基于物聯網技術的溫室大棚智能控制系統設計研究

福建電力職業技術學院　胡自強

基于物聯網技術的溫室大棚智能控制系統設計研究

福建電力職業技術學院胡自強

基于物聯網技術的溫室大棚，能夠改變傳統農業受地域、自然環境、氣候等諸多因素的限制，對農業生產具有重大意義。本文設計了一種基于物聯網技術的溫室大棚智能控制系統，實現溫室大棚的溫、濕度等環境監測、智能調控等，為智能農業提供了一個典型案例。

物聯網技術；溫室大棚；智能控制系統；智能農業

1.引言

隨著物聯網技術的快速發展，農業智能化成為現代農業的主要發展趨勢。近年來，農作物溫室環境智能控制技術為農業智能化提供了新的動力，基于物聯網技術的溫室大棚，突破了傳統農業受地域、自然環境、氣候等諸多因素的限制，對農業生產產生了重大意義。

美國、以色列等西方國家在農業溫室環境智能控制技術方面發展迅速，相繼出現了融合氣候調節、農田灌溉與作物的肥料供應的一個整體的一體化的溫室網絡管理系統，該系統通過對各種生產管理進行融合，然后根據傳感器的輸入來調節各部分進行執行動作，以達到最經濟最有效的手段進行溫室控制。

目前我國的農作物溫室環境控制技術智能化程度較低，通信傳輸及數據控制方法較為落后，缺乏多信息融合、分析及處理的大數據支撐。因此導致的灌溉不合理，土壤酸堿度失衡，農業污染嚴重，生產效率低下，農產品品質下降等問題影響了農作物溫室環境智能控制技術的發展，進而影響了整個農業智能化的發展進程。

因此，本文設計了一種基于物聯網技術的溫室大棚智能控制系統，實現溫室大棚的溫、濕度等環境監測、智能調控等，為智能農業提供一個典型案例。

2.系統整體方案設計

2.1應用場景（見圖1-1）

圖1-1　溫室大棚智能控制系統應用場景示意圖

通過在溫室大棚中布設溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、土壤水分傳感器、光照傳感器、風向傳感器、風速傳感器等環境信息采集設備，實時采集大棚溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照、風向、風速及土壤濕度等環境參數，并將所采集的信息通過通信網絡上傳到上層監控平臺，經過分析、處理后，可利用移動智能終端或PC實時監控溫室大棚的情況，并可對排風扇、水泵、噴頭、遮陽簾、補光燈、加熱燈等可執行設備進行遠程操控，整個系統可用太陽能進行能量供給。

2.2整體結構設計（見圖1-2）

本系統由應用層、傳輸層、感知層這三個層次構成。

應用層：采用應用開發平臺作為運行和管理平臺，應用開發平臺是一個集成的部署、測試、開發環境，具有完善的業務接入系統、業務處理系統、數據庫管理系統和高效的運營支撐系統。用戶可通過電腦上的平臺實現智能農業的實時監控、遠程監控、節點管理、信息管理、可控設備管理等功能。

傳輸層：系統可通過有線和無線的通信網絡，將感知層中的終端機具采集的數據上傳到應用層，同時將應用層的指令下發給感知層中的設備，作為中間數據交互的承載體。

感知層：主要包含排風扇、噴頭、加熱燈、遮陽簾、傳感器等設備，通過傳感器采集環境信息并通過通信網絡層上傳給平臺；通過接收上層下發的控制命令，可實現對排風扇、噴頭、遮陽簾、加熱燈等設備的控制。

圖1-2　溫室大棚智能控制系統整體結構設計示意圖

2.3整體技術設計描述

系統利用微電網自發電系統提供的綠色新能源作為整個系統運行的能量供應，在大棚中布置溫度、濕度、光照、CO2等工業級傳感器采集環境信息，在土壤中布置土壤水分、PH值等工業級傳感器對土壤進行監測，實現智能農業溫室環境的整體監測設計；通過本系統的數據分析及大數據參考，提供最合理的溫室環境調節方案，保障各項調節設備的高效率運行；通過大數據分析及實時數據分析，控制溫室設備的通風、溫度、濕度、補光、灌溉等調控設備的可靠運行；利用無線傳輸技術將收集的信息傳送至云服務器，利用云計算與大數據技術參考歷史數據的綜合分析后，再將無線傳輸控制信號傳輸至設備端，智能化調控加熱燈、霧化噴頭、補光燈、通風扇等可控設備，為農作物健康快速生長營造一個綠色、環保、舒適的環境。

3.系統實現效果

通過本方案設計的溫室大棚，能夠很好地節能，以60m*10m大的溫室大棚為例，其中所有設備的每天運行能耗情況如下表所示，每天總能耗約24度。

表3-1　溫室大棚智能控制系統設備每天能耗統計表

在太陽能發電方面，采用的是功率為2000W的太陽能光伏發電系統，每天的總發電量為14度。

表3-2　溫室大棚智能控制系統太陽能發電電量統計表

本項目將微電網太陽能光伏發電系統每天的發電量供給溫室大棚設備的日常運作，溫室大棚每天的總耗電量為24.218度，微電網每天總發電量為14度，因此可節約整個溫室大棚57.8%的外部電網供電。

4.結束語

本文圍繞基于物聯網技術進行溫室大棚智能控制系統設計展開研究，給出了總體方案，限于篇幅，沒有附上系統的詳細實現，但通過實驗，總體效果不錯，能夠很好地節能減排，為智能農業提供了一個可借鑒的典型案例。

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胡自強（1962－），男，副教授，工作單位：福建電力職業技術學院，研究方向：電廠熱工測量及自動化。