基于物联网的日光温室远程监控系统设计实施及问题分析

杨英茹等

摘要 介绍了基于物联网的日光温室远程监控系统的具体设计实施内容，指出了该系统在设计实施中存在的问题，并提出了相应的解决对策。

关键词：物联网；日光温室；远程监测系统

中图分类号：S126 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）08-329-03

设施农业是我国现代农业的重要组成部分，设施农业中以日光温室所占份额最高。但目前设施农业普遍存在管理粗放、智能化水平低、占用大量劳动力的现状，而且结构简易，环境控制能力低。如何以更加科学高效的模式对其进行智能管理，是当前的研究热点之一[1-3]。随着信息技术在农业中的推广应用，物联网技术为农业智能远程管理构建了新的模式。该技术综合了RFID无线射频、无线传感网络以及Socket通信技术，实现了生产设备的远程控制和农业管理的自动化、智能化[4]。将物联网与移动网络以及 Internet相结合，实现对日光温室的远程智能监测与控制，对推进现代智能农业的发展有着重要的实践价值和推广意义[5]。

1 基于物联网的远程监控系统整体设计实施方案

该研究在现有日光温室的基础上进行改造，并加装远程监控系统，其整体设计实施方案如下。

1.1 日光温室改造

1.1.1 日光温室基础条件。

日光温室为北、东、西3面砖墙结构，前坡面钢筯骨架，上覆塑料棚膜，再上面覆盖棉被（或）草苫。一般设上、下风口，或仅设上风口或仅设下风口，但均靠人工拉绳带动棚膜打开或关闭，或纯人工掀开或关闭棚膜，即为打开或关闭风口；草苫（或棉被）由十几块组成，由东向西或由西向东依次铺开，卷放时靠人站在棚顶，对每块草苫（或棉被）拉绳或放绳以卷起或放下；灌溉一般在东西设PVC主管道，在主管道上按种植作物的行开口，打开开关，顺垄灌溉。

1.1.2 日光温室改造目的。

日光温室改造目的在于如何通过对日光温室的硬件改造实现日光温室硬件开关与远程监控系统接轨，最终实现计算机对温室内硬件的远程自动控制。

1.1.3 日光温室保温被（或草苫）改造。

由原来的十几块组成改为由一块组成，北部顶端进行固定，南部底端固定在一根直径12～16 cm的中空不锈钢卷轴上，卷轴与自动卷帘机相连，自动卷帘机的电机可正转或反转，就带动卷轴将棉被（草苫）整个卷起或放下。

1.1.4 日光温室风口改造。

将整个日光温室的棚膜设计为上、中、下3块，上膜和中膜形成上风口，上膜的下端用卷轴卷起，卷轴连接卷膜器，利用卷膜器通电后正反转动带动卷轴卷起或放下上膜，从而实现顶风口的开或关。同理，中膜和下膜形成下风口，中膜的下端用卷轴卷起，卷轴连接卷膜器，利用卷膜器通电后正反转动带动卷轴卷起或放下中膜，从而实现底风口的开或关。

1.1.5 日光温室灌溉系统改造。

改造后作物采用大小行种植，东西铺设主管道，在主管道上按行间距安装微喷带，每条微喷带铺在小行中间，并两旁起高垄盖地膜。在主管道中间位置连接过滤器、吸肥器、潜水泵，潜水泵直接沉于蓄水池底部。潜水泵一经通电，就可以将蓄水池中的水经过滤输送至主管道，再从主管道进入微喷带，微喷带上的小孔将水分散形成细小的雾滴，喷射至空中，又被上面覆盖的地膜引流至两旁的根系，为植株提供水源。利用水泵通断电实现膜下微喷灌溉的开启或关闭。肥料可以通过吸肥器吸入管道，也可以在蓄水池中溶化直接由潜水泵吸入管道实现水肥一体化灌溉。灌溉方式也可以改为滴灌或其他，但支路的带子铺放形式也要随之改变。

1.1.6 日光温室其他改造。

其他改造如加装补光灯，加装电风扇、补二氧化碳装置等，改造后只要利用一根总线通电即可打开全部补光灯或打开电风扇或打开补二氧化碳装置等，就满足了改造要求。

1.2 安装日光温室远程监控系统

1.2.1 系统整体工作流程。

日光温室中各采集点收集到各种传感器数据，通过ASE接收实时温室内环境信息并显示，利用有线网络和无线网络传输技术将上述数据上传到综合控制中心；综合控制中心接收到数据后，对数据进行处理分析，形成决策指令，并通过大屏幕进行显示，管理人员可根据情况对温室的控制设备进行合理的调控；也可设定自动模式，系统将根据分析形成的决策指令自动控制棉被（或草苫）、风口、灌溉、风扇、补光灯等设备，对环境进行智能化科学合理调控[7]。另外，监控系统将视频信息通过无线方式传回到综合控制中心，存储并显示，管理人员可通过软件来控制摄像机，实时了解现场情况。系统整体设计框架如图1所示。

1.2.2 具体实施系统。具体实施包括5大系统：环境信息采集系统、智能控制系统、视频监控系统、数据传输系统、远程智能监控软件系统。

1.2.2.1 环境信息采集系统。

利用无线数据采集技术，对温室内空气温度、空气湿度、土壤湿度、土壤温度、光照强度、二氧化碳浓度进行实时采集，采集得到的数据在现场可以实时显示，并通过无线传输技术，将数据传输并汇总到中控室[8]。

1.2.2.2 智能控制系统。

在温室中安装采集控制器，既能无线接收上述传感器采集到的环境信息数据，同时控制系统与温室改造后的卷放棉被（或草苫）的电机、上风口的卷膜器、下风口的卷膜器、微喷（或滴灌）的潜水泵、补光灯的总线、电风扇的总线、补二氧化碳装置的总线等相连，实现对温室内卷放棉被（或草苫），开关风口，灌溉，开关补光灯、电风扇、补二氧化碳装置等设备的远程智能控制或在温室内控制柜按纽实现对其的自动控制。

1.2.2.3 视频监控系统。

在温室内安装1个高清视频监控摄像头，实现对温室内视频图像的实时采集，并将采集的视频监控信息利用无线传输的模式，发送至中控室[9]。

1.2.2.4 数据传输系统。

环境信息参数、环境信息智能控制及视频监控均通过无线网桥进行传输[10]。

1.2.2.5 远程智能监控软件系统。

设计开发远程智能监控软件系统，包括计算机终端WEB版和手机使用终端3G版，系统的主要功能包括：实时显示采集得到的数据；历史数据保存；集成显示实时视频图像；在中控室实现对温室内调控设备的远程控制操作。

2 现阶段设施农业物联网远程监测系统存在的问题

2.1 用户接受度问题[11] 目前，各类基于物联网技术的设施蔬菜生态环境监控系统已经大量出现，但实际运行和调研中发现，在日光温室生产中应用十分有限，对日光温室内生态环境参数进行测量大部分还停留在原始的方式，大量基于物联网技术的成果和产品只停留在科技示范阶段，没有应用到最基层的生产中。

2.2 温室硬件与远程自动化不匹配 在实际运行中发现，温室硬件与远程自动化不匹配成为阻碍远程自动化系统推广应用的主要障碍，如开关风口的卷膜器行程限位、棉被（或草苫）电机的行程限位控制不够成熟，在实际操作中会出现卷膜、棉被（或草苫）等卷过位的情况[12]；一般温室卷起或放下棉被后防止大风刮起棉被常用多条绳子拉紧，如需远程卷起或放下棉被则还需现场有人先将绳子松开或最后再绑紧，不能实现完全远程自动控制[13]。

2.3 价格问题 目前，该系统平台和相关设备成本费用较高[15-16]，超出了用户的实际承受范围，而一般情况下农产品的价格较低，严重阻碍了日光温室远程监控系统在农业生产中的大面积推广应用。

3 现阶段设施农业物联网的发展建议

3.1 开展技术培训 为解决基于物联网技术的日光温室监控系统认知度问题，在物联网技术和功能已经逐渐完善的前提下，需要加大推广力度，采用技术培训等方式，向农户普及先进技术和推广先进设备，提高农户对新技术、新产品的认知度[17]。

3.2 加强日光温室硬件建设 加强日光温室硬件建设，不断使其与远程监控系统更加匹配，结合度更强，能够实现真正意义上的远程监测和控制，而不是示范性的远程监测和控制，才能实现大面积的推广和普及。

3.3 不断降低成本[18] 优化设备结构，降低成本，采用技术成熟、国产化、成本较低的传感器、网络设备等，才能够使系统的成本降低，使得该系统得到更广泛的应用。

3.4 提高系统稳定性 系统稳定性是影响系统应用效果的最大影响因素，实际生产中要求系统能够适应农业生产面临的高温、高湿等复杂环境[19]，所以加强系统稳定性建设，以实用和适用为原则，开发更加耐用、监测和传输更加稳定可靠、标准统一的系统势在必行[20]。

参考文献

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