基于安卓系統的溫室環境遠程監控模式設計

王帥

摘要：根據遼寧省溫室大棚實際情況，開發研制溫室大棚智能遠程監控系統。概述系統的構成及設計思路，詳細介紹硬件及軟件的功能和作用。性能測試結果表明：系統智能化和工作效率高，數據采集穩定準確，能夠滿足農藝對監控設備的要求。

關鍵詞：溫室；環境；遠程監控；智能；設計；采集器；控制器

中圖分類號：S625.5；S126 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）09-0048-03

溫室大棚通過提供作物生長的最佳條件，降低四季變化和惡劣氣候對設施作物生產的影響，是我國農業重要的組成部分。隨著精細農業、數字農業的發展，電子、計算機、通信、自動控制等信息技術逐漸被引入溫室大棚生產，實現智能遠程信息化監控。在此情況下，遼寧省農業機械化研究所在查閱國內外相關資料的基礎上，根據遼寧省溫室大棚種植的實際情況設計了大棚智能遠程監控系統。

1 溫室大棚智能遠程監控系統的工作原理

溫室大棚智能遠程監控系統主要包括采集傳感器、視頻監控器、控制器、采集控制服務平臺（由安卓環境開發）和網絡服務平臺。其中，采集傳感器、視頻監控器、控制器為硬件設備，采集控制服務平臺和網絡服務器平臺為控制軟件。

智能遠程監控系統對獲取的環境多點監測數據進行分析處理，實現小數據分析和控制，并通過網絡云平臺實現大數據整合處理，對溫室大棚生產實現遠程智能化監控。

溫室大棚智能遠程監控系統工作流程為：傳感器將采集到的環境數據以無線方式發送到采集控制器，采集控制服務平臺進行計算處理后以無線方式發送到網絡控制模塊；網絡控制模塊對數據進行整合處理后，通過GPRS發送給網絡服務器平臺；管理人員對數據進行相應分析，再通過網絡控制模塊和采集控制服務平臺向各個控制器發送指令，完成相應控制。

2 溫室大棚智能遠程監控系統主要部件設計

2.1 采集傳感器

采集傳感器包括空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光照度傳感器和二氧化碳濃度傳感器。這些高精度傳感器采集環境因子數據后，均采用低功耗傳輸協議和太陽能供電方式，將數據通過無線方式傳輸給采集控制服務平臺，供其進行分析處理和實時顯示。采集傳感器的工作流程如圖1所示。

2.2 控制器

控制器分為降溫控制器、增溫控制器、灌溉控制器、卷簾控制器、二氧化碳控制器和遮陽控制器等。其以監測溫室大棚內的環境因子為數據依托，將數據上傳到網絡服務平臺進行實時統計、分析、處理，再根據相關設置要求發送相應的控制指令。

采集控制服務平臺對采集數據進行計算處理后發送到網絡服務器臺，并根據相關設置（上下限值、恢復值等）輸出指令，使降溫控制器、灌溉控制器、增溫控制器、卷簾控制器、二氧化碳控制器和遮陽控制器等相關控制設備進行相應聯動。采集控制服務平臺除監視各個環境因子外，還能實時監視控制器運行情況，確保其在安全狀態下運行?？刂破鞴ぷ髁鞒桃妶D2。

采集控制服務平臺是系統的核心組成部分，其采用板載定制優化的Android 4.4系統和穩定的英特爾四核處理器，配備26.6 cm（8寸）高清觸控顯示屏，支持多點觸控，可執行收發采集數據和控制指令等任務，并實時顯示采集數據、報警信息和相關設置。采集控制服務平臺的工作流程見圖3。

2.3 服務平臺

溫室大棚智能遠程監控系統采用本地監控和網絡監控2種工作模式并行運行。采集控制服務平臺主要用于棚區集群化大范圍監控，可視化程度高，可根據需要架設整個范圍的監控。采集控制服務平臺與網絡服務平臺相連后，數據接收可實現同步。更改設置時，采集控制服務平臺與網絡服務平臺同步變化，采集控制服務平臺端控制權重高于網絡服務平臺。

環境數據通過采集控制服務平臺發送至網絡控制器后，網絡控制器對多個棚內的數據進行整合處理，并發送至采集控制服務平臺和網絡服務平臺；網絡服務平臺對數據進行存儲并寫入數據庫進行分析，并可在前臺進行實時顯示及多種方式的歷史查詢，即網絡服務平臺可提供歷史記錄查詢功能，其工作流程見圖4。

3 溫室大棚智能遠程監控系統性能測試

3.1 測試條件

2017年4—6月，在新民試驗地進行大棚智能遠程監控系統性能試驗，以檢驗系統的工作可靠性，并為系統改進提供依據。測驗項目有溫度、濕度、光照度等環境因子及降溫、灌溉等功能控制。

3.2 溫度和動作監控測定

在試驗棚中的兩側及中間，分別放置3組空氣溫濕度傳感器和3組溫度計，對比遠程獲取溫度和溫度計溫度，確認二者溫度顯示一致。在采集控制器上設置報警制動和恢復范圍值，降溫制動情況與設定值一致，試驗數據如表1所示。

3.3 土壤濕度和噴灌監控測定

將3組土壤溫濕度傳感器和3組土壤濕度計分別放置在大棚兩側及中間，對比遠程獲取的濕度和濕度計濕度，確認濕度顯示基本一致。在網絡服務平臺上設置報警制動和恢復范圍值，動作信號正常，動作數值與設定值一致，具體的試驗數據見表2。

3.4 光照度與卷簾機監控測定

在光照度與卷簾機監控試驗中，以光照度界值作為卷簾機卷起和落下的指標。光照度傳感器放置在棚外感應天氣變化，一般來說，晴朗白天的光照度超過100 Lux，陰天的光照度在50～100 Lux之間。閥值設置應根據當地的氣候環境進行。試驗當日為晴天，試驗數據及結果見表3。

3.5 系統性能分析

性能試驗數據表明：系統智能化和工作效率較高，數據采集穩定準確，能夠滿足農藝對監控設備的要求，且故障少、維護方便。性能測定及用戶反饋結果還表明，在網絡環境不好的地區，該系統的遠程數據采集功能會受影響，需要在基站和棚區間加裝信號增益設備。

4 結論

新研發的溫室大棚智能遠程監控系統可實現大棚環境因子采集和控制的集成化聯動，同時，無線采集傳感器可放置在棚內不同位置，且一個棚內可放置多個同類型的傳感器，易于實現多棟大棚集群控制。大棚智能遠程監控系統的應用前景較為廣泛，為連棟溫室大棚信息化管理提供適用裝備支撐。

參考文獻

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Abstract： Intelligent remote monitoring system of greenhouse was developed according to the actual situation of greenhouse in Liaoning province. This paper summarized the composition and design ideas of the system， and introduced in detail the function and role of the hardware and the software. The performance testing results showed that： The intelligence and high efficiency of the system with stable and accurate date collected could meet the requirements of the agronomy on monitoring equipment.

Key words： greenhouse； environnent； remote monitoring； intelligence； design； collector； controllerendprint