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　　一、方案概述

　　我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，提高單位面積的作物的產(chǎn)量、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品是現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切要求。溫室大棚是一種可以改變植物生長環(huán)境，根據(jù)作物的生長的最佳生長條件，調(diào)節(jié)溫室氣候，能夠避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊菍?shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要的組成部分。溫室結(jié)構(gòu)的建造標(biāo)準(zhǔn)是既能密封保溫，又便于通風(fēng)降溫。但是作物要實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、僅僅靠溫室保溫是不行的，需要對(duì)農(nóng)作物的生長環(huán)境進(jìn)行多方位多點(diǎn)的精確采集和實(shí)時(shí)的控制。

　　與普通的溫室大棚相比，數(shù)字化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)溫室大棚不僅能夠種植優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)反季節(jié)作物，而且將電子、計(jì)算機(jī)、通信和自動(dòng)化控制等技術(shù)引入到本領(lǐng)域中。數(shù)字化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)溫室大棚系統(tǒng)，可以定量獲取和分析農(nóng)業(yè)環(huán)境的多種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的多點(diǎn)檢測，其檢測目標(biāo)可以是溫度、濕度、光照、振動(dòng)、壓力、水/土壤空氣成分等，通過zigbee無線通信把溫室大棚的各種參數(shù)匯總到服務(wù)器，服務(wù)器再通過執(zhí)行結(jié)構(gòu)去調(diào)節(jié)大棚的溫度、濕度等參數(shù)。從而能對(duì)大棚內(nèi)各個(gè)環(huán)境參數(shù)達(dá)到良好的檢測，協(xié)調(diào)控制大棚的環(huán)境參數(shù)，使大棚內(nèi)的環(huán)境條件能夠適宜作物的成長，并能通過Web遠(yuǎn)程檢測和控制溫室大棚的環(huán)境參數(shù)。

　　二、溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　1.?手動(dòng)控制

　　與普通的溫室大棚相比，數(shù)字化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)溫室大棚不僅能夠種植優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)反季節(jié)作物，而且將電子、計(jì)算機(jī)、通信和自動(dòng)化控制等技術(shù)引入到本領(lǐng)域中。數(shù)字化精準(zhǔn)農(nóng)?業(yè)溫室大棚系統(tǒng)，可以定量獲取和分析農(nóng)業(yè)環(huán)境的多種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的多點(diǎn)檢測，其檢測目標(biāo)可以是溫度、濕度、光照、振動(dòng)、壓力、水/土壤空氣成分等，通?過zigbee無線通信把溫室大棚的各種參數(shù)匯總到服務(wù)器，服務(wù)器再通過執(zhí)行結(jié)構(gòu)去調(diào)節(jié)大棚的溫度、濕度等參數(shù)。從而能對(duì)大棚內(nèi)各個(gè)環(huán)境參數(shù)達(dá)到良好的檢?測，協(xié)調(diào)控制大棚的環(huán)境參數(shù)，使大棚內(nèi)的環(huán)境條件能夠適宜作物的成長，并能通過Web遠(yuǎn)程檢測和控制溫室大棚的環(huán)境參數(shù)。

　　2.?控制不靈活

　　隨著我國的單片電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，在80年代中后期，研究出了基于自動(dòng)控制的溫室大棚控制技術(shù)。這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，單片機(jī)跟進(jìn)傳感器的實(shí)際測量值與預(yù)先設(shè)定的環(huán)境閾值進(jìn)行比較，以決定對(duì)溫室大棚內(nèi)的相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱、降溫和通風(fēng)等控制操作?；趩纹瑱C(jī)的自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。

　　這種控制方式對(duì)作物生長狀況的改變難以及時(shí)作出反應(yīng)，難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)律，而且不方便對(duì)控制機(jī)構(gòu)加入相應(yīng)的控制算法。

　　3.?布線麻煩

　　對(duì)溫室大棚內(nèi)的環(huán)境因子進(jìn)行多點(diǎn)參數(shù)的采集，一般需要在土壤中鋪設(shè)大量的線纜，使得對(duì)作物的耕作造成了一定的困難；在遭遇雷擊這樣的自然條件下，故障率高，容易出現(xiàn)故障隱患，當(dāng)環(huán)境內(nèi)線出現(xiàn)問題時(shí)，維修人員難以展開工作排查故障，不能滿足溫室大棚智能監(jiān)控的安全運(yùn)行。

　　三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

　　隨著智能控制的發(fā)展，溫室大棚的控制系統(tǒng)向著越來越先進(jìn)、功能越來越完備的方向發(fā)展。新的大棚智能控制系統(tǒng)采用zigbee進(jìn)行組網(wǎng)，把溫濕度等環(huán)境參數(shù)自動(dòng)采集匯總到服務(wù)器。新的控制系統(tǒng)并運(yùn)用模糊控制技術(shù)使溫室大棚環(huán)境達(dá)到最佳的生長狀態(tài)。在溫室自動(dòng)控制技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)際的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)、收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)和各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)造專家系統(tǒng)，以建立植物生長的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開發(fā)出的一種適合不同農(nóng)作物生長的溫室專家智能控制系統(tǒng)技術(shù)。它可以利用各類傳感器測量溫室大棚的溫度、濕度、光照強(qiáng)度等環(huán)境因子，并能對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行控制，以基于作物和環(huán)境信息的知識(shí)的專家決策系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)利用智能化和信息化的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)。

　　以一個(gè)溫室大棚中的智能監(jiān)控系統(tǒng)為例。每一個(gè)大棚需要采集4組數(shù)據(jù)，每一組數(shù)據(jù)包括大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照度和CO2濃度。溫度大棚的數(shù)據(jù)采集是通過大棚內(nèi)的溫度、濕度、光強(qiáng)度和CO2濃度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊有單片機(jī)分時(shí)對(duì)各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測。主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后打包送至無線網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)。其數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)如圖所示：

　　單片機(jī)將大棚內(nèi)的4種環(huán)境參數(shù)信息傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)每隔一定的時(shí)間輪流向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。主節(jié)點(diǎn)組建了基于zigbee技術(shù)的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主節(jié)點(diǎn)在星型網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)協(xié)調(diào)器的角色，協(xié)調(diào)器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理以及接受子節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)等功能；各子節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)的功能，可以將大棚內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)，空氣中光照含量，CO2濃度這些農(nóng)作物生長的環(huán)境信息采集過來，該設(shè)備節(jié)點(diǎn)安裝在溫室大棚內(nèi)。

　　主節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)之后將各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)給智能監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)對(duì)大棚內(nèi)的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，從而啟動(dòng)控制增溫降溫、加溫除濕、遮陽補(bǔ)光等調(diào)控設(shè)備，按不同環(huán)境要求調(diào)控與協(xié)調(diào)溫室大棚的環(huán)境適應(yīng)不同的作物的成長需求。

　　為了更方便清晰的掌握溫室大棚作物的環(huán)境參數(shù)情況，選用工業(yè)組態(tài)軟件作為上位機(jī)組態(tài)開發(fā)平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)流連接和設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)上位界面和無線收發(fā)模塊的實(shí)時(shí)通信，另外可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控界面在IE瀏覽器上直接查看溫室大棚作物的生長情況。

　　四、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

　　1.?安裝簡單

通過zigbee無線進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的采集，可以大大減低有線組網(wǎng)布線的麻煩，不需要在土壤中鋪設(shè)大量的線纜，不影響作物的耕作。安裝簡易，并且可以靈活移動(dòng)zigbee采集節(jié)點(diǎn)的位置。

　　2.?遠(yuǎn)程監(jiān)控

　　通過互聯(lián)網(wǎng)，在家里就可以遠(yuǎn)程檢測和控制溫室大棚的生長環(huán)境，而不用親臨現(xiàn)場進(jìn)行手動(dòng)控制。而且可以把作物的生長環(huán)境情況存儲(chǔ)于云端，可以用于農(nóng)作物的生長分析，得到農(nóng)作物的最佳生長環(huán)境。

　　3.?高度拓展性

　　如果現(xiàn)有的環(huán)境因子采集節(jié)點(diǎn)不夠，可以隨時(shí)增加，很快加入到zigbee采集網(wǎng)絡(luò)中，即裝即用，而不用布線等復(fù)雜的安裝流程。

　　4.?維護(hù)方便

當(dāng)大棚內(nèi)的硬件系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，維修人員可以快速展開工作排查故障，定位故障節(jié)點(diǎn)，快速解決問題，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：http://m.china-songshan.com/

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