基于云平臺的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計

[摘 要] 目前，我國的溫室環(huán)境控制管理主要依靠人工經(jīng)驗和簡易儀器，科技含量不足，科學的管理和生產(chǎn)系統(tǒng)比較缺乏。溫室環(huán)境控制僅能實現(xiàn)降溫、保溫、遮陽和防雨等功能，制約了溫室作物的優(yōu)質(zhì)生長。而智能大棚的出現(xiàn)受到了人們的重視，本文就基于大數(shù)據(jù)云平臺的智慧農(nóng)業(yè)大棚的設(shè)計展開研究。

[關(guān)鍵詞] 溫室大棚；云平臺；無線網(wǎng)絡(luò)傳感器

[中圖分類號] S625；TP273 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）36-87-2

1 系統(tǒng)設(shè)計思路

針對目前傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)溫室大棚不易管理，對溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)不易控制等問題，結(jié)合目前比較流行的大數(shù)據(jù)云計算、無線網(wǎng)絡(luò)傳感器及ARM微處理器智能控制進行改進設(shè)計。通過對溫室大棚內(nèi)環(huán)境多個參數(shù)的采集，完成系統(tǒng)前端溫室環(huán)境的溫濕度、光照度、CO2濃度等數(shù)據(jù)采集單元的研制，將信息上傳到云端及控制器上，把數(shù)據(jù)保存在云服務器和微控制器上，并實現(xiàn)與云端及UI的通信。當測得的環(huán)境參數(shù)高于或者低于系統(tǒng)設(shè)定的正常參數(shù)范圍時，控制器會自動打開相關(guān)的執(zhí)行機構(gòu)（如噴淋閥、加熱器、補光器、風機等），進行環(huán)境參數(shù)的自動調(diào)節(jié)。同時，溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)可以實時顯示并上傳到APP和Web端[1-2]。該系統(tǒng)可以有效解決目前溫室栽培中環(huán)境變量不易控制的問題。

2 系統(tǒng)框圖

基于云平臺的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中數(shù)據(jù)采集端主要包括傳感器的選型、參數(shù)標定、采集并向接收端控制器無線傳輸。無線網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)采用了ZigBee組網(wǎng)方式，提高了采集數(shù)據(jù)的準確性。數(shù)據(jù)接收端則是無線網(wǎng)絡(luò)傳感器把采集到的環(huán)境信息通過3G模塊傳到云端，控制器通過串口與串口屏通信，將接收到的環(huán)境參數(shù)傳到串口屏中，同時通過控制器把執(zhí)行器的各個狀態(tài)上傳到云端及手機APP端。

3 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

3.1 上位機設(shè)計

通過3G模塊將采集到的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)云端，到達后臺云服務數(shù)據(jù)庫。

3.2 下位機設(shè)計

下位機設(shè)計主要包括無線網(wǎng)絡(luò)傳感器的組網(wǎng)（ZigBee），采用芯片CC2530。系統(tǒng)的stm32是網(wǎng)關(guān)的核心部件之一，對無線傳感器節(jié)點上傳數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)融合處理。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、與無線網(wǎng)絡(luò)的通信都是在stm32上實現(xiàn)的。外部傳感器模塊實現(xiàn)了對農(nóng)作物生長環(huán)境參數(shù)的釆集功能。

3.3 無線網(wǎng)絡(luò)傳感器組網(wǎng)

協(xié)議支持3種類型的設(shè)備：協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點主要由感知器件、無線通信部件和嵌入式處理器組成，項目主要以ZigBee星型結(jié)構(gòu)方式組網(wǎng)。

4 系統(tǒng)實物仿真

依托目前大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)實驗室平臺，搭建模擬大棚的平臺，將相關(guān)實驗設(shè)備搭建到設(shè)備中做實物模擬仿真。將組網(wǎng)模塊、無線終端采集器、智能網(wǎng)關(guān)、執(zhí)行器（噴淋頭、遮陽網(wǎng)、通風口、補光燈）搭建成大棚平臺，最終實現(xiàn)模擬仿真，如圖2所示。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)設(shè)計中所采用的無線傳感網(wǎng)是基于ZigBee技術(shù)，將傳感器節(jié)點進行網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，對不同監(jiān)控點進行監(jiān)控，實時把數(shù)據(jù)無線傳送給協(xié)調(diào)器節(jié)點，由協(xié)調(diào)器節(jié)點處理后傳到控制中心，由控制中心經(jīng)過3G上傳到云端。經(jīng)試用證明可以應用于實際生產(chǎn)中，在廣大農(nóng)村地區(qū)有著良好的應用前景和推廣價值。

參考文獻

[1]鄭鋒，王巧芝，孫西瑞.溫室大棚自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].農(nóng)機科技與信息，2008（1）：47.

[2]王毅.溫室環(huán)境多參數(shù)微機測控系統(tǒng)的研究和應用[D].太原：太原理工大學，2010.