2022年18期智慧農(nóng)業(yè) 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 Journal of Smart Agriculture 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 與功能實(shí)現(xiàn)研究 陳輝江 方 銳 伊犁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 新疆 伊寧 835000 在過去相當(dāng)長時間里 國內(nèi)農(nóng)作物之所以取得較高 的產(chǎn)量 和投入大量的化肥 農(nóng)藥不無關(guān)系 然而對傳統(tǒng) 種植模式進(jìn)行分析 可以發(fā)現(xiàn)化肥 水資源并沒有得到 充分利用 同時還會帶來環(huán)境的污染 國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模 式依然呈現(xiàn)出傳統(tǒng)化特點(diǎn) 更多是立足于農(nóng)民自身經(jīng)驗(yàn) 來進(jìn)行灌溉 施肥 這不僅浪費(fèi)很多物力 人力 同時還 影響到周圍的環(huán)境 進(jìn)而對農(nóng)業(yè)長期發(fā)展帶來一定的制 約效應(yīng) 在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展下 其為智慧農(nóng)業(yè)的建 設(shè)提供了重要支持 通過先進(jìn)的傳感技術(shù)與自動化控制 技術(shù) 就能對種植環(huán)境進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控與控制 從而對農(nóng) 作物進(jìn)行智能化灌溉與施肥 而且在此過程中還能夠做 到自動化 這樣就能實(shí)現(xiàn)對資源的高效利用 同時還能 節(jié)約大量的人力與物力 1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智慧農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)基本架構(gòu) 1 1 平臺架構(gòu) 物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)信息平臺借助于核心控制平臺 無 線交換機(jī) 智能傳感器和自動化機(jī)械設(shè)備等對大棚進(jìn)行 遠(yuǎn)程控制 為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息控制與互動 在大棚內(nèi)部 配置專門局域網(wǎng) 并運(yùn)用光纖鏈路網(wǎng)絡(luò) 交換機(jī)和路由 器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息交互 從而實(shí)現(xiàn)智能化大棚監(jiān)控系 統(tǒng) 該信息平臺主要涉及應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)與感知層 進(jìn)而使得 網(wǎng)絡(luò) 物 人和系統(tǒng)相互之間融合 從而更為快捷地進(jìn)行 系統(tǒng)監(jiān)控 1 在具體應(yīng)用環(huán)節(jié) 該信息平臺可以分成上 中和底層 其中藍(lán)牙 傳感器 WiFi和RFID射頻識別等 有關(guān)技術(shù)進(jìn)行集成 進(jìn)而形成底層結(jié)構(gòu) 中層平臺主要 是開發(fā)平臺 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及農(nóng)業(yè)溫室系統(tǒng)等 此平臺具 有較佳的交互性 而且不同平臺之間能夠相互管控 上 層平臺就是該智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)的綜合運(yùn)用 利用不同 傳感終端對有關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動態(tài)控制 并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞 至服務(wù)中心 利用可視化圖表 讓操作者直觀了解 若是 出現(xiàn)了數(shù)值上的偏差 也能借助于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制 并能對不同參數(shù)進(jìn)行自動化管控 使得大棚的內(nèi)部環(huán)境 變得更優(yōu) 1 2 系統(tǒng)架構(gòu) 本系統(tǒng)涉及軟件 硬件2大模塊 后者涉及不同類 型的傳感器 其能根據(jù)不同種植條件對參數(shù)進(jìn)行采集 常見的傳感器包括土壤水分 光敏和溫度等傳感器 此 外 還涉及各類操作設(shè)備 如遮陽 灌溉 加濕 升溫和通 摘 要 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛運(yùn)用 為農(nóng)作物栽植 培育創(chuàng)造更好的環(huán)境 從而有效提升種植質(zhì)量與產(chǎn)量 智慧農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控 系統(tǒng)就是一套能夠?qū)Υ笈锏臏囟?濕度環(huán)境進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控的先進(jìn)系統(tǒng) 擁有著十分突出的應(yīng)用價(jià)值 在該研究中 緊密 結(jié)合實(shí)際 立足于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 對該監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)研究 關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 智慧農(nóng)業(yè) 傳感器 監(jiān)控系統(tǒng) 溫度 中圖分類號 S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 2096 9902 2022 18 0008 03 Abstract In particular the wide application of network technology has created a better environment for crop planting and cultivation so as to effectively improve the planting quality and yield The smart agricultural greenhouse monitoring sys tem is an advanced system that can dynamically monitor and regulate the temperature and humidity environment of the greenhouse The owner has very prominent application value In this study closely combined with the reality and based on the Internet of Things technology the monitoring system is developed and studied Keywords Internet of Things smart agriculture sensor monitoring system temperature 第一作者簡介 陳輝江 1971 男 碩士 副教授 研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用 DOI nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 8 2022年18期 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 Journal of Smart Agriculture 智慧農(nóng)業(yè) 風(fēng)等設(shè)備 目的就是對種植環(huán)境進(jìn)行動態(tài)調(diào)整 滿足農(nóng) 作物生長需求 對于軟件模塊 又可以分成遠(yuǎn)程控制與 基礎(chǔ)系統(tǒng) 其中基礎(chǔ)系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)采集 整理和統(tǒng)計(jì)與 發(fā)布 能夠讓遠(yuǎn)程操作人員更為直觀地了解到大棚的 各種環(huán)境信息 從而為其動態(tài)操作提供相應(yīng)支持 2 遠(yuǎn) 程控制系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行動態(tài)查 詢 并給出相應(yīng)的分析結(jié)果 這樣就有助于日常的維護(hù) 與操作 顯著提升系統(tǒng)智能化 同時大棚的經(jīng)濟(jì)性也能 顯著提升 2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智慧農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 1 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)主要涉及3大模塊 分別為服務(wù)器 后臺 及前臺管理 其中前臺管理主要功能包括頁面瀏覽 信 息檢索和登錄等 不僅能對信息進(jìn)行采集瀏覽 同時還 能對歷史信息進(jìn)行查詢 使用后臺的操作人員有著較高 權(quán)限 可以對不同監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)管理 服務(wù)器模塊主 要負(fù)責(zé)各類終端的管理 并對數(shù)據(jù)通信給予支持 可以 對WEB端 客戶端及其他控制模塊傳遞的信息進(jìn)行接 收與管理 2 2 硬件設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及該監(jiān)控系統(tǒng)功能能否最終實(shí) 現(xiàn) 通常 一個功能較為全面的大棚系統(tǒng) 主要硬件模 塊如下 1 空氣溫度 濕度傳感器 這類傳感器主要是通過 RFID技術(shù)來進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸 通常使用SHT10芯片來對 這2個數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn) 靈敏性測量 若是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn) 大棚溫度過高 就會激活排風(fēng)系統(tǒng) 若是發(fā)現(xiàn)濕度過低 就會激活加濕器 2 土壤溫度 含水量傳感器 該裝置中集成了熱敏 電阻 可以對土壤溫度信息進(jìn)行動態(tài)感知 同時還能測 量土壤介電常量 從而對其中含水率進(jìn)行測量 若是發(fā) 現(xiàn)土壤較為干燥 就會激活灌溉系統(tǒng) 對土壤補(bǔ)充水分 3 CO 2 含量傳感器 具體是通過紅光吸收模式 來 對大棚中的CO 2 含量進(jìn)行測量 該技術(shù)有著較高的檢測 精準(zhǔn)性 4 光照傳感器 借助于光敏部件對光照強(qiáng)度進(jìn) 行感知 對電信號加以轉(zhuǎn)換 進(jìn)而傳遞至系統(tǒng)平臺展 開分析 判斷是不是需要借助于遮陽簾 來對光照進(jìn) 行調(diào)控 2 3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 在采集的各類信息數(shù)據(jù)中 主要涉及土壤溫濕度 空氣溫濕度和光照強(qiáng)度等信息 相關(guān)單元控制表會對每 個監(jiān)測點(diǎn)的信息進(jìn)行如實(shí)記錄 其中涉及監(jiān)測點(diǎn)編號 名稱和狀態(tài)等屬性 而且在管理表中 還提供了用戶屬 性 名稱與大棚名 3 3 智慧農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與部署應(yīng)用 3 1 系統(tǒng)登錄 判斷登錄用戶是否具有登錄資格是系統(tǒng)登錄的關(guān) 鍵目的 Admin是系統(tǒng)管理員 如果一個普通用戶想要 進(jìn)行登錄 首先須獲得系統(tǒng)管理員的訪問權(quán)限 之后輸 入賬號密碼 由系統(tǒng)管理員進(jìn)行判斷是否正確 并且要 與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相對應(yīng) 此時通常有2種狀況發(fā)生 一種 是顯示不存在該帳戶 另一種則是賬號密碼錯誤 如果 賬戶存在但是密碼錯誤時 系統(tǒng)會要求輸入正確的密 碼 當(dāng)賬戶不存在時 系統(tǒng)將直接彈出不存在的對話框 整個登錄過程包括驗(yàn)證表 匹配表 錯誤報(bào)告表和權(quán)限 模塊進(jìn)行完成 當(dāng)每個模塊都與之相匹配之后 用戶才 可以安全進(jìn)入到系統(tǒng)中 3 2 決策支持 在整個決策支持中 主要由3個關(guān)鍵性部分構(gòu)成 涉及補(bǔ)光 滴管和風(fēng)機(jī)決策 該決策子系統(tǒng)會按照傳感 裝置所采集的相關(guān)信息 再對后續(xù)執(zhí)行的動作進(jìn)行科學(xué) 的判斷 倘若發(fā)現(xiàn)大棚的溫度過高 那么就會啟動風(fēng)機(jī) 在達(dá)到相應(yīng)的要求之后 就會自動關(guān)閉 每日早晨會在 8時 將滴管進(jìn)行開啟 然后在中午12時之后 對其進(jìn) 行關(guān)閉 從而對大棚進(jìn)行全面的調(diào)控 此處 對于滴管決 策而言 本身存在著一定的開啟條件 若是時間過了中 午12時 那么滴管就不再被開啟 直至第二天早晨6 時 為了有效提升系統(tǒng)的智能化水平 在開展程序設(shè)計(jì) 過程中 還需要進(jìn)一步增加智能化檢驗(yàn) 從而對決策服 務(wù)進(jìn)行開啟 倘若需要對時間進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn) 那么本 系統(tǒng)就會第一時間與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對接 進(jìn)而校準(zhǔn)精準(zhǔn)時 間 從而判斷該滴管是否需要開啟 4 另外 每次倒計(jì)時 結(jié)束之后 都要進(jìn)行重新判斷 目的就是保障該系統(tǒng)能 夠穩(wěn)定 正常運(yùn)行 3 3 病蟲害診斷 由于在大棚內(nèi)通常會種植不同種類農(nóng)作物 而且在 種植過程中常常會伴生病蟲害 因?yàn)檗r(nóng)作物種類不同 對應(yīng)的病蟲害就有所不同 為了更好地解決這方面問 題 就需要智能監(jiān)控系統(tǒng)有著較強(qiáng)的病蟲害診斷能力 系統(tǒng)能對植物成長周期的動態(tài)進(jìn)行分析 從而判斷是否 出現(xiàn)了病蟲害 譬如番茄的種植 其主要構(gòu)成分別為果 實(shí) 花 葉和根 若是其產(chǎn)生了壞死 紅褐色病變等 或者 維管束未見 或者變成了紅色等 就意味著出現(xiàn)了病蟲 害 倘若葉背面產(chǎn)生葉子老化斑駁 稀疏白霉層等 也表 明產(chǎn)生了病蟲害 5 進(jìn)入到花期之后 病蟲害主要表現(xiàn)形 9 2022年18期智慧農(nóng)業(yè) 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 Journal of Smart Agriculture 式為果實(shí)發(fā)霉 花基褐變等 若是發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象 系統(tǒng)也 會給出提醒 結(jié)出果實(shí)后 若是其表面局部發(fā)白 霉變 等 或者部分果實(shí)出現(xiàn)畸形等 也表明作物出現(xiàn)了病蟲 害 系統(tǒng)會對這些資料進(jìn)行相應(yīng)存儲 借助于系統(tǒng)綜合 分析傳感器的圖像資料 就能對其進(jìn)行判定 6 3 4 數(shù)據(jù)采集 用戶成功進(jìn)入該系統(tǒng)之后 就會構(gòu)建長效連接 每 隔60 s 該采集系統(tǒng)就會將數(shù)據(jù)傳遞至相應(yīng)端口 在傳 輸結(jié)束之后 服務(wù)器會詳細(xì)分析該傳輸數(shù)據(jù) 進(jìn)而獲得 相應(yīng)參量 接著存儲至數(shù)據(jù)庫 隨后通過管理層 對相關(guān) 數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 通過圖表進(jìn)行直觀化展現(xiàn) 使之傳 遞至移動終端 7 其則會對收到的數(shù)據(jù)包加以解析 同時 還對函數(shù)進(jìn)行調(diào)取 并借助于框架 插件等方式 在網(wǎng)頁 中展示這些圖表信息 3 5 遠(yuǎn)程控制 系統(tǒng)主要是通過智能與手動遠(yuǎn)程2種控制模式來 進(jìn)行操控 若是后者模式 就需要對遠(yuǎn)程控制箱實(shí)現(xiàn)機(jī) 制進(jìn)行了解 從而更好地開發(fā)遠(yuǎn)程控制程序 通常 該遠(yuǎn) 程控制箱中會配置轉(zhuǎn)換模塊 使得信號更好地進(jìn)行相 互轉(zhuǎn)換 并對電源開關(guān)進(jìn)行相應(yīng)控制 在箱體中會提供 8個端口 和用戶操作鈕對應(yīng) 在系統(tǒng)給出相應(yīng)操控指 令后 信息就會朝著這些模塊傳遞 而這些模塊收集到 指令之后 就會對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 然后對這些執(zhí)行控 制指令進(jìn)行判斷 使得指令的執(zhí)行更加具有及時性 科學(xué)性 8 3 6 智慧大棚實(shí)際部署應(yīng)用 將其中某區(qū)域智慧農(nóng)業(yè)園區(qū)作為本次研究對象 對 其智慧大棚系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)行分析 該大棚的總面積達(dá)到了 667 m 2 總共分成6大區(qū)域 不同區(qū)域都需要配置環(huán)境 感知節(jié)點(diǎn) 包括土壤pH CO節(jié)點(diǎn)等 同時還需要配置自 動灌溉調(diào)控節(jié)點(diǎn) 最終配置的終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到42個 大棚內(nèi)部配置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)共有2套 其中傳感器 Sink與傳感器Mesh節(jié)點(diǎn)分別為1個和2個 此外 還配 置了移動終端 數(shù)據(jù)服務(wù)器 分別為2臺和1臺 數(shù)據(jù)中 心套件1個 環(huán)境感知節(jié)點(diǎn) 控制節(jié)點(diǎn)分別為36個和6 個 同時還設(shè)置了Sink節(jié)點(diǎn)1個 在大棚的金屬或者木 制骨架中配置環(huán)境感知節(jié)點(diǎn) 若是大棚涉及垂直固定 架 那么可以將此節(jié)點(diǎn)配置在固定架之上 倘若缺乏垂 直固定架 那么就需要將其配置在金屬固定架之上 對 感知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安裝之際 需要保障這些節(jié)點(diǎn)的高度超過 植物 防范大棚在灌溉之際將節(jié)點(diǎn)噴濕 在對土壤感知 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安裝時 需要將其配置于土中 從而更為精準(zhǔn) 地檢測土壤pH與溫濕度信息 9 大棚入口區(qū)域需要配 置視頻監(jiān)控套件 提供云臺技術(shù) 可以對攝像頭角度進(jìn) 行動態(tài)調(diào)整 這樣就能遠(yuǎn)程觀察植物生長情況 同時還 能對大棚出入情況進(jìn)行不間斷監(jiān)控 在大棚外與數(shù)字中 心監(jiān)控室分別配置Mesh節(jié)點(diǎn) 其距離要控制在1 km之 內(nèi) 而且中間不能存在著顯著遮擋物 從而保證信息高 速傳遞 在數(shù)字中心配置專門服務(wù)器 同時這些設(shè)備電 源要求為市電 倘若沒有市電 可以利用蓄電池 或者太 陽能電池等來給其供電 4 結(jié)束語 在當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)時代 工業(yè)生產(chǎn)方式逐步轉(zhuǎn)變 計(jì) 算機(jī)化 現(xiàn)代化水平大大提高 農(nóng)業(yè)是我國支柱產(chǎn)業(yè)之 一 在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷影響下 已經(jīng)逐漸創(chuàng)建了智能農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)體系 為了捕捉溫室內(nèi)隨時間變化的溫度和濕 度 設(shè)計(jì)了一個功能齊全的監(jiān)測系統(tǒng) 該系統(tǒng)從軟件和 硬件2方面進(jìn)行設(shè)計(jì) 可以實(shí)現(xiàn)較多復(fù)雜的功能 例如 決策支持 系統(tǒng)登錄 病蟲害診斷 遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)采集 等 從而更好地調(diào)整相關(guān)工作 使農(nóng)作物可以得到一個 更好的生長環(huán)境 參考文獻(xiàn) 1 陳家儒 薛艷 杜冬月 等 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)大棚動 態(tài)監(jiān)測與決策系統(tǒng) J 河南科技 2021 40 36 13 17 2 劉思晴 解迎剛 沈彤 等 基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室大棚卷簾自動控 制系統(tǒng) J 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2022 12 3 107 109 112 3 郁靜嫻 祝大偉 楊顏菲 農(nóng)田裝上智慧大腦 村民樂享智慧生 活 手機(jī)成為新農(nóng)具數(shù)據(jù)成為新農(nóng)資 J 當(dāng)代農(nóng)機(jī) 2022 2 32 33 4 肖楊 嚴(yán)李強(qiáng) 宋赫 等 基于NB IoT的高原日光溫室環(huán)境監(jiān)測 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) J 機(jī)電工程技術(shù) 2022 51 3 155 160 5 蘆天罡 何繼源 張輝鑫 等 北京市設(shè)施農(nóng)業(yè)臺賬信息綜合管 理系統(tǒng)建設(shè) J 農(nóng)業(yè)工程 2022 12 1 35 41 6 趙榮陽 王斌 姜重然 等 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)環(huán)境監(jiān) 控系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 農(nóng)機(jī)化研究 2021 43 11 131 137 7 彭琛 莫錦戀 王豐 機(jī)器視覺在農(nóng)業(yè)蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中 的研究與設(shè)計(jì) J 湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 2021 33 2 68 72 8 李睿欣 姚磊 謝偉鴻 基于NB IoT的多功能農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)測及 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程 2021 59 5 72 75 9 蘆天罡 張輝鑫 唐朝 等 基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的日光溫室智能控 制系統(tǒng)研究 J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2022 2 147 151 10