基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用研究

1、<p>　　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用研究</p><p>　　[摘要] 本文是以物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上與其相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，完成對智能溫室進(jìn)行集中管理與控制，在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)精確控制提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量。該溫室控制系統(tǒng)可進(jìn)行精確的自動采集與存儲，依照溫室大棚內(nèi)的生產(chǎn)作物的生長環(huán)境和生長需求，完成溫室內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的準(zhǔn)確控制，最終實(shí)現(xiàn)智能溫室控制與信息化的完美融合。

2、 </p><p>　　[關(guān)鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng)；智能控制；溫室；農(nóng)業(yè)信息化 </p><p>　　[DOI] 10.13939/j.cnki.zgsc.2015.24.051 </p><p>　　中國是農(nóng)業(yè)和人口大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著舉足輕重的作用。在國家大力發(fā)展現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的宏觀背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的綠色環(huán)保、精準(zhǔn)智能正在逐步成為主流發(fā)展方向。 <

3、/p><p>　　利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控大棚土壤含水量與酸堿度，棚內(nèi)光照、溫度與濕度，甚至監(jiān)測病蟲害情況。配合相應(yīng)的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)棚內(nèi)環(huán)境的遠(yuǎn)程控制和自動控制，為農(nóng)作物營造最適宜的生長環(huán)境，實(shí)現(xiàn)溫室作物生產(chǎn)精細(xì)化的調(diào)控與管理，提高作物產(chǎn)量，提升生產(chǎn)水平，推動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)。 </p><p>　　1 ZigBee技術(shù)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立 </p><p&

4、gt;　　ZigBee技術(shù)是一種在控制器件或傳感器之間的無線通信技術(shù)。與其他通信技術(shù)相比，ZigBee技術(shù)具有成本低、功耗小、能夠自動組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在傳輸速率低、覆蓋范圍小等缺點(diǎn)，如果在系統(tǒng)中要求的傳輸?shù)乃俾什皇呛芨叩那闆r下ZigBee技術(shù)就比較適合。 </p><p>　　ZigBee技術(shù)有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，主要為自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，在傳感器構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)里依靠ZigBee技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的信息傳

5、遞。所傳遞的信息以無線電信號的形式向外輻射，在信息傳遞中需要的功耗非常的低，并以接力的形式傳遞增加了傳遞的可靠性。 </p><p>　　無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在傳感器、無線通信和低功耗嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它在完成環(huán)境信息感知的同時(shí)以其低功耗、低成本、白組織的特點(diǎn)進(jìn)行工作。我們在需要環(huán)境信息監(jiān)控的位置布置對應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，再把它們組織成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)智能溫室控制系統(tǒng)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上完成數(shù)據(jù)采集

6、功能（溫濕度數(shù)據(jù)采集、光照度數(shù)據(jù)采集、安防信息數(shù)據(jù)采集）和自動控制功能（風(fēng)扇控制、加濕器控制、加熱器控制），通過ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信。 </p><p>　　無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用模塊化設(shè)計(jì)，共四部分，分別是核心板、傳感器模組、控制模組、主板等。結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方便用戶更換器件，最大程度地滿足實(shí)際設(shè)計(jì)的需求。其中核心板、傳感器模組、主板組合為數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，核心板、控制模組、主板三者組合為控制節(jié)

7、點(diǎn)。 </p><p>　　2 智能溫室系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) </p><p>　　應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)控制與采集功能的物聯(lián)網(wǎng)智能溫室控制系統(tǒng)選用ZigBee協(xié)議來組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；GPRS和Intemet網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問與控制功能、數(shù)據(jù)顯示功能、視頻監(jiān)測功能，均選用Lmux操作系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)運(yùn)行的載體來完成。 </p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)由嵌

8、入式網(wǎng)關(guān)完成數(shù)據(jù)的存儲，存儲的位置在數(shù)據(jù)庫中并對其進(jìn)行管理，按照系統(tǒng)的需求調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)。液晶顯示器完成顯示數(shù)據(jù)功能；驅(qū)動USB攝像頭完成視頻監(jiān)測功能。在GPRS模塊的作用下網(wǎng)關(guān)可以將數(shù)據(jù)以無線的形式上傳到GPRS網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)資源共享，通過無線網(wǎng)卡和無線路由將數(shù)據(jù)共享到Intemet網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境信息與人之間的交互即物聯(lián)網(wǎng)。 </p><p>　　3 智能溫室系統(tǒng)測試與分析 </p><

9、p>　　整個(gè)溫室系統(tǒng)可以工作在自動控制和手動控制兩種模式。在自動控制模式下，嵌入式網(wǎng)關(guān)將根據(jù)用戶設(shè)定的各項(xiàng)作物生長環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，比如用戶設(shè)定的溫室內(nèi)溫度不低于25℃，當(dāng)檢測到溫度低于25℃時(shí)，系統(tǒng)會自動開啟加熱器，提高環(huán)境的溫度；在手動控制模式下，用戶可以通過嵌入式網(wǎng)關(guān)界面打開或關(guān)閉風(fēng)扇、加熱器、加濕器這些位置，還可以通過控制卷簾的展開和收縮人為調(diào)節(jié)光照度。系統(tǒng)上電后默認(rèn)工作在自動控制模式。 </p><

10、;p>　?。?） 在自動控制模式下可以設(shè)定系統(tǒng)的各項(xiàng)自動調(diào)節(jié)閾值。 </p><p>　?。?） 可以設(shè)置的項(xiàng)目包括溫度閾值（自動加熱的溫度下限）、濕度閾值（自動加濕的濕度下限）、光照度（自動通風(fēng)的光照上限）以及卷簾每天自動打開和自動收縮的時(shí)間。每一項(xiàng)設(shè)置在自動控制模式下的具體作用：①溫度：當(dāng)系統(tǒng)檢測到溫室環(huán)境溫度低于此值時(shí)，會自動開啟加熱器，否則加熱器保持關(guān)閉。②濕度：當(dāng)系統(tǒng)檢測到溫室環(huán)境濕度低于此值時(shí)，

11、會自動開啟加濕器，否則加濕器保持關(guān)閉。③光照度：當(dāng)系統(tǒng)檢測到光照度高于此值時(shí)，會自動開啟風(fēng)扇，否則風(fēng)扇保持關(guān)閉。④卷簾工作時(shí)間：系統(tǒng)自動控制卷簾的狀態(tài)，當(dāng)處于設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)保持收縮，否則展開卷簾。 </p><p><b>　　4 結(jié)論 </b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的溫室控制系統(tǒng)采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，免去布線的麻煩，提高自動化程度，同時(shí)提高傳感器布置的靈活性

12、、方便區(qū)域化測控。菜單的設(shè)置使本系統(tǒng)可以應(yīng)用于更加廣泛的范圍，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，同時(shí)也可以對報(bào)警方式進(jìn)行選擇，對傳感器以及短信進(jìn)行設(shè)置。應(yīng)用網(wǎng)關(guān)界面進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示與調(diào)試，將系統(tǒng)中傳感器測得的值和商用傳感器測得值進(jìn)行比較，了解傳感器的穩(wěn)定性和反應(yīng)速度，更進(jìn)一步了解整個(gè)系統(tǒng)的檢測性能。 </p><p>　　該系統(tǒng)在示范園區(qū)進(jìn)行了測試，在數(shù)據(jù)遠(yuǎn)端監(jiān)控的實(shí)時(shí)性和精度上還存在欠缺，如：實(shí)際測量溫度26℃，在監(jiān)控界面下顯示

13、與實(shí)際存在2℃～3℃的誤差，在視頻監(jiān)控上，由于移動網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的限制，現(xiàn)在還無法完成預(yù)定的任務(wù)，本系統(tǒng)在傳感器的測量精度上和信號傳輸速度上還需要做一定的改進(jìn)。選用工業(yè)級測量精度更高的傳感器器件，依靠4G網(wǎng)絡(luò)的高速率傳輸，來完善系統(tǒng)功能。 </p><p>　　在農(nóng)業(yè)溫室智能化應(yīng)用方面繼續(xù)完善系統(tǒng)并進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步拓展應(yīng)用，為系統(tǒng)的大面積實(shí)施提供技術(shù)保證。在未來的研究中，可以使用虛擬化技術(shù)和云平臺建立農(nóng)業(yè)溫室智