基于物聯網網關的大棚蔬菜環境監測及控制系統

薛明亮 解迎剛 劉珊珊 趙明朗 郭昊

摘 要：針對農業大棚蔬菜種植費心費力的問題，設計開發了基于物聯網技術的環境狀態顯示和控制系統，為了方便實時監測大棚內的信息和控制環境變量，開發出微信小程序，用戶只需掃描二維碼，進行身份驗證后即可控制各項設備開關用以改變大棚內的環境狀態。通過Web頁面或手機掃描二維碼，用戶可隨時查看大棚內的環境參數，如空氣溫濕度、光照強度、土壤濕度等，并判斷其是否符合蔬菜的生長環境。基于控制系統，用戶可以在Web頁面或手機端發送命令，改變環境參數，如灑水、通風等。課題構建的物聯網監控系統將傳感器、物聯網網關、無線數據傳輸、二維碼和手機終端等技術相結合，采集農作物生長過程中的環境參數，同時能夠隨時隨地控制環境參數，對農作物的科學種植具有重要的指導意義，有利于農業的轉型和發展。

關鍵詞：監控;蔬菜種植;農業物聯網;二維碼;Web;微信

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）10-00-03

0 引 言

隨著越來越多的人選擇走向大城市發展，我國務農人口數目在不斷下降，每位務農人員相對需要照顧的土地和重擔也變大了許多。傳統的農業模式已經無法適應當下農村勞動力下降的社會，與此同時，科學技術的不斷發展，一些新穎的科學技術也隨之被應用到了農業生產中，我國農業種植技術取得了很大的進步，為此，農業的轉型和高效管理模式顯得至關重要。

計算機和智能手機已成為普遍的工具，本系統將計算機、智能手機與農業大棚聯系起來，由傳感器采集大棚內的環境參數，通過物聯網網關將其傳送至指定的服務器，同時在大棚內安裝一系列半自動化設備，通過繼電器控制其開關，農戶使用計算機登錄服務器找到屬于自己的設備，通過驗證后即可查看上報數據，比如空氣溫濕度、光照強度、土壤濕度等。還可以利用手機掃描二維碼綁定設備，如在小程序中找到自己的設備，實現手機遠程監測和控制，為大棚內的蔬菜提供最佳的生長環境。這套系統能夠使農戶及時了解種植和管理，通過對蔬菜生長環境的監測和控制將所得數據與最佳生長環境作比較，使種植過程變得更加輕松。

監控過程中數據不斷上傳，農戶可以設置上傳周期，同時自動生成折線圖，方便農戶直觀觀察，使信息的可信度進一步提高。農戶可隨時隨地通過手機進行查詢，無需長時間蹲守在大棚周圍，實現了勞動力的解放，對于我國農業轉型和發展有著重要意義[1-3]。

本文基于物聯網網關設計構建了大棚蔬菜環境監測及控制系統。系統能夠隨時讓農戶了解自己大棚內的相關信息，農戶通過手機二維碼查詢系統可以查詢大棚內蔬菜的種類和環境信息。

1 系統設計

基于物聯網網關的大棚蔬菜環境監測及控制系統能夠方便農戶隨時隨地了解自己名下大棚內的相應信息，農戶只需掃描對應產品的二維碼，系統就能夠與服務器對應的數據庫連接。數據庫的管理信息系統可自動關聯到當前用戶需要獲得的產品信息，并根據當前的用戶級別進行信息篩選，最終顯示符合用戶需求的信息。農戶只需通過手機微信小程序就能夠了解該大棚內種植蔬菜對應的生長環境參數，同時也可以生成歷史數據圖形，直觀地看出某一時刻某種環境參數發生的變化，從而發現大棚內存在的問題，通過手機端下發命令控制繼電器，以改變環境參數。半自動化的蔬菜種植系統將給我國農業轉型和發展提供一個很好的思路[4-6]。

通過計算機登錄服務器，農戶即可進入系統。系統主要包括登錄、綁定設備、環境參數查看、計算機端自動控制、二維碼掃描識別功能。系統結構如圖1所示。

系統流程如圖2所示。

2 系統模塊功能

系統可以劃分為4個模塊，分別是參數顯示模塊、控制模塊、二維碼掃描模塊和關于我們模塊。系統模塊如圖3所示。

基于物聯網網關的大棚蔬菜環境監測及控制系統中每個模塊的功能如下。

（1）參數顯示模塊：顯示大棚內的環境參數，例如空氣溫濕度、光照強度、土壤濕度等。

（2）控制模塊：農戶擁有權限后，可以對大棚內的設備進行操作，從而改變環境。

（3）二維碼識別模塊：農戶通過手機掃描二維碼綁定設備，即可隨時隨地監測大棚內的環境。

（4）關于我們模塊：此模塊方便用戶了解客戶端功能和開發者信息管理。

3 系統具體實現

3.1 系統展示界面

系統展示界面是系統的重要組成部分。農戶可直觀看到系統功能，方便簡潔的系統主界面能夠為農戶帶來更好的體驗。系統仿真設計主界面如圖4所示，顯示有“參數顯示”“控制模塊”“二維碼”“關于我們”字樣，用戶使用時可自行選擇。

3.2 系統參數顯示功能實現

農戶可在計算機端查看相關參數，并自由設置查看某個時間段的數據。參數信息效果如圖5、圖6所示。

3.3 控制模塊功能實現

進入控制界面，農戶可自由選擇自動模式或手動模式，自動模式將按照預先設定的程序執行，手動模式則需要自己操作。控制模塊界面如圖7所示。

3.4 二維碼功能實現

當用戶點擊二維碼按鈕時，網頁會彈出一個二維碼，農戶只需拿出手機掃描二維碼進行初次身份認定后，即可在手機上進行計算機端的操作。二維碼如圖8所示。

4 結 語

本文系統以物聯網技術為基礎進行大棚蔬菜環境的檢測和控制，通過編程實現對環境參數的采集，再通過WiFi將所得數據傳至服務器。環境監測模塊對農作物生長環境參數進行實時信息采集和分析，控制模塊可改變環境參數，實現農業的數字化、可控化、流程化。農戶通過手機或計算機實時監測大棚內的環境，節約了大量時間和精力。本文系統實現了對農作物生長環境參數的監測、收集、處理，集成化程度高，與國家農業可持續發展的政策相吻合，對我國農業轉型和升級有著正面的意義，同時，半自動化和流程化種植減少了人力物力的消耗，一定程度上節省了經濟成本。

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