温室大棚智能管理系统构建方式之研究_马越.pdf

农业研究农家参谋-85-NONG JIA CAN MOU温室大棚智能管理系统构建方式之研究马越 潘佳健 王光辉（大连科技学院，辽宁大连，116052）【摘 要】 新时期下，温室大棚已经逐渐实现了智能化管理模式，改善了传统温室大棚人工管理的弊端。但是目前有很多智能管理系统成本高、使用不便，无法充分发挥智能管理的效能。基于此，本文提出一种基于物联网的温室大棚智能管理系统，探究该系统的构建方案。【关键词】 温室大棚；智能管理系统；构建方法农业作为我国的立国之本，但同时我国也是世界第一大人口国，人均耕地面积较少，因此如何提升农作物的生产质量、数量是需要重点考虑的问题。传统温室大棚（日照）主要是通过人工控制方法，生产效率高、投入人力多，会受到环境等因素干扰，植物无法达到理想状态。物联网作为一种新型技术，是按照指定的协议，通过信息传感器将物品和网络相连接，通过信息交换与通信，实现实时检测、识别、监控、管理的功能，如可以通过传感器获取到土壤湿度、温度以及空气湿度、温度等，并根据系统设定阈值参数，自动对温室大棚环境进行调控，保证温室大棚时刻都处于最佳状态，实现最终的增收目标。1 系统总方案1.1 系统方案整个管理系统主要包括多个模块，即数据采集、设备控制、网络交互、监控中心、用户控制中心等。其中，数据采集模块是在大棚中布置各类传感器，并设置标准参数范围值；设备控制是通过设备对温室大棚环境进行有效调控，达到理想的环境，调控设备包括浇灌机、喷灌机、卷帘电机、通风设备、照明设备等；网络交互采用了 ZigBee 技术；监控中心可以对大棚环境及逆行监控，获取到大棚中的各项参数值，还可以人工输入参数对设备运行参数进行调节；用户控制中心可以通过控制终端对各类设备进行调节（本文采用基于 Android 系统开发用户终端）。1.2 设计参数1）温度。温度作为主要影响作物参数的因素，如果大棚温度较高，则卷帘电机会自动拉下黑纱遮阳、开启风扇；温度过低会拉开黑纱、打开加温装置。2）湿度。作为对土壤、空气中的水分要求也非常高。如果土壤湿度较低，则系统会自动打开浇灌设备；如果空气湿度过低，则系统会自动打开喷灌设备；如果大棚湿度过高，则自动打开通风设备降低湿度。3）光照。光照决定了作物的光合作用，如果要加强光照强度，则设备会自动1.2.4 打开卷帘设备；如光照过强则自动放下卷帘黑纱或半放卷帘黑纱。4）二氧化碳浓度。温室中容易存积二氧化碳，理想的情况是保持大棚二氧化碳和空气中二氧化碳保持一致，所以检测出大棚中二氧化碳温度过高或过低，都要打开通风设备让大棚内外二氧化碳保持一致。2 硬件系统构建1）ZigBee 技术。有线通信技术由于成本较高、布线复杂，所以本系统采用无线通信方案。而 ZigBee 无线技术具有传输效率高、成本低、组网性强、网络容量大等优势，可以满足无线传感器的应用要求。在 ZigBee网络当中，根部各个节点功能不足，可以分为终端节点、路由器节点、协调器节点。在运行当中，数据采集模块获取各个传感器的数据信息，之后通过 ZigBee 传输到单片机上，在数据处理完成之后传输到协调器当中。2）节点 MCU。节点 MCU 采用完全兼容的内核，并支持 IEEE802.15.4 协议的无线单片机，还需要保证信息接收灵敏性、抗干扰性。其不仅可以进行数据处理，可以要将数据通过无线网络发送，这样在大型网络当中可以降低成本、减少设计难度，整个系统更加稳定。3）温湿度传感器。采用复合型、具有自动校准的温湿度传感器。传感器主要包含了电阻式感湿元件，以及一个性能较高的单片机，并且要求反应速度快、抗干扰性能强。如 DHT11 不仅可以满足上述要求，同时还采用了 4 针单排引脚封装，连接更加便捷。3 软件系统构建软件系统作为一种操作和控制系统，在整个智能管理系统当中占据着极大地位。对于 Windows 来说，Android 系统作为移动系统，可以随时随地进行远程操控。Android 系统作为一个基于 Linux 内核开源的手机操作系统（99% 都应用在智能手机上），是 Google 公司开放的一种系统软件，是一款应用广泛、嵌入式的操作系统。同时，应用 Android 系统还具有技术先进、成熟、开发周期短、实用广泛等特性。在智能手机十分普及的时代，人口一台智能手机已经成为标配，这也降低了整个智能管理系统的开发难度，用户可以随时随地通过手机终端获取大棚各类信息，应用十分便捷。在系统软件设计当中，APP 采用了 Java 语言编写，UI 使用 Fragement 解决实际显示问题。可以将整个软件系统划分为监控、控制、专家库三个模块。3.1 监控模块监控模块主要是显示大棚中的各项参数，包括温湿度数据、大棚内光照度、二氧化碳浓度等。用户登录手机 APP 即可随时随地的看到大棚温室的情况，并对到大棚环境进行判断。3.2 控制模块控制模块是各类智能化设备的操作终端，主要是控制卷帘设备、浇灌与喷灌设备、通风设备、照明设备、加温设备等。系统可以根据各个参数的设置阈值进行自主控制，也可以人工通过智能手机进行控制，将大棚内各项参数调整到最佳值。3.3 专家库专家库直接连接到大数据当中，通过人工智能技术为用户提供作物播种前的品种选择判定、生长条件判定、病虫害诊断、大棚种植知识查询、专家交流等。用户可以实时检查农作物在每个阶段的情况以及应对方案，可以实时帮助用户解决温室大棚种植等问题。4 结束语综上所述，本文提出了一种基于物联网技术的温室大棚智能管理系统，并且摒弃了传统电脑端控制方案，采用了 Android 系统的移动智能控制管理系统，可以使用 Android 手机实时调整、监控温室大棚的各项设备、数据。而专家库可以为用户提供各类有效信息，包括品种选择、生长条件判定、病虫害诊断、专家知识查询等。用户可以实时查看有关农作物种植的技术，对农作物各个生长阶段进行实时诊断，并针对性提出治疗方案，保证农作物的种植质量和产量，提升种植户的经济收入。整体上来说，此系统操作十分简单、成本低、适用性广，不仅可以应用在温室大棚智能管理中，还可以应用到智能家居、医疗机构、家禽养殖等。作者简介： 马越，1984年生，女，满族，硕士研究生，副教授，研究方向：人力资源管理、公司治理。王光辉，1988 年生，男，讲师，研究方向：思想政治教育。潘佳健，1996 年生，男。2018年大学生创新创业训练计划项目新型农业大棚智能系统成果，课题编号：2018132077018参考文献1陶平.基于ZigBee的温室大棚智能监控系统的研究D.成都:西华大学.2012.