基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能太陽能溫室大棚

吳旭

摘 要：文章所述系統(tǒng)以單片機為核心，采用加熱爐、加濕器、風機、滴灌裝置、文丘里施肥器、熒光燈和步進電機控制的卷簾，分別為溫室大棚進行加熱、加濕、通風、滴灌、施肥、采光。使用傳感器，將數(shù)據(jù)通過W5100網(wǎng)絡(luò)模塊上傳到Y(jié)eelink物聯(lián)網(wǎng)平臺，實時查看溫室大棚內(nèi)各傳感器數(shù)值及動作裝置狀態(tài)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚，實現(xiàn)溫室種植的高效和精細化管理。同時在溫室大棚棚頂鋪設(shè)太陽能電池板，為大棚內(nèi)系統(tǒng)設(shè)施供電，提供清潔能源。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；溫室大棚；太陽能；單片機

1研制背景

當前我國處在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，農(nóng)村發(fā)展面臨著資源約束和基礎(chǔ)設(shè)施不完善等問題。在物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi)影響農(nóng)作物生長發(fā)育的各項數(shù)據(jù)信息應該掌握并重視，例如，空氣濕度、土壤濕度、二氧化碳濃等。傳統(tǒng)溫室大棚（溝灌型），在一次澆灌后，用水量大，這就導致地面土壤水分無法及時蒸發(fā)而長時間濕潤，相應的，大棚內(nèi)溫度、地表溫度降低快，加大蒸發(fā)量，在這種環(huán)境下，病蟲害易發(fā)生。本文所述基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能太陽能溫室大棚采用滴灌和文丘里施肥技術(shù)，可以有效緩解并改善傳統(tǒng)大棚的缺點并使水分損失降低到最低限度。此外，由于水分可及時地到達農(nóng)作物根部吸水區(qū)，從而顯著提升灌溉效率。本系統(tǒng)采用太陽能電池供電，充分利用了溫室大棚的空間資源。

2設(shè)計方案

2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)連接傳感器采集下列信息：棚內(nèi)光照強度、空氣與土壤溫度、空氣濕度與土壤濕度、土壤濕度與PH值、二氧化碳濃度、氣壓值。通過對數(shù)據(jù)進行分析，獲取農(nóng)作物生長最佳條件。實時調(diào)控或自動控制溫室系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)，施肥系統(tǒng)（通過數(shù)據(jù)變化），卷簾采光裝置，噴霧加濕裝置、通風裝置、加熱裝置等。

2.1.1光強傳感器

在光照較強，不適合大棚中作物生長時，光強傳感器會給控制器一個信號，控制器自動控制大棚上的卷簾裝置，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的光照強度。

2.1.2二氧化碳傳感器

二氧化碳傳感器能夠測出大氣中的二氧化碳含量。在本系統(tǒng)中，二氧化碳傳感器將大棚中二氧化碳含量信號傳給控制器，當二氧化碳含量不正常時，控制器自動使大棚上的風扇啟動，當二氧化碳含量正常時，關(guān)閉風扇。實現(xiàn)通風控制。

2.1.3土壤PH值傳感器

土壤PH值傳感器可以檢測土壤中的酸堿度，并判斷植物是否需要進行施肥。

2.1.4大氣壓傳感器

大氣壓傳感器是用來檢測大棚中的氣壓值，當大棚中的氣壓不適合農(nóng)作物生長時，它可以將信號傳給控制器，從而打開大棚上的風扇來調(diào)節(jié)大棚里的氣壓。

2.1.5土壤濕度傳感器

土壤濕度傳感器檢測植物土壤濕度，判斷是否需要澆水，并自動控制電磁閥動作進行滴灌。

2.1.6空氣濕度傳感器

空氣濕度傳感器是檢測大棚中的空氣溫、濕度的，工作原理與土壤濕度傳感器類似，通過傳感器值來判斷是否啟動加濕器。

2.1.7溫度傳感器

采集溫室大棚內(nèi)空氣溫度和土壤溫度，通過判斷控制加熱爐。

2.2物聯(lián)網(wǎng)接入平臺Yeelink

本系統(tǒng)使用公共物聯(lián)網(wǎng)接入平臺Yeelink，該平臺具有高并發(fā)接入服務器和云存儲方案。接入平臺，通過應用進行遠程管理控制。當數(shù)據(jù)達到某個設(shè)定閾值，其會自動調(diào)用預先設(shè)定的規(guī)則，發(fā)送通知。所有數(shù)據(jù)，均可以通過地圖和時間軸方式進行展現(xiàn)，使用IOS或Android系統(tǒng)的智能設(shè)備，均可查看傳感器狀態(tài)并進行遠程控制。

2.3智能控制

傳感器通過總線與控制中心相連接，控制中心采用Ardui-nomega2560開發(fā)板和W5100網(wǎng)絡(luò)模塊構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)平臺，該平臺實現(xiàn)了遠程控制或自動控制采光、滴灌、噴霧加濕、通風、加熱、施肥等設(shè)備，保證溫室大棚內(nèi)環(huán)境最適宜作物生長。傳感器監(jiān)測、微型控制、數(shù)據(jù)傳輸和物聯(lián)網(wǎng)是本系統(tǒng)的主要技術(shù)。系統(tǒng)工作流程如下：采用各種傳感器采集溫室大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)信息并同步對其進行分析，以此為依據(jù)，適當、準確、高效地控制滴灌的水量。同時在云端平臺上設(shè)置了相應的動作機制和報警機制，當傳感器數(shù)值達到設(shè)定的閾值時，對應動作機構(gòu)自動動作，開啟自動控制功能。同時設(shè)置了消息推送功能，將動作機構(gòu)等狀態(tài)消息及時發(fā)送給用戶。

3創(chuàng)新點及應用

（1）大幅度節(jié)省水量。平均可節(jié)水約50%，將灌溉用水利用系數(shù)提高到95%以上，畝產(chǎn)灌水定額減少了30%左右。

（2）可使土壤環(huán)境維持平衡狀態(tài)。灌溉水流量小且均勻，對農(nóng)作物沖擊力降低，有利于農(nóng)作物生長。

（3）便于施加肥料，提高效率。利用本系統(tǒng)對農(nóng)作物施加肥料，肥料可以順滴灌孔直接到達農(nóng)作物根基部位被其吸收，大大降低肥料的浪費，從而提高了化肥的利用率。

（4）節(jié)省人力成本。不同于傳統(tǒng)溫室大棚需要人工保護過水渠道、澆灌等。本系統(tǒng)實現(xiàn)澆灌自動化，比傳統(tǒng)灌省工近50%。此外，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和普及，成本進一步降低，正在達到了低投資，高收入的水平。技術(shù)簡便，易于農(nóng)民學習、掌握、使用、維護和管理。

參考文獻：

[1]管繼剛.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的應用[J].通信管理與技術(shù)，2010（03）：24-27.