基于物联网的温室大棚智能监控系统在农业中的应用_龚琴.pdf

第 30 卷第1期 2022 年 2 月 Vol 30 No 1 Feb 2021 电脑与信息技术 Computer and Information Technology 文章编号 1005 1228 2022 01 0053 04 基于物联网的温室大棚智能监控系统在农业中的应用 龚 琴 闽南科技学院 福建 泉州 362332 摘 要 我国传统农业正在向标准化 规模化 集约化 精细化转型 并已进入快速转型阶段 为了积极响应国家 提出的发展现代农业的产业政策 采用物联网技术 在各种功能无线传感器应用基础上 构建一个基于 OneNet 云平 台的温室大棚种植智能监控系统 有关专业机构的工作人员与专家均可运用远程终端登录到云平台 及时检测大棚 中农作物成长状况与场地周边环境 推断农作物的成长环境有无达到科学标准 有无越过环境数据规定的阈值后自 动发出警报 相同对比栽种的经验 通过远程控制温室大棚里的风机 滴灌喷灌 遮阳帘电机等器械点装置实现操作 有利于管理人员进行操作 关键词 OneNet 云平台 智能农业 温室大棚 物联网 中图分类号 TP393 08 TP311 13 文献标识码 A Application of Greenhouse Intelligent Monitoring System Based on Internet of Things in Agriculture GONG Qin Minnan University of science and technology Quanzhou 362332 China Abstract China s traditional agriculture is transforming to standardization scale intensification and refinement and has entered a stage of rapid transformation In order to actively respond to the national industrial policy of developing modern agriculture an intelligent monitoring system for greenhouse planting based on onenet cloud platform is constructed by using Internet of things technology and various functional wireless sensor applications The staff and experts of relevant professional institutions can log in to the cloud platform by using the remote terminal to timely detect the growth status of crops in the greenhouse and the surrounding environment of the site infer whether the growth environment of crops has reached the scientific standard and automatically send out an alarm if it has crossed the threshold specified by the environmental data Compared with the same planting experience the remote control of the fan drip irrigation sprinkler sunshade motor and other equipment points in the greenhouse can help the management personnel to operate Key words OneNet cloud platform intelligent agriculture greenhouse Internet of things 收稿日期 2021 07 13 基金项目 2019 年福建省科技类中青年项目 项目编号 JAT191042 作者简介 龚琴 1986 女 湖北监利人 讲师 硕士研究生 主要研究方向 物联网 网络安全等 福建位于亚热带气候区 水果蔬菜的种类五花八 门 而且有较强的季节性 如果使用温室大棚栽种具 备闽南特色的高附加值的农作物 不仅农民的生活水 平得到改进还提高了农民收益 而且现代化农村建设 进程会得到提速 但是 罕见的水果蔬菜等高附加值 农作物的栽种需求十分严苛的环境 栽种时要求精耕 细作 万分细心 过程中需消耗很多人力物力资源 在此环境的要求下 传统农业务必选择现代器械 实 施智能化 信息化管控 才可节约生产栽种成本 有 助于安全监管的提高与产品产量的增加举措 所以 利用物联网 可让很多功能通过无线传感器应用的根 基 建立一个基于 OneNet 云平台的温室大棚种植智 能监控系统 有重要价值 对该智能系统进行使用并 同步测试其内部各方面性能 多次反复进行操作后结 果都显示 其不仅仅反馈信号传递精准 并且接受指 令后皆可以有效控制 除此之外 还呈现出了低数值 DOI 10 19414 ki 1005 1228 2022 01 023 电脑与信息技术 2022 年 2 月 54 功耗 该系统各项指标都具备稳定性 完全符合温室 大棚当中实现智能化的把控以及相关数据的获取方面 的要求 1 数据采集层 数据采集层重点实现对温室大棚环境讯息的获 取 重点需要传感器对周边光照强度 空气的CO2 浓度 土壤中水分 温室内空气温湿度 以及承担现 场勘察 监测的无线网络摄像头等的传感器 专家库 当中包含着各项专业知识 例如生长条件诊断 相关 农作物有关知识了解和专家交流等等 专家库是通过 对各个方面有关信息进行整合 分析和筛选后产生 的 利于用户能及时搜索有关农作物的种植技术 及 时诊断农作物在不同时期的各个情况与其相应的防范 计划 及时了解农作物发生的情况 1 本文以光照敏感度传感器来讲解其具体的实现 光敏传感器采用ML 020S O 它的一般会被使用于 处于高照度的环境中 顾名思义 我们对其的原理应 该不难想象 其内部存在光敏元件 视为转变媒介 最终的电信号就是在其中有原本的光信号转变的 该 传感器主要任务就是对光照值进行收集 其的量程值 为 0 150000lux 通常情况下 我们在可见的红外波 长的周边就可以发现该传感器的敏感波长 当然 在 紫外线波长附近也是如此 遮阳板会受到直流电机的 影响开启正常工作模式 开始进行相关的遮光 下表 1 所呈现的是电机以及光敏感器相关数据 并且这两 者的设计皆涉及到 AGCP 通信协议 温室大棚环境监控系统是一套非常复杂的系统 每个环境变量间有着互相耦合的情况 对温室大棚内 的某一环境变量进行调节与控制 必然会引起其他环 境变量的变化 为更好的消除各个变量参数之间的耦 合关系 需要通过算法进行解耦计算 PID 算法控制 系统原理如下图 1 所示 图 1 PID 控制算法原理图 整合确定算法的参数是PID 控制系统得以有效 实现的重点部分 通过本次设计的多次测试发现滞后 这一状况不仅存在与温度控制当中 在湿度进行控制 时也同样的出现了这一状况 在对算法参数进行整定 方法选择时 最终确定的是工程整定法 各项整定法 最终目的都是为实现控制参数能够达到最优化 只是 不同的方法其的过程各不相同 其中工程整定法是在 工程的实际把控当中将目的进行实现的 阶跃响应函 数是在使用工程整定法是不可或缺的辅助函数 这是 由于该整定法当中存在临界比例法要利用该函数才能 够有效实现 在温室大棚监测系统内融合智能调控方 式 即可完成温室内各类环境数据的最优化控制 进 而加大农作物生产成效 农作产品质量得到改善 2 网络传输层 ZigBee 无线传感器网络技术的应用范围颇广 其 不仅在自组网中适用 在多点中继网中也匹配 而网 络层方面也是采用该技术 目前推出的应用最广泛的 是 ZigBee 协议栈 Z Stack Z Stack 协议界说了众多 功能函数 使用这些函数则用户的各类程序设计将得 到完成 依照函数完成的不同功能 我们一般分三类 网络管理及维护 组网 协调器的启动 其有着不相 同的职责 3 Z Stack 的运作步骤大致如下图 2 示 图 2 Z Stack 的主要工作流程 表 1 光照控制模块通信协议 传感器 属性 参数 说明 光敏传感器 数值 X0 恍敏数值 浮点型 0 1 精度 上报状态 Y1 OY1 CY1 Y1 的 BitO 表示上报状态 上报间隔 TO 修改主动上报的时间间隔 电机 转动状态 Y1 OY1 CY1 Y1 的 BitO 表示转动状态 Bitl 表示正转 反转 转速 VO 表示转速 第 30 卷第1期 55 龚 琴 基于物联网的温室大棚智能监控系统在农业中的应用 组成一个Zigbee无线网络需要三种逻辑设备即 协调器 路由器以及终端设备 协调器运行后将选取 网络标识符还有某个信道 此刻网络已经运行 协调 器启用允许绑定的状态 系统会在Zigbee无线网络 建立后开始运行 终端节点会将传感器采集的数据逐 级上传 协调器节点在获取到由采集节点上传输来的 多种温室数据时 他会将数据上传至主控制器 主控 制器会根据已有的数据库进行智能分析来进行对温室 的控制 如判断王壤水分含量是否充足 然后做出是 否进行灌概的控制命令 在Zigbee无线网络中 路由器处于总监部分 它承担了承上启下的中转站作用 终端节点的数值通 过路由器下发到协调器 协调器转发命令通过相应的 路由器发到对应的终端设备得到支配 路由器节点的 运行流程如下图 3 所示 当设备开启时调用路由启动 函数 NLME Start Router Request 路由节点作为中 转接点 增强了网络的复杂性和稳定性 4 图 3 路由器节点运行流程图 终端节点是整个Zigbee无线网络最底层的节点 能够对现场各类数据的信息进行采集 在一个 Zigbee 无线网络中 终端节点的数目一般很多 可以通过选 择睡眠和唤醒来控制终端的控制设备采集信息 osal start timer Ex 函数相当于是一个中介 它是在指令 成功被ZigBee传感器节点所收到后进行触动下一步 的介质 简单来说 要想对 SEND DATA EVT 事件 进行触动 那么一定要通过 osal start timer Ex 函 数 当定时时间到后该事件就会被触发 Serial App Process Event 函数调用传感器采集程序并将采集到 的环境数据发送给 ZigBee 协调器节点 终端节点的 工作流程图如下图 4 所示 图 4 终端节点工作流程图 ZigBee 的三类网络中 网状型网络是三种网络中 抗干扰性最好 最灵敏 构造最复杂的一个 数据传 输时 其可选取最佳路径 而且若传输时有个节点失 败 还可选取其他可用路径进行通信 对网络通信造 成影响基本可忽略 可完成自我修复 进而增加网络 的稳定性与可靠性 不好的是因为FFD节点分散较 多 致使其有较高的网络成本 且网络构造繁杂 但 网络型网络安全性较高 在遭到外界侵扰时 数据会 自选更可靠的路径传递数据 以此抗扰 依据解析 网络型适合使用在大范围的网络中 3 终端应用层 终端应用层位于物联网体系结构的顶层 它涵盖 了多样不同的服务需要 它重点是采用专家系统 云 计算平台等对感知层获取到的数值展开处理与解析 由此达到各类的业务需要 把整理后的信息传达到控 制设备 进而完成对获取到的物理世界的数值展开控 制 处理 科学决策与精准计算 本系统选取的为中国移动物联网公司推荐的一 个基于 IOT 的开放平台 OneNet 设备云平台其允许 通过 GPRS WiFi 太网口三类的数据通信方法 本 文远程监控系统的实现需要终端设备经过网络与 One NET云平台进行对接 平台的接入首先需要用户进 行云平台的用户注册 来创建自己的 开发者中心 5 平台可以有企业以及个人两类用户注册方法 用户注 册可按照自身的应用进行注册 本文运用的为EDP 协议实行设备接入 一类数据可解释为一个数据流 例如空气的湿度 传感器的温度 方位的经纬度等 电脑与信息技术 2022 年 2 月 56 允许用户建立自身的应用 在应用内允许实行图形界 面的设计有 触发器的设置 数据流的图形展示等 如下图 5 所示是云平台设备的接入流程 图 5 云平台设备接入流程 EDP网络协议属于云平台 并且其也是本次系 统在网络协议方面进行抉择的最优选 相关数据由传 感器进行收集后再利用 POST 进行整合打包 系统中 的控制指令由云平台传达出的 而对指令进行分析理 解方面利用到的方法是GET 主控器一般存在于主 现场 而对于受控制终端处于距离远的地方需要利用 到传通媒介 即 Wifi 网络 1 对所拟定产品进行创建 首先在One Net 要填入有关信息进行账号的申请注册 接着对所拟定 产品进行添加 2 对匹配设备进行建立 设备是加入于所拟 定已创建的产品之下 对设备的关键信息等进行设 置 3 构建连接 首要进行连接的 EDP 接着其 成为主控器与云平台联系的介质 这些操作皆是服务 于 TCP 连接 最后又是通过 EDP 协议进行各项组合 通信 TCP客户端是该文系统中首要达到的基本实现 目标 这其中的过程如下 明确要建立的对象为 socket 利用相关函数进行创建 紧接着为了能够其 可以和 TCP 服务器端进行连接 利用 connect 函数 进行实现 最后 再信息相互交换的环节采用了两 个不同的函数进行 分别是 Read 和 Write 函数 OneNET 云平台允许在任意网页上实施嵌入 可以自 己设计需想要的界面 还允许自定义程序界面的大小 尺寸 使开发加倍方便 用户不仅可以使用 WEB 登 录本人的 OneNET 程序界面实行环境的监测 还可以 使用手机APP客户端实行环境的监测 用户界面友 善 操作便利 4 结束语 文章主要研究主体是温室大棚监测系统在农业 中的应用 形成其辅助的是互联网当中的智能化 及 时搜集温室大棚的环境讯息 后控制大棚环境依据设 计的专家库 及时会诊农作物在不同生长的每个情况 与相应的防患措施 特殊情况也包括在内 例如农作 物某种呈现突发异常状态 这些都对如何对农作物的 生产数量进行提高和对其利润进行提升产生息息相关 的联系 随着物联网技术有关产品成本的减少与系统 繁琐性的简化 以软件与信息为主的智能农业生产模 式将收获愈来愈多农民的肯定 但是大规模扩张应用 依旧有许多难题仍待解决 例如系统维护 数据安全 偏远严苛环境下的供电问题等 要使我国农业物联网 技术迈向成熟唯有把难题均解决 参考文献 1 黄桑 基于物联网的温室大棚种植监控系统的研究与设计 D 济南 山东大学软件学院 2016 2 彭炫 基于神经网络的大棚环境变量解耦控制系统的研究 与开发 D 乌鲁木齐 新疆大学机械学院 2018 3 宋晓萌 草莓温室大棚智能监控系统的研发 D 泰安 山 东农业大学 2018 4 包汉斌 基于单片机的日光温室远程监控系统设计 D 沈 阳 沈阳农业大学 2017 5 崔宪伟 一种基于物联网的智能大棚监控系统的研究 D 青岛 青岛科技大学 2018