基于物联网技术的温室智能监控系统.docxVIP

?

?

基于物联网技术的温室智能监控系统

?

?

马鑫卫雅娜

摘要：根据目前温室监测与管理的需求，针对控制因子多、温室环境测控和系统运行环境复杂、持续稳定运行等特点，提出了一种基于物联网技术的温室智能监控系统。该系统基于物联网技术框架，分为温度系统、光照感知系统、显示及控制系统，这四个部分相互依赖，共同完成智能监控功能，采用环境传感器获得温室内部环境信息。试验表明该温室智能监控系统具有数据传输稳定、监测可靠的特性，可满足现代温室智能监控的需要。

关键词：物联网；智能监控；传感器；数据传输

：TP273：A：2095-1302（2018）08-0-03

0引言

21世紀的农业发展离不开现代智慧物联网，随着国民人均收入的飞速增长，农业应用技术的相关研究受到极大的重视，尤其是温室智慧大棚等智能产业，已成为高效农业的重要组成部分之一。农业生产中最重要的一环即对农作物生产环境的重要数据进行有效地监测和控制，如：大棚内空气温度、光照强度、CO2含量、土壤含水量等。在农作物培育过程中，大棚内环境与农作物的生长、发育、能量物质交换等息息相关，棚内的环境监控是实现温室生产管理智能化、科学化的基本保证，通过对监测数据进行分析并结合农作物的生长发育规律，控制其生长环境，使农作物达到高产、高效、优质的种植目的[1]。以智能温室大棚为代表的智慧产业在现代化农业生产中发挥着巨大作用。通过监测控制温室大棚内的温湿度、CO2含量及光照强度等参数，直接关系到农作物的生长品质。

目前国外的温室大棚技术已相对成熟，并形成了一定的标准，但其价格极其昂贵，并缺少同我国气候特点相适应的监控软件，尚不适于我国农业发展。而我国现今多数大棚中温湿度、CO2含量、光照强度等数据的监测与控制都采用人工管理的方式，此种方式监测精度低、实时性低、人力劳动强度大且存在监测不及时或不频繁等弊端，极难达到棚内作物生长所需要的的最适环境，不仅增加了成本，还浪费了人力资源，且不易达到实现作物产能最大化的经济目的[2]。因此，为了实现智慧农业生产的高效化、科学化并提高对农作物研究的精准性，推动我国智慧农业的发展，必须大力发展农业设施与其相应的农业科技工程，进行科学合理地调控大棚内温度、湿度、光照强度以及CO2含量，使温室大棚内形成有利于农作物生长所需的最适环境，是农作物缩短生长期，产出优质、高产、高效益的重要环节之一。

目前，随着国内温室大棚的迅速增多，人们对大棚性能的要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的智能化程度要求也逐渐提升。同时由于单片机及各种电子元件性价比的飞速提高，使得人们对这种要求变得逐渐可行。当前我国温室大棚大多处在中、小规模，要在大棚中引入智能化监控系统，改变人工管理为智能化管理的方式，则要考虑整个系统的造价。本文介绍了智能温室监控系统的硬件结构和软件设计方法。本系统以单片机为主要控制器，以温湿度传感器实现实时温湿度的采集，能够实时显示大棚内温度，通过继电器控制电风扇对流通风，实现棚内降温。本智能温室监控系统采用了直观的数字显示，可在LED屏上同时显示实时的温度和光照强度数值，根据大棚内所种植农作物的最适环境进行自动判断，为该作物进行光源补偿或降温等操作，系统设计如图1所示。该智能温室监控系统具有操作简洁、读取数据方便、显示直观、功能多样、电路设计简洁、成本低廉等诸多优点，拥有非常广阔的市场前景。

图1温室智能监控系统总体设计

1温室智能监控系统总体设计

当前国内常见的温室大棚都是在一个较封闭的环境中，只有处于合适的生长条件才能让农作物达到最佳状态。农作物生长所需要的条件包括：光照，O2，CO2，湿度等，通常这些条件在人为的操作下无法较好把控，才使得作物达不到产量最佳[3]。对作物的智能监控功能，是通过合理地使用现有资源，来创造和满足作物生长所需要的最佳生长环境条件，监控功能如图2所示。

图2智能监控功能

整个系统分为温湿度系统、光照感知系统、显示屏及控制系统。这四个部分相互依赖，共同完成智能监控功能，人们可通过控制系统来设定作物所需的光照值与温度值。设计一个温室智能监控系统，首先要了解作物所需的生长条件及环境参数，之后根据环境参数来制定适宜的生存环境。

2硬件设计

2.1嵌入式系统概述

嵌入式系统（EmbeddedSystem）作为物联网的重要技术之一，其应用有助于全面理解物联网世界的本质。嵌入式系统是将日益流行的操作系统进行裁剪修改，使其便于适应特定应用的一种低功耗、小尺寸、低成本的特殊系统。按照美国电气和电子工程师协会对嵌入式（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）的说明：Devicesusedtocontrol，monitororassistth