劉光偉

（衡水學院數(shù)計學院 河北衡水 053000）

農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的智能化發(fā)展是我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟戰(zhàn)略發(fā)展的重要導向之一，特別是社會對農(nóng)業(yè)產(chǎn)量需求逐漸加大的情況下，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展必須結(jié)合信息技術(shù)、智能技術(shù)來實現(xiàn)一體化的運營模式，以提高我國農(nóng)業(yè)自身的生產(chǎn)質(zhì)量。溫室大棚作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要形式，通過智能農(nóng)業(yè)大棚的建構(gòu)，可有效改變原有農(nóng)作物生長結(jié)構(gòu)，通過智能化溫控條件為農(nóng)作物生產(chǎn)創(chuàng)造出一種良好的生態(tài)環(huán)境，這對于現(xiàn)階段傳統(tǒng)機械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來講，可實現(xiàn)智能化管理，降低經(jīng)濟成本的投入[1]。為此在建構(gòu)智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)時，必須針對系統(tǒng)本身的運營環(huán)境以及農(nóng)作物生長狀況等來建立多維度的控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)內(nèi)各項參數(shù)的整合、設定與執(zhí)行可滿足系統(tǒng)的實際操控需求，進而實現(xiàn)參數(shù)配置的監(jiān)控，擴大農(nóng)業(yè)智能大棚的實際應用范疇。

1 智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)方案分析

農(nóng)業(yè)大棚的設定是針對農(nóng)作物生產(chǎn)以及外界環(huán)境進行智能系統(tǒng)的參數(shù)分析與建構(gòu)，保證智能大棚所建立出的生產(chǎn)環(huán)境與外部生態(tài)環(huán)境的形成相貼合，以此來為農(nóng)作物本身提供一個良好的生產(chǎn)空間。本次大棚設計由兩部分組成，外部用來種植蔬菜與水果等農(nóng)作物，其具有獨立的進水口，大棚內(nèi)部則是以水產(chǎn)類為主，其具有獨立的給排水渠道。大棚內(nèi)的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的水分可流經(jīng)到農(nóng)作物種植區(qū)域，對農(nóng)作物本身進行灌溉，且水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中各種魚類的排泄物可做成有機肥料進行施肥。由于智能大棚本身屬于半封閉系統(tǒng)，其內(nèi)部生態(tài)環(huán)境主要是由氧氣與二氧化碳維系農(nóng)作物以及魚類的生態(tài)平衡問題[2]。

在建立基于云平臺為核心的大棚控制系統(tǒng)時，為保證整個系統(tǒng)的可集成操控功能，其以plc 作為主操控系統(tǒng)，將傳感器作為信息采集設備，以對農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)各類物質(zhì)的生長環(huán)境以及設備使用狀態(tài)進行信息錄取，然后由信息反饋技術(shù)，將傳感器所采集到的內(nèi)部生態(tài)信息同步傳輸回plc 系統(tǒng)中，再由plc 系統(tǒng)依據(jù)相關(guān)參數(shù)的核定來下達指令，對內(nèi)部各類智能元件進行操控。這樣一來，在plc 邏輯性運算模式下，可有效實現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)大棚的協(xié)調(diào)化運作。

2 智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)硬件的設計與實現(xiàn)

2.1 環(huán)境采集系統(tǒng)

環(huán)境采集系統(tǒng)主要是對大棚內(nèi)的溫度環(huán)境以及濕度環(huán)境進行相關(guān)測控，通過傳感器設備在大棚內(nèi)進行空間結(jié)構(gòu)的布局，以此來實現(xiàn)數(shù)據(jù)檢測的均衡性。當數(shù)據(jù)信息采集以后，呈現(xiàn)出的信號形式將由系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)接模塊進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，然后數(shù)據(jù)信息將由plc 主操控系統(tǒng)內(nèi)的運算模塊進行分析，通過系統(tǒng)內(nèi)基準參數(shù)與實際測量參數(shù)之間的比對，分析出當前大棚內(nèi)各類環(huán)境地址是否滿足農(nóng)作物生長需求[3]。例如，當溫濕度高于基準參數(shù)值時，此時系統(tǒng)將做出指令反饋，對承接降溫降濕的設備進行控制，降低農(nóng)作物生長環(huán)境中的溫濕度，傳感器系統(tǒng)本身處于一個實時化、動態(tài)化的測量機制，即通過系統(tǒng)與傳感器的連接形式，將生態(tài)環(huán)境內(nèi)的各類信息同步傳輸?shù)街鞑倏叵到y(tǒng)中，當生態(tài)環(huán)境中溫濕度降低到一定值時，系統(tǒng)將自動停止相關(guān)溫濕度的調(diào)控，以保證農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境維系在一個穩(wěn)定狀態(tài)。當然，從傳感器本身而言，如果想提高設備的實際使用性能，必須保證設備本體在整個大棚系統(tǒng)中的定位符合設備使用基準。這樣一來，通過系統(tǒng)進行正確化定位，可有效提高大棚系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的收集與處理能力。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)的設定是對大棚內(nèi)生長環(huán)境進行可視化分析，通過交互設備對大棚內(nèi)運行環(huán)境進行數(shù)據(jù)化的呈現(xiàn)，可保證管理人員及時掌握到大棚環(huán)境中的各類信息。與監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出對接形式的為報警系統(tǒng)，當大棚環(huán)境內(nèi)氣體溫度值的權(quán)重差較大時，例如二氧化碳的含量高于基準參數(shù)，則系統(tǒng)內(nèi)傳感器將觸發(fā)報警設備自動進行報警。此類報警系統(tǒng)則是由繼電器與開關(guān)組成的串聯(lián)接入形式來實現(xiàn)，通常情況下報警器為常斷聯(lián)狀態(tài)，只有當系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)異常情況所觸發(fā)的信息指令，才會令報警器轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合狀態(tài)，進而對工作人員提供相應的報警信息。此時交互界面可對報警位置進行定位，然后通過空間結(jié)構(gòu)映射為管理人員提供精準的信息服務，保證管理人員能在第一時間確認出報警發(fā)生地點及通過監(jiān)控設備了解周邊情況，制定出相關(guān)的解決措施。監(jiān)控系統(tǒng)的建設可有效保證智能大棚在運行過程中的各類參數(shù)采集與核對的精準性，通過數(shù)據(jù)信息的二次確認，令內(nèi)部專家系統(tǒng)及時下達指令，以完成數(shù)據(jù)化調(diào)控，這樣便可有效保證系統(tǒng)本身功能化的實現(xiàn)，以對內(nèi)部植物的生長狀態(tài)進行實時化分析，進一步查證出植物生長狀態(tài)是否滿足其預期設定需求，創(chuàng)造出更好的生長環(huán)境，提高農(nóng)業(yè)智能大棚的運營效率。

2.3 云平臺

云平臺的建設主要是將智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)進行關(guān)聯(lián)，以建立起基于系統(tǒng)實現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保證內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)形成有效對接，為遠程訪問提供權(quán)限服務，進而實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的。云平臺的建設是以“組態(tài)王”軟件為實現(xiàn)載體，將瀏覽器功能與網(wǎng)頁進行有效連接，進而實現(xiàn)以太網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)相連，為遠程操控的實現(xiàn)提供服務。這樣一來，管理人員便可通過終端服務器對大棚內(nèi)的各類數(shù)據(jù)信息進行獲取，同時可通過網(wǎng)頁下達指令來對現(xiàn)場的設備進行操控。從組成結(jié)構(gòu)來看，云平臺是承接數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)整合的重要載體，通過對局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)進行連接，保證智能大棚所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同步映射到云平臺中，在云平臺實時存儲的條件下，可有效避免系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。且平臺所提供的操控功能，可最大限度保證數(shù)據(jù)信息在處理時向其提供一定的輔助功能，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效化處理，提高系統(tǒng)決策能力。

3 智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)軟件的設計與實現(xiàn)

在對智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)軟件進行設計時，由于此類系統(tǒng)的實現(xiàn)主要是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過內(nèi)部設備與網(wǎng)絡系統(tǒng)建立對接傳輸載體，令主系統(tǒng)通過傳感器設備來實時了解到當前智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的運作模式，當然此類系統(tǒng)運行中只可能以其固定的參數(shù)來機械化執(zhí)行指令，缺乏一定的人性化功能。為保障系統(tǒng)在具體實現(xiàn)時可對信息進行有效交換，在設計云平臺框架時，首先應建立事件觸發(fā)機制，在軟件設計時將相關(guān)函數(shù)的界定與傳感器內(nèi)的觸發(fā)裝置進行對接，通過參數(shù)值設定的上下限，將觸發(fā)機制與平臺之間的聯(lián)動系統(tǒng)形成整合，進而保證終端設備的報警功能同步到網(wǎng)絡服務器中，以此來實現(xiàn)不同場景的同步觸發(fā)機制，其對于智能農(nóng)業(yè)大棚來講，可建立安全有效的立體化防護。[4]從數(shù)據(jù)傳輸角度來看，檢測系統(tǒng)在實際工作過程中，一般是搭載多個傳感器進行操作的，通過各個傳感點的配合，實現(xiàn)大棚的整體化監(jiān)控。為此，在實際設計過程中，可采用與終端模塊相對接的無線傳感技術(shù)，通過網(wǎng)絡關(guān)聯(lián)口的設定，令數(shù)據(jù)實現(xiàn)效率化傳輸。傳感器模塊所對接的數(shù)據(jù)口，是由蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡所提供的，在內(nèi)部硬件系統(tǒng)的支持下，可令云平臺下的大棚系統(tǒng)實現(xiàn)自主化信息傳遞，提高系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的效率。

其次，應建立協(xié)同多層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。要想云平臺在農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)中發(fā)揮一定的協(xié)同功能，必須依據(jù)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)各類運作環(huán)境來建立分化式的任務操控單元，將各類信息技術(shù)的實現(xiàn)建立在異源數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)之上，這樣一來，可有效實現(xiàn)信息資源的整合，以此來提高云平臺的數(shù)據(jù)處理能力。此部分主要是對數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行測定，通過對承接系統(tǒng)處理的服務器進行設定，保證協(xié)調(diào)裝置與數(shù)據(jù)接收裝置之間具備一個信息聯(lián)動關(guān)系，這樣便可有效保證不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)進行數(shù)據(jù)傳輸時可精準地執(zhí)行數(shù)據(jù)指令需求。這對于系統(tǒng)本身而言，則可有效為系統(tǒng)提供一個集成平臺，令整體數(shù)據(jù)處理方案更加多元化。

最后，在程序設計時，應準確地將智能農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的溫度閾值、濕度閾值以及相關(guān)參數(shù)閾值等進行分析，然后將此類閾值能接收的最大耦合數(shù)據(jù)進行界定，并針對相關(guān)承載系統(tǒng)來建立對接的輸出控制單元，保證當外界信息出現(xiàn)變動時，此控制系統(tǒng)可及時依據(jù)系統(tǒng)變化形式來做出相關(guān)指令。承接程序指令傳輸?shù)妮d體，則是內(nèi)部系統(tǒng)為主，通過搭載計算機設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、指令下達等，進而保證各類設備在運行過程中的有序性，防止不同設備載體出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余與交互的問題。[5]例如，風速傳感器以及濕度傳感器在對環(huán)境進行監(jiān)測時，如果出現(xiàn)信息產(chǎn)生的異常變化，則傳感器本身將對系統(tǒng)起到報警作用，且通過系統(tǒng)內(nèi)計算參數(shù)核定的相關(guān)操控行為，可自動執(zhí)行相關(guān)指令對農(nóng)業(yè)大棚進行智能化控制，以此來降低人力資源的投入，實現(xiàn)自動化的成本管控，提高農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的智能化實現(xiàn)質(zhì)量。

4 小結(jié)

云平臺與農(nóng)業(yè)大棚的結(jié)合，可建立一個立體化、空間化的運行環(huán)境，依托于信息技術(shù)將各類設備與系統(tǒng)進行連接，實現(xiàn)系統(tǒng)的有序性、邏輯性操作等。本文則是通過硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)兩方面，對農(nóng)業(yè)大棚的智能化實現(xiàn)進行研究，僅供參考。