基于物聯網技術溫室監測系統的探析

李艷　張志鵬　米合日阿依?阿卜力克木　孟洪兵

摘要 隨著科學技術的發展，越來越多的新型技術及設備在互聯網的基礎上被開發出來，其中，物聯網作為一種新型信息技術，對人們的生活及生產影響巨大。通過對物聯網在溫室監測系統中的應用進行分析，對當下最新技術進行研究歸納總結，得出具有現實意義的結論，以期有助于促進溫室監測技術的發展。

關鍵詞 物聯網;溫室;監測;新技術

中圖分類號 S625

文獻標識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）08-0159-02

溫室內部環境因素與植物生長有密切的關系，因而溫室環境監測對指導作物種植具有重要意義，使用科學的方法對溫室環境參數進行精確的數字化監測，實現溫室環境要素信息的自動記錄存儲，為溫室環境控制研究和溫室生產管理提供準確、可靠的數據支撐，實現溫室現代化、精細化管理。借鑒國內外先進的傳感器技術和物聯網技術，構建適用于溫室生態環境智能監測系統，將為溫室環境的監測提供更好的平臺，推動溫室監測系統全面科學發展溫室環境監測系統通過安置在溫室內的傳感器進行多點實時監測，長時間對溫室環境參數信息進行跟蹤監測。

1溫室監測中存在的問題

傳感器方面：傳感器可靠性低，很多設施的軟件和硬件系統不完善，接口缺乏統一標準，系統功耗大。通信方面：布線復雜，后期維護成本高，系統監測精度不高，安全性和可靠性差。大數據方面：傳統數據庫存儲空間有限，沒有形成完整的數據庫體系，數據利用率低，不能實時檢測。不利于大數據分析和云計算，進而形成農業專家系統。

2物聯網技術在溫室監測系統中的應用

溫室監測中，應用到物聯網技術將會提高各類系統的精確監測問題，在數據采集、智能監測、遠程傳輸、智能分析等方面物聯網技術比傳統設施農業具有更多的優勢，推動溫室監測系統全面科學發展，徹底解放溫室監測中多余的勞動力，實現溫室環境要素信息的自動記錄存儲，讓溫室監測系統朝著網絡化、便捷化、集約化的方向邁進。依據監測系統內的溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器等對溫室內各種環境參數進行數據采集，并對溫室環境參數用科學的方法使數字化監測精確度提高，實現溫室現代化、精細化管理，為溫室環境控制研究和溫室生產管理提供準確、可靠的數據支撐。管理者通過移動網絡可隨時隨地了解溫室內植物生長的環境參數，為植物生長發育提供技術支持。

3基于物聯網溫室監測系統新技術

通常基于物聯網技術的溫室監測系統主要包括以下幾個模塊：傳感器模塊、數據傳輸模塊數據處理模塊數據存儲模塊，移動式監測平臺。

3.1傳感器的模塊

傳感器有很多種，每一種傳感器都有其獨有的特點，具體要根據實際情況來選擇。所以在這類問題發生的同時就需要對其進行相應的分析與研究，將無線傳感器的發展方向定位在微型電子技術、無線傳感技術生物電化學傳感器等。但目前這些節點監控檢測的信息資料不夠精準，部分無線傳感器的功率較大，在實際應用的過程中需要較多的能量來驅動，因而很難在大范圍實際應用。伴隨著儲能技術在不斷的發展與提升的過程中，新型的儲能電池擁有較長的使用壽命、較高的轉換率、較小的體積以及較高的容量等優點，需要在短時間內研發出功率較小的無線傳感器，從而可以為無線傳感器的發展、功能消耗以及實際應用提供保障。

3.2數據傳輸模塊

無線傳感器網絡就是利用無線網絡將分散的一系列空間傳感器連接在一起，使采集的數據通過無線網絡傳輸進行匯總，以實現空間分散范圍內的地理和環境狀態下的整合監測。隨著物聯網無線傳感器技術不斷提高，越來越得到廣泛運用，并且應用到了各個領域，不僅提高了工作效率，還能降低生產成本，無線傳感網絡主要在2個方面很好地解決了傳統傳感技術上的問題。一是利用無線網絡，無線通信網絡對信息進行傳輸，較好地解決了傳統布線中布線復雜、布線成本高布線易老化等問題。二是可以更好地散點監測和多點監測，散點監測就是在地里位置較遠的監測點可以同時進行監測，大大提高了便捷性;多點監測是指在同一個監測區域多個傳感器共同工作，可以大大提高監測數據的精度。3.2.1WIFI通信技術。WIFI通信技術是利用無線將個人電腦以及一些通信設備連接的一種短距離無線通信技術。一是無線通信覆蓋的范圍更加廣闊，一般能夠直接覆蓋100m的范圍;二是無線通信傳輸快;三是無線通信不需要布線，能夠有效節約成本;四是不會對人們產生物理傷害;五是無線通信的組織形式簡單12-31但是無線的WIFI技術有一個非常明顯的問題就是網速，當網絡連接的設備數量較少時網速比較快，當網絡連接的設備數量多時網速會慢，而且距離信號中心點的距離的遠近會影響網速快慢。

3.2.2ZigBee技術。ZigBee技術是一種應用于短距離范圍內低數據傳輸速率下的電子設備之間的無線通信技術。短距離無線通信技術已經成為未來的趨勢，具有自組網、安全可靠、網絡容量大等優勢。ZigBee技術其實是一種能耗比較低的局域網協議，主要有距離短、能耗低穩定性高及組網方便等特點。數據傳輸網絡使用交換設備、傳輸設備、將地理上分散的用戶通過連接起來實現信息的交換，通信主要在點與點之間或者多點連接設備的方式建立通信系統。

3.2.3NB-iOT窄帶物聯網技術。目前，NB-iOT窄帶物聯網技術受到了學術界和產業界的廣泛關注，產業鏈逐漸走向成熟。系統采用一種半靜態鏈路自適應解決方案，采取數據重復發送的方式，通過低階調制的方式提升解調與增強覆蓋性能"，支持功率節省模式和擴"展非連續接收2種模式的配置。網絡部署靈活，可以充分利用頻譜資源，支持獨立部署、保護帶部署和帶內部署3種網絡部署方式。具有網絡架構更優化、小數據傳輸、超低功耗超長待機超強覆蓋等特點。

3.2.4LoRa技術。LoRa是基于擴頻技術的遠距離通信調制技術，具有廣覆蓋、低成本、部署簡單、支持海量接人等優點。通過該技術有望實現物聯網在極大數量的終端設備和較大空間范圍內的互聯互通，而且可以在相關行亍業領域中逐漸建立產業生態系統。LoRa無線傳輸技術的領域利用LoRa組建無線傳感器網絡，可依靠商業基站或用戶自行建設LoRa專網。LoRa技術發展至今已經擁有了一套非常完整的生態鏈，能夠給用戶提供全方面的服務保障，相關產品的性能也越來越成熟穩定。

3.3數據存儲模塊

數據庫是按照數據結構來組織、存儲和管理數據的“倉庫"，主要數據量為環境參數數據、用戶數據以及傳感器數據。隨著環境參數數據的持續存儲，數據庫的讀寫操作會變得十分密集，對數據庫就有了高并發的需求。隨著數據量的增加以及物聯網模塊存儲功能的出現，云存儲成為一個新的概念，是一種新興的網絡存儲技術，通過集群應用、網絡技術或分布式文件系統等功能，將網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過軟件集合起來協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問功能回。在溫室監測系統中云平臺主要指以數據存儲為主的存儲型平臺，在云平臺的基礎上以數據處理為主的計算型云平臺以及計算和數據存儲處理兼顧的綜合云計算平臺，云平臺的建立主要以友好的方式展現用戶所需要的內容，并會利用多種設備及技術提供多種服務。在云監測平臺方面普及率并不是很高，云平臺相對于傳統存儲平臺而言存儲的數據庫內容多，安全性也提高，云計算上應將集中式云計算數據輸送到中心，后將結果返回，其中數據傳輸中的風險可以通過技術手段降低。

3.4移動式監測平臺

目前，新的移動監測主要包括手機APP和微信公眾號2種。通過云端數據庫的地址和密碼連接云端數據庫，實現數據傳輸通道的連接及移動網絡查詢，機端將給云服務器發送相應的指令從而修改云端數據庫中對應的標志位，云服務器將查詢的數據再返回給手機端，然后手機端將數據解析并顯示。微信公眾號的程序和手機APP的程序實現方法不同，但思路相同，通常移動終端設備小巧，方便隨身攜帶，利用手機移動互聯網技術，實現土壤及空氣溫濕度、光照、CO2實時查詢，綁定相關設備后，移動端便可遠程訪問云平臺讀取存儲的數據，同時要兼顧系統安全性及穩定性。

4發展趨勢

在物聯網技術的發展中，傳統的智能化方式主要是以專業人士和基于計算機的監測平臺，專家通常以自己經驗作為整個技術的核心，給出設備需要檢查維護維修的意見。因傳統的監測方式存在認知上的可靠、可控、時間長等特點，因而在整個領域內物聯網的提出使物聯網在溫室中的運用更具有學習性，通過一定時間給定條件的輸人、輸出、訓練出智能，再將智能運用到新的技術上。物聯網技術在溫室上的運用將會面臨更多的歷史機遇，當然物聯網發展也面臨著深層次的問題，這也會推動物聯網的發展，不僅要在應用上進行創新同時也在技術上開展新一輪的創新，為傳統的溫室監測注人新的活力。

（1）智能化的發展。隨著經濟的不斷發展，各地方的氣候不同，環境限制了很多植物生長環境。因此，各地區溫室的范圍不斷擴大，溫室系統要對大量的數據進行處理，需要更加智能化解放多余的勞動力。

（2）硬件及軟件的發展。傳統的監測系統以計算機、PLC、單片機為操作中心，而配套的軟件系統還較為缺乏，原有監測系統無論是硬件接口、電路均無統一標準，不利于維護，后期應向朝著便捷、維護方便、便于操作的方向發展。

（3）移動網絡化發展。借助于現有的手機平臺及相關軟件，數據更具有敏捷性、實時性、開放性，為后期的智能控制提供參考數據。

（4）網絡安全性及穩定性的發展。無線網絡安全維護常見的問題中，數據被篡改的現象最嚴重，需要一些更有效的機制對網絡進行加密。網絡穩定性受到很多因素的影響，需要解決的弊端包括連接、外在干擾、數據正常運行等，所以網絡的安全及穩定是系統運行的基礎。

5參考文獻

[1]劉泉生，陸珊.無線傳感器在農業環境監控中的應用[J].電腦迷，2018（11）：10-11.

[2]路寧.物聯網通信技術的發展現狀及趨勢綜述[J].中國新通信，2018，20（18）：27.

[3]郭曉曦.NB一loT終端安全協議一致性測試集的設計與實現[D].北京：郵電大學，2018.

[4]劉加刊，顧晨，朱艷.ZigBee與其他短距離無線通信技術比較及其應用[J].中國新通信，2018，20（18）：87-88.

[5]萬雪芬，崔劍，楊義，等.基于智能手機的LoRa無線傳輸效能測試研究[J].現代電子技術，2018，41（21）：7-11.

[6]雷濤.云存儲校園版管理系統的設計與實現[D].沈陽：東北大學，2016.