向晨+崔登峰

摘要：隨著城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，農村發(fā)展面臨的資源不足和效率不高等問題愈發(fā)嚴重。盡管我國進行了多次土地改革，但土地資源有限，作物受時令影響的問題依然無法解決。中國農業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化的道路，在有限的土地資源下提高生產(chǎn)效率，這樣才能實行高效農業(yè)。溫室大棚，近些年愈發(fā)受到人們的重視。溫室大棚已經(jīng)成為高效農業(yè)的一個重要的組成部分，在農業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展中起到了不可忽視的作用。國外的溫室大棚價格昂貴，普通農民無法負擔，且缺乏與我國氣候相適應的系統(tǒng)和檢測軟件。因此，為了推動我國農業(yè)的發(fā)展，提高農業(yè)生產(chǎn)中的效率，必須對溫室大棚的溫度、濕度、二氧化碳含量進行合理的調控，使之形成適宜作物生長的環(huán)境

關鍵詞：溫室大棚；農村；種植；智能監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0258-02

隨著農業(yè)技術的不斷發(fā)展和國家三農政策的不斷傾斜，溫室大棚技術已經(jīng)取得了不錯的發(fā)展，但是真正利用傳感器來進行數(shù)據(jù)監(jiān)測并通過系統(tǒng)對環(huán)境進行調節(jié)的大棚還很少，溫室大棚智能控制尚未得到普及，而市場對這種智能控制系統(tǒng)的需求愈發(fā)迫切。我國農村的溫室大棚多數(shù)為傳統(tǒng)的溫室大棚。這是在溫室技術發(fā)展的初期采用的手段，通過溫度計等設備獲取溫度信息，并根據(jù)管理人員自身多年的經(jīng)驗積累控制各種環(huán)境變量。監(jiān)控和執(zhí)行全靠種植者自身。這種方式效率低下，需要管理人員有著豐富的經(jīng)驗，不適合農業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。所以傳統(tǒng)的溫室大棚管理方式已經(jīng)展示出了諸多局限。

1 智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 溫室大棚系統(tǒng)結構

智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)結構圖如下：

該系統(tǒng)通過傳感器采集數(shù)據(jù)，通過RS485/232轉換器轉換為可讀數(shù)據(jù)并保存到服務器。用戶可以通過Internet連接到服務器對各種信息進行查看。服務器可以對各種數(shù)據(jù)進行分析若超過用戶設定閾值則會觸發(fā)電話報警、短信報警、聲光報警。同時，服務器還可接受用戶命令并通過連接到的空調、加熱器、排氣扇等對溫室環(huán)境因子進行調控。數(shù)據(jù)傳輸主要以無線的形式傳輸。因為無線傳輸跟有線傳輸相比，連接更為方便、傳輸范圍更大、更適應于農村復雜地貌等特點。種植者即使足不出戶也能獲取有關農作物生長情況的信息并根據(jù)信息對生長環(huán)境進行相應的調控。

1.2 技術路線

該系統(tǒng)使用傳感儀表對大棚內部的空氣溫濕度、土壤水分溫度，二氧化碳濃度，光照強度等參數(shù)進行測量并傳輸?shù)綐漭缮?，樹莓派通過無線接入點將數(shù)據(jù)轉發(fā)到服務器上，再利用基于J2EE和Html5+CSS的Web版監(jiān)控系統(tǒng)來對測量的數(shù)據(jù)進行處理。用戶可以通過PC訪問和WAP訪問從服務器獲取數(shù)據(jù)。通過模型分析，可以自動控制溫室濕簾風機，噴淋滴灌，內外遮陽，頂窗側窗，加溫補光等設備，同時，網(wǎng)頁采用Bootstrap構建動態(tài)網(wǎng)站，可以實現(xiàn)手機動態(tài)瀏覽，還可以向管理者實時推送監(jiān)測信息，實現(xiàn)溫室大棚信息化，智能化遠程管理。

1.2.1 系統(tǒng)層次

該系統(tǒng)主要分為物理層、中間層、應用層三層

1）物理層：物理層具有各種傳感器裝置，可以采集數(shù)據(jù)并傳輸給中間層。還具有各種裝置如空調、加熱器等來控制溫室大棚的環(huán)境因子。

2）中間層：中間層由數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、SQL數(shù)據(jù)庫、Web服務器組成。數(shù)據(jù)處理模塊用于處理來自于傳感器中的原始數(shù)據(jù)并存到數(shù)據(jù)庫中；數(shù)據(jù)分析模塊用于分析存儲在數(shù)據(jù)庫中的信息來獲得農作物生長的環(huán)境和生長狀況。SQL數(shù)據(jù)庫用于儲存各類數(shù)據(jù)，Web服務器為用戶提供服務使其可以在用戶控制界面對系統(tǒng)分配任務。

3）應用層：由用戶控制界面應用程序構成，主要方式是由Bootstrap構建的動態(tài)網(wǎng)站?；竟δ馨▽崟r數(shù)據(jù)監(jiān)控、視頻監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)查看、環(huán)境調控。

1.2.2 系統(tǒng)模型

該系統(tǒng)利用傳感器來組建一個實驗模型，完整的系統(tǒng)包括：傳感器端、用戶通信終端、無線傳感網(wǎng)絡、用戶控制終端、環(huán)境監(jiān)控中心和Web服務端。

1）傳感器端

溫室大棚環(huán)境信息的采集依靠布置在大棚內的土壤溫濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、氧氣濃度傳感器、光照強度傳感器等完成。這些傳感器負責監(jiān)測溫室大棚內的空氣濕度、空氣溫度、土壤溫度、土壤水分、光照強度等多環(huán)境參數(shù)，然后以無線信息傳輸?shù)姆绞讲杉降臄?shù)據(jù)傳輸至環(huán)境監(jiān)控中心。

2）用戶通信終端和無線傳感網(wǎng)絡

溫室大棚的無線傳感網(wǎng)絡主要由如下兩部分組成：將溫室大棚看作一個節(jié)點而進行的節(jié)點間的自組織網(wǎng)絡建設；溫室大棚與環(huán)境監(jiān)控中心的無線通信網(wǎng)絡建設。自組織網(wǎng)絡建設主要通過傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及傳感器與控制器間的數(shù)據(jù)交互。溫室大棚的環(huán)境信息會匯聚到一點而后傳輸?shù)江h(huán)境監(jiān)控中心從而實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控中心對溫室大棚環(huán)境信息的監(jiān)控。

3）用戶控制終端

完整的溫室大棚環(huán)境智能控制單元由測量模塊、控制模塊、供電模塊、網(wǎng)絡模塊及安裝附件組成，通過無線網(wǎng)絡傳輸方式與環(huán)境監(jiān)控中心連接。根據(jù)溫室大棚內空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤水分、光照強度等參數(shù)，對環(huán)境調節(jié)設備進行控制，包括打開加熱器、溫室通風、打開加濕器等。

4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用視頻信號傳輸技術和網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)對溫室大棚環(huán)境狀況的全天候實時視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像頭、視頻服務器、服務于用戶的web端組成。用戶能在web端通過Internet進行遠程圖像訪問從而實現(xiàn)便捷的在線監(jiān)控

5）環(huán)境監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由服務器、多業(yè)務綜合光端機、大屏幕顯示系統(tǒng)、UPS及配套網(wǎng)絡設備組成，是整個系統(tǒng)的核心。建設管理監(jiān)控中心的目的是對整個溫室大棚進行信息化管理并進行統(tǒng)一監(jiān)控。并對整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行管理，對監(jiān)測到的圖像以及數(shù)據(jù)進行報警和預測。

6）Web服務端

通過應用軟件平臺可將土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、光照強度傳感器等各種傳感器獲取的基礎數(shù)據(jù)存入已建立的用戶存儲環(huán)境參數(shù)的SQL數(shù)據(jù)庫并進行統(tǒng)一的處理和數(shù)據(jù)挖掘。通過系統(tǒng)軟件的只能決策，通過報警和信息推送的方式通知和指導管理人員及種植者對溫室大棚環(huán)境進行調節(jié)，或者根據(jù)環(huán)境信息自動啟用溫室大棚內環(huán)境控制設備如加熱器、加濕器等對環(huán)境進行調控從而為作物生長提供適宜的生長環(huán)境。

2 結束語

本文針對中國目前農村溫室大棚技術智能化低下的情況提出了一種廉價且高效的智能溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將視頻與環(huán)境監(jiān)控無縫集成， 實現(xiàn)真正意義的可視化實時監(jiān)控管理。構建了新型的農業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營體系，發(fā)展了精準化生產(chǎn)方式。同時，溫室智能監(jiān)控終端采用多種集成度高， 無需專門安裝， 插電即用， 后期維護簡便的硬件設備。系統(tǒng)兼容性好，可以連接用戶自己購買的不同類型的環(huán)境信息測量設備和環(huán)境控制設備。通過定制以最大程度地滿足不同用戶的個性化需求。支持計算機Web端、手機端、Pad端等多種終端訪問并提供微信和右推送提醒服務，提高了系統(tǒng)的靈活性。系統(tǒng)擴展性好，支持升級和再開發(fā)。可以與用戶持有的其他系統(tǒng)進行深度的集成。

參考文獻：

[1] 潘金珠. 基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚系統(tǒng)設計[J]. 傳感器與微系統(tǒng)， 2014（10）.

[2] 劉國彥，段益群.基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚系統(tǒng)設計[J].信息與電腦：理論版， 2014（2）.

[3] 陳書欣，馬洪濤，劉璽. 智能溫室大棚系統(tǒng)設計[J].河北工業(yè)科技， 2011， 28（4）：240-243.

[4] 百度文庫. 溫室大棚智能解決方案[EB/OL]. http：//wenku.baidu.com/link？url=oNp8AqHEIaAlTWBiP7uTziCSQwxeOTKAEJ4VpHVK9Y80cQKVSm_JW9PGKD5r9PVHBE9y5ceex7vkyP9gEIOJOfTxJXQYuD7Rv7peHHBGJXW .

[5] 設施農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)-溫室大棚環(huán)境智能系統(tǒng)解決方案[EB/OL]. http：//blog.sina.com.cn/s/blog_9cfedb790100xz70.html.