基于物联网技术的温室智能监测系统的应用研究
屈 毅，王雪侠，史 晶
【摘 要】摘要：本项目针对传统的有线监测系统线缆密布、安装维护困难等问题，设计了一种基于物联网技术的温室环境智能监测系统，该系统可实时远程获取温室内部的空气温度和湿度等数据，并以直观的数据显示或传递给用户，同时通过对采集数据的进行智能处理，为自动控制系统提供控制信号，实现自动调整温室内的小环境气候，满足植物生长的合适条件。 【期刊名称】电子设计工程 【年(卷),期】2015(023)013 【总页数】3
【关键词】物联网；温室；智能检测；自动控制系统
物联网实际是传感器技术、通讯技术、智能控制技术的集成应用，物联网在现代设施农业中有着广泛的应用，主要在温室环境监测与调控等方面取得了一些进展，但还有许多关键技术有待于解决。由于设施农业是通过各种工程措施改变农田小气候环境实现农业反季节生产，改变后的设施环境是否适合作物种植至关重要，尤其北方冬春季日光温室室内外环境相差很大，如果生产过程中不能及时控制温室内环境，往往会导致作物非正常生长，甚至大幅减产、绝收[1-3]。因此，近来许多学者在设施园艺特别是温室环境监测方面开展了系列研究，但是，物联网技术在设施农业中的应用研究还处于初期，系统性应用不多。因此以物联网技术为切入点，系统的研究了温室小环境系统的监测问题，为温室小环境系统的控制奠定基础。
本系统采用分布式系统架构，对室内小气候环境实时监测。系统分三层架构：
第一层，温室现场监测控制层。空气温度、湿度，土壤温度、湿度等传感器采集温室内空气温度、湿度，土壤温度、湿度，光照强度等环境参数传输到采集控制器，依据系统设置的控制策略智能控制水帘、风机、遮阳网等执行设备；第二层，总控室群测群控层。利用无线传感网络将采集控制器采集到的室内小环境参数传输给主控计算机，依据控制策略对温室内小环境参数的集中处理，并通过趋势线、数据表等形式存显，技术人员在总控制室内实现对数据的处理工作，主控机传送控制指令到相应的设备，实现自动控制策略；第三层，网络远程访问层。系统采用B/S（Brower/Sever）结构的数据管理级远程综合服务平台，实现温室内小环境信息的网络发布，通过授权的网络计算机都可浏览温室小环境信息，可提高管理水平，降低生产成本。
1 温室小环境系统组成
1）传感器网络设置
多个传感器设备(如温度、湿度、光照、CO2浓度以及 PH值传感器等)组成的一个自组织传感网络系统，其目的是感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知农作物的信息，并发送给远程监控中心[4-5]。 2）输入接口电路设计
通过前置放大电路、滤波电路、放大电路组成一个输入接口电路，将检测到的信息经过一系列的处理，将转换数字信号，输入到处理器系统，进行后续数据处理。
3)数据处理算法的设计
采用智能数据处理技术，对采集到的温室小环境数据进行处理，并输出到输出接口电路。
4)输出接口电路设计
将处理器处理后的信息经光耦电路、模数转换、放大电路等技术处理，转化为控制信号传输到执行机构（电磁阀、步进电机等）。 5)驱动控制和显示部分的设计
将处理后的信号传输到执行机构、反馈给客户。
2 温室小环境系统技术路线
技术路线总体遵循由简到繁、从构建到整体，分级解决关键技术的研究路线开展项目研究。具体技术路线由图1 表示[6-7]。
3 温室小环境系统的数学模型
在环境控制过程中，以陕西某地的温室的物理过程进行分析，依据该地区温室的实际情况，在建立温室系统的数学模型时作必要的简化：1)温室小环境各种参数分布均匀，空气温度、湿度与土壤温度、湿度可视为相同；2）计算土壤传热时，只考虑纵向方向的一维传热；3）温室内的农作物冠层温度分布均匀。 本文采用含控制量的温室温度、湿度数学模型（见式(1))。等式1右边温室覆盖层交换的热量、通风时温室内外的热量交换、温室吸收的太阳能、作物蒸腾作用吸收的热量和温度调控设施所提供的热量。通过对陕西某地，夏季和冬季温室实验数据分析，参照文献[8]提出的方法，计算得出夏季和冬季温室农作物蒸腾速率与环境气候要素之间的关系，见式（2）~（4）。 其中Q heat(t)的表达式见式(5)。
把式(5)代入式(1)，并对式(1)进行变换整理，得到式(6)。 把式(7)和式(8)代入式(6)，得到式(9)。
其中M(t)为温室覆盖层与气体定容比．L(t)项是由室外温度T out(t)、作物蒸发
基于物联网技术的温室智能监测系统的应用研究
