基于物联网技术温室监测系统的探析

李艳　张志鹏　米合日阿依?阿卜力克木　孟洪兵

摘要 随着科学技术的发展，越来越多的新型技术及设备在互联网的基础上被开发出来，其中，物联网作为一种新型信息技术，对人们的生活及生产影响巨大。通过对物联网在温室监测系统中的应用进行分析，对当下最新技术进行研究归纳总结，得出具有现实意义的结论，以期有助于促进温室监测技术的发展。

关键词 物联网;温室;监测;新技术

中图分类号 S625

文献标识码 A

文章编号 1007-5739（2019）08-0159-02

温室内部环境因素与植物生长有密切的关系，因而温室环境监测对指导作物种植具有重要意义，使用科学的方法对温室环境参数进行精确的数字化监测，实现温室环境要素信息的自动记录存储，为温室环境控制研究和温室生产管理提供准确、可靠的数据支撑，实现温室现代化、精细化管理。借鉴国内外先进的传感器技术和物联网技术，构建适用于温室生态环境智能监测系统，将为温室环境的监测提供更好的平台，推动温室监测系统全面科学发展温室环境监测系统通过安置在温室内的传感器进行多点实时监测，长时间对温室环境参数信息进行跟踪监测。

1温室监测中存在的问题

传感器方面：传感器可靠性低，很多设施的软件和硬件系统不完善，接口缺乏统一标准，系统功耗大。通信方面：布线复杂，后期维护成本高，系统监测精度不高，安全性和可靠性差。大数据方面：传统数据库存储空间有限，没有形成完整的数据库体系，数据利用率低，不能实时检测。不利于大数据分析和云计算，进而形成农业专家系统。

2物联网技术在温室监测系统中的应用

温室监测中，应用到物联网技术将会提高各类系统的精确监测问题，在数据采集、智能监测、远程传输、智能分析等方面物联网技术比传统设施农业具有更多的优势，推动温室监测系统全面科学发展，彻底解放温室监测中多余的劳动力，实现温室环境要素信息的自动记录存储，让温室监测系统朝着网络化、便捷化、集约化的方向迈进。依据监测系统内的温度传感器、湿度传感器、光照传感器等对温室内各种环境参数进行数据采集，并对温室环境参数用科学的方法使数字化监测精确度提高，实现温室现代化、精细化管理，为温室环境控制研究和温室生产管理提供准确、可靠的数据支撑。管理者通过移动网络可随时随地了解温室内植物生长的环境参数，为植物生长发育提供技术支持。

3基于物联网温室监测系统新技术

通常基于物联网技术的温室监测系统主要包括以下几个模块：传感器模块、数据传输模块数据处理模块数据存储模块，移动式监测平台。

3.1传感器的模块

传感器有很多种，每一种传感器都有其独有的特点，具体要根据实际情况来选择。所以在这类问题发生的同时就需要对其进行相应的分析与研究，将无线传感器的发展方向定位在微型电子技术、无线传感技术生物电化学传感器等。但目前这些节点监控检测的信息资料不够精准，部分无线传感器的功率较大，在实际应用的过程中需要较多的能量来驱动，因而很难在大范围实际应用。伴随着储能技术在不断的发展与提升的过程中，新型的储能电池拥有较长的使用寿命、较高的转换率、较小的体积以及较高的容量等优点，需要在短时间内研发出功率较小的无线传感器，从而可以为无线传感器的发展、功能消耗以及实际应用提供保障。

3.2数据传输模块

无线传感器网络就是利用无线网络将分散的一系列空间传感器连接在一起，使采集的数据通过无线网络传输进行汇总，以实现空间分散范围内的地理和环境状态下的整合监测。随着物联网无线传感器技术不断提高，越来越得到广泛运用，并且应用到了各个领域，不仅提高了工作效率，还能降低生产成本，无线传感网络主要在2个方面很好地解决了传统传感技术上的问题。一是利用无线网络，无线通信网络对信息进行传输，较好地解决了传统布线中布线复杂、布线成本高布线易老化等问题。二是可以更好地散点监测和多点监测，散点监测就是在地里位置较远的监测点可以同时进行监测，大大提高了便捷性;多点监测是指在同一个监测区域多个传感器共同工作，可以大大提高监测数据的精度。3.2.1WIFI通信技术。WIFI通信技术是利用无线将个人电脑以及一些通信设备连接的一种短距离无线通信技术。一是无线通信覆盖的范围更加广阔，一般能够直接覆盖100m的范围;二是无线通信传输快;三是无线通信不需要布线，能够有效节约成本;四是不会对人们产生物理伤害;五是无线通信的组织形式简单12-31但是无线的WIFI技术有一个非常明显的问题就是网速，当网络连接的设备数量较少时网速比较快，当网络连接的设备数量多時网速会慢，而且距离信号中心点的距离的远近会影响网速快慢。

3.2.2ZigBee技术。ZigBee技术是一种应用于短距离范围内低数据传输速率下的电子设备之间的无线通信技术。短距离无线通信技术已经成为未来的趋势，具有自组网、安全可靠、网络容量大等优势。ZigBee技术其实是一种能耗比较低的局域网协议，主要有距离短、能耗低稳定性高及组网方便等特点。数据传输网络使用交换设备、传输设备、将地理上分散的用户通过连接起来实现信息的交换，通信主要在点与点之间或者多点连接设备的方式建立通信系统。

3.2.3NB-iOT窄带物联网技术。目前，NB-iOT窄带物联网技术受到了学术界和产业界的广泛关注，产业链逐渐走向成熟。系统采用一种半静态链路自适应解决方案，采取数据重复发送的方式，通过低阶调制的方式提升解调与增强覆盖性能"，支持功率节省模式和扩"展非连续接收2种模式的配置。网络部署灵活，可以充分利用频谱资源，支持独立部署、保护带部署和带内部署3种网络部署方式。具有网络架构更优化、小数据传输、超低功耗超长待机超强覆盖等特点。

3.2.4LoRa技术。LoRa是基于扩频技术的远距离通信调制技术，具有广覆盖、低成本、部署简单、支持海量接人等优点。通过该技术有望实现物联网在极大数量的终端设备和较大空间范围内的互联互通，而且可以在相关行亍业领域中逐渐建立产业生态系统。LoRa无线传输技术的领域利用LoRa组建无线传感器网络，可依靠商业基站或用户自行建设LoRa专网。LoRa技术发展至今已经拥有了一套非常完整的生态链，能够给用户提供全方面的服务保障，相关产品的性能也越来越成熟稳定。

3.3数据存储模块

数据库是按照数据结构来组织、存储和管理数据的“仓库"，主要数据量为环境参数数据、用户数据以及传感器数据。随着环境参数数据的持续存储，数据库的读写操作会变得十分密集，对数据库就有了高并发的需求。随着数据量的增加以及物联网模块存储功能的出现，云存储成为一个新的概念，是一种新兴的网络存储技术，通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能回。在温室监测系统中云平台主要指以数据存储为主的存储型平台，在云平台的基础上以数据处理为主的计算型云平台以及计算和数据存储处理兼顾的综合云计算平台，云平台的建立主要以友好的方式展现用户所需要的内容，并会利用多种设备及技术提供多种服务。在云监测平台方面普及率并不是很高，云平台相对于传统存储平台而言存储的数据库内容多，安全性也提高，云计算上应将集中式云计算数据输送到中心，后将结果返回，其中数据传输中的风险可以通过技术手段降低。

3.4移动式监测平台

目前，新的移动监测主要包括手机APP和微信公众号2种。通过云端数据库的地址和密码连接云端數据库，实现数据传输通道的连接及移动网络查询，机端将给云服务器发送相应的指令从而修改云端数据库中对应的标志位，云服务器将查询的数据再返回给手机端，然后手机端将数据解析并显示。微信公众号的程序和手机APP的程序实现方法不同，但思路相同，通常移动终端设备小巧，方便随身携带，利用手机移动互联网技术，实现土壤及空气温湿度、光照、CO2实时查询，绑定相关设备后，移动端便可远程访问云平台读取存储的数据，同时要兼顾系统安全性及稳定性。

4发展趋势

在物联网技术的发展中，传统的智能化方式主要是以专业人士和基于计算机的监测平台，专家通常以自己经验作为整个技术的核心，给出设备需要检查维护维修的意见。因传统的监测方式存在认知上的可靠、可控、时间长等特点，因而在整个领域内物联网的提出使物联网在温室中的运用更具有学习性，通过一定时间给定条件的输人、输出、训练出智能，再将智能运用到新的技术上。物联网技术在温室上的运用将会面临更多的历史机遇，当然物联网发展也面临着深层次的问题，这也会推动物联网的发展，不仅要在应用上进行创新同时也在技术上开展新一轮的创新，为传统的温室监测注人新的活力。

（1）智能化的发展。随着经济的不断发展，各地方的气候不同，环境限制了很多植物生长环境。因此，各地区温室的范围不断扩大，温室系统要对大量的数据进行处理，需要更加智能化解放多余的劳动力。

（2）硬件及软件的发展。传统的监测系统以计算机、PLC、单片机为操作中心，而配套的软件系统还较为缺乏，原有监测系统无论是硬件接口、电路均无统一标准，不利于维护，后期应向朝着便捷、维护方便、便于操作的方向发展。

（3）移动网络化发展。借助于现有的手机平台及相关软件，数据更具有敏捷性、实时性、开放性，为后期的智能控制提供参考数据。

（4）网络安全性及稳定性的发展。无线网络安全维护常见的问题中，数据被篡改的现象最严重，需要一些更有效的机制对网络进行加密。网络稳定性受到很多因素的影响，需要解决的弊端包括连接、外在干扰、数据正常运行等，所以网络的安全及稳定是系统运行的基础。

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