基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)研究

摘" 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也逐漸引入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施，其中包括農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)利用傳感器、數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境的自動監(jiān)測和調(diào)控，提高農(nóng)作物的生長質(zhì)量和產(chǎn)量。該文旨在研究基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施的農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)，探討其原理、功能和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：溫室大棚；智能控制；物聯(lián)網(wǎng)；溫濕度；傳感器

中圖分類號：S625.3" " " 文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）23-0001-05

Abstract： With the continuous development and application of the Internet of Things technology， the agricultural field has gradually introduced the Internet of Things facilities， including the intelligent control system of agricultural greenhouse. By using the technologies of sensor， data acquisition and remote control， this system can automatically monitor and control the environment of agricultural greenhouse and improve the growth quality and yield of crops. The purpose of this paper is to study the intelligent control system of agricultural greenhouse based on Internet of Things， and to explore its principle， function and application prospect.

Keywords： greenhouse; intelligent control; Internet of Things; temperature and humidity; sensor

2021年，第七次全國人口普查結(jié)果顯示，我國鄉(xiāng)村居住人口約為5億人，占全國人口總數(shù)的36.11%。農(nóng)村人口眾多與耕地面積減少，形成鮮明的對比。提高單位面積上耕地的使用率，可以有效提高農(nóng)民的收入。利用溫室大棚就是重要的方法之一。而傳統(tǒng)的溫室大棚需要農(nóng)民吃住在大棚，觀察作物的生長狀況。而基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)就可以解決這類問題，實現(xiàn)對大棚內(nèi)作物的實時監(jiān)管。

1" 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施的概述

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施是指通過互聯(lián)網(wǎng)連接和通信的各種設(shè)備和傳感器，能夠?qū)崟r獲取和傳輸數(shù)據(jù)，并進行自動化控制，其由物理設(shè)備、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理，實現(xiàn)設(shè)備之間的溝通和協(xié)作。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施的特點包括以下幾點。

互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接和通信，實現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。這使得設(shè)備可以實時地共享數(shù)據(jù)和信息，進行協(xié)同工作和智能控制。

智能化。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施通過傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測和分析環(huán)境、設(shè)備和用戶的數(shù)據(jù)。通過智能算法和決策系統(tǒng)，可以對數(shù)據(jù)進行分析和推斷，實現(xiàn)自動化控制和優(yōu)化決策。

實時性。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施能夠?qū)崟r采集和傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時監(jiān)測和控制。這使得設(shè)備能夠迅速響應(yīng)環(huán)境變化和用戶需求，提供及時的反饋和服務(wù)。

大數(shù)據(jù)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施通過采集和傳輸大量的數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。通過對數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，可以揭示隱藏的關(guān)聯(lián)和模式，為決策和優(yōu)化提供依據(jù)。

安全性和隱私保護。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施在數(shù)據(jù)傳輸和存儲過程中面臨安全性和隱私保護的挑戰(zhàn)。因此，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施需要采取相應(yīng)的安全措施，保護數(shù)據(jù)的機密性、完整性和可用性，同時保護用戶的隱私權(quán)。

多樣性和可擴展性。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施可以適應(yīng)多種不同的應(yīng)用場景和需求，包括家庭、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通等領(lǐng)域。同時，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施具有較強的可擴展性，可以根據(jù)需要連接和管理大量的設(shè)備。

節(jié)能和環(huán)保。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施可以通過智能控制和優(yōu)化決策，實現(xiàn)能源的高效利用和環(huán)境的保護。

農(nóng)業(yè)溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施是指在農(nóng)業(yè)溫室大棚中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備和系統(tǒng)，以實現(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境的實時監(jiān)測和智能控制。設(shè)施通過傳感器、數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，將溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度等）實時采集并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，然后根據(jù)農(nóng)作物的需求和生長階段，自動控制水肥噴灌、通風(fēng)和遮陽等設(shè)備，提供適宜的生長環(huán)境。

2" 農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)的原理

農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)的原理是基于物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)，通過采集和分析環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對溫室大棚內(nèi)環(huán)境的實時監(jiān)測和智能控制。其主要原理如下。

2.1" 傳感器數(shù)據(jù)采集

溫室大棚智能控制系統(tǒng)通過部署各種傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器和二氧化碳傳感器等，實時采集溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)[1]。這些傳感器將環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號，并通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備將其傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2.2" 數(shù)據(jù)處理和分析

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收傳感器采集的數(shù)據(jù)，并進行處理和分析。系統(tǒng)利用智能算法和模型，對數(shù)據(jù)進行分析和推斷，從而得出溫室內(nèi)環(huán)境的狀態(tài)和變化趨勢。例如，通過分析溫度和濕度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠判斷溫室內(nèi)是否需要進行通風(fēng)或加濕。

2.3" 控制策略生成

根據(jù)農(nóng)作物的需求和生長階段，系統(tǒng)生成相應(yīng)的控制策略。控制策略包括水肥的噴灌量、通風(fēng)設(shè)備的開關(guān)、遮陽設(shè)備的調(diào)節(jié)等。策略的生成通常基于農(nóng)作物的生長模型和環(huán)境參數(shù)的分析結(jié)果。

2.4" 控制設(shè)備操作

控制策略生成后，系統(tǒng)將相應(yīng)的指令發(fā)送給控制設(shè)備，實現(xiàn)對溫室內(nèi)環(huán)境的智能控制。例如，可以通過自動化控制系統(tǒng)控制水肥噴灌設(shè)備的開關(guān)和噴灑量，調(diào)節(jié)通風(fēng)設(shè)備的開關(guān)和風(fēng)量，以及調(diào)節(jié)遮陽設(shè)備的開合程度，以提供適宜的生長環(huán)境。

2.5" 遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制

溫室大棚智能控制系統(tǒng)通常還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制的功能，即可以通過手機、電腦等終端設(shè)備對溫室內(nèi)環(huán)境進行實時監(jiān)測和控制。用戶可以通過終端設(shè)備查看溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和實時圖像，同時可以遠(yuǎn)程控制溫室內(nèi)的設(shè)備進行調(diào)整和操作。

2.6" 數(shù)據(jù)存儲和分析

溫室大棚智能控制系統(tǒng)通常還具備數(shù)據(jù)存儲和分析功能，將采集的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行長期存儲，并進行數(shù)據(jù)分析和挖掘。這些數(shù)據(jù)可以用于優(yōu)化農(nóng)作物的生長管理和決策制定，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量[2]。

農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)通過傳感器采集溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理和分析，生成相應(yīng)的控制策略，并通過控制設(shè)備實現(xiàn)對溫室內(nèi)環(huán)境的智能控制[3]。同時，系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制、數(shù)據(jù)存儲和分析等功能，為農(nóng)作物的生長管理提供支持和便利。這樣的智能控制系統(tǒng)能夠提高農(nóng)作物的生長質(zhì)量和產(chǎn)量，節(jié)約資源和能源，提高生產(chǎn)效率和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平。

3" 農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)的功能

農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)具有多種功能，可以提供全面的溫室管理和自動化控制。以下是一些常見的功能。

3.1" 環(huán)境監(jiān)測

系統(tǒng)可以實時監(jiān)測溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、光照強度和二氧化碳濃度等[4]。通過傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行分析和展示，農(nóng)戶可以隨時了解溫室內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)。

3.2" 智能控制

基于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和農(nóng)作物的需求，系統(tǒng)可以自動控制溫室內(nèi)的設(shè)備，如水肥噴灌系統(tǒng)、通風(fēng)設(shè)備、遮陽設(shè)備等。系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略，自動調(diào)整設(shè)備的運行狀態(tài)，以提供適宜的生長環(huán)境。

3.3" 水肥管理

系統(tǒng)可以根據(jù)農(nóng)作物的需求和生長階段，智能調(diào)控水肥噴灌系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)測的環(huán)境參數(shù)和土壤濕度等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動控制水肥噴灌設(shè)備的開關(guān)和噴灑量，實現(xiàn)精準(zhǔn)的水肥管理，減少資源浪費和環(huán)境污染。

3.4" 通風(fēng)調(diào)節(jié)

系統(tǒng)可以通過自動控制溫室內(nèi)的通風(fēng)設(shè)備，實現(xiàn)溫度和濕度的調(diào)節(jié)。根據(jù)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)定的控制策略，系統(tǒng)可以自動開啟或關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備，調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的氣流和濕度，保持適宜的生長環(huán)境。

3.5" 遮陽調(diào)節(jié)

系統(tǒng)可以通過自動控制遮陽設(shè)備，依據(jù)設(shè)定的閾值進行判斷。當(dāng)光照強度超過閾值時，系統(tǒng)會自動啟動遮陽設(shè)備，降低溫室內(nèi)的光照強度，防止作物因過度照射而受到傷害。當(dāng)光照強度低于閾值時，系統(tǒng)會自動關(guān)閉遮陽設(shè)備，提供足夠的光照量，促進作物的生長。

3.6" 光照控制

系統(tǒng)可以根據(jù)農(nóng)作物的光照需求和外界光照條件，智能控制溫室內(nèi)的光照設(shè)備。通過自動調(diào)節(jié)光照設(shè)備的亮度和工作時間，系統(tǒng)可以提供適宜的光照條件，促進農(nóng)作物的生長和發(fā)育。光照強度對作物光合作用具有重要影響。光合作用積累有機物的速率隨著光照強度的增大而加快，但光照強度超過臨界值“光飽和點”后，該速率將不再加快而是保持在一定水平，當(dāng)光照強度降低到某一水平后，作物的生長發(fā)育受到限制，需要人工補光操作提高光照強度。該水平上的光照強度稱為“光補償點”。

3.7" 病蟲害監(jiān)測

系統(tǒng)可以通過安裝相應(yīng)的傳感器和監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測溫室內(nèi)的病蟲害情況。通過檢測病蟲害的指標(biāo)和預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)和報警，幫助農(nóng)戶采取相應(yīng)的防治措施，保護農(nóng)作物的健康。

3.8" 數(shù)據(jù)分析和決策支持

系統(tǒng)可以對采集的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行存儲、分析和挖掘。通過數(shù)據(jù)分析和建模，系統(tǒng)可以提供農(nóng)作物生長環(huán)境的優(yōu)化建議和決策支持，幫助農(nóng)戶作出更科學(xué)的決策，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

3.9" 遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制

系統(tǒng)通常具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制的功能，農(nóng)戶可以通過手機、電腦等終端設(shè)備，隨時隨地監(jiān)測溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)，并進行遠(yuǎn)程控制和調(diào)整。

3.10" 故障報警和維護管理

系統(tǒng)可以監(jiān)測溫室設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常和故障，并通過報警系統(tǒng)提醒農(nóng)戶進行維護和修復(fù)。系統(tǒng)還可以記錄設(shè)備的使用情況和維護記錄，幫助農(nóng)戶進行設(shè)備管理和維護。數(shù)據(jù)記錄和報告生成。系統(tǒng)能夠記錄溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并生成相應(yīng)的報告。農(nóng)戶可以根據(jù)這些報告了解溫室內(nèi)的環(huán)境變化和農(nóng)作物的生長情況，為決策提供參考依據(jù)。

3.11" 節(jié)能和資源管理

系統(tǒng)可以通過智能控制和優(yōu)化策略，實現(xiàn)溫室內(nèi)能源的高效利用和節(jié)能減排。例如，通過自動調(diào)節(jié)通風(fēng)設(shè)備和遮陽設(shè)備，系統(tǒng)可以減少能源的消耗和浪費，并提高溫室內(nèi)的能源利用效率。溫室大棚智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少資源和能源的浪費，提高生產(chǎn)效益。通過精準(zhǔn)的水肥管理、環(huán)境調(diào)控和病蟲害監(jiān)測，系統(tǒng)可以提供最優(yōu)化的生長環(huán)境，支持作物的健康生長和發(fā)展。

3.12" 多種模式選擇

系統(tǒng)通常會提供多種模式選擇，以適應(yīng)不同的農(nóng)作物和生長階段。農(nóng)戶可以根據(jù)自己的需要選擇不同的模式，系統(tǒng)會根據(jù)模式的設(shè)定調(diào)整環(huán)境參數(shù)和設(shè)備的運行。

3.13" 數(shù)據(jù)共享和分析

系統(tǒng)可以將采集的數(shù)據(jù)進行共享和分析，與其他農(nóng)業(yè)智能化平臺和系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。通過數(shù)據(jù)共享和分析，可以實現(xiàn)更廣泛的農(nóng)業(yè)資源整合和決策支持。

溫室大棚智能控制系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、控制設(shè)備等技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對溫室內(nèi)環(huán)境的智能監(jiān)測和控制。系統(tǒng)可以根據(jù)農(nóng)作物的需求和環(huán)境變化，自動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫度、濕度、光照等參數(shù)，提供最適宜的生長環(huán)境。通過智能化的管理和優(yōu)化，系統(tǒng)可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少資源和能源的浪費，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)智能化。溫室大棚智能控制系統(tǒng)可以與其他農(nóng)業(yè)智能化設(shè)備和平臺進行集成，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全面智能化。提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少資源和能源的浪費，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。系統(tǒng)的應(yīng)用可以幫助農(nóng)戶提高生產(chǎn)效益，降低生產(chǎn)成本，提高農(nóng)業(yè)的競爭力和可持續(xù)性，推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和智能化的發(fā)展。

4" 溫室大棚智能控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

該系統(tǒng)由STC89C52單片機、4G通信模塊、射頻芯片、溫濕度傳感器、光強傳感器和二氧化碳含量傳感器組成。主控單片機是控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)所有的數(shù)據(jù)處理和控制，4G通信模塊負(fù)責(zé)將單片機處理的數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送到手機或計算機，并接收來自手機或計算機的命令。一方面用射頻芯片接收傳感器采集的數(shù)據(jù)，另一方面將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機。

4.1" 溫濕度傳感器DHT11

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一種溫濕度復(fù)合傳感器，其能夠輸出標(biāo)定的數(shù)字信號。該傳感器采用獨特的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，以確保產(chǎn)品具有高可靠性和長期穩(wěn)定性。該傳感器由電阻式濕度傳感器和NTC溫度傳感器組成，并與高性能的8位微控制器連接。因此，該產(chǎn)品具有優(yōu)良的質(zhì)量、超快的響應(yīng)速度、強大的抗干擾能力、高性價比等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都經(jīng)過在非常精確的濕度校準(zhǔn)實驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存儲在OTP存儲器中，并在傳感器信號檢測過程中調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。該傳感器采用單線串行接口，方便快捷地進行系統(tǒng)集成。由于體積超小且功耗極低，所以在苛刻的應(yīng)用中是最佳選擇。該產(chǎn)品采用4針單排引腳包裝，方便連接。

由于溫室的溫濕度要求非常高，所以在選擇溫濕度傳感器時，主要考慮以下2個方面。一方面是準(zhǔn)確測量，因為溫室溫度和濕度過高或過低會導(dǎo)致作物損失甚至危害產(chǎn)量，所以必須準(zhǔn)確地測量溫濕度。另一個方面是高可靠性，傳感器在不同環(huán)境中都能正常工作。基于以上考慮，選擇了數(shù)字式相對溫濕度傳感器（DHT11）。該傳感器由電阻式濕度傳感器和NTC溫度傳感器組成，溫度范圍分別為±2 ℃和-20～+60 ℃，能夠滿足溫室作物的溫濕度要求。DHT11的數(shù)據(jù)引腳可以直接連接到單片機的IO端口，用于數(shù)據(jù)傳輸。

4.2" 光照傳感器

光照強度對作物光合作用具有重要影響。光合作用積累有機物的速率隨著光照強度的增大而加快，但光照強度超過臨界值“光飽和點”后，該速率將不再加快而是保持在一定水平，當(dāng)光照強度降低到某一水平后，作物的生長發(fā)育受到限制，需要人工補光操作提高光照強度，該水平上的光照強度稱為“光補償點”[5]。

光傳感器是將照明轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，其輸出以LUX單位進行測量。大多數(shù)作物的最佳光照范圍是8 000～12 000 lx，通常采用遮陽和遮陽作業(yè)來確保作物在最佳光照范圍內(nèi)生長。人工光源用于人為地延長照明時間或增加照明來補充照明工作，遮陽網(wǎng)用于遮陽工作。

在本設(shè)計中，選擇了BH1750FVI光照強度傳感器作為光照傳感器。BH1750FVI采用了兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強度傳感器集成電路。該集成電路能夠通過收集的光線強度數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)液晶或鍵盤背光的亮度。其高分辨率使其能夠探測較大范圍的光強度變化。BH1750FVI的內(nèi)部由光敏二極管、運算放大器、ADC采集器和晶振等組件構(gòu)成。該傳感器對應(yīng)著廣泛的輸入光范圍（相當(dāng)于1～65 535 lx），最小誤差的變化范圍在±20%之內(nèi)，并且對紅外線的影響較小。

4.3" 二氧化碳濃度傳感器

植物的光合作用必須有二氧化碳的參與，普遍將二氧化碳稱作植物的“食物”。大多數(shù)農(nóng)作物的生長需要0.1%的二氧化碳濃度，而大氣中只有0.03%的二氧化碳，無法滿足作物所需理想濃度，這嚴(yán)重限制了農(nóng)作物產(chǎn)量。因此，需要通過人工方法在設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚中補充二氧化碳。然而，過高的二氧化碳濃度同樣會限制農(nóng)作物的生長，因為其會導(dǎo)致葉表氣孔關(guān)閉，減少光合作用的強度[6]。

二氧化碳傳感器主要有以下幾種。

紅外二氧化碳傳感器。該傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理來檢測空氣中是否存在二氧化碳，具有良好的選擇性，不依賴氧氣，廣泛應(yīng)用于存在易燃易爆氣體的各種場合。

催化式二氧化碳傳感器。將現(xiàn)場檢測到的二氧化碳濃度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號輸出，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、煉油、輸配氣、生化醫(yī)藥和水處理等行業(yè)。

熱傳導(dǎo)二氧化碳傳感器。基于混合氣體的總熱導(dǎo)率隨氣體含量而變化的原理制成，由電橋的2個臂組成，電橋由檢測元件和補償元件組成。當(dāng)遇到可燃?xì)怏w時，檢測元件的電阻減小，而當(dāng)遇到二氧化碳?xì)怏w時檢測元件的阻力增大（空氣背景）。其輸出電壓變化，電壓變量隨著氣體濃度的增加而成比例增加，補償元件起到參考和溫度補償?shù)淖饔谩Ｖ饕糜诿裼煤凸I(yè)場所的天然氣、液化氣、煤氣和烷烴等可燃?xì)怏w以及汽油、酒精、酮和苯等有機溶劑蒸汽的濃度檢測。

根據(jù)實際情況，本設(shè)計選擇了TGS4161型二氧化碳?xì)怏w傳感器。這是一種用于低能耗的小型固體電解質(zhì)二氧化碳傳感器，檢測范圍為300～10 000 ppm。滿足作物對溫室內(nèi)二氧化碳濃度需求的測量范圍。二氧化碳感測部分由2個由固體電解質(zhì)形成的電極組成。同時，其還配有1個印刷的加熱底座。監(jiān)測2個電極之間產(chǎn)生的電動勢，測量二氧化碳的含量。傳感器頂部有1個吸附裝置，可防止其他氣體的干擾。TGS4161的電動勢輸出與二氧化碳含量呈線性比例。該傳感器具有長期穩(wěn)定性和優(yōu)異的防潮性能。

5" 溫室大棚智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

溫室大棚智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括單片機控制程序設(shè)計、移動終端顯示軟件設(shè)計。農(nóng)戶可以通過物聯(lián)網(wǎng)和計算機設(shè)備與智能溫室及相關(guān)設(shè)備建立信息交互關(guān)系，相關(guān)傳感器設(shè)備監(jiān)測作物生長、環(huán)境變化等。信息以圖片、文字或視頻的形式傳輸?shù)揭苿咏K端上，設(shè)備建立相關(guān)模型對數(shù)據(jù)變化進行分析，并根據(jù)分析結(jié)果自動調(diào)整風(fēng)機、采暖、照明設(shè)備。通過改善室內(nèi)環(huán)境，供應(yīng)作物，提供最佳的生長環(huán)境。并且可以通過設(shè)備了解溫室內(nèi)農(nóng)作物的生長情況，通過智能終端實時監(jiān)控溫室內(nèi)的相關(guān)信息，高效管理溫室大棚。

5.1" 單片機控制程序設(shè)計

控制系統(tǒng)的工作原理是通過測量模塊將測得的溫度、濕度和二氧化碳濃度值發(fā)送到核心板上，并保存到特定的寄存器中。與預(yù)先設(shè)定的值比較，如果超過預(yù)定范圍，就啟動風(fēng)機、遮陽棚、噴灌等設(shè)備，將其參數(shù)恢復(fù)到正常值范圍。

單片機控制程序設(shè)計的流程圖如圖1所示。

5.2" 移動終端軟件設(shè)計

移動終端軟件設(shè)計主要向管理人員提供參數(shù)和下發(fā)控制指令，發(fā)射模塊主要是把溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度打包上傳到上位機，在云端可以檢測到用戶所得的數(shù)據(jù)。上位機方面，在上位機設(shè)置APP的格式，利用手機軟件即可在界面查看數(shù)據(jù)。控制部分可以利用手機APP在云端控制相應(yīng)裝備，設(shè)計按鈕觸發(fā)控制繼電器、電機和風(fēng)機。在系統(tǒng)上有1個參數(shù)，是智能控制的一層保障，第二層就是用戶的手機APP控制，只要連上公網(wǎng)，即可實現(xiàn)遠(yuǎn)端操控。

6" 農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景

本節(jié)將討論農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景。隨著人口的增長和食品需求的增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著越來越大的壓力。智能控制系統(tǒng)的引入，能夠提高農(nóng)作物的生長效率和產(chǎn)量，減少資源的浪費和環(huán)境的污染。因此，農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，其可以提供農(nóng)作物的精準(zhǔn)管理和優(yōu)化，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加智能化和高效化。此外，智能控制系統(tǒng)還能夠減少人工操作的需要，降低勞動力成本，并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，提升農(nóng)戶的生產(chǎn)管理能力。農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景，可以為農(nóng)戶提供更高效、智能化的溫室管理解決方案，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和可持續(xù)發(fā)展。以下是其應(yīng)用前景的幾個方面。

6.1" 提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量

智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)農(nóng)作物的生長需求，精確控制溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，包括溫度、濕度、光照等。通過優(yōu)化的環(huán)境調(diào)控，系統(tǒng)可以提供最適宜的生長條件，促進作物的健康生長和發(fā)展，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

6.2" 節(jié)約資源和能耗

智能控制系統(tǒng)可以通過精準(zhǔn)的水肥管理、能源利用等措施，實現(xiàn)資源和能耗的節(jié)約。系統(tǒng)可以根據(jù)農(nóng)作物的需求和生長階段，調(diào)節(jié)水肥噴灌系統(tǒng)、燈光設(shè)備等，減少資源的浪費和能耗，提高資源利用效率和節(jié)能減排效果。

6.3" 降低病蟲害風(fēng)險

智能控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)測和識別溫室內(nèi)的病蟲害情況，提供預(yù)警和報警功能。通過及時采取措施，如調(diào)節(jié)溫濕度、噴灑藥劑等，系統(tǒng)可以降低病蟲害的風(fēng)險，保護作物的健康和安全。

6.4" 減輕勞動強度

智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)溫室管理任務(wù)的自動化和智能化。例如，系統(tǒng)可以自動調(diào)控溫室內(nèi)的設(shè)備，如通風(fēng)設(shè)備、遮陽設(shè)備、噴灌系統(tǒng)等，減輕農(nóng)戶的勞動強度。農(nóng)戶可以通過系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測功能，隨時隨地對溫室進行管理，提高工作效率。

6.5" 支持可持續(xù)發(fā)展

智能控制系統(tǒng)可以有效地減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響，實現(xiàn)對資源的節(jié)約和循環(huán)利用。系統(tǒng)可以減少農(nóng)藥和化肥的使用量，降低土壤和水源的污染風(fēng)險，推動農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[7]。

7" 結(jié)束語

基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施的農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)具有重要的研究和應(yīng)用價值，其能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境的精準(zhǔn)監(jiān)測和調(diào)控，提高農(nóng)作物的生長質(zhì)量和產(chǎn)量。通過自動化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以減少人工操作的需求，降低勞動力成本，提升農(nóng)戶的生產(chǎn)管理能力。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景將更加廣闊。目前，還需進一步研究和實踐，以解決系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性和成本等方面的挑戰(zhàn)。

參考文獻：

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[3] 張皓婷，李明，宋佳澤，等.基于機器學(xué)習(xí)的溫室番茄的環(huán)境調(diào)控綜述[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2021，41（9）：9-12.

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[5] 姜威.基于Raspberry Pi的蔬菜大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].桂林：廣西師范大學(xué)，2018.

[6] 王慧.基于OneNET云平臺與WiFi的工廠環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].信息記錄材料，2023，24（5）：130-133.

[7] 許兆偉，葉秀焰，鄭健一.土壤改良在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展中的作用及對策探究[J].南方農(nóng)業(yè)，2021，15（11）：236-237.