物联网技术温室大棚智能控制系统设计

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摘要：温室大棚使用物联网技术可以有效改变传统的种植方式，使农产品的种植不再受地区、天气、季节等因素的影响。本文先设置了一个应用场景并对系统设备进行研究，随后进行了感知层、传输层、应用层的系统总体设计分析，同时分析了系统的监测、控制、管理等功能，说明了智能系统的使用效果。

关键词：物联网技术；温室大棚；智能控制系统

物联网技术使大棚的构建变得更加智能化、现代化，现今，以色列、荷兰、英国等60多个国家和地区都进行了农业物联网技术的开发，因此，我国自然要紧跟时代的潮流建立温室大棚的智能系统。我国的温室智能系统水平还相对较低，所以需要工作人员引进国内外先进技术进行系统设计，构建完善的温室系统。

1系统应用场景

温室大棚的本质就是种植人员通过控制温度、湿度、光照、土壤所形成的一个可供植物生长的模拟环境，通过改变环境改变农作物的生长条件，使其可以突破地区、季节的限制，为种植人员带来更高的收益。而同时，智能控制系统以及电子计算机的出现使农业生产更加的智能化自动化，使温室控制的方法变的更加多样化，种植人员在温室大棚中使用湿度、二氧化碳、地质、土壤、光照、风力等传感器来采集温室大棚内的数据信息，对温度与湿度参数进行全面分析，随后将这些信息上传到智能控制平台，由工作人员进行信息的收集、分析、整理、处理，再利用电脑系统监控大棚内部的情况，利用风扇、布帘、浇灌喷头、补光灯等设备对温室大棚进行远程操控，为农作物的生长提供有力环境。

2系统设备设计分析

本次实际选择的温室大棚为60m×10m，根据实际测试，其设备的能耗情况为，12个90W功率的风机，其总功率为1080W,平均每天使用5h，能耗共计5.4kW⋅h；12个100W功率的补光灯，其总功率为1200W，平均每天使用2h，其总能耗为2.4kW⋅h；2个120W功率的水泵，其总功率为240W,平均每天使用1h，其能耗共计0.24kW⋅h；60个5W功率的节点，其总功率为300W,平均每天使用24h，其总能耗为7.2kW⋅h；其余网关、加热、节能等设备的能耗共计8.76kW⋅h。因此可以得知，本次设计的每天总能耗为24kW⋅h。而系统使用的发电设备为2000W的太阳能发电系统，每天的发电量总计为14kW⋅h，剩余电量则由外部电网负责供应。

3系统总体设计分析

3.1感知层

工作人员使用物联网技术来建立温室大棚控制系统，需要运用到ZigBee路由器，这个路由器的功耗较低，且最高速率能达到250kbit/s，传输频率为2.5G，因此在温室大棚中使用程度较高，种植人员与工作人员可以利用其中的协调器进行信息的传递。种植人员需要使用GPRS技术与智能系统进行交互，智能系统通过路由器感知到每一个传感器带来的消息，并及时进行温室环境调节。感知层需要具备温室大棚的全面感知能力，为种植人员提供全面、及时的大棚环境信息，为其提供参考依据，是整个物联网中的核心部分，也是智能系统中的基础部分。

3.2传输层

传输层与物联网、通信网以及物联网密不可分，其是工作人员与种植人员沟通的桥梁，是两者进行数据传递以及决策下达的纽带。本次系统设计的传输层为温室局域网与远程广域网。在传输的过程中传输层要保证信息的安全可靠，加快信息的流通。在本次选择的种植基地中，温室大棚的数量较多，控制器与终端之间存在着较远的跨度，为保证信息传输，系统使用了以太网技术，运用有线传输容量大、稳定性强、传输距离长、防干扰的特点保证信息传递的准确性，又将广域互联网技术与GSM通信技术加以结合，使种植人员可以使用浏览器与手机来获取大棚的信息，及时进行管理。

3.3应用层

应用层是智能系统的“大脑”，其负责对信息进行整理、融合、处理以及，其是保证大棚智能运行的决策者与指导者，应用层在温室集控系统中就可以对大棚的数据信息进行处理。集控计算机在获取了感知层的信息之后，会将这些信息存入数据库中，本次系统设计使用了SQLServer软件建立了数据库系统，包括环境数据库以及设备信息数据库两种，数据库拥有着查询、提取、增加以及修改等基本功能[1]。

4系统功能设计分析

4.1监测功能

本系统使用了LabVIEW技术进行了监控平台的开发工作，监控平台包括了数据采集功能、监测功能、控制与输出功能以及参数设置功能，工作人员运用此系统可以随时监控大棚内部的情况，了解温室内的湿度、温度、光照以及CO2浓度，以便于工作人员进行环境调节。大棚内环境参数的获得方式较为简单，工作人员只要使用智能系统中的现场控制功能就可以直接显示所需信息，也可以使用浏览器或手机APP进行远程查询。本系统具有气体监控功能，工作人员使用了电阻式的气体传感器，以此作为气体监控系统的核心。工作人员将半导体安装在探测区域内，使其监控温室内的O2浓度以及CO2浓度，网关会将数据发送给现场人员，当人们发现温室信息不符合要求时，及时进行通风与换气，使O2浓度以及CO2浓度达到种植标准。

4.2控制功能

本次系统的控制功能设计了两种模式，分别为手动命令下达模式以及自动命令下达模式。手动命令下达模式的主要功能有两种，一是运用继电器与接触器来控制系统设备的运行与停止，是脱离现场的手动模式。二是使用触摸屏、集控平台以及手机浏览器等功能进行的远程手动控制，系统会读取PLC中的相关信息，利用继电器进行设备控制[2]。自动控制功能为智能控制，系统会根据大棚内部的温度因子与湿度因子进行自动控制，运用计算机进行多种控制共同运行，使温室的内部环境始终保持在适当的状态。

4.3管理功能

温室大棚的智能系统应当具备一定的管理功能，因此需要设置集中管理平台进行温室环境的管理。管理平台的功能应当包括：数据采集、信息传输、监控监测、数据管理以及参数设置等，其中，采集模块的主要功能是将感知层的数据进行采集并储存，监控模块的功能为监控温室内部情况，数据模块的功能为对大棚信息的收集、处理，使工作人员的命令更加切实有效[3]。

5结论

温室大棚智能系统的构建需要运用到物联网技术。经过上述内容可知，智能化农业建设已经成为了我国未来的发展趋势，物联网技术在农业中的应用使农业生产摆脱了天气、雨水、土壤等因素的限制，使农业生产出现了巨大的变革，所以，农业人员需要使用物联网技术构建智能系统，促进农业发展。

参考文献

[1]朱明,曹越.基于LoRa技术的设施农业温室大棚智能控制系统的设计与实现[J].南方农业,2019,13(27):175-177+180.

[2]向绪友,周超,钟旭.温室大棚智能控制系统标准研究综述[J].湖南农业科学,2018(09):123-126.

[3]刘璐,刘光伟.关于物联网的设施农业温室大棚智能控制系统的研究[J].科技资讯,2018,16(24):95-96.

作者：胡天让 张旭红 陈岩 单位：甘肃畜牧工程职业技术学院