基于物联网技术的智慧农业大棚监控系统设计与功能实现研究.pdf

2022年18期智慧农业 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 基于物联网技术的智慧农业大棚监控系统设计 与功能实现研究 陈辉江 方 锐 伊犁职业技术学院 新疆 伊宁 835000 在过去相当长时间里 国内农作物之所以取得较高 的产量 和投入大量的化肥 农药不无关系 然而对传统 种植模式进行分析 可以发现化肥 水资源并没有得到 充分利用 同时还会带来环境的污染 国内农业生产模 式依然呈现出传统化特点 更多是立足于农民自身经验 来进行灌溉 施肥 这不仅浪费很多物力 人力 同时还 影响到周围的环境 进而对农业长期发展带来一定的制 约效应 在物联网技术迅速发展下 其为智慧农业的建 设提供了重要支持 通过先进的传感技术与自动化控制 技术 就能对种植环境进行动态监控与控制 从而对农 作物进行智能化灌溉与施肥 而且在此过程中还能够做 到自动化 这样就能实现对资源的高效利用 同时还能 节约大量的人力与物力 1 物联网技术下智慧农业大棚监控系统基本架构 1 1 平台架构 物联网智慧农业信息平台借助于核心控制平台 无 线交换机 智能传感器和自动化机械设备等对大棚进行 远程控制 为了实现远程信息控制与互动 在大棚内部 配置专门局域网 并运用光纤链路网络 交换机和路由 器等设备实现信息交互 从而实现智能化大棚监控系 统 该信息平台主要涉及应用 网络与感知层 进而使得 网络 物 人和系统相互之间融合 从而更为快捷地进行 系统监控 1 在具体应用环节 该信息平台可以分成上 中和底层 其中蓝牙 传感器 WiFi和RFID射频识别等 有关技术进行集成 进而形成底层结构 中层平台主要 是开发平台 物联网设备及农业温室系统等 此平台具 有较佳的交互性 而且不同平台之间能够相互管控 上 层平台就是该智慧农业大棚系统的综合运用 利用不同 传感终端对有关节点进行动态控制 并将监测数据传递 至服务中心 利用可视化图表 让操作者直观了解 若是 出现了数值上的偏差 也能借助于网络进行远程控制 并能对不同参数进行自动化管控 使得大棚的内部环境 变得更优 1 2 系统架构 本系统涉及软件 硬件2大模块 后者涉及不同类 型的传感器 其能根据不同种植条件对参数进行采集 常见的传感器包括土壤水分 光敏和温度等传感器 此 外 还涉及各类操作设备 如遮阳 灌溉 加湿 升温和通 摘 要 网络技术的广泛运用 为农作物栽植 培育创造更好的环境 从而有效提升种植质量与产量 智慧农业大棚监控 系统就是一套能够对大棚的温度 湿度环境进行动态监测与调控的先进系统 拥有着十分突出的应用价值 在该研究中 紧密 结合实际 立足于物联网技术 对该监控系统进行开发研究 关键词 物联网 智慧农业 传感器 监控系统 温度 中图分类号 S126 文献标志码 A 文章编号 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 第一作者简介 陈辉江 1971 男 硕士 副教授 研究方向为计算机应用 DOI nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 8 2022年18期 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 智慧农业 风等设备 目的就是对种植环境进行动态调整 满足农 作物生长需求 对于软件模块 又可以分成远程控制与 基础系统 其中基础系统涉及数据采集 整理和统计与 发布 能够让远程操作人员更为直观地了解到大棚的 各种环境信息 从而为其动态操作提供相应支持 2 远 程控制系统可以对远程设备的运行情况进行动态查 询 并给出相应的分析结果 这样就有助于日常的维护 与操作 显著提升系统智能化 同时大棚的经济性也能 显著提升 2 物联网技术下智慧农业大棚监控系统设计 2 1 软件设计 软件设计主要涉及3大模块 分别为服务器 后台 及前台管理 其中前台管理主要功能包括页面浏览 信 息检索和登录等 不仅能对信息进行采集浏览 同时还 能对历史信息进行查询 使用后台的操作人员有着较高 权限 可以对不同监控点进行科学管理 服务器模块主 要负责各类终端的管理 并对数据通信给予支持 可以 对WEB端 客户端及其他控制模块传递的信息进行接 收与管理 2 2 硬件设计 硬件系统设计涉及该监控系统功能能否最终实 现 通常 一个功能较为全面的大棚系统 主要硬件模 块如下 1 空气温度 湿度传感器 这类传感器主要是通过 RFID技术来进行远程传输 通常使用SHT10芯片来对 这2个数据进行精准 灵敏性测量 若是监控系统发现 大棚温度过高 就会激活排风系统 若是发现湿度过低 就会激活加湿器 2 土壤温度 含水量传感器 该装置中集成了热敏 电阻 可以对土壤温度信息进行动态感知 同时还能测 量土壤介电常量 从而对其中含水率进行测量 若是发 现土壤较为干燥 就会激活灌溉系统 对土壤补充水分 3 CO 2 含量传感器 具体是通过红光吸收模式 来 对大棚中的CO 2 含量进行测量 该技术有着较高的检测 精准性 4 光照传感器 借助于光敏部件对光照强度进 行感知 对电信号加以转换 进而传递至系统平台展 开分析 判断是不是需要借助于遮阳帘 来对光照进 行调控 2 3 数据库设计 在采集的各类信息数据中 主要涉及土壤温湿度 空气温湿度和光照强度等信息 相关单元控制表会对每 个监测点的信息进行如实记录 其中涉及监测点编号 名称和状态等属性 而且在管理表中 还提供了用户属 性 名称与大棚名 3 3 智慧农业大棚监控系统功能实现与部署应用 3 1 系统登录 判断登录用户是否具有登录资格是系统登录的关 键目的 Admin是系统管理员 如果一个普通用户想要 进行登录 首先须获得系统管理员的访问权限 之后输 入账号密码 由系统管理员进行判断是否正确 并且要 与系统数据库相对应 此时通常有2种状况发生 一种 是显示不存在该帐户 另一种则是账号密码错误 如果 账户存在但是密码错误时 系统会要求输入正确的密 码 当账户不存在时 系统将直接弹出不存在的对话框 整个登录过程包括验证表 匹配表 错误报告表和权限 模块进行完成 当每个模块都与之相匹配之后 用户才 可以安全进入到系统中 3 2 决策支持 在整个决策支持中 主要由3个关键性部分构成 涉及补光 滴管和风机决策 该决策子系统会按照传感 装置所采集的相关信息 再对后续执行的动作进行科学 的判断 倘若发现大棚的温度过高 那么就会启动风机 在达到相应的要求之后 就会自动关闭 每日早晨会在 8时 将滴管进行开启 然后在中午12时之后 对其进 行关闭 从而对大棚进行全面的调控 此处 对于滴管决 策而言 本身存在着一定的开启条件 若是时间过了中 午12时 那么滴管就不再被开启 直至第二天早晨6 时 为了有效提升系统的智能化水平 在开展程序设计 过程中 还需要进一步增加智能化检验 从而对决策服 务进行开启 倘若需要对时间进行相应的检验 那么本 系统就会第一时间与网络进行对接 进而校准精准时 间 从而判断该滴管是否需要开启 4 另外 每次倒计时 结束之后 都要进行重新判断 目的就是保障该系统能 够稳定 正常运行 3 3 病虫害诊断 由于在大棚内通常会种植不同种类农作物 而且在 种植过程中常常会伴生病虫害 因为农作物种类不同 对应的病虫害就有所不同 为了更好地解决这方面问 题 就需要智能监控系统有着较强的病虫害诊断能力 系统能对植物成长周期的动态进行分析 从而判断是否 出现了病虫害 譬如番茄的种植 其主要构成分别为果 实 花 叶和根 若是其产生了坏死 红褐色病变等 或者 维管束未见 或者变成了红色等 就意味着出现了病虫 害 倘若叶背面产生叶子老化斑驳 稀疏白霉层等 也表 明产生了病虫害 5 进入到花期之后 病虫害主要表现形 9 2022年18期智慧农业 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 式为果实发霉 花基褐变等 若是发现这种现象 系统也 会给出提醒 结出果实后 若是其表面局部发白 霉变 等 或者部分果实出现畸形等 也表明作物出现了病虫 害 系统会对这些资料进行相应存储 借助于系统综合 分析传感器的图像资料 就能对其进行判定 6 3 4 数据采集 用户成功进入该系统之后 就会构建长效连接 每 隔60 s 该采集系统就会将数据传递至相应端口 在传 输结束之后 服务器会详细分析该传输数据 进而获得 相应参量 接着存储至数据库 随后通过管理层 对相关 数据进行统计分析 通过图表进行直观化展现 使之传 递至移动终端 7 其则会对收到的数据包加以解析 同时 还对函数进行调取 并借助于框架 插件等方式 在网页 中展示这些图表信息 3 5 远程控制 系统主要是通过智能与手动远程2种控制模式来 进行操控 若是后者模式 就需要对远程控制箱实现机 制进行了解 从而更好地开发远程控制程序 通常 该远 程控制箱中会配置转换模块 使得信号更好地进行相 互转换 并对电源开关进行相应控制 在箱体中会提供 8个端口 和用户操作钮对应 在系统给出相应操控指 令后 信息就会朝着这些模块传递 而这些模块收集到 指令之后 就会对数据进行分析 然后对这些执行控 制指令进行判断 使得指令的执行更加具有及时性 科学性 8 3 6 智慧大棚实际部署应用 将其中某区域智慧农业园区作为本次研究对象 对 其智慧大棚系统开发进行分析 该大棚的总面积达到了 667 m 2 总共分成6大区域 不同区域都需要配置环境 感知节点 包括土壤pH CO节点等 同时还需要配置自 动灌溉调控节点 最终配置的终端节点数量达到42个 大棚内部配置的视频监控系统共有2套 其中传感器 Sink与传感器Mesh节点分别为1个和2个 此外 还配 置了移动终端 数据服务器 分别为2台和1台 数据中 心套件1个 环境感知节点 控制节点分别为36个和6 个 同时还设置了Sink节点1个 在大棚的金属或者木 制骨架中配置环境感知节点 若是大棚涉及垂直固定 架 那么可以将此节点配置在固定架之上 倘若缺乏垂 直固定架 那么就需要将其配置在金属固定架之上 对 感知节点进行安装之际 需要保障这些节点的高度超过 植物 防范大棚在灌溉之际将节点喷湿 在对土壤感知 节点进行安装时 需要将其配置于土中 从而更为精准 地检测土壤pH与温湿度信息 9 大棚入口区域需要配 置视频监控套件 提供云台技术 可以对摄像头角度进 行动态调整 这样就能远程观察植物生长情况 同时还 能对大棚出入情况进行不间断监控 在大棚外与数字中 心监控室分别配置Mesh节点 其距离要控制在1 km之 内 而且中间不能存在着显著遮挡物 从而保证信息高 速传递 在数字中心配置专门服务器 同时这些设备电 源要求为市电 倘若没有市电 可以利用蓄电池 或者太 阳能电池等来给其供电 4 结束语 在当今的互联网时代 工业生产方式逐步转变 计 算机化 现代化水平大大提高 农业是我国支柱产业之 一 在物联网技术不断影响下 已经逐渐创建了智能农 业生产体系 为了捕捉温室内随时间变化的温度和湿 度 设计了一个功能齐全的监测系统 该系统从软件和 硬件2方面进行设计 可以实现较多复杂的功能 例如 决策支持 系统登录 病虫害诊断 远程控制及数据采集 等 从而更好地调整相关工作 使农作物可以得到一个 更好的生长环境 参考文献 1 陈家儒 薛艳 杜冬月 等 基于物联网技术的智慧农业大棚动 态监测与决策系统 J 河南科技 2021 40 36 13 17 2 刘思晴 解迎刚 沈彤 等 基于物联网的温室大棚卷帘自动控 制系统 J 物联网技术 2022 12 3 107 109 112 3 郁静娴 祝大伟 杨颜菲 农田装上智慧大脑 村民乐享智慧生 活 手机成为新农具数据成为新农资 J 当代农机 2022 2 32 33 4 肖杨 严李强 宋赫 等 基于NB IoT的高原日光温室环境监测 系统的设计与实现 J 机电工程技术 2022 51 3 155 160 5 芦天罡 何继源 张辉鑫 等 北京市设施农业台账信息综合管 理系统建设 J 农业工程 2022 12 1 35 41 6 赵荣阳 王斌 姜重然 等 基于物联网的农业大棚生产环境监 控系统设计 J 农机化研究 2021 43 11 131 137 7 彭琛 莫锦恋 王丰 机器视觉在农业蔬菜大棚环境监测系统中 的研究与设计 J 湖南文理学院学报 自然科学版 2021 33 2 68 72 8 李睿欣 姚磊 谢伟鸿 基于NB IoT的多功能农业大棚监测及 控制系统设计 J 农业装备与车辆工程 2021 59 5 72 75 9 芦天罡 张辉鑫 唐朝 等 基于农业物联网的日光温室智能控 制系统研究 J 现代农业科技 2022 2 147 151 10