产，除了有必备的温湿度空气环境之外，光照情况也是直接影响农作物生产效率的决定性因素，除了要有基本的自然光照射之外，本文的物联网设计架构还补充了相应的人工补光装置，电路体系中设计的灯光电路有白色LED灯光源和彩色LED灯光源两种。通过物联网体系的终端发出不同的波形，最后通过驱动电路来进行综合驱动，进而满足不同实际需求的亮度，实时的对大棚内的光照环境进行调控。

2.3终端自动化设备

为了促进温室大棚内的温湿度情况能够尽可能的满足农作物的实际生长需求，本文设计的硬件装置在大棚内安装了相应的加热装置，涵盖风幕加热设备以及滴管装置和对应的通风装置等，在局域网当中通过网络控制实现机械设备的自动化作业，通过上位机来实时的对各类机械设备的电信号进行综合控制，由控制终端接受命令并最终传递给继电器，最终由继电器信号进行综合执行。

2.4终端控制电路

物联网体系当中的核心是终端控制电路，大棚内各个传感器型号实时的进行信息数据采集，在大棚内实现无线局域网的全覆盖，模块设备采用主流的无线WIFI模块作为数据传输的基本工具，不仅具备无线通信的功能同时还可以作为无线局域网的通信终端，实现联网的核心功能。在设计架构中，传感器采集到的的实时信息能够通过无线网络实时的传输到控制终端当中，最终将数据信息经过上传后传送到OneNET平台。

3温室大棚系统软件设计

物联网体系架构背景下，智慧型的农业大棚与传统的农业大棚形式相比，其优势就在于能够实时的监测大棚内农作物的生产进程，并营造适宜、健康的生产环境[5]，根据监测到的数据能够实时的采取解决的措施，实现这个过程既需要参照着需求安装好硬件设备，同时还有要将设备的通信模块以及各类数据参数实时的链接到物联网的设备云平台当中，实现数据参数的稳定存储和发送，采用OneNET平台，既能够高速的接入传感器进而实时的收集数据，同时还能及时的将数据进行公开。

3.1通信主程序设计

物联网平台的大棚监控系统中的传感器和设备使用终端需要建立在智能设备的通信功能基础上，结合着应用层的数据标准进行综合开发，并结合着WiFi无线网络实现数据的稳定传输，用户也可以结合着终端APP进行实时的参数控制，系统的输入输出端口、内外部时钟等模块的初始化将会在主程序正式启动之后开始进行自检，实现设备功能的自查。如果存在异常情况，程序会自动发出警报，并通过无线局域网将警报信息传送至远程终端。

3.2通信协议

物联网端的信息客户服务端建立信息通讯的方式与互联网建立信息模式的方法相同，全部都综合考虑了TCP协议的综合要求，本文设计的物联网段信息通讯信息将传感器和智能终端设备进行连接，与传统的互联网客户服务端通信过程较为类似，但是传感器采集的环境数据采用HTTP协议再次将数据打包上传至云平台当中。

3.3系統监控界面设计

采用云平台的形式进行交互，不仅具有强大的云计算能力，实现数据的实时存储和转发，同时还能够有针对性的建立云端软件监控界面的功能，在终端设备与云平台端衔接完成后，采集的数据将会按照特定的网络传输协议上传到云端当中，进而生成特定信息数据流，信息数据会在显示监控界面的设计面板上进行数据展示，进而开发者能够参照着设计的喜好在设计区界面上进行相应的设计和编辑，同时设计区的UI设计更加趋向于人性化的操作，丰富的logo和简洁的操作应用流程能够更加适用于农民的日常行为习惯，功能区的分布主要为各种类型的图表、图片以及地图等按钮设计，在云平台当中只要设置好相应的控制组件以及数据流进行关联即可完成信息和数据的操作。同时信息凭条还涵盖嵌入式功能，能够实时的将UI设计内容嵌入到开发者的软件当中，使得平台的设计进程更加灵活和便捷，实现了无缝的远程操控。

3.4云服务子系统

云服务系统主要是以互联网技术进行数据上传和统计分析的服务功能，实现批量化的云计算以及数据上传和下载业务，近年来随着大数据相关业务的发展，云计算的资源被不断的扩充，逐渐成为数据计算和存储的主要载体，同时云计算不占用本地资源库，能够最大限度的降低对于物理资源的占用，大数据内容涵盖对大棚内建筑物理环境的监测与分析，同时还能够对图像采集资源进行数字分析，结合着摄像机的图像资源对生长数据进行耦合，由温室监测系统收集的植物数据进行批量上传，并最终结合着摄像机的图像识别系统以及处理技术在云平台中综合数据信息。

3.5植物图像识别子系统

结合着摄像机的实时图像采集系统能够实现完整的图像识别进程，植物图像识别子系统是取代传统手动识别的有效替代手段，根据植物生长的几何参数以及颜色状态参数能够实时的准确识别植物的生长过程，结合着历史数据和历史资料进行综合分析，进而最大限度的减少人工介入，稳定专业的计算机数据库最大限度的避免人工失误，便于数据的存储和数据利用。同时大棚内的监控系统摄像机实时的记录植物的生长进程，结合着红外热成像技术获取植物成长过程中热量的分布情況，通过数据挖掘算法来综合判断植物生长的特定条件和参数。

3.6植物生长模型子系统

植物生长模型子系统本身是结合着生物学的基础理念和基础知识，配套数据采集信息系统作为硬件完善，匹配以统计学知识和数学知识作为数据支撑和结论定性的抽象概念方法。既能够相对简单的结合着已有硬件设备，同时还能够客观的展现植物生长过程的数学描述模型，实现了准确的物理信息描述。这个过程主要依赖的就是传感器监测装置以及红外摄像头的识别技术，通过数据上传到云服务器当中进行综合分析，进而建立农作物的生长模型，依据着植物生长规律的数学模型及时对棚内的室内环境参数进行调控，保证其处于最优的生长状态环境，及时的进行供氧、通风以及滴水灌溉，为农作物的生长提供最优的环境基础。

3.7智能决策功能

结合着农业区内实际的前段信息数据，同时配套以完善的数据挖掘算法和云计算平台进行数据的分析和归档，系统内结合着云计算等科学技术体系建立了不同的计算子系统，子系统内能够结合着农作物的种植经验以及种植技术制定相关的智能决策功能。实现农作物种植过程的分析和预测，有效的提醒管理者依据实际的农作物生长状况和趋势在适当的时间节点上进行采摘或者除害，通过这样机器决策-人工干预的模式既保证了农作物的科学种植，同时也做好了数据和硬件设备科学应用的价值，管理人员也在第一时间获取到数据情况后及时的采取决策措施，确保农作物的健康成长。

智慧农业大棚收集到的传感器数据和植物不同时间节点的生长状态数据结合着大数据平台进行综合分析，有利于建立植物的生长模型，实现科学化的种植。结合着物联网技术的软硬件装置能够准确的把控制植物的生长进程，提供农作物生产所需要营造的人工气候环境，实现高强度的生产，提升了农业智慧化水平。随着物联网技术以及硬件技术的不断发展，智慧农业所辐射的范围和领域也将会得到不断的扩充，逐渐会从单一的温室大棚控制技术转向农业生产控制进程，进而实现土地资源的高度一体化集成式管理，网络信息化技术和大数据技术将会进一步推动农业生产面向智慧农业的形式转变，因此物联网技术将拥有着巨大的引用空间，场景应用前景非常广阔。

4结语

基于物联网的农业温室大棚设计体系涵盖了中心网关和功能控制的基本功能，同时还实现了采集数据的智能化处理，实时的对数据进行深度挖掘，物联网技术作为智慧农业发展的关键技术，能够精准的监测农业大数据，在农业温室大棚的应用进程中促进了农产品的高质量发展，未来结合着5G技术继续提升农业生产质量，实现智慧农业的快速发展。

参考文献

[1]孙景莲.精准控制智慧设施农业大棚增产增收技术推广与服务项目情况汇报[J].农业开发与装备，2019（10）：79+115.

[2]廖建尚.基于物联网的温室大棚环境监控系统设计方法[J].农业工程学报，2016，32（11）：233-243.

[3]康馨月.基于NB-IOT的农业环境监控系统设计研究[J].农村经济与科技，2021，32（01）：54-55.

[4]周汉达，李晓良，陈生庆，李乐欣，熊一帆，余培森，陈宇辉.基于云平台的智能农业大棚系统[J].物联网技术，2020，10（04）：62-64.

[5]赵佰平.基于物联网技术的智慧农业大棚设计与应用[J].农业与技术，2021，41（13）：69-71.

【作者简介】姓名： 张军;出生年月：  1975年12月;性别： 男;民族： 汉;籍贯：河北省;职务/职称：讲师;学历：硕士;研究方向： 智能控制与物联网应用;单位信息（单位全名）：呼伦贝尔学院计算机学院;所在省市 ： 内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔区;邮编 ： 021008