基于物联网的智能温室大棚

肖莹

摘要：本系统运用传感器设备和网络，对大棚内部温湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境因素进行检测，通过ZigBee无线传感器网络对数据进行采集，并通过MSP430F1611为核心的无线网关传输到检测中心，再把数据进行分析后发送到客户端使农民能够实时检测棚内情况，同时可以远程自动控制大棚的浇灌器、通风天窗这样等设备，实现大棚的智能控制。

关键词：物联网；温室大棚；智能农业

1概述

物联网技术是在计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息革命，被国家正式列为重点发展战略性新兴产业。在温室生产中，要实时掌握和调整湿度、温度、光照强度，二氧化碳浓度，土壤含水量和有机质含量等温室环境参数，确保作物有一个良好和適宜的成长环境。传统温室生产需要大量的人力物力，给生产带来很多不便，而物联网技术的兴起，为智慧农业的发展带来了新的动力。物联网智慧农业应运而生。它可以通过实时、动态的对农作物的种植环境进行信息采集而达到快速、多尺度实时监测，并能智能实现农作物的灌溉、施肥与温湿度控制的自动控制。

2大棚控制系统的主要功能

智能大棚就是利用物联网建立温室来自动或远程控制蔬菜的生长环境，使蔬菜得到最佳的生长环境，提高产量，实现蔬菜全年合理种植。通过农作物所需生长环境和物联网技术，智能大棚具有以下功能：

1）数据采集。按照农作物种类和生长特点的不同，在各个点部署温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、水流传感器、土壤湿度传感器等设备，对大棚内的环境信息进行实时采集。采集到的信息通过无线射频装置发送到嵌入式物联网关，再由物联网关进行数据分析和处理后上传到服务器上。

2）设施控制。信息系统对采集到的数据进行处理后，与服务器预先设定好的数据进行比较，根据设定好的各个参数再由物联网关发出开关设备控制指令，然后控制指令经由网关和无线网络反馈到控制设备节点，对风机、阀门、喷灌、温度、遮阳等设备进行调控，实现大棚内部环境的智能调控。

3系统硬件设计

该系统总体硬件设备包括传感器、传感器节点、控制系统、控制节点和网关构成。其结构图如图1所示。

3.1节点组成

节点根据功能可以分为两个类型：传感器节点和控制节点。传感器节点负责对传感器数据的传输，控制节点负责接收控制命令来对大棚的设备进行控制。传感器节点是整个系统中的最底层，包括温度传感器节点、湿度传感器节点、二氧化碳传感器节点、光照传感器节点、土壤水分传感器节点和水流传感器节点等对大棚内环境进行监测。这些信息采集节点采集的数据由ZigBee无线传感器节点负责，最终与其他部分进行数据通信。传感器节点硬件框架设计图如图2所示：

传感器芯片采用支持ZigBee的CC2430芯片，这款芯片高度整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器，用来进行数据的无线收发功能。控制节点用来接收网关传送过来的指令，通过相应的继电器对外部电器设备进行间接控制。由于ZigBee的组网方式，采用星型拓扑结构，把所有传感器节点连接在中央设备上，再由中央设备传输给实时监测棚内情况的监测终端。

3.2网关组成

网关负责收集每个传感器节点的数据并将其打包发送到指定的服务平台。同时，对服务平台的指令进行分析并传送给相应的控制节点，对相应的大棚设备进行控制。网关在进行网络初始化后对各个节点进行扫描后建立最优信道网络，在网络状态良好的情况下根据不同的模式进行工作。因为网关需要快速处理能力和稳定的通信网络，所以网关MCU选用低功耗的MSP430F1611，MSP430F1611与CC2430无线模块之间通过SPI接口进行通信从而达到数据的双向通信。其结构图如图3所示：

4系统软件设计

系统程序从结构上可以分为三部分：传感器节点程序、设备节点程序、客户端程序。传感器节点程序包括对节点的描述，节点的绑定和数据传输；设备节点程序包括对节点的描述，节点的绑定，数据接收、串口通信；客户端程序是人机互动界面程序。系统的工作流程是先启动数据采集设备按下开关按键后设备作为协调器进行工作，按两次开关按键设备将处于允许绑定的状态，之后开启传感器设备，设置按下按键后设备作为终端节点进行工作并处于请求绑定状态。

5结束语

物联网温室大棚技术的应用可以解决农业生产中的一系列科技问题，这将成为实现我国传统农业向现代农业转型的推动力，促进我国农业的高效、优质发展。物联网温室大棚的应用将会改变我国农业生产成本高、效率低的现状，使农业生产走向规模化、产业化、智能化，对推动农业现代化进程有着重要意义。endprint