智能大棚系统设计与实现

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1系统功能需求分析

通过到武清某蔬菜、花卉种植大棚和汉沽某草莓大棚等实地调研，发现家庭型的大棚面积较小但是数量较多，智能监控基本没有；通过对用于观光和科普型企业大棚走访，发现该类型大棚一般具有监测空气温湿度、含氧量、PM值监测功能。因此根据实际调研情况和大棚管理者提出的要求，得出系统需要实现如下功能。基础数据采集功能：系统需要实现对大棚空气环境和土壤环境的数据进行采集和上传到云平台；远程智能控制功能：用户需要根据实际情况远程控制卷帘机的收放、灯光控制以及风机的开闭；相关数据查看功能：用户需要通过手机就能够查看相关数据；硬件设备要求：设备初始化以及管理、更换简单、易用，设备要防尘、防水等。

2系统设计

根据需求分析，需要对智能大棚监控系统进行设计。首先对系统总体架构进行设计，由于系统基于物联网实现，因此根据物联网架构将智能大棚系统分为三层：感知层、传输层和应用层。其中感知层需要进行硬件设计，硬件设计采用了较高性价比、设备较强稳定性和抗干扰能力等原则，进行农业盒子的设计；该盒子设计为通用型，能搭载传感器只需要购买芯片即可。设计的主板统一接口、统一的程序，可以搭载不同传感器芯片，无需二次编程和设置，实现了即插即用。同时在主板外自主设计了防尘、防水不锈钢盒子.传输层主要能实现采集数据上传功能，主要针对大棚用户需求以及实际情况设计为Wi-Fi、GPRS传输技术，可以选择通信方式。对于普通家庭用户采用GPRS，因为价格低廉，也比较适合没有连接Wi-Fi的农村；而对于企业而言，则可以选择已有的Wi-Fi传输方式。应用层主要实现软件设计，主要是由后台管理系统和手机APP组成，通过后台管理系统可以完成对获取的大棚环境数据的查看，存储等操作。管理员对后台终端系统进行系统维护和日常管理；移动终端用户可以通过APP完成对大棚中环境数据的查看和对大棚中部署的硬件设备的控制。

3系统实现

在硬件实现上，传感器芯片采购其他厂商，连接主板和传感器芯片的电路板则是自主研发。该电路板（农业盒子）作用于传感器与主板之间，主要使用RS485有线数据通信，其他部分采用无线数据通信，最后将传感器与电路板进行封装，由于前期已经对传感器等与电路板的连接进行了设置，所以在后期出现传感器更换时也可以直接进行更换，无需再进行调试或设置。硬件实现了农业盒子，同时还有自动灌溉模块、土壤湿度检测、PH值传感器以及AT89C51单片机等设备。自主研发盒子搭载传感器之后，首先需要进行出厂设置（该设定不对客户开放）。软件实现包括手机APP和系统后台。本系统采用SQLServer为后台数据库,以ASP.NET进行网页开发软件设计，使用AndroidStudio进行手机APP开发。系统后台管理系统为管理员提供日志信息的存储与分析等服务，后台管理系统主要实现对接收到的数据进行存储、显示和查询的功能，可以将感知层中采集到的空气温湿度、土壤基质温湿度和二氧化碳浓度数据存储到数据库中，以便用户可以通过手机APP端从数据库中调取并查看历史数据记录。后台把感知层采集来的数据通过传输层传输后进行分析，根据预设的数据范围，在实际测得的数据不在预设范围内时，进行自动控制硬件设备的开启和关闭，比如控制卷帘机的正转与反转。卷帘或放帘一定程度，触发设定好的行程开关，电机停止运行。手机APP端实现了用户对大棚环境数据的查看和硬件设备的调控；实现了大棚的空气温湿度、光照，土壤的温湿PH值等信息的监看；同时还会实现对照明、通风口以及卷帘机、风机、浇水等控制。

4运行

目前主要推广对象也是节能智慧大棚的试点—大棚较多的武清区的河西务镇。同时，也将设计的盒子修改传感器（只要温湿度传感器），应用于塘沽粮库，该粮库一共60个粮仓，每个粮仓都需要对温湿度检测，原来使用传统的人为测量并多次不同地点采样进行测量，这样工作效率势必会低。因此在粮库中使用智能农业盒子，每个粮库安装10个温湿度传感器，其中9个放置在内部，1个放粮仓外。需要通过判断粮库外的温湿度和库内温湿度对比开控制是否开关风扇，首先湿度权值重，如果室外湿度高于粮库内，即使库内温度再高也不能开通风。另外一个应用主要应用于塘沽盐场，应用效果较好。

参考文献

[1]贾徐庆.物联网技术在“智慧农业”中的应用研究[J].电脑编程技巧与维护,2018(12):45-46+62.

[2]赵刚,李小红,吕向风.基于物联网的智能花盆系统的设计与实现[J].计算机产品与流通,2018(02):123.

[3]笪海波.智能监控物联网管理在果蔬种植中的应用[J].现代农业科技,2018(20):99+101.

作者：徐文起 单位：天津健智者行空调技术有限公司 天津天狮学院信息科学与工程学院