“农事易控”普通温室远程智控系统的功能与技术架构研究

周彦斌，董海涛

（扎兰屯职业学院，内蒙古 扎兰屯 162650）

0 引言

经过近20年的发展，我国温室种植取得了一定的成效。国内温室生产面积（包括日光温室、塑料大棚）已达到120万hm2，跃居世界第一，温室设备产品、实际应用和配套技术研究等方面发展速度较快，形成了不同档次、不同系列化的温室产品，初步形成一定的产业规模。农业是物联网产业应用的重要领域之一，目前在传感技术在精准农业的应用、智能化专家管理系统、远程监测和遥感系统、生物信息和诊断系统、食物安全追溯系统等得到了初步的应用[1]。目前在国内相应的产品技术发展迅速，但整体技术标准不统一，设备和系统成本较高，平台控制端相对复杂，超过了普通农业生产者的知识和技能水平，因此应用范围不够广泛。

1 “农事易控”普通温室远程智控系统的功能设计

本系统旨在利用自有技术研发出一套低成本的远程智能控制系统，对普通温室作业进行远程智能管理，从而实现生产过程中劳动力节约、生产资料节约和对作物生长环境的精准控制，达到提高经济效益的目标，实现传统农业向智慧型农业转变。利用互联网技术在普通温室实验区中建立网络节点，将有线网络和无线网络结合、无线传感技术和有线传感技术结合，将监测信号、控制信号和设备网络联动，实现远程智能控制。在系统的功能设计上，不追求大而全的复杂系统设计，重点在于普通温室的环境参数监测和设备联动，使用者简单培训就可以达到熟练操作的程度。根据温室的具体基础设施设备配备情况，选用相应的控制模块，控制层面上采取手动和自动相结合的控制模式，用户既可以通过合理配置完全实现自动化控制，也可以根据系统提醒来人工干预。

2 “农事易控”普通温室远程智控系统的技术架构

2.1 “农事易控”普通温室远程智控系统的开发思路

物联网是指通过信息传感设备,按照约定的协议,把特定物体、网络及存储等集中控制系统统一连接起来,进行信息交换与自动控制,以实现对特定物体进行智能化识别、定位、跟踪、监控和管理为一体的一种网络[2]。“农事易控”物联网系统体积小巧，集成度高，安装方便，成本低廉，适合在普通温室大棚内安装使用，可以有效地解决大棚内各项环境指标的实时监测，对大棚的现代化管理起到至关重要的作用。系统可以实现在线式监测，配合控制设备对环境指标进行调整，也可以独立进行数据比对和自动控制、灵活方便。“农事易控”系统在控制设计上不同于一般的PLC集成控制模块，而是采用stc12c5a系列单片机编程进行直接控制，可定制性高，成本低，可扩展性好。

系统基于HTML5及WebSocket协议开发，支持HTML5规范的浏览器都能极好的运行该系统，软件包括Windows、macOS、Android、ios等系统中内置的浏览器，并且自动匹配终端设备的屏幕大小，在Windows系统上推荐用Chrome浏览器可以获得最好的用户体验。硬件要求只需要一台可以运行HTML5规范的电脑、平板、手机等就可以满足硬件要求。

2.2 “农事易控”普通温室远程智控系统的数据采集设计

物联网是通过智能传感器、射频识别（RFID）设备、全球卫星定位系统（GPS）等信息传感设备按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[3]。“农事易控”系统根据普通温室的生产条件和作业需求，在数据采集层实现对温室内的土壤、空气和植物生长状态的各项数据指标监测和采集。对土壤的监测主要包括土壤温度、湿度、pH值和养分等指标的监测；对空气环境的监测主要包括空气温度、相对湿度、光照、CO2、O2、风速等指标的监测；对作物生长状态的监测主要包括对植株生长形态、叶片生长形态、叶片表面和植株表面病虫形态、果实生长形态等形态的高清图像采集和监测。各类环境传感器采用RS485通信协议，智能终端采用STC15W4K32S4单片机编程，通过485协议读取各类传感器值，并通过标准RS485的通信协议控制继电器从而控制加热器等各种设备的开停。

2.3 “农事易控”普通温室远程智控系统的数据传输与存储

利用互联网技术采用以太网络设计，每个温室作为一个网络节点。这个网络采用性能可靠的工业以太网。可以将办公网络、自动控制网络和视频监控网络无缝结合到该网络环境，实现“多网合一”。 整个系统可承载的数据分成如下的几个部分：工业控制数据、环境状态采集数据、视频采集数据和农作物生长状态参数数据。数据的存储运用云平台架构，云平台采用有人透传云管理系统将智能终端和电脑、手机、平板等呈现连接起来，实现数据的控制存储及上传的功能，各种呈现终端可以查看环境数据，控制设备。

2.4 “农事易控”普通温室远程智控系统的应用层设计

本系统技术创新在于智能终端自主开发，功能可根据需要编程定制；所有环境数据可长期存贮在云平台；各种呈现终端只要连接到互联网便可以获取环境数据和控制设备。通过与数据库中大数据提供的参数比对，来向普通温室生产者提供有价值的处理策略，并通过生产者的程序设定或自动完成各项设备控制作业，以达到精准生产的目标；通过合理的监控系统数据传输和数据库模式识别技术，实现作物生长过程的记录和监测，对农作物出现异常现象进行大数据分析，向生产者提供有价值的分析报告，对作物生长中遇到的问题提前预警。

3 “农事易控”普通温室远程智控系统安全保障措施

整个系统最大的安全隐患是对风机、补光灯、加热及灌溉设备的误操作及非法入侵操作，对此采取的措施是在对上述设备电源接入处有物理应急断路器；在终端操作设备上需要输入授权码才可对设备进行控制；在呈现设备上需要用户名和密码登录系统，方可查看环境数据和手动控制设备。系统数据库存储在公有云云端，由服务商保障数据安全可控，在PC机和移动端上利用系统自身的防火墙功能做访问控制，安装正规杀毒软件系统，并在交换机端进行虚拟网络规划，使网络应用与物联网应用的数据分离，最大程度保障系统数据和应用端的安全，保障措施简单易行。

4 “农事易控”普通温室远程智控系统的应用前景

普通温室远程智控系统的开发和应用，采用传感层的自主开发、传输层的多样化数据输送保障、控制端和上位机软件的智能化操作、低成本的集成化设计，能够极大解决普通农业生产者生产投入能力低下、信息化技术水平不高、人工成本占比较高、农产品品质不可控等诸多问题。