2022 年 17 期 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 Journal of Smart Agriculture 智慧農(nóng)業(yè) 智能農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) 劉 燦 朱曉坤 丁 奇 邢康慧 伍 剛 西安工程大學(xué) 理學(xué)院 西安 710048 近年來 隨著全球氣候異常多變和農(nóng)產(chǎn)品需求的快 速增長 國內(nèi)農(nóng)業(yè)大棚數(shù)量不斷增多 但其中多數(shù)大棚 管理模式還停留在全憑感覺的人工管理階段 1 隨著科 技的不斷發(fā)展 國家對新農(nóng)村建設(shè)投入的力度也越來 越大 本文設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn) 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) 解決人工管理費時費力等問題 能大大 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率 減少資源浪費和環(huán)境污染 幫助農(nóng) 民提高收益 為促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供技術(shù)支撐 的同時帶動新農(nóng)村的改革建設(shè) 2 1 系統(tǒng)整體設(shè)計 智能大棚生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計采用 感知 傳 輸 應(yīng)用 模式 3 大棚監(jiān)測終端實時采集大棚內(nèi)的 CO 2 氣體含量 氣溫 土壤濕度和 pH 及光照強度等數(shù)據(jù)并 上傳至云平臺 云平臺會對這些數(shù)據(jù)進行分析并根據(jù)實 際情況發(fā)布指令 再通過物聯(lián)網(wǎng)關(guān)及無線傳感網(wǎng)絡(luò)將這 些指令發(fā)布到各個農(nóng)業(yè)設(shè)備的控制節(jié)點上進而控制對 農(nóng)作物的灌溉 施肥 遮光 補光及通風(fēng)等操作 同時管 理人員也可遠程對大棚內(nèi)的環(huán)境情況實時觀測及對監(jiān) 測終端下發(fā)指令 以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)的全天候監(jiān) 測 標(biāo)準(zhǔn)化種植和智能化管理 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率 減少 資源浪費和環(huán)境污染 智能大棚系統(tǒng)總體設(shè)計如圖 1 所 示 氣象監(jiān)測模塊和土壤監(jiān)測模塊實時采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi) 的農(nóng)作物生長環(huán)境參數(shù) 通過 NB IoT 網(wǎng)絡(luò)傳輸至騰訊 云平臺 云平臺分析處理后 通過 NB IoT 網(wǎng)絡(luò)下達調(diào)控 指令至氣象調(diào)控模塊和土壤調(diào)控模塊 來完成對農(nóng)業(yè)大 棚內(nèi)的生長環(huán)境調(diào)控 2 數(shù)據(jù)采集 吳曉斌 4 將 NB IoT 技術(shù)應(yīng)用于窨井蓋及井下工況 遠程監(jiān)控 NB IoT 技術(shù)具有功耗低 覆蓋面廣等特點 提高了區(qū)域覆蓋能力 解決了農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)測設(shè)備安裝較 為廣泛不易監(jiān)控的問題 且其功耗低的特點使得一塊 摘 要 為解決國內(nèi)農(nóng)業(yè)大棚多數(shù)管理模式還停留在全憑感覺的人工管理階段 該文基于騰訊云云開發(fā)設(shè)計一種農(nóng)業(yè)大 棚生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) 系統(tǒng)的功能包括對大棚內(nèi)環(huán)境情況的實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)及相關(guān)功能的遠程監(jiān)控 大棚監(jiān)測終端實時采 集數(shù)據(jù)并上傳至服務(wù)器 服務(wù)器會對這些數(shù)據(jù)進行分析并根據(jù)實際情況下發(fā)指令 把不適合農(nóng)作物生產(chǎn)的環(huán)境調(diào)控成適合 農(nóng)作物生產(chǎn)的環(huán)境 以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)的全天候監(jiān)測 標(biāo)準(zhǔn)化種植和智能化管理 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率 減少資源浪費和環(huán) 境污染 關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 云開發(fā) 農(nóng)業(yè)大棚 調(diào)控系統(tǒng) 生產(chǎn)環(huán)境 中圖分類號 S126 文獻標(biāo)志碼 A 文章編號 2096 9902 2022 17 0001 03 Abstract In order to solve the problem that most of the management modes of domestic agricultural greenhouse are still in the stage of manual management based on feeling this paper designs a control system of agricultural greenhouse produc tion environment based on Tencent Cloud The functions of the system include real time monitoring and adjustment of the en vironment in the greenhouse and remote monitoring of related functions and the greenhouse monitoring terminal collects real time data and uploads it to the server The server will analyze these data and issue instructions according to the actual situa tion to control the environment that is not suitable for crop production into an environment suitable for crop production so as to realize all weather monitoring standardized planting and smart management of agricultural greenhouse production improve agricultural production efficiency and reduce resource waste and environmental pollution Keywords Internet of Things cloud development agricultural greenhouse control system production environment 基金項目 省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目 S202110709102 通信作者 伍剛 1970 男 碩士 講師 研究方向為電磁檢測數(shù)字仿真 DOI 10 20028 j zhnydk 2022 17 001 1 2022 年 17 期智慧農(nóng)業(yè) 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 Journal of Smart Agriculture 圖 4 云平臺數(shù)據(jù)庫 5 Wh 的電池可以供終端使用長達 10 a 的時間 理論層 面 滿足智能農(nóng)業(yè)大棚的監(jiān)測終端常年處于溫?zé)岢睗?的惡劣環(huán)境 本文智能農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)采集由氣象監(jiān)測模塊和土壤檢測模塊完成 監(jiān)測模塊 和云平臺通過 NB IoT 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 監(jiān)測模塊由 空氣溫度傳感器 空氣溫度傳感器 光照強度傳感器 CO 2 氣體傳感器 土壤濕度傳感器 pH 傳感器和 NB IoT 通信模塊等組成 實時監(jiān)測溫室大棚內(nèi)部的空氣溫濕 度 光照強度 CO 2 氣體含量和土壤濕度及 pH 等數(shù)據(jù) 該模塊主要負(fù)責(zé)大棚內(nèi)部生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和傳輸 土壤監(jiān)測模塊架構(gòu)如圖 2 所示 氣象監(jiān)測模塊架構(gòu)如圖 3 所示 3 云平臺 騰訊云云服務(wù)器可以在智能移動終端上隨時隨地 對環(huán)境進行遠程調(diào)控 5 智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)云 平臺基于騰訊云云開發(fā)設(shè)計 預(yù)先在云端建立已知農(nóng)作 物的最佳生長環(huán)境相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫 如圖 4 所示 在 農(nóng)作物參數(shù)菜單頁內(nèi)可以添加不同農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)境 參數(shù) 根據(jù)實際農(nóng)作物適宜的生長環(huán)境設(shè)置如溫度 空 氣濕度和土壤 pH 等參數(shù)的范圍數(shù)值 以此作為智能農(nóng) 業(yè)大棚生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫 根據(jù)種植的農(nóng) 作物調(diào)用適合農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù) 以此作為傳感器 的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn) 通過對農(nóng)作物生長的環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集 上傳之后 云平臺會對這些數(shù)據(jù)進行分析處理 并根據(jù) 實際情況對環(huán)境調(diào)控模塊發(fā)布調(diào)控指令 農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán) 境監(jiān)測情況如圖 5 所示 4 環(huán)境調(diào)控 環(huán)境調(diào)控由土壤調(diào)控模塊和氣象調(diào)控模塊完成 調(diào) 控模塊和云平臺通過 NB IoT 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 土壤 調(diào)控模塊依據(jù)云平臺的調(diào)控指令對不同作物生長需求 進行滴澆灌溉和施肥處理 改變土壤的溫濕度和酸堿 度 以達到最適合農(nóng)作物生長的土壤環(huán)境 氣象調(diào)控模 塊依據(jù)云平臺的調(diào)控指令對不同作物生長需求進行加 濕 通風(fēng)和補光等處理 改變空氣的溫濕度 CO 2 氣體含 量和光照強度 以達到最適合農(nóng)作物生長的氣候環(huán)境 土壤調(diào)控模塊和氣象調(diào)控模塊依據(jù)云平臺的調(diào)控指令 可以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境的實時調(diào)控 能 大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率 減少資源浪費和環(huán)境污染 土 壤調(diào)控模塊架構(gòu)如圖 6 所示 氣象調(diào)控模塊架構(gòu)如圖 7 所示 圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計 圖 2 土壤監(jiān)測模塊 圖 3 氣象監(jiān)測模塊 2 2022 年 17 期 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 Journal of Smart Agriculture 智慧農(nóng)業(yè) 圖 5 農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測情況 圖 7 氣象調(diào)控模塊 5 結(jié)束語 文中設(shè)計了一種智能農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) 包括氣象監(jiān)測模塊 土壤監(jiān)測模塊 云平臺 氣象調(diào)控模 塊和土壤調(diào)控模塊 監(jiān)測模塊實時采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)農(nóng)作 物的生長環(huán)境參數(shù)并傳輸數(shù)據(jù)至云平臺 云平臺根據(jù)預(yù) 先選擇的農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)標(biāo)準(zhǔn) 對監(jiān)測模塊傳輸 來的數(shù)據(jù)進行分析處理后 對不適宜相應(yīng)農(nóng)作物生長的 環(huán)境下達調(diào)控指令 調(diào)控模塊接收到來自云平臺的調(diào)控 指令改變不適宜農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)境 最終把不適合農(nóng)作 物生產(chǎn)的環(huán)境調(diào)控成適合農(nóng)作物生產(chǎn)的環(huán)境 實現(xiàn)農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)的全天候監(jiān)測 標(biāo)準(zhǔn)化種植和智能化管理 大大提 高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率 減少資源浪費和環(huán)境污染 參考文獻 1 劉艷昌 趙海生 張平川 等 基于機器人的盆栽作物生長環(huán) 境智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 J 中國農(nóng)機化學(xué)報 2019 40 11 181 188 2 房巖 孫剛 金丹丹 等 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的主流技術(shù)領(lǐng)域與發(fā) 展趨勢 J 農(nóng)業(yè)與技術(shù) 2020 40 2 1 2 3 鄒承俊 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在蔬菜溫室大棚生產(chǎn)中的應(yīng)用 J 物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù) 2013 3 8 18 21 24 4 吳曉斌 基于 NB IoT 的窨井蓋及井下工況遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 D 太原 中北大學(xué) 2018 5 劉生成 基于物聯(lián)網(wǎng)的養(yǎng)殖場環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實 現(xiàn) D 長春 吉林大學(xué) 2018 圖 6 土壤調(diào)控模塊 3