智能农业大棚生产环境调控系统.pdf

2022 年 17 期 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 智慧农业 智能农业大棚生产环境调控系统 刘 灿 朱晓坤 丁 奇 邢康慧 伍 刚 西安工程大学 理学院 西安 710048 近年来 随着全球气候异常多变和农产品需求的快 速增长 国内农业大棚数量不断增多 但其中多数大棚 管理模式还停留在全凭感觉的人工管理阶段 1 随着科 技的不断发展 国家对新农村建设投入的力度也越来 越大 本文设计了一种基于物联网的智能农业大棚生产 环境调控系统 解决人工管理费时费力等问题 能大大 提高农业生产效率 减少资源浪费和环境污染 帮助农 民提高收益 为促进现代农业的转型升级提供技术支撑 的同时带动新农村的改革建设 2 1 系统整体设计 智能大棚生产环境调控系统的设计采用 感知 传 输 应用 模式 3 大棚监测终端实时采集大棚内的 CO 2 气体含量 气温 土壤湿度和 pH 及光照强度等数据并 上传至云平台 云平台会对这些数据进行分析并根据实 际情况发布指令 再通过物联网关及无线传感网络将这 些指令发布到各个农业设备的控制节点上进而控制对 农作物的灌溉 施肥 遮光 补光及通风等操作 同时管 理人员也可远程对大棚内的环境情况实时观测及对监 测终端下发指令 以实现对农业大棚生产的全天候监 测 标准化种植和智能化管理 提高农业生产效率 减少 资源浪费和环境污染 智能大棚系统总体设计如图 1 所 示 气象监测模块和土壤监测模块实时采集农业大棚内 的农作物生长环境参数 通过 NB IoT 网络传输至腾讯 云平台 云平台分析处理后 通过 NB IoT 网络下达调控 指令至气象调控模块和土壤调控模块 来完成对农业大 棚内的生长环境调控 2 数据采集 吴晓斌 4 将 NB IoT 技术应用于窨井盖及井下工况 远程监控 NB IoT 技术具有功耗低 覆盖面广等特点 提高了区域覆盖能力 解决了农业大棚监测设备安装较 为广泛不易监控的问题 且其功耗低的特点使得一块 摘 要 为解决国内农业大棚多数管理模式还停留在全凭感觉的人工管理阶段 该文基于腾讯云云开发设计一种农业大 棚生产环境调控系统 系统的功能包括对大棚内环境情况的实时监测和调节及相关功能的远程监控 大棚监测终端实时采 集数据并上传至服务器 服务器会对这些数据进行分析并根据实际情况下发指令 把不适合农作物生产的环境调控成适合 农作物生产的环境 以实现对农业大棚生产的全天候监测 标准化种植和智能化管理 提高农业生产效率 减少资源浪费和环 境污染 关键词 物联网 云开发 农业大棚 调控系统 生产环境 中图分类号 S126 文献标志码 A 文章编号 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 基金项目 省级大学生创新创业项目 S202110709102 通信作者 伍刚 1970 男 硕士 讲师 研究方向为电磁检测数字仿真 DOI 10 20028 j zhnydk 2022 17 001 1 2022 年 17 期智慧农业 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 图 4 云平台数据库 5 Wh 的电池可以供终端使用长达 10 a 的时间 理论层 面 满足智能农业大棚的监测终端常年处于温热潮湿 的恶劣环境 本文智能农业大棚生产环境调控系统的数 据采集由气象监测模块和土壤检测模块完成 监测模块 和云平台通过 NB IoT 网络实现数据传输 监测模块由 空气温度传感器 空气温度传感器 光照强度传感器 CO 2 气体传感器 土壤湿度传感器 pH 传感器和 NB IoT 通信模块等组成 实时监测温室大棚内部的空气温湿 度 光照强度 CO 2 气体含量和土壤湿度及 pH 等数据 该模块主要负责大棚内部生产环境数据的采集和传输 土壤监测模块架构如图 2 所示 气象监测模块架构如图 3 所示 3 云平台 腾讯云云服务器可以在智能移动终端上随时随地 对环境进行远程调控 5 智能农业生产环境调控系统云 平台基于腾讯云云开发设计 预先在云端建立已知农作 物的最佳生长环境相关参数的数据库 如图 4 所示 在 农作物参数菜单页内可以添加不同农作物的生产环境 参数 根据实际农作物适宜的生长环境设置如温度 空 气湿度和土壤 pH 等参数的范围数值 以此作为智能农 业大棚生产环境调控系统的后台数据库 根据种植的农 作物调用适合农作物的生产环境数据 以此作为传感器 的监测标准 通过对农作物生长的环境数据进行采集 上传之后 云平台会对这些数据进行分析处理 并根据 实际情况对环境调控模块发布调控指令 农作物生产环 境监测情况如图 5 所示 4 环境调控 环境调控由土壤调控模块和气象调控模块完成 调 控模块和云平台通过 NB IoT 网络实现数据传输 土壤 调控模块依据云平台的调控指令对不同作物生长需求 进行滴浇灌溉和施肥处理 改变土壤的温湿度和酸碱 度 以达到最适合农作物生长的土壤环境 气象调控模 块依据云平台的调控指令对不同作物生长需求进行加 湿 通风和补光等处理 改变空气的温湿度 CO 2 气体含 量和光照强度 以达到最适合农作物生长的气候环境 土壤调控模块和气象调控模块依据云平台的调控指令 可以实现对农业大棚内农作物生产环境的实时调控 能 大大提高农业生产效率 减少资源浪费和环境污染 土 壤调控模块架构如图 6 所示 气象调控模块架构如图 7 所示 图 1 系统总体设计 图 2 土壤监测模块 图 3 气象监测模块 2 2022 年 17 期 智慧农业导刊 Journal of Smart Agriculture 智慧农业 图 5 农作物生长环境监测情况 图 7 气象调控模块 5 结束语 文中设计了一种智能农业大棚生产环境调控系统 包括气象监测模块 土壤监测模块 云平台 气象调控模 块和土壤调控模块 监测模块实时采集农业大棚内农作 物的生长环境参数并传输数据至云平台 云平台根据预 先选择的农作物的生产环境参数标准 对监测模块传输 来的数据进行分析处理后 对不适宜相应农作物生长的 环境下达调控指令 调控模块接收到来自云平台的调控 指令改变不适宜农作物的生产环境 最终把不适合农作 物生产的环境调控成适合农作物生产的环境 实现农业 生产的全天候监测 标准化种植和智能化管理 大大提 高农业生产效率 减少资源浪费和环境污染 参考文献 1 刘艳昌 赵海生 张平川 等 基于机器人的盆栽作物生长环 境智能监控系统设计 J 中国农机化学报 2019 40 11 181 188 2 房岩 孙刚 金丹丹 等 现代农业物联网的主流技术领域与发 展趋势 J 农业与技术 2020 40 2 1 2 3 邹承俊 物联网技术在蔬菜温室大棚生产中的应用 J 物联网 技术 2013 3 8 18 21 24 4 吴晓斌 基于 NB IoT 的窨井盖及井下工况远程监控系统设计 D 太原 中北大学 2018 5 刘生成 基于物联网的养殖场环境远程监控系统的设计与实 现 D 长春 吉林大学 2018 图 6 土壤调控模块 3