智能農業大棚系統探究

劉光偉

（衡水學院數計學院 河北衡水 053000）

農業產業的智能化發展是我國農業經濟戰略發展的重要導向之一，特別是社會對農業產量需求逐漸加大的情況下，農業現代化的發展必須結合信息技術、智能技術來實現一體化的運營模式，以提高我國農業自身的生產質量。溫室大棚作為現代農業發展的重要形式，通過智能農業大棚的建構，可有效改變原有農作物生長結構，通過智能化溫控條件為農作物生產創造出一種良好的生態環境，這對于現階段傳統機械化農業生產來講，可實現智能化管理，降低經濟成本的投入[1]。為此在建構智能農業大棚系統時，必須針對系統本身的運營環境以及農作物生長狀況等來建立多維度的控制系統，保證系統內各項參數的整合、設定與執行可滿足系統的實際操控需求，進而實現參數配置的監控，擴大農業智能大棚的實際應用范疇。

1 智能農業大棚系統方案分析

農業大棚的設定是針對農作物生產以及外界環境進行智能系統的參數分析與建構，保證智能大棚所建立出的生產環境與外部生態環境的形成相貼合，以此來為農作物本身提供一個良好的生產空間。本次大棚設計由兩部分組成，外部用來種植蔬菜與水果等農作物，其具有獨立的進水口，大棚內部則是以水產類為主，其具有獨立的給排水渠道。大棚內的水產養殖系統中的水分可流經到農作物種植區域，對農作物本身進行灌溉，且水產養殖系統中各種魚類的排泄物可做成有機肥料進行施肥。由于智能大棚本身屬于半封閉系統，其內部生態環境主要是由氧氣與二氧化碳維系農作物以及魚類的生態平衡問題[2]。

在建立基于云平臺為核心的大棚控制系統時，為保證整個系統的可集成操控功能，其以plc 作為主操控系統，將傳感器作為信息采集設備，以對農業大棚內各類物質的生長環境以及設備使用狀態進行信息錄取，然后由信息反饋技術，將傳感器所采集到的內部生態信息同步傳輸回plc 系統中，再由plc 系統依據相關參數的核定來下達指令，對內部各類智能元件進行操控。這樣一來，在plc 邏輯性運算模式下，可有效實現智能農業大棚的協調化運作。

2 智能農業大棚系統硬件的設計與實現

2.1 環境采集系統

環境采集系統主要是對大棚內的溫度環境以及濕度環境進行相關測控，通過傳感器設備在大棚內進行空間結構的布局，以此來實現數據檢測的均衡性。當數據信息采集以后，呈現出的信號形式將由系統內轉接模塊進行數據轉變，然后數據信息將由plc 主操控系統內的運算模塊進行分析，通過系統內基準參數與實際測量參數之間的比對，分析出當前大棚內各類環境地址是否滿足農作物生長需求[3]。例如，當溫濕度高于基準參數值時，此時系統將做出指令反饋，對承接降溫降濕的設備進行控制，降低農作物生長環境中的溫濕度，傳感器系統本身處于一個實時化、動態化的測量機制，即通過系統與傳感器的連接形式，將生態環境內的各類信息同步傳輸到主操控系統中，當生態環境中溫濕度降低到一定值時，系統將自動停止相關溫濕度的調控，以保證農作物生產環境維系在一個穩定狀態。當然，從傳感器本身而言，如果想提高設備的實際使用性能，必須保證設備本體在整個大棚系統中的定位符合設備使用基準。這樣一來，通過系統進行正確化定位，可有效提高大棚系統對數據信息的收集與處理能力。

2.2 監控系統

監控系統的設定是對大棚內生長環境進行可視化分析，通過交互設備對大棚內運行環境進行數據化的呈現，可保證管理人員及時掌握到大棚環境中的各類信息。與監控系統呈現出對接形式的為報警系統，當大棚環境內氣體溫度值的權重差較大時，例如二氧化碳的含量高于基準參數，則系統內傳感器將觸發報警設備自動進行報警。此類報警系統則是由繼電器與開關組成的串聯接入形式來實現，通常情況下報警器為常斷聯狀態，只有當系統內參數異常情況所觸發的信息指令，才會令報警器轉變為閉合狀態，進而對工作人員提供相應的報警信息。此時交互界面可對報警位置進行定位，然后通過空間結構映射為管理人員提供精準的信息服務，保證管理人員能在第一時間確認出報警發生地點及通過監控設備了解周邊情況，制定出相關的解決措施。監控系統的建設可有效保證智能大棚在運行過程中的各類參數采集與核對的精準性，通過數據信息的二次確認，令內部專家系統及時下達指令，以完成數據化調控，這樣便可有效保證系統本身功能化的實現，以對內部植物的生長狀態進行實時化分析，進一步查證出植物生長狀態是否滿足其預期設定需求，創造出更好的生長環境，提高農業智能大棚的運營效率。

2.3 云平臺

云平臺的建設主要是將智能農業大棚系統與互聯網進行關聯，以建立起基于系統實現的物聯網結構，保證內網與外網形成有效對接，為遠程訪問提供權限服務，進而實現遠程監控的目的。云平臺的建設是以“組態王”軟件為實現載體，將瀏覽器功能與網頁進行有效連接，進而實現以太網與內網相連，為遠程操控的實現提供服務。這樣一來，管理人員便可通過終端服務器對大棚內的各類數據信息進行獲取，同時可通過網頁下達指令來對現場的設備進行操控。從組成結構來看，云平臺是承接數據處理、數據整合的重要載體，通過對局域網與互聯網進行連接，保證智能大棚所產生的數據同步映射到云平臺中，在云平臺實時存儲的條件下，可有效避免系統產生數據丟失的現象。且平臺所提供的操控功能，可最大限度保證數據信息在處理時向其提供一定的輔助功能，真正實現數據信息的高效化處理，提高系統決策能力。

3 智能農業大棚系統軟件的設計與實現

在對智能農業大棚系統軟件進行設計時，由于此類系統的實現主要是以物聯網為基礎，通過內部設備與網絡系統建立對接傳輸載體，令主系統通過傳感器設備來實時了解到當前智能農業大棚系統的運作模式，當然此類系統運行中只可能以其固定的參數來機械化執行指令，缺乏一定的人性化功能。為保障系統在具體實現時可對信息進行有效交換，在設計云平臺框架時，首先應建立事件觸發機制，在軟件設計時將相關函數的界定與傳感器內的觸發裝置進行對接，通過參數值設定的上下限，將觸發機制與平臺之間的聯動系統形成整合，進而保證終端設備的報警功能同步到網絡服務器中，以此來實現不同場景的同步觸發機制，其對于智能農業大棚來講，可建立安全有效的立體化防護。[4]從數據傳輸角度來看，檢測系統在實際工作過程中，一般是搭載多個傳感器進行操作的，通過各個傳感點的配合，實現大棚的整體化監控。為此，在實際設計過程中，可采用與終端模塊相對接的無線傳感技術，通過網絡關聯口的設定，令數據實現效率化傳輸。傳感器模塊所對接的數據口，是由蜂窩數據網絡所提供的，在內部硬件系統的支持下，可令云平臺下的大棚系統實現自主化信息傳遞，提高系統處理數據的效率。

其次，應建立協同多層網絡結構。要想云平臺在農業大棚系統中發揮一定的協同功能，必須依據農業大棚內各類運作環境來建立分化式的任務操控單元，將各類信息技術的實現建立在異源數據傳輸結構之上，這樣一來，可有效實現信息資源的整合，以此來提高云平臺的數據處理能力。此部分主要是對數據處理系統進行測定，通過對承接系統處理的服務器進行設定，保證協調裝置與數據接收裝置之間具備一個信息聯動關系，這樣便可有效保證不同結構的網絡在物聯網內進行數據傳輸時可精準地執行數據指令需求。這對于系統本身而言，則可有效為系統提供一個集成平臺，令整體數據處理方案更加多元化。

最后，在程序設計時，應準確地將智能農業大棚系統的溫度閾值、濕度閾值以及相關參數閾值等進行分析，然后將此類閾值能接收的最大耦合數據進行界定，并針對相關承載系統來建立對接的輸出控制單元，保證當外界信息出現變動時，此控制系統可及時依據系統變化形式來做出相關指令。承接程序指令傳輸的載體，則是內部系統為主，通過搭載計算機設備實現數據傳輸、指令下達等，進而保證各類設備在運行過程中的有序性，防止不同設備載體出現數據冗余與交互的問題。[5]例如，風速傳感器以及濕度傳感器在對環境進行監測時，如果出現信息產生的異常變化，則傳感器本身將對系統起到報警作用，且通過系統內計算參數核定的相關操控行為，可自動執行相關指令對農業大棚進行智能化控制，以此來降低人力資源的投入，實現自動化的成本管控，提高農業大棚系統的智能化實現質量。

4 小結

云平臺與農業大棚的結合，可建立一個立體化、空間化的運行環境，依托于信息技術將各類設備與系統進行連接，實現系統的有序性、邏輯性操作等。本文則是通過硬件系統、軟件系統兩方面，對農業大棚的智能化實現進行研究，僅供參考。