浅谈基于物联网的温室智能监控系统设计与实现

董赜铭

摘 要：随着社会的不断进步，信息技术在各领域应用越来越广泛，也推动了温室大棚的技术水平的大幅度提升。目前，温室大棚管理和监测工作的要求越来越细化。温室大棚具有控制因子多、系统运行环境复杂、温室环境测控以及系统的持续稳定性等特性，针对温室大棚特性，市场上出现了一种基于物联网技术的温室只能监控系统。该系统依托物流联网技术框架，该系统由光照感知系统、温度系统和显示系统和控制系统四个部分组成。相关实验数据表明，这种基于物联网的温室监控系统传输数据稳定性较好，可靠性较高，低成本、功耗低、可操作性强，具有就较高的使用和推广价值。

关键词：物联网;温室大棚智能监控;系统设计;

近些年，我国温室大棚规模不断扩大，温室大棚面积逐年递增。因此，依靠现代科技完成温室大棚智能监控已成为必然趋势。伴随科技的不断创新，利用物联网通信技术实现温室大棚管理应用范围正逐步扩大，温室大棚智能监控技术在欧美等发达国家得到了广泛推广，该技术在我国部分省市温室大棚的智能监控管理实践中，取得了广泛好评。物联网框架下的环境监测系统实现了温室大棚环境进行实时监控，其中无线网络可以实现对农作物生长的远程监测，温室大棚监控系统可以很好的完成相关信息数据的采集和设备的控制工作，浓度监测系统是在无线传感器网络的基础上创新研发的，能够高效完成温室大棚的浓度监测工作。

一、温室大棚智能监控系统总体方案

一是功能设计。农作物生长需要：光、水和二氧化碳以及温度湿度都是有一定要求的，温室大棚环境相对密闭，只有对农作物做到实时监控，才能创造出有利于农作物生长的温室大棚环境，从而实现温室大棚经济效益目标。温室大棚智能监控系统主要作用体现在以下几方面：实现数据信息无线传输;精准采集农作物生长环境;智能系统运行稳定;能够实现自动灌溉;系统操作便捷;性价比高成本低。

二是系统总体架构。为了全方位掌握温室大棚农作物的环境生长数据，温室大棚内需要设置多个传感器节点，为实现低成本目标，可以适当延長传感器间距。利用有线数据传输的方式不仅对农作物生长造成一定影响，且成本相对较高，不利于大规模推广。为进一步实现温室大棚智能监控系统低成本目标，采用无线数据传输，不仅能够保证数据信息传输的稳定性和及时性，也有利于农作物的种植生长，同时也缩减了系统成本支出。温室大棚智能监控系统主要分为感知层、应用层和网络层三个部分。其中感知层由二氧化碳创干起、土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、光照传感器以及灌溉装置等组成，通过数据传输完成温室大棚中各类环境数据的收集，对温室大棚内农作物的生长状态做到实时监控，在一定程度上减小了人工作业量，同时更利于温室大棚内农作物的管理，从而实现温室大棚的经济效益目标。通过网络层将采集到的农作物参数及时发送到服务器终端。应用层主要分为：农业专家库、服务器以及系统终端几部分。数据库中存储的数据主要是通过服务器来传递的，将数据库中的数据与农业专家库进行认真比对、科学分析和合理筛选，从中选出最优灌溉方式。用户通过控制界面发送控制指令，通过客户端访问服务器对应的IP地址实现控制器的运行，以此保证温室大棚环境的有效监测。

二、温室大棚智能监控系统硬件设计

一是传感器节点的设计。传感器节点设计是感知层硬件设计的关键，其主要由电源模块、二氧化碳传感器、无线采集模块、空气温湿度传感器、光照传感器、土壤温湿度传感器组成。

二是无线采集模块。无线采集模块主要特点是指：抗干扰能力强、传输可靠性能高、传输距离较远、低功耗。其特性刚好符合温室大棚低成本、利于推广的设计理念，所以温室大棚内各类传感器采集到的数据信息主要通过无线采集模块发送。无线采集模块采用的超低耗无线芯片，并且频率范围具有一定延展性，能够进一步实现温室大棚各类信息数据的可靠性和稳定性。

三是传感器的选择。通常每一个传感器节点必须搭载一组传感器，但温室大棚智能监控系统的设计基于成本考虑，最大程度减少传感器的使用数量，同时还要确保其在监控系统所发挥的作用不受影响，采用了三合一传感器，实现温室大棚内的光照强度和空气温湿度的检测工作。三合一传感器直流供电10～30V，最大功耗仅为0.4V，对空气温度测量、空气相对湿度测量以及光照强度的精准度测量结果均相对较高。二氧化碳传感器的选择上，为实现变化的范围和低成本的设计要求，采用485型传感器，直流供电10～30V，最大功耗仅为0.4V，其测量精准度与传统的半导体传感器相较而言，精准度相对较高。土壤湿度传感器的主要作用是为了实时监测大棚内土壤湿度，土壤湿度对农作物生长起着至关重要的作用。HSTL作为传感器节点选用的土壤湿度传感器，其水分量可根据农作物需要进行调整，测量精准度较高，工作范围较大，电量电压需求较小，完全符合低成本设计初衷。考虑到土壤传感器的探针长期处于潮湿环境状态下，为避免其生锈影响使用效果，应该采用316L不锈钢材料作为土壤传感器的探针。

四是灌溉装置。肥液路和水路是灌溉装置的主要组成部分。肥液路包含4各肥液灌，罐底的出水口与肥液路相通，管路上设有电动阀门、抽肥液泵、水肥过滤器、流量计、止回阀以及手动阀门;水路控制系统利用水泵将自来水抽入管道，经过流量计和上路止回阀后到达肥液路，通过混合管道的压力机和电动阀，将其配比后的混合水肥经过管道出口完成灌溉作业。

五是控制节点的设计。控制器主要由单机片、无线模块、稳压器模块、继电器模块和电源模块组成。以微控制为核心，微控制的选择要满足控制器处理能力强、高性能、低功耗、兼容性好几大优势。服务器中收到的温室大棚数据信息主要是通过传感器来完成，将数据信息与农业专家库进行科学比对后，在进行合理决策，通过无线模块传到微控制器，继而通过继电器和固态继电器来操控控制阀门和水泵的自动控制。另外，控制器上还配备了的手动控制装置，进一步确保温室大棚内水泵和控制阀门作用的有效发挥。

三、温室大棚智能监控系统软件设计

一是数据库的存储与输出。温室大棚环境采集到的数据信息需要实施传输，因此，数据储存需要大量的存储空间。对收集到的温室大棚内的各类进行通过表格进行分类存储，并将数据信息及时发送到手机，实现温室大棚的远程监控。

二是监控软件设计。只有设置服务器IP地址，才能实现用户端与监控终端的通信，用户可以通过网络和移动数据来访问服务器地址，到达实施监控温室大棚的目的。通过服务器界面可以实时监测农作物的生长趋势、水泵控制、水肥配比、种植技术指导等相关功能，实现远程操控温室大棚内农作物的灌溉量和施肥情况。

结束语：

温室大棚智能监控系统是按照温室大棚内农作物对生长环境的需求，设计出的一种基于物联网的一种实时监控系统。该设计主要是通过温室大棚内设置的多种数据采集器，传感器节点实现对温室大棚内各类数据信息的采集工作，并将数据信息实时传输到网关，通过GPRS模块将数据信息传输指服务器，利用网络和无线通信使用户可以实时监测温室大棚内部环境。同时，将采集到的数据信息与农业专家库的数据进行科学比对从而得出相应的结论，根据比对结果来决策农作物是否需要进行灌溉和施肥等相关的管理。该系统采集到的数据信息精准度较高，并且具有良好的稳定性和可靠性，符合该系统的设计要求。

参考文献

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