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基于物联网的智慧大棚温室总框概述
作者：郭鑫鑫 尹来武 王雪 刘洋 来源：《乡村科技》2017年第28期
[摘 要] 通过对基于物联网的智慧大棚温室技术的框架结构进行系统性研究，对各部分功能模块的实操测试、分析和总结，本文对智慧农业大棚框架的信息平台架构、物联网系统架构、智能环境监控和智能决策管理调控的实现流程进行初探概述。 [关键词] 智慧大棚；物联网；传感器；环境监控；智能调控
[中图分类号] S625；TN929.5 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2017）28-95-2 我国是一个农业大国，当前智慧化农耕模式正被广泛地应用于农业生产中。智慧农业，是指借助先进的物联网工程信息平台、无线传感器网络、3S技术、计算机与网络技术、物联网技术和无线通信技术等，实现农业生产环境的智能化监控和管理[1]。发展智慧农业，能够为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。
而物联网在农业生产中的应用，就是在农业大棚中使用大量的传感器节点构成一个监控网络，通过部署的传感器节点实时采集信息，如大棚内的温湿度、空气中的二氧化碳和氧气含量、土壤养分含量等，帮助农户准确地获取大棚中的各种环境参数，进行智能感知、智能预警和智能决策来实现环境控制和精准管理[2]。基于此，现对基于物联网的智慧大棚温室总框技术设计进行研究。 1 平台架构
物联网智慧农业信息平台主要以光电复用无线交换机和核心操控程序进行远端大棚控制。在大棚内构建WiFi无线局域网，覆盖整个大棚区域，通过光纤链路网络、有线网络路由、交换等物理设备连接进行终端通信，把网络物联网构建融合到整个框架。
物联网智慧农业信息平台是以感知层、网络层、应用层构架建设应用，通过这三层架构实现系统间、网络间、物与物和物与人间的融合[3]。
物联网智慧农业信息平台的底层主要由各种类型的开发平台构成，物联网底层技术包括各种类型的传感器、蓝牙、Zigbee、Wifi、2G/3G、WSN等网络传输技术以及RFID射频识别嵌入式技术等，为整个物联网的研究与应用提供基础[4]。中层为物联网信息平台所构建的物联网网络环境，即各种物联网设备、开发平台、农业温室等，交互性强，不同平台间可相互管理控制[5]。上层为物联网智慧农业温室综合构建应用，农业温室物联网通过传感器终端控制各个节点，将环境监测收集的数据上传到服务器中心，用可视化图表方式呈现给操作用户，当监测数据与目标数值发生偏差时，可以通过网络对远端温室设备进行温度参数、光照参数、湿度参数和土壤含水肥量参数等的自动控制[6]。
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2 系统架构
系统包括硬件部分和软件系统。硬件部分包括电容式传感器、电阻式传感器、光敏传感器、土壤水势传感器、气敏传感器、土壤水分传感器、WiFi无线控制网关、大棚温湿度传感器、灌溉设备、自控内遮阳、加温设备、照明灯、自控风机、加湿设备、通风设备、光照传感器、自控卷帘、自控遮阳板以及CO2和O2含量传感器等。系统软件系统主要分为两部分，基础部分是对大棚基础信息的数据采集、数据的整理分析和最终的数据发布，为远程端提供标准测量数据，可视化管理查看；另一部分是远程控制系统，即通过远程查询设备状态，并根据数据分析结果控制操作远程设备，减少人工操作流程。 3 智慧大棚总架构 3.1 环境监测
温室大棚室内环境监测需要由环境监测系统来完成，该系统包括多类型传感器、无线通信网络、无线传感网关等，可对温室内农作物的生长条件进行实时监控和精准调控。该系统检测农作物生长条件的主要参数有土壤温湿度参数值、室内气候参数值及监控中实时图像数据。土壤温湿度参数值包括土壤水分、土壤氨浓度等；气候参数值主要包含风速、空气温湿度、CO2浓度等；实时监控图像包括WiFi摄像头对室内图像进行实时采集。 3.2 智能采集数据
采集数据方面，系统采用ZigBee无线传输技术，该技术的实现使用的设备包括环境采集模块（空气温湿度、CO2浓度等）、农业设备模块（鼓风机、换气通道管、仿光照日光灯、水阀灌溉模拟模块）和嵌入式网关模块。 3.3 数据中心
数据中心的服务器要具有自动采集、分类管理和存储数据等功能，并且能依据农业决策系统及农业专家系统下发相关指令，实现远程服务功能，对温室大棚实现可远程化监控及操作。以智慧农业为依托对象，对农业实施智能化管理、智能化操控，智慧农业系统配置的服务器需要具有存储大量系统数据、处理多线程应用程序、运算处理速度快等较高性能。 3.4 智能灌溉
智能灌溉系统是通过终端大棚温湿度传感器和土壤水分传感器采集的数据，根据初期超越界限设定，自动感测和触发灌溉装置，进行灌溉操作，也可通过远端操作来控制灌溉时间。同时，在土壤干湿度失衡时，自动调节灌溉的喷灌量，实现大棚土壤的湿度调控。 3.5 智能光照
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智能光照控制系统是根据监测光照数据，通过光合有效辐射传感器和光照传感器的实时监控，通过监控数据进行报警，大棚温室可通过控制卷帘来改变照明灯的强度和开关，调节和改善大棚的光照强度，实现大棚内的光照管理。 3.6 智能空气质量控制
智能空气控制系统是由温室二氧化碳含量传感器和大棚温湿度传感器进行数据收集，根据初期超越界限设定，自动感测温室内的气体含量，触发控制通风设备，通过顶窗和侧窗的自动开关，改变大棚室内气体质量，满足作物生长需求。 3.7 智能混肥
智能混肥系统是通过土壤pH传感器收集数据，根据种植物的生长需求，按照专家系统中的营养液浓度和水溶液进行一定比例的配置，给农作物进行施肥。同时，根据pH测量值的土壤酸碱值，进行营养液的pH、EC调和，改善土壤肥质，满足农作物的生长需要。 3.8 智能温控
智能温控系统是通过采集温度传感器的信息，自动把数据上传到数据中心服务器，按照定时器触发数据设定，对无线接收调节器进行命令传达，根据数据分析结果，对大棚温室中目标温度和实际温度相差的偏差值进行调控，通过开启顶窗进行自然调温，如果不能达到预定值，采用强制通风，进行温度调节，实现大棚生长温度调控。 3.9 远程农业监控
远程农业监控系统是用户基于B/S模式对大棚物联网控制的终端操作，通过访问数据收集的数据中心服务器进行访问控制，在网络上能够实现同异地的访问和查询，查看各类传感器的运行情况，监控信息和施加远程设备控制等。 4 结语
本文对物联网的智慧大棚设计进行了深入研究，通过对框架数据中心服务、智能环境监测、数据采集、智能灌溉、智能光照、智能温控、智能混肥和远程农业监控模块系统的研究，对基于物联网的智慧大棚温室总框技术设计进行了综合概述。通过智慧大棚温室的自动控制模块，有效减少了人工种植干预和人为因素的影响，为智慧农业的宏观平衡调控和农作物自适应环境提供了健康、精准的生长环境。 参考文献
[1]张猛，房俊龙，韩雨.基于ZigBee和Internet的温室群环境远程监控系统设计[J].农业工程学报，2013，29（增刊1）：171-176.
基于物联网的智慧大棚温室总框概述
