徐偉 張曉峰

[摘要] 本文是以物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上與其相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，完成對智能溫室進行集中管理與控制，在應(yīng)用中實現(xiàn)精確控制提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量。該溫室控制系統(tǒng)可進行精確的自動采集與存儲，依照溫室大棚內(nèi)的生產(chǎn)作物的生長環(huán)境和生長需求，完成溫室內(nèi)各項參數(shù)指標的準確控制，最終實現(xiàn)智能溫室控制與信息化的完美融合。

[關(guān)鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng)；智能控制；溫室；農(nóng)業(yè)信息化

[DOI] 10.13939/j.cnki.zgsc.2015.24.051

中國是農(nóng)業(yè)和人口大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在國民經(jīng)濟發(fā)展中有著舉足輕重的作用。在國家大力發(fā)展現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的宏觀背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的綠色環(huán)保、精準智能正在逐步成為主流發(fā)展方向。

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)實時遠程監(jiān)控大棚土壤含水量與酸堿度，棚內(nèi)光照、溫度與濕度，甚至監(jiān)測病蟲害情況。配合相應(yīng)的控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)棚內(nèi)環(huán)境的遠程控制和自動控制，為農(nóng)作物營造最適宜的生長環(huán)境，實現(xiàn)溫室作物生產(chǎn)精細化的調(diào)控與管理，提高作物產(chǎn)量，提升生產(chǎn)水平，推動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)。

1 ZigBee技術(shù)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立

ZigBee技術(shù)是一種在控制器件或傳感器之間的無線通信技術(shù)。與其他通信技術(shù)相比，ZigBee技術(shù)具有成本低、功耗小、能夠自動組網(wǎng)等優(yōu)點，但同時也存在傳輸速率低、覆蓋范圍小等缺點，如果在系統(tǒng)中要求的傳輸?shù)乃俾什皇呛芨叩那闆r下ZigBee技術(shù)就比較適合。

ZigBee技術(shù)有自己的無線電標準，主要為自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，在傳感器構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)里依靠ZigBee技術(shù)可以實現(xiàn)節(jié)點之間的信息傳遞。所傳遞的信息以無線電信號的形式向外輻射，在信息傳遞中需要的功耗非常的低，并以接力的形式傳遞增加了傳遞的可靠性。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在傳感器、無線通信和低功耗嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它在完成環(huán)境信息感知的同時以其低功耗、低成本、白組織的特點進行工作。我們在需要環(huán)境信息監(jiān)控的位置布置對應(yīng)的傳感器節(jié)點，再把它們組織成一個網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)智能溫室控制系統(tǒng)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上完成數(shù)據(jù)采集功能（溫濕度數(shù)據(jù)采集、光照度數(shù)據(jù)采集、安防信息數(shù)據(jù)采集）和自動控制功能（風(fēng)扇控制、加濕器控制、加熱器控制），通過ZigBee協(xié)議實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用模塊化設(shè)計，共四部分，分別是核心板、傳感器模組、控制模組、主板等。結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方便用戶更換器件，最大程度地滿足實際設(shè)計的需求。其中核心板、傳感器模組、主板組合為數(shù)據(jù)采集節(jié)點，核心板、控制模組、主板三者組合為控制節(jié)點。

2 智能溫室系統(tǒng)整體設(shè)計

應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)控制與采集功能的物聯(lián)網(wǎng)智能溫室控制系統(tǒng)選用ZigBee協(xié)議來組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；GPRS和Intemet網(wǎng)遠程訪問與控制功能、數(shù)據(jù)顯示功能、視頻監(jiān)測功能，均選用Lmux操作系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)運行的載體來完成。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)由嵌入式網(wǎng)關(guān)完成數(shù)據(jù)的存儲，存儲的位置在數(shù)據(jù)庫中并對其進行管理，按照系統(tǒng)的需求調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)。液晶顯示器完成顯示數(shù)據(jù)功能；驅(qū)動USB攝像頭完成視頻監(jiān)測功能。在GPRS模塊的作用下網(wǎng)關(guān)可以將數(shù)據(jù)以無線的形式上傳到GPRS網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)資源共享，通過無線網(wǎng)卡和無線路由將數(shù)據(jù)共享到Intemet網(wǎng)中，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境信息與人之間的交互即物聯(lián)網(wǎng)。

3 智能溫室系統(tǒng)測試與分析

整個溫室系統(tǒng)可以工作在自動控制和手動控制兩種模式。在自動控制模式下，嵌入式網(wǎng)關(guān)將根據(jù)用戶設(shè)定的各項作物生長環(huán)境參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)，比如用戶設(shè)定的溫室內(nèi)溫度不低于25℃，當檢測到溫度低于25℃時，系統(tǒng)會自動開啟加熱器，提高環(huán)境的溫度；在手動控制模式下，用戶可以通過嵌入式網(wǎng)關(guān)界面打開或關(guān)閉風(fēng)扇、加熱器、加濕器這些位置，還可以通過控制卷簾的展開和收縮人為調(diào)節(jié)光照度。系統(tǒng)上電后默認工作在自動控制模式。

（1） 在自動控制模式下可以設(shè)定系統(tǒng)的各項自動調(diào)節(jié)閾值。

（2） 可以設(shè)置的項目包括溫度閾值（自動加熱的溫度下限）、濕度閾值（自動加濕的濕度下限）、光照度（自動通風(fēng)的光照上限）以及卷簾每天自動打開和自動收縮的時間。每一項設(shè)置在自動控制模式下的具體作用：①溫度：當系統(tǒng)檢測到溫室環(huán)境溫度低于此值時，會自動開啟加熱器，否則加熱器保持關(guān)閉。②濕度：當系統(tǒng)檢測到溫室環(huán)境濕度低于此值時，會自動開啟加濕器，否則加濕器保持關(guān)閉。③光照度：當系統(tǒng)檢測到光照度高于此值時，會自動開啟風(fēng)扇，否則風(fēng)扇保持關(guān)閉。④卷簾工作時間：系統(tǒng)自動控制卷簾的狀態(tài)，當處于設(shè)定的時間范圍內(nèi)保持收縮，否則展開卷簾。

4 結(jié)論

本文設(shè)計的溫室控制系統(tǒng)采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，免去布線的麻煩，提高自動化程度，同時提高傳感器布置的靈活性、方便區(qū)域化測控。菜單的設(shè)置使本系統(tǒng)可以應(yīng)用于更加廣泛的范圍，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，同時也可以對報警方式進行選擇，對傳感器以及短信進行設(shè)置。應(yīng)用網(wǎng)關(guān)界面進行數(shù)據(jù)的顯示與調(diào)試，將系統(tǒng)中傳感器測得的值和商用傳感器測得值進行比較，了解傳感器的穩(wěn)定性和反應(yīng)速度，更進一步了解整個系統(tǒng)的檢測性能。

該系統(tǒng)在示范園區(qū)進行了測試，在數(shù)據(jù)遠端監(jiān)控的實時性和精度上還存在欠缺，如：實際測量溫度26℃，在監(jiān)控界面下顯示與實際存在2℃～3℃的誤差，在視頻監(jiān)控上，由于移動網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的限制，現(xiàn)在還無法完成預(yù)定的任務(wù)，本系統(tǒng)在傳感器的測量精度上和信號傳輸速度上還需要做一定的改進。選用工業(yè)級測量精度更高的傳感器器件，依靠4G網(wǎng)絡(luò)的高速率傳輸，來完善系統(tǒng)功能。

在農(nóng)業(yè)溫室智能化應(yīng)用方面繼續(xù)完善系統(tǒng)并進行深入研究，進一步拓展應(yīng)用，為系統(tǒng)的大面積實施提供技術(shù)保證。在未來的研究中，可以使用虛擬化技術(shù)和云平臺建立農(nóng)業(yè)溫室智能化應(yīng)用平臺，也就是在智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立云計算上的農(nóng)業(yè)云資源與云應(yīng)用服務(wù)平臺。