物聯網溫室智能管理平臺的研究

2016-05-14 01:09:38馬巍王新張亮王瑛彤姜彩宇

農業與技術 2016年7期

馬巍王新張亮王瑛彤姜彩宇

摘要：目前，大多數智能溫室控制技術都是模仿研究，具有自主知識產權的技術和產品少，還沒有比較成熟的具有自己特色的技術裝備，國際市場上競爭力不強。雖然在自動采集軟件和遠程網絡技術方面取得了進展，但就全國而言應用覆蓋率仍然很低。本項目通過傳感器技術、互聯網技術進行信息采集和數據傳輸，對作物生長狀態進行準確判斷。對信息進行整合和優化，實現智能灌溉，提高效率，進而達到促進作物生長最優條件的目的。

關鍵詞：農業工程；溫室管理；物聯網設施農業；傳感器

中圖分類號：S2 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160431028

1 方案設計

物聯網溫室智能管理平臺融合智能感知、識別、控制技術與計算機、網絡技術，通過傳感器集群對溫室內環境諸多因子進行實時監測，采用近場無線通信與下位計算機對數據進行統計、匯總后采用互聯網平臺傳輸至主控計算機，主控計算機通過專用的數據庫軟件對數據進行比對和判定后，發出控制指令，通過下位機對滴灌泵、肥類泵、農藥泵、CO2發生器進行自動控制，最終完成溫室環境與農作物生長條件的自動調節與控制。整個平臺實現了作物數據的實時更新，作物影像的實時查看，溫室系統的實時控制，是物聯網技術在農業上應用的重要成果。

該平臺由硬件系統和軟件系統2部分組成，其中硬件部分主要由數據采集設備、傳感器和傳輸設備、顯示設備及通信系統組成，軟件部分主要由作物生長數據庫、數據采集系統、溫室控制系統、網絡數據中心及移動端APP組成。項目建設以信息技術、數字處理技術為支撐，利用計算機網絡對棚室作物生長狀況進行實時監測，通過傳感器和傳輸設備，獲得各類信息并進行綜合處理，以此建立作物灌溉系統。

2 硬件系統

2.1 通過優選

構成的傳感器模組，包括環境溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、CO2濃度傳感器、日照強度傳感器、雨量傳感器、植物光譜分析儀、土壤元素分析儀。

2.2 控制機構

包括各管路關聯電磁閥、水泵、通風電機、遮陽步進電機等組成。

2.3 通信系統

包括遠程通信及近場通信。遠程通信系統包括使用運營商的2G/3G/4G網絡傳輸，近場通信包括傳感器與主控電腦之間的無線傳輸模塊。

3 軟件系統

3.1 作物生長管理數據庫的建立

建立符合吉林省省情的幾種代表性作物的生長規律模型，模型包括作物在每一生長階段的需水、溫度、肥料、農藥等參數，將傳感器獲取的數據與之進行比對，實現數字化溫室自動操作。我中心經過長期試驗得出了一整套相關作物的生長數據，通過數據可以避免傳統作物種植過程中憑經驗灌溉、施肥、噴灑農藥等過程的浪費，同時也避免了因施肥和噴灑農藥過量而造成土壤板結、農藥化肥所造成的污染。編寫數據結構體系，以“高速數據讀寫，降低數據冗余”方式優化數據結構。

3.2 溫室智能控制系統

通過傳感器模組采集的數據，對整個溫室的環境因子按照歷史數據，作物最優生長數據等依據進行控制，發送控制信號至操控機構，實現溫室環境的調節。

3.3 網絡數據中心

該中心不僅保留原始數據庫，而且及時更新當前作物數據，同時可以實現授權用戶的遠程管理。

3.4 移動端APP 開發

實現在移動設備上對于溫室的實時管理，完全體現了物聯網價值。

4 該系統具有的功能

4.1 系統可根據用戶輸入各地塊種植作物、土壤類型（也可從計算機中調用）后，系統便會根據作物生產的氣象條件、土壤養分狀況等，動態監測棚室溫度變化、土壤含水量的變化，日照強度的變化，棚室內CO2的濃度等參數。然后自動精確的控制作物生長期間所需的灌溉、通風、加熱、光照、追肥因素等。

4.2 除自動控制外，系統還設定了半自動控制方式。所謂半自動控制方式，就是指系統允許用戶根據實際情況控制開停機。用戶可人為的啟動或關閉閥門。

4.3 系統可根據作物生長期間的作物生長狀況、土壤類型、土壤養分狀況、氣象等條件，提供幾種作物智能控制的決策實施方案。用戶在種植一類新作物時，可以在控制器上修改參數，滿足實際情況的需要，具有良好的擴展性。

4.4 控制器采用專用單片機外圍接口芯片設計，可靠性高；使用標準RS-232串口，與計算機機連接，交換數據，實現在線實時檢測。系統設有自動斷電記憶功能。

參考文獻