溫室大棚智能管理系統(tǒng)構(gòu)建方式之研究_馬越.pdf

農(nóng)業(yè)研究農(nóng)家參謀-85-NONG JIA CAN MOU溫室大棚智能管理系統(tǒng)構(gòu)建方式之研究馬越 潘佳健 王光輝（大連科技學(xué)院，遼寧大連，116052）【摘 要】 新時期下，溫室大棚已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化管理模式，改善了傳統(tǒng)溫室大棚人工管理的弊端。但是目前有很多智能管理系統(tǒng)成本高、使用不便，無法充分發(fā)揮智能管理的效能?；诖?，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚智能管理系統(tǒng)，探究該系統(tǒng)的構(gòu)建方案?！娟P(guān)鍵詞】 溫室大棚；智能管理系統(tǒng)；構(gòu)建方法農(nóng)業(yè)作為我國的立國之本，但同時我國也是世界第一大人口國，人均耕地面積較少，因此如何提升農(nóng)作物的生產(chǎn)質(zhì)量、數(shù)量是需要重點(diǎn)考慮的問題。傳統(tǒng)溫室大棚（日照）主要是通過人工控制方法，生產(chǎn)效率高、投入人力多，會受到環(huán)境等因素干擾，植物無法達(dá)到理想狀態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)作為一種新型技術(shù)，是按照指定的協(xié)議，通過信息傳感器將物品和網(wǎng)絡(luò)相連接，通過信息交換與通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時檢測、識別、監(jiān)控、管理的功能，如可以通過傳感器獲取到土壤濕度、溫度以及空氣濕度、溫度等，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定閾值參數(shù)，自動對溫室大棚環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，保證溫室大棚時刻都處于最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最終的增收目標(biāo)。1 系統(tǒng)總方案1.1 系統(tǒng)方案整個管理系統(tǒng)主要包括多個模塊，即數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、網(wǎng)絡(luò)交互、監(jiān)控中心、用戶控制中心等。其中，數(shù)據(jù)采集模塊是在大棚中布置各類傳感器，并設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍值；設(shè)備控制是通過設(shè)備對溫室大棚環(huán)境進(jìn)行有效調(diào)控，達(dá)到理想的環(huán)境，調(diào)控設(shè)備包括澆灌機(jī)、噴灌機(jī)、卷簾電機(jī)、通風(fēng)設(shè)備、照明設(shè)備等；網(wǎng)絡(luò)交互采用了 ZigBee 技術(shù)；監(jiān)控中心可以對大棚環(huán)境及逆行監(jiān)控，獲取到大棚中的各項(xiàng)參數(shù)值，還可以人工輸入?yún)?shù)對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)；用戶控制中心可以通過控制終端對各類設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)（本文采用基于 Android 系統(tǒng)開發(fā)用戶終端）。1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)1）溫度。溫度作為主要影響作物參數(shù)的因素，如果大棚溫度較高，則卷簾電機(jī)會自動拉下黑紗遮陽、開啟風(fēng)扇；溫度過低會拉開黑紗、打開加溫裝置。2）濕度。作為對土壤、空氣中的水分要求也非常高。如果土壤濕度較低，則系統(tǒng)會自動打開澆灌設(shè)備；如果空氣濕度過低，則系統(tǒng)會自動打開噴灌設(shè)備；如果大棚濕度過高，則自動打開通風(fēng)設(shè)備降低濕度。3）光照。光照決定了作物的光合作用，如果要加強(qiáng)光照強(qiáng)度，則設(shè)備會自動1.2.4 打開卷簾設(shè)備；如光照過強(qiáng)則自動放下卷簾黑紗或半放卷簾黑紗。4）二氧化碳濃度。溫室中容易存積二氧化碳，理想的情況是保持大棚二氧化碳和空氣中二氧化碳保持一致，所以檢測出大棚中二氧化碳溫度過高或過低，都要打開通風(fēng)設(shè)備讓大棚內(nèi)外二氧化碳保持一致。2 硬件系統(tǒng)構(gòu)建1）ZigBee 技術(shù)。有線通信技術(shù)由于成本較高、布線復(fù)雜，所以本系統(tǒng)采用無線通信方案。而 ZigBee 無線技術(shù)具有傳輸效率高、成本低、組網(wǎng)性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)勢，可以滿足無線傳感器的應(yīng)用要求。在 ZigBee網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，根部各個節(jié)點(diǎn)功能不足，可以分為終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。在運(yùn)行當(dāng)中，數(shù)據(jù)采集模塊獲取各個傳感器的數(shù)據(jù)信息，之后通過 ZigBee 傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，在數(shù)據(jù)處理完成之后傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器當(dāng)中。2）節(jié)點(diǎn) MCU。節(jié)點(diǎn) MCU 采用完全兼容的內(nèi)核，并支持 IEEE802.15.4 協(xié)議的無線單片機(jī)，還需要保證信息接收靈敏性、抗干擾性。其不僅可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以要將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，這樣在大型網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中可以降低成本、減少設(shè)計(jì)難度，整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定。3）溫濕度傳感器。采用復(fù)合型、具有自動校準(zhǔn)的溫濕度傳感器。傳感器主要包含了電阻式感濕元件，以及一個性能較高的單片機(jī)，并且要求反應(yīng)速度快、抗干擾性能強(qiáng)。如 DHT11 不僅可以滿足上述要求，同時還采用了 4 針單排引腳封裝，連接更加便捷。3 軟件系統(tǒng)構(gòu)建軟件系統(tǒng)作為一種操作和控制系統(tǒng)，在整個智能管理系統(tǒng)當(dāng)中占據(jù)著極大地位。對于 Windows 來說，Android 系統(tǒng)作為移動系統(tǒng)，可以隨時隨地進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。Android 系統(tǒng)作為一個基于 Linux 內(nèi)核開源的手機(jī)操作系統(tǒng)（99% 都應(yīng)用在智能手機(jī)上），是 Google 公司開放的一種系統(tǒng)軟件，是一款應(yīng)用廣泛、嵌入式的操作系統(tǒng)。同時，應(yīng)用 Android 系統(tǒng)還具有技術(shù)先進(jìn)、成熟、開發(fā)周期短、實(shí)用廣泛等特性。在智能手機(jī)十分普及的時代，人口一臺智能手機(jī)已經(jīng)成為標(biāo)配，這也降低了整個智能管理系統(tǒng)的開發(fā)難度，用戶可以隨時隨地通過手機(jī)終端獲取大棚各類信息，應(yīng)用十分便捷。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中，APP 采用了 Java 語言編寫，UI 使用 Fragement 解決實(shí)際顯示問題。可以將整個軟件系統(tǒng)劃分為監(jiān)控、控制、專家?guī)烊齻€模塊。3.1 監(jiān)控模塊監(jiān)控模塊主要是顯示大棚中的各項(xiàng)參數(shù)，包括溫濕度數(shù)據(jù)、大棚內(nèi)光照度、二氧化碳濃度等。用戶登錄手機(jī) APP 即可隨時隨地的看到大棚溫室的情況，并對到大棚環(huán)境進(jìn)行判斷。3.2 控制模塊控制模塊是各類智能化設(shè)備的操作終端，主要是控制卷簾設(shè)備、澆灌與噴灌設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、照明設(shè)備、加溫設(shè)備等。系統(tǒng)可以根據(jù)各個參數(shù)的設(shè)置閾值進(jìn)行自主控制，也可以人工通過智能手機(jī)進(jìn)行控制，將大棚內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整到最佳值。3.3 專家?guī)鞂＜規(guī)熘苯舆B接到大數(shù)據(jù)當(dāng)中，通過人工智能技術(shù)為用戶提供作物播種前的品種選擇判定、生長條件判定、病蟲害診斷、大棚種植知識查詢、專家交流等。用戶可以實(shí)時檢查農(nóng)作物在每個階段的情況以及應(yīng)對方案，可以實(shí)時幫助用戶解決溫室大棚種植等問題。4 結(jié)束語綜上所述，本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚智能管理系統(tǒng)，并且摒棄了傳統(tǒng)電腦端控制方案，采用了 Android 系統(tǒng)的移動智能控制管理系統(tǒng)，可以使用 Android 手機(jī)實(shí)時調(diào)整、監(jiān)控溫室大棚的各項(xiàng)設(shè)備、數(shù)據(jù)。而專家?guī)炜梢詾橛脩籼峁└黝愑行畔ⅲㄆ贩N選擇、生長條件判定、病蟲害診斷、專家知識查詢等。用戶可以實(shí)時查看有關(guān)農(nóng)作物種植的技術(shù)，對農(nóng)作物各個生長階段進(jìn)行實(shí)時診斷，并針對性提出治療方案，保證農(nóng)作物的種植質(zhì)量和產(chǎn)量，提升種植戶的經(jīng)濟(jì)收入。整體上來說，此系統(tǒng)操作十分簡單、成本低、適用性廣，不僅可以應(yīng)用在溫室大棚智能管理中，還可以應(yīng)用到智能家居、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、家禽養(yǎng)殖等。作者簡介： 馬越，1984年生，女，滿族，碩士研究生，副教授，研究方向：人力資源管理、公司治理。王光輝，1988 年生，男，講師，研究方向：思想政治教育。潘佳健，1996 年生，男。2018年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目新型農(nóng)業(yè)大棚智能系統(tǒng)成果，課題編號：2018132077018參考文獻(xiàn)1陶平.基于ZigBee的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究D.成都:西華大學(xué).2012.