一种基于物联网智能栽种系统设计

陈楚君 翁涛 詹霖凡 杨烘铭 邱振涛 王克强

摘 要：本文设计的智能栽种系统包括环境数据采集、种植环境调整、数据可视化和实时监控等功能，依托物联网可以实现从温室环境数据采集到种植环境调整等的远程监控，本文从方案入手阐述这套温室智能栽种系统的各个功能设计。

关键词：温室; 物联网;方案设计

1. 研究背景

全新的智慧温室大棚种植模式可以帮助人们实时掌握蔬菜的生长情况，检测蔬菜的种植环境，另外还可以通过专业的辅助系统，帮助蔬菜实现浇水、施肥、喷洒农药等相关工序[1]。但是，市面上的智能栽种系统，由于造价高昂、使用困难、维护成本高等问题，对于个体农户或小体量农商来说仍有相当大的普及困难。因此，针对基于物联网的智能栽种系统的研究对推动农业智能化普及有非常重要的意义。

2. 研究目标

本文研究的小型智能栽种系统，主要实现环境数据采集、物联网平台交互、数据可视化、实时视频等功能技术的方案设计。

3. 技术方案设计

3.1 主控方案设计

主控采用树莓派4B，搭配Raspbian系统，具有丰富的网络及硬件接口，同时支持HEVC视屏的4K60P硬件解码，基本满足物联网和视频推流的同时进行。

3.2 传感器方案设计

传感器的选择优先从精度和硬件接口出发：光照强度传感器采用BH1750FVI，芯片具有识别范围宽、分辨率高的特性，光照强度识别最大值可以达到65535/LUX、分辨率为1/LUX。温湿度传感器采用GXHT30典型精度可达湿度±3%RH、温度±0.3℃、分辨率为0.01，温漂小于0.03℃/年、0.25%RH/年，符合设计所需的稳定、精度高的要求。土壤湿度传感器采用FC-28传感器模块，具有成本低，阈值可调，输出信号可选等特性。

3.3 物联网平台方案

在BAT三大物联网平台中，阿里云物联网平台具有传输方便、开发简单，可进行时序透析、可视化分析、SQL开发等特性。在阿里云物联网平台中使用MQTT协议接入时，数据需要通过Alink协议进行封装，Alink协议是阿里云平台针对物联网开发领域设计的JSON报文数据交换规范，用于设备端和物联网平台的双向通信，在阿里云平台上，数据的传输需要通过标准的Alink JSON格式的数据进行[2]。阿里云平台的IOT交互页面设计，采用在平台网页上进行图形化开发的方式，平台本身提供了许多相关可视化的组件，比如仪表盘，滑条，曲线图等常用组件[3]。可以使用对应组件，配置室内环境预支，控制补光灯、水泵等实现种植环境的自动调整。

3.4 实时视频方案

主流实时视频实现采用推流技术，本设计中采用Nginx搭建RTMP服务搭配GStreamer配置流媒体管道实现的。

Nginx是可以配置反向代理服务，且可以使用对应RTMP工具配置RTMP服务连接远程服务器。而GStreamer实质是一个数据流处理框架，他提供了包括API和处理机制等，采用GStreamer的主要原因在于其对于流媒体数据采用硬解码方式，可以降低对CPU资源的消耗。其次，其包含lunch等丰富工具也便于降低开发难度，减少开发成本。

使用GStreamer配置流媒體管道，以摄像头输入作为rmtp src即管道输入接口，远程服务器/直播平台作为rtmp sink即管道输出接口，即实现实时视频推流。

4 结论

植物需要的种植环境应当处于一个恒定的最优数值下，本设计虽然可以实现基于阈值的种植环境调整，但对与恒定环境的研究还是需要加深。后期可以根据对应植物的环境研究，加入经典PID控制子系统，实现温室内恒定环境的自动控制。

参考文献

[1]王宣智.基于物联网技术的智慧温室大棚蔬菜种植技术应用探析[J].农业工程技术，2021，41（36）：55-56.

[2]王轻， 吴连威， 何龙祥，等. 基于阿里云物联网平台的医疗数据管理系统设计与实现[J]. 软件， 2021， 42（12）：5.

[3]程德昊、何元清、蔡春昊. 基于阿里云物联网平台的数据可视化[J]. 电脑知识与技术：学术版， 2020， 16（22）：3.