楊靖峰

（天津市農業(yè)技術推廣站，天津300061）

1 概述

溫室智能系統(tǒng)，是在物聯(lián)網應用逐漸廣泛的情況下提出來的，基于此而研制出的一套用于溫室環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)。國外的溫室智能系統(tǒng)起步較早，特別是荷蘭、以色列等國。荷蘭在19世紀70年代就研制出計算機控制系統(tǒng)CECS，該系統(tǒng)配備了一系列計算機軟硬件，實現(xiàn)了溫室供水、施肥和環(huán)境自動化控制。以色列利用計算機通過滴灌方式進行施肥，肥料可直接施在植物的根部，從而避免浪費；在以色列，已經出現(xiàn)了在家里利用電腦對灌溉過程進行全部控制(無線、有線)的農場主，他們一個種子種下去，便可放心交給“電子保姆”照顧。在美國，目前有80%以上的溫室使用計算機進行控制，60%以上的農戶使用計算機，其中27%的農戶還運用了網絡技術。英國的溫室管理幾乎全部采用計算機管理，其中倫敦大學農學院研制的溫室計算機遙控技術，可以遠程監(jiān)控50km外溫室的溫、光、濕、氣、水等的環(huán)境狀況。

溫室智能系統(tǒng)

我國大規(guī)模的溫室生產始于20世紀70年代末，20世紀80年代計算機才開始應用于溫室的生產管理。我國政府非常重視設施農業(yè)的發(fā)展，2001年“工廠化農業(yè)關鍵技術研究與示范”被列入國家科技部“十五”國家重點科技攻關項目，“設施園藝可控環(huán)境生產技術”被首次列入國家“863”計劃。近些年，我國各地開始大規(guī)模研究溫室智能系統(tǒng)，但都處于研究階段，真正大規(guī)模應用的還沒有。

2 總體設計

基于物聯(lián)網技術的溫室智能系統(tǒng)，采用三層網絡架構，如圖1所示。

底層是信息獲取與控制設備：用于溫室內外的環(huán)境采集、溫室內部環(huán)境調控、灌溉閥門和水源控制、視頻采集等。

中間層是網絡傳輸與云平臺：用于溫室園區(qū)內的低功耗自組無線傳感網絡和移動互聯(lián)網，實現(xiàn)數(shù)據在互聯(lián)網云平臺上的集中管理、存儲和處理。

上層是應用層：用于溫室智能管理和人際交互硬件設備，支持智能手機、便攜式電腦等多種層次和種類設備。

溫室智能系統(tǒng)依托物聯(lián)網技術，融合作物栽培知識與經驗，實現(xiàn)溫室綜合環(huán)境自動監(jiān)測與報警管理等功能，保證溫室內作物處于適宜的生長環(huán)境，為作物高產、優(yōu)質、高效和安全創(chuàng)造條件。溫室智能系統(tǒng)功能模塊可根據需要進行調整，適用于連棟溫室、日光溫室及塑料大棚等。

3 溫室智能系統(tǒng)結構

溫室智能系統(tǒng)包括傳感器模塊和無線網關。傳感器模塊用于對溫室空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照、C2O等影響作物生長因子的探測，無線網關用于將傳感器探測的數(shù)據傳輸?shù)綉弥行摹?/p>

3.1 傳感器模塊

針對溫室環(huán)境監(jiān)測應用的隨意布點、低采集傳輸頻率的特點，溫室智能系統(tǒng)中的傳感器模塊應用UWS330系列無線傳感器，該傳感器集空氣溫濕度傳感器、光照度傳感器、無線模塊、供電電池于一體，通過無線傳感網絡，將溫室內的實時環(huán)境信息傳輸至網關。

3.1.1 溫濕度 光照傳感器

UWS330系列無線傳感器將溫濕度和光照傳感器整合在一起。UWS330系列無線傳感器應用SHTxx系列芯片，SHTxx系列單芯片傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。

3.1.2 二氧化碳傳感器

C2O濃度的測量采用非分光紅外(NDIR，Non Dispersive Infra-Red)技術。該技術應用CO2在紅外線波長區(qū)域具有吸收光譜的特性。當對應CO2氣體特征吸收波長的光波通過CO2氣體時，其強度將明顯減弱，強度衰減程度與CO2氣體濃度有關，兩者之間的關系遵守朗伯-比爾定律。

3.1.3 土壤溫濕度傳感器

土壤水分測量方法眾多，常用方法包括介電原理測量法、中子儀測量法及張力計測量法等。溫室智能系統(tǒng)中的土壤濕度傳感器應用的是介電原理測量法。介電原理測量法是根據土壤介電常數(shù)的變化情況來確定土壤的水分含量，此原理是目前國際上最流行的土壤水分傳感器測量方法。

3.2 無線網關

無線網關是無線自組網的匯聚節(jié)點，也是無線自組網與Internet網絡的接口，起到網絡通訊轉換的功能。無線網關一般是具有一個10Mbps或100Mbps的廣域網口 (WAN)、多個10/100 Mbps的局域網口 (LAN)、一個支IEEE802.11b、802.11g或802.11a/g標準的無線局域網接入點、具網絡地址轉換功能（NAT）以實現(xiàn)多用戶的Internet共享接入的硬件設備?？紤]到溫室智能系統(tǒng)的應用環(huán)境不太方便使用電源，該系統(tǒng)的無線網關還包括一個太陽能供電組件：太陽能板和電池。

[1]張飛霞.基于無線通信及WEB的溫室智能控制系統(tǒng)研究[C].福州：福建農林大學，2012.

[2]農機通[EB/OL].http://www.nongjitong.com/blog/2006/15035.html.

[3]曾光輝.便攜式非分光紅外吸收型二氧化碳傳感器的研究[J].廣東技術示范學院學報,2008,3:67-70.