基于物聯網的標準農業采集算法研究

徐勝霞

基于物聯網的標準農業采集算法研究

徐勝霞

（山東信息職業技術學院，山東 濰坊 261061）

隨著信息化水平的快速提升，移動通信進入到5G元年，依靠物聯網技術可對農業生產，尤其是農作物的生長環境進行精準的實時監測并上傳大數據平臺，實現對農業生產的及時監管和治理。在此背景下，結合溫室大棚中的溫度、濕度、光照變化情況，從采集數據算法入手，創新性地提出自適應溫度、濕度、光照采集算法，實現對溫室大棚溫度、濕度、光照的精細化管理的同時，降低網絡投入成本，使智慧農業技術具有普惠性。

物聯網；智能溫度控制；智能濕度控制；智能光照控制

1 自適應溫度、濕度、光照采集算法提出背景

溫室大棚中的溫度、濕度、光照是重要的參數指標，也是植物生長發育的重要影響因素。目前的物聯網終端采集數據均為等時間間隔采集，打包數據后通過運營商的NB-IOT網絡上傳至云平臺，運營商按次數制訂套餐收取費用。比如典型的NB-IOT，物聯網終端采集數據均為等時間間隔采集，運營商按次數制定套餐收取費用。以中國電信為例，典型的物聯網套餐的收費標準如表1所示。

表1 收費標準

連接服務費包年套餐（元/戶/年）生命周期套餐（元/用戶） 2年2年2年2年2年2年2年 203550658090100105 高頻功能費20元/戶/高頻使用

注：高頻功能費指合同期的合同年內，每達到20 000次連接頻次所收取的高頻使用費用。

傳統的數據采集方式按照等時間間隔采集，則對時間變化比較敏感的數據，會存在因不及時上傳而導致控制不及時。例如，溫室大棚中的溫度、濕度、光照尤其是在光照較強情況下，會出現短時間內的急劇變化；無光照或光照條件不好的情況下變化較小，此時如果依然按照傳統的采集數據模式，會造成前者的溫度、濕度、光照控制不及時。后者在環境溫度、濕度、光照變化較小時，冗余數據過多，最終導致一方面無法實現對植物生長環境的精細化管理；另一方面采集的數據有效性較低，無形中增加了網絡成本。這都與智慧農業的精細化、智能化原則相悖。

結合溫室大棚中的溫度、濕度以及光照變化情況，創新性地提出自適應溫度、濕度、光照采集算法，從而實現對溫室大棚溫度、濕度、光照的精細化管理的同時，降低網絡投入成本，使智慧農業技術具有普惠性。同時，采集到的數據結合實際生長所需的最佳環境參數形成不同植物的全周期最佳生長溫度、濕度、光照數字模型，從而實現作物的增量增收。

自動調整溫室大棚中的濕度、溫度、光照環境系統總體架構如圖1所示，溫度傳感器、濕度傳感器和光照傳感器將溫室大棚內的實時溫度、濕度和光照等環境參數通過NB-IoT無線數據傳輸模塊上傳至中心數據管理及控制平臺，該平臺負責數據計算并下達自動控制指令，自動調節室內溫度、濕度和光照強度，使環境達到最適合作物生長的參數，實時的環境參數也會上傳后臺監控中心和用戶的手機終端，使用戶隨時隨地掌控大棚內的實時情況。

圖1 溫室大棚環境自動優化系統

本文主要針對溫度、濕度和光照強度等搭建計算模型，形成精準農業控制系統，采取軟硬件結合的方式，硬件采用單片機，軟件采用C語言，實現智能溫度控制、智能濕度控制、智能光照控制。系統結構如圖2所示。

圖2 精準農業控制系統

2 系統模塊功能

2.1 智能溫度控制

溫度控制分為自動降溫和自動升溫兩大功能模塊。

2.1.1 自動降溫功能

溫室大棚內的溫度控制模塊實時采集室內溫度，由控制器根據實際溫度和該農作物所處生長階段的最佳溫度門限值進行模糊計算，包括通過溫度變化率預估溫度變化情況等。如果溫度超過門限值，則系統啟動降溫。常用的降溫方式有：夏季的自然通風和強制降溫方式，經過一段時間判斷后如果降溫效果仍未達到合理的溫度，則會立即發出預警，提示用戶采取人工降溫措施。

2.1.2 自動升溫功能

由控制器根據實際溫度和最佳溫度進行模糊計算，如果溫度低于最低溫度，則采用暖氣加溫的方式，通過調節暖氣恒溫閥的開合度來控制室內溫度。

2.2 智能濕度控制

自動控制，后臺計算機根據溫室大棚室內采集到的實時濕度值，與當前農作物生長階段最佳的濕度范圍進行對比，如果高于最大濕度，則自動關閉噴霧；如果低于最小值，則自動打開噴霧閥門。通過自動控制噴霧閥門的開關和大小，使得室內濕度環境最適宜農作物的生長。

2.3 智能光照控制

智能光照控制功能，包括光照較高時的遮光和光照較低時的補光兩大模塊。

光照控制模塊采集到的光照數據與計算機設定的控制目標進行比較，如果高于設定值，則采取遮光措施，例如，常見的有通過外拉幕進行遮光；如果采集到的光照強度低于設定值，則采取收攏外拉幕、自動補光功能，常見的有通過自動打開和關閉補光燈進行補光。通過光照強度的自動調節，使得當前的光照始終適合該農作物的生長。

3 結束語

本文在原有溫度、濕度和光照強度數據采集算法上進行優化，通過采集參數變化率，從而修正上報頻次，對參數變化率較大的，提高上報頻次；對參數變化率較小的，降低上報頻次，避免發生溫度、濕度或光照強度變化較快時來不及調整的問題，從而使得上報參數更加有效、及時。

針對目前物聯網農業系統中對數據采集算法，本文提出了一種優化的數據采集算法，即根據溫度、濕度及光照強度變化率來改變數據上報頻次，提高數據上報的效率，有效避免了上報不及時和過多的冗余數據現象存在。

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TP391.44

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.047

2095－6835（2019）24－0108－02

徐勝霞（1987—），女，山東濰坊人，碩士，助教，研究方向為移動通信與無線技術。

〔編輯：張思楠〕