智慧农业大棚监控系统的设计与实现研究

智慧农业大棚监控系统的设计与实现研究

刘香言,任佳,许静

辽宁科技大学电子与信息工程学院  114051

摘要：农业是我国的支柱产业，在国民经济中占有十分重要的地位，随着互联网技术的不断发展，农业生产模式发生了翻天覆地的变化，智慧农业生产逐步替代了传统农业生产，农业生产呈现出了新面貌、新气象。在温室大棚种植过程中，农业工作人员都认识到了构建智慧型监控系统的重要性，因此全力推动大棚监控系统的设计与革新，该技术目前已成为智慧农业技术人员关注的重点。未来的农业大棚监控系统将不仅拥有空气环境参数传感功能，而且还拥有土壤环境传感及光照强度传感等各项功能，可以为未来的农作物耕种和发育提供更好的外部环境与生长条件。

关键词：智慧农业大棚；监控系统；设计；

引言

农业是我国的支柱产业，在国民经济中占有十分重要的地位，随着互联网技术的不断发展，农业生产模式发生了翻天覆地的变化，智慧农业生产逐步替代了传统农业生产，农业生产呈现出了新面貌、新气象。在温室大棚种植过程中，农业工作人员都认识到了构建智慧型监控系统的重要性，因此全力推动大棚监控系统的设计与革新，该技术目前已成为智慧农业技术人员关注的重点。未来的农业大棚监控系统将不仅拥有空气环境参数传感功能，而且还拥有土壤环境传感及光照强度传感等各项功能，可以为未来的农作物耕种和发育提供更好的外部环境与生长条件。

1智慧农业

智慧农业是将现代的科技手段应用到农业种植过程中，实现无人化、自动化、智能化管理的全过程，智能化的农业机械装备是其依赖的重要工具，机械外部表现为硬件，而核心则是智能软件，二者有机结合才能实现智能化。智慧农业相对于传统耕作方式是农业生产的高级阶段，将现代的信息通信技术、计算机和网络技术、物联网技术、音频视频技术及3s技术等整合在一个系统中，并通过平台充分利用以往的经验和专家智慧，借鉴、利用、吸收先进农业生产的生物技术、种植技术，实现农业生产的可视化远程管理，涵盖农业生产从种到收，加工贮藏等全过程，使得农业生产可管可控，每个步骤和环节都有大数据支撑，使农业生产过程中人力投入、资源分配、产量质量都能达到最佳。

2物联网体系结构概述

所谓物联网体系结构指的是用计算机模拟人脑来感知周围事物，通过模拟信息由神经系统传递到大脑的整个路径，来完成物联网技术的革新与研发，使得计算机能够模仿人类大脑的信息处理方式，来进行信息的快速存储和筛选。在互联网技术的使用过程中，智能化机械设备需要与外界信息进行交互，充分感知外界具体信息，由于物联网的系统结构较为复杂，因此针对不同领域的信息获取，其在功能和规模上有不同的实现方式，但不论何种方式，物联网都需要使用正确的技术架构来完成分层模型的构造，以完成信息传输，促进智慧化信息处理工作顺利开展。就目前而言，物联网体系结构已经完成了对人类日常生活的全覆盖，不仅农业生产建设可通过完全智慧化的技术来进行改革与创新，城市建设、家居建设、交通建设甚至医疗体系建设都可以通过物联网体系结构来得到进一步优化。

3智能监测监管系统

（1）土壤墒情智能监测站。土壤墒情智能监测站是一款集土壤温湿度采集、存储、传输和管理于一体的土壤墒情自动监测系统。设备可以连续测量不同土层的土壤温湿度情况。土壤传感器采用高精度传感器芯片，提高了测量的准度与精度。（2）环境数据采集器。环境数据采集及广泛应用于大田、大棚、果园、厂房、渔业等监测场景，根据生产环境提供环境动态采集监测，可同时测量大气湿度、温度、光照、雨量、风速、风向、水温、水位等多种环境要素，安装简单，数据稳定。（3）户外小型气象站。户外小型气象站适用于野外作业，能够有效防雷电干扰，通过采用全不锈钢支架防腐工艺处理，能够对。风向、空气、温度、湿度、大气压力、雨量、土壤温度、土壤失重等气象要素进行精准测量，将数据传输到平台数据库中进行统一分析处理。（4）远程智能逻辑控制器。远程智能逻辑控制系统建立在Wi-Fi技术、移动通信技术的无线通信技术基础上，将农业物联网控制系统进行连接，最终实现数据的远程传输与设备的无线控制设备能够集成各种设备，实现实时监控，具有强大可拓展性与安全性。

4智慧农业大棚监控系统的设计

4.1总体需求分析

在传统的农业生产建设过程中，存在农业生产效率不高、生产经营模式落后等问题，因此极易受到外部自然环境等因素影响。为此，技术人员需要在农业生产过程中渗透智慧信息技术，转变传统的农业生产和发展方式，全面推动农业生产建设效率的提升。智慧农业大棚监控系统的设计和运用能有效解决上述问题，种植人员在监控系统运用的过程中，能随时随地获知农作物的实际生长情况，预测农作物生产过程中可能出现的各类风险性因素，从而制定有针对性的风险预警机制，降低风险发生概率，极大地提升了农作物耕种和生长的质量。较传统种植而言，大棚种植能够人为改变外部环境和条件因素，配合监控系统的使用，使农业生产建设效率达到最佳状态。

4.2感知控制系统

感知控制系统主要是进行信息的汇总、分析、传输，而用户远程控制系统则是判断这些信息，然后进行远程的控制。感知控制系统主要包括感知器件、ZigBee协调器和控制器件，这三个部分也构成了所谓的ZigBee网络。这一部分通过感知器件对于外部环境的感知，利用不同的终端感知器节点对不同的信息进行采集、分析和传送，最终由控制器件和ZigBee协调器将各种信息传送回网关。

4.3信息数据监控流程

1）数据采集。在监控系统运用过程中，工作人员需使用放置在温室大棚内的各类传感器设备，完成一手数据信息的采集工作。监控系统需要监督和回传的数据不仅包括温室大棚内的温度、湿度及光照强度，还包括温室大棚内的具体土壤湿度、土壤酸碱度等信息，通过全面分析数据参数，从而掌握农作物的生长情况[6]。2）数据传输。在通过传感器获取了一线数据后，可在Wi-Fi网络的助力下，通过modbus现场总线协议技术，将一线数据回传到云平台。在传输过程中，大部分构建监控系统的技术人员会使用RS-485双绞线来完成数据上传，以此保证数据顺利传输到云端服务器，供工作人员进行查阅和运用。3）数据处理。在完成数据传输工作后，后台农业生产建设人员需要根据回传到云端服务器的关键信息和视频录像来完成数据信息的融合处理工作，对现场回传的信息进行相关分析，判定当前农作物在大棚中的生长效果，并最终作出是否通过监控系统完成报警和控制指令输出的决定。4）数据反馈。在数据分析工作完成后，监控系统的技术维护人员需要及时进行监控系统运行环境的监督和管理工作，一旦发现监控系统的数据传输存在异常情况，就需要及时通过下达控制指令等方式来处理各类突发性事故，确保控制系统能够正常发挥作用。

结束语

随着科学技术的不断发展，智慧农业在我国的建设程度越来越高，对于物联网技术的利用也越来越广泛。在此基础上，研究智慧农业中大棚监测控制系统中物联网技术的应用，加强农业现代化建设，对于促进我国经济发展，提高我国产业转型有重要的意义，并将有力推动农业农村现代化发展。

参考文献

[1]陈辉江，方锐.基于物联网技术的智慧农业大棚监控系统设计与功能实现研究[J].2022，2(18)：8-10.

[2]李宝生.一种基于物联网技术的智慧农业大棚远程监控系统设计[J].中国科技信息，2022(15)：95-96.

[3]李国鑫，柴西林.多节点分布式智慧农业大棚监控系统设计[J].软件，2022，43(5)：56-60.

[4]马士明.一种新型智慧农业大棚系统的设计与实现[J].物联网技术，2022，12(1)：77-80.

[5]兰晓妤，孙运强，王金.基于云平台的智慧农业大棚监控系统设计[J].2020，20(12)：84-87

基金项目:辽宁科技大学大学生创新创业计划专项经费资助项目：X202210146097

作者简介:刘香言(2001-)，女，大学本科，专业测控技术与仪器，研究方向智慧农业