第 30 卷第1期 2022 年 2 月 Vol 30 No 1 Feb 2021 電腦與信息技術 Computer and Information Technology 文章編號 1005 1228 2022 01 0053 04 基于物聯(lián)網的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)在農業(yè)中的應用 龔 琴 閩南科技學院 福建 泉州 362332 摘 要 我國傳統(tǒng)農業(yè)正在向標準化 規(guī)?；?集約化 精細化轉型 并已進入快速轉型階段 為了積極響應國家 提出的發(fā)展現(xiàn)代農業(yè)的產業(yè)政策 采用物聯(lián)網技術 在各種功能無線傳感器應用基礎上 構建一個基于 OneNet 云平 臺的溫室大棚種植智能監(jiān)控系統(tǒng) 有關專業(yè)機構的工作人員與專家均可運用遠程終端登錄到云平臺 及時檢測大棚 中農作物成長狀況與場地周邊環(huán)境 推斷農作物的成長環(huán)境有無達到科學標準 有無越過環(huán)境數(shù)據規(guī)定的閾值后自 動發(fā)出警報 相同對比栽種的經驗 通過遠程控制溫室大棚里的風機 滴灌噴灌 遮陽簾電機等器械點裝置實現(xiàn)操作 有利于管理人員進行操作 關鍵詞 OneNet 云平臺 智能農業(yè) 溫室大棚 物聯(lián)網 中圖分類號 TP393 08 TP311 13 文獻標識碼 A Application of Greenhouse Intelligent Monitoring System Based on Internet of Things in Agriculture GONG Qin Minnan University of science and technology Quanzhou 362332 China Abstract China s traditional agriculture is transforming to standardization scale intensification and refinement and has entered a stage of rapid transformation In order to actively respond to the national industrial policy of developing modern agriculture an intelligent monitoring system for greenhouse planting based on onenet cloud platform is constructed by using Internet of things technology and various functional wireless sensor applications The staff and experts of relevant professional institutions can log in to the cloud platform by using the remote terminal to timely detect the growth status of crops in the greenhouse and the surrounding environment of the site infer whether the growth environment of crops has reached the scientific standard and automatically send out an alarm if it has crossed the threshold specified by the environmental data Compared with the same planting experience the remote control of the fan drip irrigation sprinkler sunshade motor and other equipment points in the greenhouse can help the management personnel to operate Key words OneNet cloud platform intelligent agriculture greenhouse Internet of things 收稿日期 2021 07 13 基金項目 2019 年福建省科技類中青年項目 項目編號 JAT191042 作者簡介 龔琴 1986 女 湖北監(jiān)利人 講師 碩士研究生 主要研究方向 物聯(lián)網 網絡安全等 福建位于亞熱帶氣候區(qū) 水果蔬菜的種類五花八 門 而且有較強的季節(jié)性 如果使用溫室大棚栽種具 備閩南特色的高附加值的農作物 不僅農民的生活水 平得到改進還提高了農民收益 而且現(xiàn)代化農村建設 進程會得到提速 但是 罕見的水果蔬菜等高附加值 農作物的栽種需求十分嚴苛的環(huán)境 栽種時要求精耕 細作 萬分細心 過程中需消耗很多人力物力資源 在此環(huán)境的要求下 傳統(tǒng)農業(yè)務必選擇現(xiàn)代器械 實 施智能化 信息化管控 才可節(jié)約生產栽種成本 有 助于安全監(jiān)管的提高與產品產量的增加舉措 所以 利用物聯(lián)網 可讓很多功能通過無線傳感器應用的根 基 建立一個基于 OneNet 云平臺的溫室大棚種植智 能監(jiān)控系統(tǒng) 有重要價值 對該智能系統(tǒng)進行使用并 同步測試其內部各方面性能 多次反復進行操作后結 果都顯示 其不僅僅反饋信號傳遞精準 并且接受指 令后皆可以有效控制 除此之外 還呈現(xiàn)出了低數(shù)值 DOI 10 19414 ki 1005 1228 2022 01 023 電腦與信息技術 2022 年 2 月 54 功耗 該系統(tǒng)各項指標都具備穩(wěn)定性 完全符合溫室 大棚當中實現(xiàn)智能化的把控以及相關數(shù)據的獲取方面 的要求 1 數(shù)據采集層 數(shù)據采集層重點實現(xiàn)對溫室大棚環(huán)境訊息的獲 取 重點需要傳感器對周邊光照強度 空氣的CO2 濃度 土壤中水分 溫室內空氣溫濕度 以及承擔現(xiàn) 場勘察 監(jiān)測的無線網絡攝像頭等的傳感器 專家?guī)?當中包含著各項專業(yè)知識 例如生長條件診斷 相關 農作物有關知識了解和專家交流等等 專家?guī)焓峭ㄟ^ 對各個方面有關信息進行整合 分析和篩選后產生 的 利于用戶能及時搜索有關農作物的種植技術 及 時診斷農作物在不同時期的各個情況與其相應的防范 計劃 及時了解農作物發(fā)生的情況 1 本文以光照敏感度傳感器來講解其具體的實現(xiàn) 光敏傳感器采用ML 020S O 它的一般會被使用于 處于高照度的環(huán)境中 顧名思義 我們對其的原理應 該不難想象 其內部存在光敏元件 視為轉變媒介 最終的電信號就是在其中有原本的光信號轉變的 該 傳感器主要任務就是對光照值進行收集 其的量程值 為 0 150000lux 通常情況下 我們在可見的紅外波 長的周邊就可以發(fā)現(xiàn)該傳感器的敏感波長 當然 在 紫外線波長附近也是如此 遮陽板會受到直流電機的 影響開啟正常工作模式 開始進行相關的遮光 下表 1 所呈現(xiàn)的是電機以及光敏感器相關數(shù)據 并且這兩 者的設計皆涉及到 AGCP 通信協(xié)議 溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是一套非常復雜的系統(tǒng) 每個環(huán)境變量間有著互相耦合的情況 對溫室大棚內 的某一環(huán)境變量進行調節(jié)與控制 必然會引起其他環(huán) 境變量的變化 為更好的消除各個變量參數(shù)之間的耦 合關系 需要通過算法進行解耦計算 PID 算法控制 系統(tǒng)原理如下圖 1 所示 圖 1 PID 控制算法原理圖 整合確定算法的參數(shù)是PID 控制系統(tǒng)得以有效 實現(xiàn)的重點部分 通過本次設計的多次測試發(fā)現(xiàn)滯后 這一狀況不僅存在與溫度控制當中 在濕度進行控制 時也同樣的出現(xiàn)了這一狀況 在對算法參數(shù)進行整定 方法選擇時 最終確定的是工程整定法 各項整定法 最終目的都是為實現(xiàn)控制參數(shù)能夠達到最優(yōu)化 只是 不同的方法其的過程各不相同 其中工程整定法是在 工程的實際把控當中將目的進行實現(xiàn)的 階躍響應函 數(shù)是在使用工程整定法是不可或缺的輔助函數(shù) 這是 由于該整定法當中存在臨界比例法要利用該函數(shù)才能 夠有效實現(xiàn) 在溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)內融合智能調控方 式 即可完成溫室內各類環(huán)境數(shù)據的最優(yōu)化控制 進 而加大農作物生產成效 農作產品質量得到改善 2 網絡傳輸層 ZigBee 無線傳感器網絡技術的應用范圍頗廣 其 不僅在自組網中適用 在多點中繼網中也匹配 而網 絡層方面也是采用該技術 目前推出的應用最廣泛的 是 ZigBee 協(xié)議棧 Z Stack Z Stack 協(xié)議界說了眾多 功能函數(shù) 使用這些函數(shù)則用戶的各類程序設計將得 到完成 依照函數(shù)完成的不同功能 我們一般分三類 網絡管理及維護 組網 協(xié)調器的啟動 其有著不相 同的職責 3 Z Stack 的運作步驟大致如下圖 2 示 圖 2 Z Stack 的主要工作流程 表 1 光照控制模塊通信協(xié)議 傳感器 屬性 參數(shù) 說明 光敏傳感器 數(shù)值 X0 恍敏數(shù)值 浮點型 0 1 精度 上報狀態(tài) Y1 OY1 CY1 Y1 的 BitO 表示上報狀態(tài) 上報間隔 TO 修改主動上報的時間間隔 電機 轉動狀態(tài) Y1 OY1 CY1 Y1 的 BitO 表示轉動狀態(tài) Bitl 表示正轉 反轉 轉速 VO 表示轉速 第 30 卷第1期 55 龔 琴 基于物聯(lián)網的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)在農業(yè)中的應用 組成一個Zigbee無線網絡需要三種邏輯設備即 協(xié)調器 路由器以及終端設備 協(xié)調器運行后將選取 網絡標識符還有某個信道 此刻網絡已經運行 協(xié)調 器啟用允許綁定的狀態(tài) 系統(tǒng)會在Zigbee無線網絡 建立后開始運行 終端節(jié)點會將傳感器采集的數(shù)據逐 級上傳 協(xié)調器節(jié)點在獲取到由采集節(jié)點上傳輸來的 多種溫室數(shù)據時 他會將數(shù)據上傳至主控制器 主控 制器會根據已有的數(shù)據庫進行智能分析來進行對溫室 的控制 如判斷王壤水分含量是否充足 然后做出是 否進行灌概的控制命令 在Zigbee無線網絡中 路由器處于總監(jiān)部分 它承擔了承上啟下的中轉站作用 終端節(jié)點的數(shù)值通 過路由器下發(fā)到協(xié)調器 協(xié)調器轉發(fā)命令通過相應的 路由器發(fā)到對應的終端設備得到支配 路由器節(jié)點的 運行流程如下圖 3 所示 當設備開啟時調用路由啟動 函數(shù) NLME Start Router Request 路由節(jié)點作為中 轉接點 增強了網絡的復雜性和穩(wěn)定性 4 圖 3 路由器節(jié)點運行流程圖 終端節(jié)點是整個Zigbee無線網絡最底層的節(jié)點 能夠對現(xiàn)場各類數(shù)據的信息進行采集 在一個 Zigbee 無線網絡中 終端節(jié)點的數(shù)目一般很多 可以通過選 擇睡眠和喚醒來控制終端的控制設備采集信息 osal start timer Ex 函數(shù)相當于是一個中介 它是在指令 成功被ZigBee傳感器節(jié)點所收到后進行觸動下一步 的介質 簡單來說 要想對 SEND DATA EVT 事件 進行觸動 那么一定要通過 osal start timer Ex 函 數(shù) 當定時時間到后該事件就會被觸發(fā) Serial App Process Event 函數(shù)調用傳感器采集程序并將采集到 的環(huán)境數(shù)據發(fā)送給 ZigBee 協(xié)調器節(jié)點 終端節(jié)點的 工作流程圖如下圖 4 所示 圖 4 終端節(jié)點工作流程圖 ZigBee 的三類網絡中 網狀型網絡是三種網絡中 抗干擾性最好 最靈敏 構造最復雜的一個 數(shù)據傳 輸時 其可選取最佳路徑 而且若傳輸時有個節(jié)點失 敗 還可選取其他可用路徑進行通信 對網絡通信造 成影響基本可忽略 可完成自我修復 進而增加網絡 的穩(wěn)定性與可靠性 不好的是因為FFD節(jié)點分散較 多 致使其有較高的網絡成本 且網絡構造繁雜 但 網絡型網絡安全性較高 在遭到外界侵擾時 數(shù)據會 自選更可靠的路徑傳遞數(shù)據 以此抗擾 依據解析 網絡型適合使用在大范圍的網絡中 3 終端應用層 終端應用層位于物聯(lián)網體系結構的頂層 它涵蓋 了多樣不同的服務需要 它重點是采用專家系統(tǒng) 云 計算平臺等對感知層獲取到的數(shù)值展開處理與解析 由此達到各類的業(yè)務需要 把整理后的信息傳達到控 制設備 進而完成對獲取到的物理世界的數(shù)值展開控 制 處理 科學決策與精準計算 本系統(tǒng)選取的為中國移動物聯(lián)網公司推薦的一 個基于 IOT 的開放平臺 OneNet 設備云平臺其允許 通過 GPRS WiFi 太網口三類的數(shù)據通信方法 本 文遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)需要終端設備經過網絡與 One NET云平臺進行對接 平臺的接入首先需要用戶進 行云平臺的用戶注冊 來創(chuàng)建自己的 開發(fā)者中心 5 平臺可以有企業(yè)以及個人兩類用戶注冊方法 用戶注 冊可按照自身的應用進行注冊 本文運用的為EDP 協(xié)議實行設備接入 一類數(shù)據可解釋為一個數(shù)據流 例如空氣的濕度 傳感器的溫度 方位的經緯度等 電腦與信息技術 2022 年 2 月 56 允許用戶建立自身的應用 在應用內允許實行圖形界 面的設計有 觸發(fā)器的設置 數(shù)據流的圖形展示等 如下圖 5 所示是云平臺設備的接入流程 圖 5 云平臺設備接入流程 EDP網絡協(xié)議屬于云平臺 并且其也是本次系 統(tǒng)在網絡協(xié)議方面進行抉擇的最優(yōu)選 相關數(shù)據由傳 感器進行收集后再利用 POST 進行整合打包 系統(tǒng)中 的控制指令由云平臺傳達出的 而對指令進行分析理 解方面利用到的方法是GET 主控器一般存在于主 現(xiàn)場 而對于受控制終端處于距離遠的地方需要利用 到傳通媒介 即 Wifi 網絡 1 對所擬定產品進行創(chuàng)建 首先在One Net 要填入有關信息進行賬號的申請注冊 接著對所擬定 產品進行添加 2 對匹配設備進行建立 設備是加入于所擬 定已創(chuàng)建的產品之下 對設備的關鍵信息等進行設 置 3 構建連接 首要進行連接的 EDP 接著其 成為主控器與云平臺聯(lián)系的介質 這些操作皆是服務 于 TCP 連接 最后又是通過 EDP 協(xié)議進行各項組合 通信 TCP客戶端是該文系統(tǒng)中首要達到的基本實現(xiàn) 目標 這其中的過程如下 明確要建立的對象為 socket 利用相關函數(shù)進行創(chuàng)建 緊接著為了能夠其 可以和 TCP 服務器端進行連接 利用 connect 函數(shù) 進行實現(xiàn) 最后 再信息相互交換的環(huán)節(jié)采用了兩 個不同的函數(shù)進行 分別是 Read 和 Write 函數(shù) OneNET 云平臺允許在任意網頁上實施嵌入 可以自 己設計需想要的界面 還允許自定義程序界面的大小 尺寸 使開發(fā)加倍方便 用戶不僅可以使用 WEB 登 錄本人的 OneNET 程序界面實行環(huán)境的監(jiān)測 還可以 使用手機APP客戶端實行環(huán)境的監(jiān)測 用戶界面友 善 操作便利 4 結束語 文章主要研究主體是溫室大棚監(jiān)測系統(tǒng)在農業(yè) 中的應用 形成其輔助的是互聯(lián)網當中的智能化 及 時搜集溫室大棚的環(huán)境訊息 后控制大棚環(huán)境依據設 計的專家?guī)?及時會診農作物在不同生長的每個情況 與相應的防患措施 特殊情況也包括在內 例如農作 物某種呈現(xiàn)突發(fā)異常狀態(tài) 這些都對如何對農作物的 生產數(shù)量進行提高和對其利潤進行提升產生息息相關 的聯(lián)系 隨著物聯(lián)網技術有關產品成本的減少與系統(tǒng) 繁瑣性的簡化 以軟件與信息為主的智能農業(yè)生產模 式將收獲愈來愈多農民的肯定 但是大規(guī)模擴張應用 依舊有許多難題仍待解決 例如系統(tǒng)維護 數(shù)據安全 偏遠嚴苛環(huán)境下的供電問題等 要使我國農業(yè)物聯(lián)網 技術邁向成熟唯有把難題均解決 參考文獻 1 黃桑 基于物聯(lián)網的溫室大棚種植監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設計 D 濟南 山東大學軟件學院 2016 2 彭炫 基于神經網絡的大棚環(huán)境變量解耦控制系統(tǒng)的研究 與開發(fā) D 烏魯木齊 新疆大學機械學院 2018 3 宋曉萌 草莓溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā) D 泰安 山 東農業(yè)大學 2018 4 包漢斌 基于單片機的日光溫室遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計 D 沈 陽 沈陽農業(yè)大學 2017 5 崔憲偉 一種基于物聯(lián)網的智能大棚監(jiān)控系統(tǒng)的研究 D 青島 青島科技大學 2018