基于无线传感网的蔬菜大棚温湿度监控系统设计

孟令伟

【摘要】：首先介绍蔬菜大棚的研究背景和国内外研究现状，然后介绍了基于无线传感网络蔬菜大棚温湿度监控系统设计中所用到的无线传感网络技术及硬件设施，最后根据无线传感网技术以及相应的硬件设施设计了该系统的总体框架及系统功能。

【关键词】：无线传感网;蔬菜大棚;温湿度监控

一 引言

1.1背景介绍及意义

近年来，农业大棚种植技术的出现显著的提高了农作物的产量，并给人们的生活带来了极大的便利，因此得到了迅速的推广及应用。但是，现在大多数农民还是沿用人工值守的方法来看管蔬菜大棚，人工方法记录数据常常会因为记录数据量的庞大导致数据记录错误，或因工作人员的一时疏忽使得数据不能及时反馈导致监管者不能对农作物进行科学的控制。因此人工方法是一种低效管理方法，不仅浪费了大量的人力物力，而且蔬菜大棚的温湿度控制也并不理想 ，往往因为温湿度控制不当造成作物的减产，从而给菜农带来了极大的损失。

所以，农业大棚的管理方式也应该由人工化向信息化、智能化的方向转变。因此，与现代技术相结合的，基于无线传感器网络的蔬菜大棚温湿度监控系统的研究与应用能有效解决当前人工管理方式所面临的不足之处，能实时的、精准的监测蔬菜生长状况，使监管者能及时做出准确控制。

1.2国内外研究现状

（一）国外相关领域研究成果综述

日本四国电力集团开发的“OpenPLANET（简称 OP）”系统是一远程监控系统。该系统主要由监测控制LAN、信息采集单元、数据记录单元、分散控制器、OP服务器等组成，该系统可以实现温室的群管理。

此外日本的FieldServer（现场服务器）系统，是基于嵌入式系统的多传感器数据采集设备，它可以连接多种传感器，同时内部集成微型摄像机，可以同时采集温度、湿度等环境信息及图像视频信息，通过TCP/IP协议将数据发送到中心服务器。FieldServer可以使用电池供电，具有体积小、功能强、耗电少等特点，便于架设在野外工作。

（二）国内相关技术发展现状

今年来我国温室大棚面积不断增加，农作物管理也正逐步向自动化的方向迈进。我国目前一些大学、科研院所也开展了温室设施远程控制技术研究，并取得了一系列研究成果。

国家农业信息化工程技术研究中心开发的智能型远程温室环境控制器，可监测温室内空气温湿度、土壤和葉面温度、含水量、光照强度、浓度并进行统计分析，通过专家系统和计算机网络，实现对温室灌溉、施肥、农药喷施等过程的智慧决策和远程分布式调控。这套设备集数据测量、存储、远程控制和自动报警为一体，它使农业专家在办公室里就能通过网络看到植物生长状况，并进行远程监控。

中国农业大学研制的温室环境监控系统，由主控微机、温室机和室外气象站三大部分组成。主控微机控制机房，可对整个系统进行统一管理。主控微机用于完成各种系统参数的设置，测试数据的记录、查询、打印、控制命令的生成等功能。每一个独立的温室放置一台温室机、内置温湿度、等各种传感器、控制设备以及摄像镜头，可以实时将温室内作物生长状况传输给办公现场，同时可以通过数字信号传输线将监测的室内外环境条件和植物生长状况传输到农业专家的计算机屏幕上，以便他们可以根据提供的信息进行生产指导，实现对温室环境的监测控制。

二 无线传感网络与硬件设施

2.1无线传感网络

无线传感网络是一种无线通信传感网络，它融合了现代的传感器技術、先进的信息技术等相关的热门技术，是由大量静止或移动的传感器节点以自组织和多跳的方式所构成。它能感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。

2.2.硬件设施

Eko传感器：能够检测被测量的信息，并将感受到的信息，按照一定的规律转变成电信号或其他所需形式的信息输出。

Eko节点：提高Eko传感器接口，并处理Eko传感器接收到的数据，然后将处理都的数据传送到特定的Eko基站。

Eko基站：能够管理Eko节点组成的网络，并会把所有的无线电信息通过网络传送给Eko网关。

Eko网关：能够控制无线电基站，提供查看数据和监控网络稳健行等网络服务，可与以太网相连;

PC机：用于配置Eko网关和搭建成web服务器;

三 系统设计方案

3.1系统设计需求分析

蔬菜大棚温湿度监控设计，主要包括环境温的信息采集以及如何将信息实时的呈现给环境监管者，以便监管者及时的做出决策。这里环境的信息采集包括大棚内的温度和湿度的采集。同时，整个系统要能便于架设与维护和用户操作方便。

3.2系统总体架构设计

本系统中，在Eko节点上嵌入温度和湿度传感器，然后由Eko节点将收集到的数据整合之后，再发送给Eko基站，安装PC机上的应用软件再通过Eko网关获取到Eko节点传来的数据信息，然后将数据信息储存到服务器的数据库中。这样，用户就能通过手机上的浏览器观测到蔬菜大棚温湿度的实时状况。

系统总体示意图如下：

图3.1系统总体示意图

3.3系统软件功能设计

软件功能设计的目的是为了让用户能够直观，实时的掌控蔬菜大棚内蔬菜生长环境的状况，以达到能及时对温湿度的控制，使农作物一直处于适宜的环境状态之中，最终以实现最大利益。所以针对这种目的，我们设计了以下几种功能模块。

3.3.1实时查询模块

实时查询模块的主要功能是让用户能方便快速的了解到蔬菜大棚里温湿度的状况。此模块主要包括传感器采集数据显示、历史数据查询、生成图状表、打印等功能。

传感器采集数据显示：在数据显示功能中，你可以选择某片区域内某个传感器，然后查看它当前采集的具体数值，并且也可以看到当前传感器的工作状态（工作时间、电量等）。通过该功能，你能实时了解大棚蔬菜环境状况，在出现问题时能及时做出决策，减少不必要的损失。

历史数据查询：此功能可以查询过去一段时间内，蔬菜大棚中温湿度的变化状况。如果用户想分析一段时间内温湿度对农作物的影响，就可以调用此功能来了解农作物在什么样的环境下生长效率会比较高，找到农作物的最佳环境，以便可以增加农作物产量。

生成图状表：用户可以用它把传感器采集到的数据转换成“温度（湿度）—时间”折线图，能更加直观的表现出一段时间的温度状况和变化趋势，使用户体验感更好。

打印功能：就是可以将传感器采集到的数据以表格的形式打印出来，方便用户在需要的时候对它进行处理和分析。

3.3.2报警模块

报警模块的主要功能是为了能够在用户疏忽大意的时候，及时的提醒用户应该去调节蔬菜大棚内的温度或湿度，以确保农作物的生长，是一种保障机制。此模块主要包括设置时间提醒、设置参数阈值、警报铃声设置等功能。

设置时间提醒：在此功能中，你可以设置一个确定的时间，然后到这个时间之后，该系统会发出提示音。通过此功能，用户可以在休息的时候，设置好一个确定的时间，然后去做别的事情，之后到这个时间点，根据手机的提示，就可以知道该去做某件事情了，防止用户忘记这个时间该去做的事情。

设置参数阈值：用户可以在功能中设置一个确定的温度或湿度的值，当蔬菜大棚中的温度或湿度到达这个值的时候，系统就会发出警告。为了农作物的生长，用户要确保蔬菜大棚在一定的温湿度之内，当温湿度超过或低于某个值得时候，该系统就会提醒用户，发出警告，使用户意识到该去控制农作物的生长环境了。

警报铃声设置：该功能可以选择警报铃声的类型。用户可以通过该功能设置能让用户警觉的铃声，适时提醒用户。

3.3.3人员管理模块

人员管理模块主要功能是为了方便管理者与工作人员的信息交互，管理者发布任务，工作人查看、接受任务并做出反馈。此模块主要包括发布任务、任务查看、任务反馈功能。

发布任务：管理者可以在此模块下编辑信息发布任务，然后工作人员就会接收到任务提醒，提高了人员管理的水平和效率。

任务查看：工作人员可以在此功能下查看并接受管理者发布的任务，规划好任务流程。

任務反馈：工作人员可以在此模式下，将任务的完成情况汇报给管理者，管理者可对其完成状况进行评价，及提出建议或要求。

四 总结

随着农业大棚技术的发展，人们对于农业大棚的需求肯定越来越大，农业大棚的规模必然会慢慢的壮大。对此，传统的管理方式必然跟不上管理者对农业大棚管理的需求，所以必然要紧跟时代的潮流，推出信息化，智能化的產品来满足我们对管理方面的需求。本文详细介绍了基于无线传感网络蔬菜大棚温湿度控制的系统设计方案，从系统总体架构，以及软件功能上进行设计分析，以到达信息化、智能化的管理水平，提高了管理效率，顺应时代的发展。

参考文献：

[1]张研.物联网在现代农业中的应用与前景展望[D].东北农业大学 2011

[2]张小伟.基于物联网技术的农业大棚监控系统研究[D].陕西科技大学 2014

[3]吴小莲.基于物联网的精准农业大棚监控系统的设计与研究[D].江西农业大学 2013

[4]胡霸桥.基于ZigBee技术的农业大棚环境温度监测系统设计[D].哈尔滨理工大学 2012

[5]董文国.蔬菜温室大棚智能控制系统的设计[D].曲阜师范大学 2012

[6]李海南.温室蔬菜大棚监控系统研究与实现[D].吉林大学 2015

[7]王建平，房振宏，焦翠玲.基于物联网技术的智能蔬菜大棚构建[J]. 广东农业科学.2011（05）