基于物聯網技術的智能太陽能溫室大棚

吳旭

摘 要：文章所述系統以單片機為核心，采用加熱爐、加濕器、風機、滴灌裝置、文丘里施肥器、熒光燈和步進電機控制的卷簾，分別為溫室大棚進行加熱、加濕、通風、滴灌、施肥、采光。使用傳感器，將數據通過W5100網絡模塊上傳到Yeelink物聯網平臺，實時查看溫室大棚內各傳感器數值及動作裝置狀態。基于物聯網技術的智能溫室大棚，實現溫室種植的高效和精細化管理。同時在溫室大棚棚頂鋪設太陽能電池板，為大棚內系統設施供電，提供清潔能源。

關鍵詞：物聯網；溫室大棚；太陽能；單片機

1研制背景

當前我國處在城鎮化快速發展階段，農村發展面臨著資源約束和基礎設施不完善等問題。在物聯網，大數據技術迅猛發展的今天，農業溫室大棚內影響農作物生長發育的各項數據信息應該掌握并重視，例如，空氣濕度、土壤濕度、二氧化碳濃等。傳統溫室大棚（溝灌型），在一次澆灌后，用水量大，這就導致地面土壤水分無法及時蒸發而長時間濕潤，相應的，大棚內溫度、地表溫度降低快，加大蒸發量，在這種環境下，病蟲害易發生。本文所述基于物聯網技術的智能太陽能溫室大棚采用滴灌和文丘里施肥技術，可以有效緩解并改善傳統大棚的缺點并使水分損失降低到最低限度。此外，由于水分可及時地到達農作物根部吸水區，從而顯著提升灌溉效率。本系統采用太陽能電池供電，充分利用了溫室大棚的空間資源。

2設計方案

2.1數據采集系統設計

通過物聯網系統連接傳感器采集下列信息：棚內光照強度、空氣與土壤溫度、空氣濕度與土壤濕度、土壤濕度與PH值、二氧化碳濃度、氣壓值。通過對數據進行分析，獲取農作物生長最佳條件。實時調控或自動控制溫室系統、灌溉系統，施肥系統（通過數據變化），卷簾采光裝置，噴霧加濕裝置、通風裝置、加熱裝置等。

2.1.1光強傳感器

在光照較強，不適合大棚中作物生長時，光強傳感器會給控制器一個信號，控制器自動控制大棚上的卷簾裝置，調節大棚內的光照強度。

2.1.2二氧化碳傳感器

二氧化碳傳感器能夠測出大氣中的二氧化碳含量。在本系統中，二氧化碳傳感器將大棚中二氧化碳含量信號傳給控制器，當二氧化碳含量不正常時，控制器自動使大棚上的風扇啟動，當二氧化碳含量正常時，關閉風扇。實現通風控制。

2.1.3土壤PH值傳感器

土壤PH值傳感器可以檢測土壤中的酸堿度，并判斷植物是否需要進行施肥。

2.1.4大氣壓傳感器

大氣壓傳感器是用來檢測大棚中的氣壓值，當大棚中的氣壓不適合農作物生長時，它可以將信號傳給控制器，從而打開大棚上的風扇來調節大棚里的氣壓。

2.1.5土壤濕度傳感器

土壤濕度傳感器檢測植物土壤濕度，判斷是否需要澆水，并自動控制電磁閥動作進行滴灌。

2.1.6空氣濕度傳感器

空氣濕度傳感器是檢測大棚中的空氣溫、濕度的，工作原理與土壤濕度傳感器類似，通過傳感器值來判斷是否啟動加濕器。

2.1.7溫度傳感器

采集溫室大棚內空氣溫度和土壤溫度，通過判斷控制加熱爐。

2.2物聯網接入平臺Yeelink

本系統使用公共物聯網接入平臺Yeelink，該平臺具有高并發接入服務器和云存儲方案。接入平臺，通過應用進行遠程管理控制。當數據達到某個設定閾值，其會自動調用預先設定的規則，發送通知。所有數據，均可以通過地圖和時間軸方式進行展現，使用IOS或Android系統的智能設備，均可查看傳感器狀態并進行遠程控制。

2.3智能控制

傳感器通過總線與控制中心相連接，控制中心采用Ardui-nomega2560開發板和W5100網絡模塊構建物聯網平臺，該平臺實現了遠程控制或自動控制采光、滴灌、噴霧加濕、通風、加熱、施肥等設備，保證溫室大棚內環境最適宜作物生長。傳感器監測、微型控制、數據傳輸和物聯網是本系統的主要技術。系統工作流程如下：采用各種傳感器采集溫室大棚內的數據信息并同步對其進行分析，以此為依據，適當、準確、高效地控制滴灌的水量。同時在云端平臺上設置了相應的動作機制和報警機制，當傳感器數值達到設定的閾值時，對應動作機構自動動作，開啟自動控制功能。同時設置了消息推送功能，將動作機構等狀態消息及時發送給用戶。

3創新點及應用

（1）大幅度節省水量。平均可節水約50%，將灌溉用水利用系數提高到95%以上，畝產灌水定額減少了30%左右。

（2）可使土壤環境維持平衡狀態。灌溉水流量小且均勻，對農作物沖擊力降低，有利于農作物生長。

（3）便于施加肥料，提高效率。利用本系統對農作物施加肥料，肥料可以順滴灌孔直接到達農作物根基部位被其吸收，大大降低肥料的浪費，從而提高了化肥的利用率。

（4）節省人力成本。不同于傳統溫室大棚需要人工保護過水渠道、澆灌等。本系統實現澆灌自動化，比傳統灌省工近50%。此外，由于物聯網技術的發展和普及，成本進一步降低，正在達到了低投資，高收入的水平。技術簡便，易于農民學習、掌握、使用、維護和管理。

參考文獻：

[1]管繼剛.物聯網技術在智能農業中的應用[J].通信管理與技術，2010（03）：24-27.