第一篇：智能農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告

學(xué)生姓名 學(xué)院

學(xué) 號(hào)

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

物聯(lián)網(wǎng)工程 專

業(yè)

題

目 智能農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 指導(dǎo)教師

2016 年 月 1 日

目錄

1引言.............................................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。

1.1智能農(nóng)業(yè)大棚應(yīng)用的背景...............................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。1.2智能農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計(jì)的目的與意義...................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2監(jiān)視系統(tǒng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案...................................................................................................1 2.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介（這個(gè)抄一下老師給我們的那個(gè)參考）.....................................1 2.2兩種典型網(wǎng)絡(luò)配置結(jié)構(gòu)...................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。

2.2.1兩層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)由兩類點(diǎn)構(gòu)成：........................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.2.2三層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)由三類點(diǎn)構(gòu)成：..........................................................................3 3智能農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)的總體方案............................................................................................3 3.1智能農(nóng)業(yè)大棚的特點(diǎn).................................................................................................................3 3.2設(shè)計(jì)的總體思路.........................................................................................................................4 3.3系統(tǒng)分為三個(gè)模塊（說一說各部分的功能與工作的流程）.........................................5 3.3.1 ZigBee無線傳感節(jié)點(diǎn)...........................................................................................5 3.3.2 ZigBee數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)...........................................................................................5 3.3.3 控制系統(tǒng)...............................................................................................................6 3.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接圖.............................................................................................6 4 結(jié)論..............................................................................................................................................6 4.1 系統(tǒng)應(yīng)該完成的功能........................................................................................................6 4.2心得體會(huì)和感悟.................................................................................................................7 參考文獻(xiàn)...........................................................................................................................................7

引言

1.1智能農(nóng)業(yè)大棚應(yīng)用的背景

在我國智能農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)還處于發(fā)展階段，特別是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合的研究成果還不夠成熟。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚中，澆水、通風(fēng)，燈光等控制全憑經(jīng)驗(yàn)、靠感覺。對(duì)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照、二氧化碳的濃度、土壤的酸堿度等環(huán)境參數(shù)都需要靠人工進(jìn)行采集，這樣的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚不僅大大耗費(fèi)人工成本，而且還會(huì)因?yàn)楸O(jiān)測(cè)不到位而使農(nóng)業(yè)大棚的環(huán)境得不到保障。因此智能的農(nóng)業(yè)大棚應(yīng)運(yùn)而生。

1.2智能農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計(jì)的目的與意義

目的：

1)通過智能化的設(shè)計(jì)使得大棚的環(huán)境得到自動(dòng)監(jiān)視，便于管理員通過手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)查與管理。

2)將大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長環(huán)境與溫室環(huán)境有機(jī)結(jié)合，分析數(shù)據(jù)并確定適合溫室大棚的控制系統(tǒng)。

意義：大大的縮減了人工巡查的成本，同時(shí)更加高效的實(shí)現(xiàn)了人工智能自動(dòng)監(jiān)管，使得農(nóng)業(yè)大棚向信息化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化的方向發(fā)展。

2監(jiān)視系統(tǒng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案 2.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介

ZigBee是一組面向低速無線個(gè)人區(qū)域(LR-WPAN)的雙向無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它是基于IEEE 802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其MAC層和物理層協(xié)議使用了IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee聯(lián)盟對(duì)網(wǎng)路層協(xié)議和API（應(yīng)用層）進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其他節(jié)點(diǎn)獲得。與Wi-Fi,Bluetooth等其他無線接入技術(shù)相比，ZigBee具有的優(yōu)勢(shì)如下：

1、功耗低：工作非常省電，支持休眠狀態(tài)。由于周期很短，收發(fā)信息功耗較低，以及采用了休眠模式，ZigBee可確報(bào)兩節(jié)5號(hào)電池支持6個(gè)月至兩年左右的使用時(shí)間；

2、工作頻段靈活：使用的頻段分別為2.4GHz(250Kb/s)、915MHz(40Kb/s)、和868MHz(20Kb/s)均為無須申請(qǐng)的ISM頻段；

3、低成本：由于傳輸速率低，并且協(xié)議簡單，降低了成本，另外使用ZigBee協(xié)議可以免專利費(fèi)；

4、組網(wǎng)靈活、網(wǎng)絡(luò)容量大：ZigBee可采用星型、樹型和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可支持達(dá)65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。

5、安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用通用的AES-128，應(yīng)用層安全屬性可根據(jù)需求來配置。

6、高保密性：64位出廠編號(hào)和支持AES-128加密。ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2-3所示。

圖2-3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

1、星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：節(jié)點(diǎn)之間只有唯一的一條路徑

2、樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：當(dāng)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，信息將沿著樹的路徑向上傳遞到最近的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，然后再向下傳遞到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。

3、網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種特殊的、按多跳方式傳輸?shù)狞c(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其路由可自動(dòng)建立和維護(hù)，并且具有多種強(qiáng)大的自組織、自愈功能。網(wǎng)絡(luò)可以通過“多跳”方式通信，可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，具有很大的路由深度和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)模。

2.2兩種典型網(wǎng)絡(luò)配置結(jié)構(gòu)

2.2.1兩層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)由兩類點(diǎn)構(gòu)成：

無線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線

土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等；

無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，包括Wi-Fi無線網(wǎng)關(guān)或GPRS無線網(wǎng)關(guān)。

該結(jié)構(gòu)適用于園區(qū)已經(jīng)有Wi-Fi局域網(wǎng)覆蓋，或是可以采用GPRS直接上傳數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。在此結(jié)構(gòu)中，只需要在合適的區(qū)域部署無線網(wǎng)關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集和上傳。（本次我所使用）

2.2.2三層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)由三類點(diǎn)構(gòu)成：

無線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等；

無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；

數(shù)據(jù)路由器。

該結(jié)構(gòu)適用于園區(qū)沒有Wi-Fi局域網(wǎng)覆蓋，也不準(zhǔn)備采用GPRS直接上傳數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。在此結(jié)構(gòu)中，需要部署數(shù)據(jù)路由節(jié)點(diǎn)和無線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)路由節(jié)點(diǎn)之間以長距離無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，在區(qū)域較大，節(jié)點(diǎn)間通信距離不足時(shí)，無線網(wǎng)關(guān)還可以相互之間進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)中繼，擴(kuò)大監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。

3智能農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)的總體方案 3.1智能農(nóng)業(yè)大棚的特點(diǎn)

通過使用智能無線節(jié)點(diǎn)CC2530模塊形成的小型局域網(wǎng)（如下圖所示）。紅色為協(xié)調(diào)器模塊（小型無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)），黃色為功能模塊（子節(jié)點(diǎn)包括：溫濕度采集模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊等）。

智能農(nóng)業(yè)大棚事實(shí)的流程圖

3.3系統(tǒng)分為三個(gè)模塊

3.3.1 ZigBee無線傳感器節(jié)點(diǎn)

根據(jù)總體設(shè)計(jì)的要求，ZigBee無線傳感節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)的采集節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)將溫室大棚里的溫濕度傳感器，光照強(qiáng)度傳感器，二氧化碳傳感器等采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到ZigBee數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)，即CC2530智能無線節(jié)點(diǎn)。

3.3.2 ZigBee數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)

ZigBee數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)，即CC2530智能無線節(jié)點(diǎn)。USB串口輸出，協(xié)調(diào)器獲取底層的ZigBee無線傳感節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，并將其向上位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，所以ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)（協(xié)調(diào)器）為一個(gè)小型局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。

第二篇：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施農(nóng)業(yè)智能大棚系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施農(nóng)業(yè)智能大棚系統(tǒng)

佳多農(nóng)林ATCSP物聯(lián)網(wǎng)智能大棚利用先進(jìn)的生物模擬技術(shù)，通過先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，將復(fù)雜的系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)變成方便用戶操作的電腦頁面版本、手機(jī)頁面版本，實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)操控；無線遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)。結(jié)合當(dāng)前棚內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)信息及歷史大數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析對(duì)比運(yùn)算，智能化對(duì)棚內(nèi)滴灌、風(fēng)機(jī)、遮陽網(wǎng)、卷簾等設(shè)施實(shí)施監(jiān)控，模擬最適合棚內(nèi)植物生長的環(huán)境，達(dá)到完全或部分?jǐn)[脫對(duì)自然環(huán)境的依賴，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物高效生產(chǎn)。

大棚作物的無線遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用?？扇旌?qū)崟r(shí)、定時(shí)采集棚內(nèi)作物生長發(fā)育狀態(tài)、病蟲害活動(dòng)的高清圖片，棚內(nèi)作物的大小也 清晰可見。其單路攝像，可進(jìn)行焦距調(diào)節(jié)監(jiān)控，達(dá)到近距離可以觀測(cè)到植物葉面、莖干蚜蟲等害蟲。一般距離可以看到病蟲害的發(fā)生狀況、植物葉面等生長情況。遠(yuǎn)距離可觀察作物整體長勢(shì)狀況。通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，千百里外也可以通過手機(jī)電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控，被稱為測(cè)報(bào)人員的“聽診器”“千里眼”。

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是智能大棚種植管理中的一項(xiàng)非常重要的功能。棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2、光照度等因素，對(duì)棚內(nèi)農(nóng)作物生長起著關(guān)鍵性作用。通過環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以幫助用戶通過電腦、手機(jī)客戶端監(jiān)測(cè)整個(gè)棚內(nèi)農(nóng)作物生長情況，全天候無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，自動(dòng)上傳作物生長信息，可以及時(shí)快速的獲取棚內(nèi)環(huán)境變化。從而方便用戶及時(shí)進(jìn)行調(diào)控，保證適宜植物生長的環(huán)境。

擁有智能控制系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚則是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。智能控制系統(tǒng)；通過棚內(nèi)感知層對(duì)作物生長環(huán)境中的信息參數(shù)進(jìn)行無線傳輸上傳，智能比對(duì)參數(shù)設(shè)置值，系統(tǒng)分析對(duì)比運(yùn)算，自動(dòng)進(jìn)入模型控制卷簾、風(fēng)機(jī)、生物補(bǔ)光等環(huán)境控制設(shè)備，智能化控制設(shè)施農(nóng)業(yè)各項(xiàng)設(shè)備啟閉，調(diào)控大棚內(nèi)環(huán)境達(dá)到適宜植物生長的范圍?！叭绻麥囟鹊土?，自控系統(tǒng)將開啟空調(diào)，自動(dòng)給其加溫；如果溫度高了，自控系統(tǒng)將開啟風(fēng)機(jī)，通過通風(fēng)自動(dòng)給其降溫；不需要陽光時(shí)，自動(dòng)打開遮陽網(wǎng)。病蟲害做為影響農(nóng)作物生長的重要因素，在設(shè)施內(nèi)可以通過殺菌燈和頻振誘控技術(shù)進(jìn)行智能無害化防治。

二氧化碳含量作為直接影響作物光合作用的重要環(huán)境因子。系統(tǒng)可智能化調(diào)整，預(yù)設(shè)二氧化碳濃度、閾值范圍參數(shù)。將二氧化碳濃度，實(shí)時(shí)采集值與當(dāng)前濃度閾值進(jìn)行對(duì)比，如果小于所設(shè)二氧化碳濃度閾值，系統(tǒng)則自動(dòng)打開二氧化碳?xì)夤捱M(jìn)行精準(zhǔn)補(bǔ)給；如果大于所設(shè)二氧化碳濃度閾值，則自動(dòng)打開風(fēng)機(jī)進(jìn)行適量排放。

佳多智能大棚系統(tǒng)中墑情監(jiān)測(cè)、智能滴灌對(duì)不同作物的種類，生長階段、生長環(huán)境、氣候土壤條件實(shí)施智能化精細(xì)灌溉施肥。將微生物肥料、有機(jī)肥料與灌溉水一起均勻準(zhǔn)確地輸送到作物根部土壤。大幅度地提高了肥料的利用率，可減少50%的肥料用量，水量也只有傳統(tǒng)澆灌的30%-40%。

佳多智能大棚系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚作物生長環(huán)境的智能化干預(yù)、無害化防治、幫助用戶實(shí)現(xiàn)更高層次的精耕細(xì)作。

第三篇：智能農(nóng)業(yè)溫室大棚管理系統(tǒng)項(xiàng)目計(jì)劃書

智能農(nóng)業(yè)溫室大棚管理系統(tǒng)項(xiàng)目計(jì)劃書

一、項(xiàng)目背景

近年來，農(nóng)業(yè)溫室基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展迅速，但是在自動(dòng)監(jiān)控方面仍存在著諸多問題。溫室監(jiān)控區(qū)域較大，需要大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器采集諸如溫度、空氣濕度、光照度、土壤濕度、EC值、pH值等信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控。傳統(tǒng)溫室監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)多采用有線連接，布線復(fù)雜，往往造成溫室內(nèi)線纜縱橫交錯(cuò)、使用不便、安裝維護(hù)困難、可靠性差等問題。

無線傳感器技術(shù)被認(rèn)為是滿足溫室應(yīng)用需求且代替有線連接的最好方式?；萜笪锫?lián)科技結(jié)合最新的ZIGBEE無線技術(shù)，將傳感器整合到無線傳送網(wǎng)絡(luò)中：通過在農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)布置溫度、濕度、光照、等傳感器，對(duì)棚內(nèi)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，從而對(duì)棚內(nèi)的溫濕度，光照等進(jìn)行自動(dòng)化控制。通過更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)監(jiān)控的方式，來對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行管理，更好的感知到農(nóng)作物的環(huán)境，達(dá)到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平。

二、現(xiàn)存問題

? 首先是成本較高。一般來講，一套智能化的控制系統(tǒng)成本主要包括硬件成本、運(yùn)行成本和維護(hù)成本。硬件成本包括各儀器儀表、通信線纜等。整個(gè)系統(tǒng)也不能自由組合或者裁剪應(yīng)用于不同的對(duì)象，使得難以得到推廣和普及。同時(shí)，由于系統(tǒng)復(fù)雜、布線繁多、故障率高而且使得故障后的維修成本極大。另外，系統(tǒng)龐大造成的運(yùn)行成本也不是一筆小費(fèi)用。? 其次是布線復(fù)雜。溫室中有大量分散的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這些設(shè)備可能隨著作物的改變而進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)錯(cuò)綜復(fù)雜的線纜也需要重新鋪設(shè)，工作量較大。為了科學(xué)、合理地實(shí)現(xiàn)大面積溫室環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)與控制，電子檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)置不僅數(shù)量大而且分布廣，連接著各個(gè)裝置與機(jī)構(gòu)的線纜，也因此縱橫交錯(cuò)。當(dāng)溫室內(nèi)生產(chǎn)的果蔬作物更替時(shí)，相應(yīng)的電子檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置常常需要調(diào)整，連接著各個(gè)裝置與機(jī)構(gòu)的線纜有時(shí)也需要重新布置。這不僅增大了溫室的額外投資成本和安裝與維護(hù)的難度，有時(shí)也影響了作物的良好生長。

? 第三，故障解決難。當(dāng)數(shù)據(jù)無法正常接收時(shí)，檢查人員不知道是線路問題還是節(jié)點(diǎn)故障。另外，目前的控制系統(tǒng)多采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式模式，當(dāng)總線出現(xiàn)故障時(shí)，雖然各控制節(jié)點(diǎn)尚能正常工作，但是上位機(jī)卻無法正常管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，專家控制策略無法實(shí)施。

三、項(xiàng)目意義

(1)實(shí)現(xiàn)廣范圍的測(cè)量，需求傳感器節(jié)點(diǎn)多

當(dāng)前溫室生產(chǎn)的首要特點(diǎn)就是監(jiān)控區(qū)域很大，普通單個(gè)連棟溫室都有幾千平方米，而一個(gè)園區(qū)溫室群的面積可能會(huì)在幾百畝以上，因此需要大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，在每個(gè)溫室中采集諸如空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度、營養(yǎng)液EC值、pH值以及室外天氣參數(shù)等信息，除此以外，目前對(duì)作物生理參數(shù)的檢測(cè)也逐漸受到人們的重視，因此將會(huì)有更多的傳感器節(jié)點(diǎn)被用于溫室生產(chǎn)。另外，用于驅(qū)動(dòng)溫室中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制節(jié)點(diǎn)的數(shù)量也不能忽略。由此可見，溫室對(duì)其監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的首要需求就是網(wǎng)絡(luò)容量大。(2)檢測(cè)點(diǎn)位置靈活變動(dòng) 溫室中大量分散的傳感器，但隨著作物的生長而需要不斷調(diào)整位置；或者當(dāng)溫室內(nèi)生產(chǎn)的作物更替時(shí)，相應(yīng)的電子檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置也常常需要調(diào)整；另外，溫室的利用結(jié)構(gòu)也會(huì)經(jīng)常根據(jù)用戶需要而不斷改變，這就要求系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)能根據(jù)需要隨意變換位置而不影響系統(tǒng)工作。(3)節(jié)點(diǎn)數(shù)目可隨意增減

作物生長階段不同，環(huán)境因子對(duì)作物的影響可能也不同，生長初期可能對(duì)溫度比較敏感，而后期可能對(duì)光照比較敏感，這就要求系統(tǒng)可以隨意改變節(jié)點(diǎn)的類型和數(shù)量。除此以外，隨著作物的生長，用戶可能還需要對(duì)植物的生理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)而需要不斷增加傳感器節(jié)點(diǎn)。在某些科研溫室中，也經(jīng)常需要改變傳感器節(jié)點(diǎn)的類型和數(shù)量，以達(dá)到精確監(jiān)測(cè)與控制。上述這些情況都需要所用的監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)能隨意增減。(4)系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失不可估量。如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題而未能被及時(shí)發(fā)覺和修復(fù)，那么可能對(duì)作物造成致命的傷害，尤其在一些惡劣的天氣例如高溫和寒冷氣候條件下，這將直接影響產(chǎn)量和收益。另外，溫室內(nèi)濕度高、光照強(qiáng)、具有一定的酸性，都會(huì)導(dǎo)致線纜的腐蝕、老化，從而降低系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性，這對(duì)于檢查系統(tǒng)故障造成困難。例如，當(dāng)數(shù)據(jù)無法正常接收時(shí)，檢查人員不知道是線路問題還是節(jié)點(diǎn)故障，這對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決故障帶來不便。因此，溫室測(cè)控系統(tǒng)必須要可靠。

四、項(xiàng)目介紹

4.1 ZIGBEE技術(shù)介紹

ZIGBEE技術(shù)是IEEE(美國電子和電氣工程師協(xié)會(huì))研發(fā)的新一代無線通訊技術(shù)?？蓱?yīng)用在固定、便攜或移動(dòng)設(shè)備上的，低成本、低功耗的低速率無線連接技術(shù)；2001年8月，美國HONEYWELL等公司發(fā)起成立了ZigBee聯(lián)盟，他們提出的ZigBee技術(shù)被確認(rèn)為IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)；現(xiàn)聯(lián)盟內(nèi)有眾多的成員企業(yè)。

ZIGBEE技術(shù)現(xiàn)已被非常的應(yīng)用，諸多的芯片廠家，如TI,三星，飛利浦等等，都生產(chǎn)出了與該協(xié)議技術(shù)兼容的芯片，并被大量的應(yīng)用。

ZIGBEE屬于微波段2.4GHZ頻率，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離（0~1000米）傳送給路由器；一般有3部分組成：ZIGBEE傳感器標(biāo)簽、ZIGBEE路由器、ZIGBEE協(xié)調(diào)器組成，需外接2.4~3.7V的電源，當(dāng)標(biāo)簽檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)后，通過電磁波的傳導(dǎo)，遠(yuǎn)距離的無線傳輸給路由器，路由器在已同樣的原理傳輸給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器一方面可以將數(shù)據(jù)通過串口傳送給電腦，以供系統(tǒng)分析控制，一方面可以通過內(nèi)置的單片系統(tǒng)處理、分析、控制所接受的數(shù)據(jù)。整個(gè)傳輸過程均通過無線傳輸，傳送速率在250K/s,且在傳送過程中對(duì)數(shù)據(jù)的加密保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了快速、安全的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。

ZIGBEE在無線傳輸?shù)倪^程中，可以自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)、多跳、就進(jìn)識(shí)別的功能，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的單個(gè)路由出現(xiàn)問題時(shí)，其他路由會(huì)自動(dòng)的尋找其他的線路，不會(huì)耽誤系統(tǒng)的運(yùn)行； 4.2系統(tǒng)簡介

溫室大棚對(duì)環(huán)境的要求非常高，溫度、濕度、光照、CO2、等一系列的參數(shù)均對(duì)其影響重大。優(yōu)秀的溫室大棚管理，即對(duì)于以上環(huán)境變量的嚴(yán)格管理。

在本系統(tǒng)中，我們采用不同的傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的監(jiān)控，像無線溫度傳感器、無線濕度傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等。以無線溫度傳感器為例，該傳感器采用3大模塊組成：

1、溫度傳感器模塊；

2、單片機(jī)系統(tǒng)模塊；

3、無線發(fā)送模塊。溫度傳感器模塊檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)交由單片機(jī)處理，單片機(jī)通過模擬轉(zhuǎn)數(shù)字-數(shù)字轉(zhuǎn)模擬的處理，最終驅(qū)動(dòng)無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)出。此無線溫度傳感器的傳輸距離可達(dá)120米。

無線溫度傳感器將數(shù)據(jù)向外發(fā)送，安裝在室內(nèi)的或室外的路由器接受該數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)整理后，發(fā)送給ZIGBEE協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器會(huì)將數(shù)據(jù)整理并通過串口上傳電腦，電腦即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，與溫度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如若超出標(biāo)準(zhǔn)值，電腦則控制溫室內(nèi)外的：天窗、側(cè)窗、內(nèi)遮陽保溫幕、外遮陽幕、風(fēng)機(jī)、等開啟。同時(shí)，溫室內(nèi)的傳感器時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后，電腦即關(guān)閉控制。

4.3系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件按照控制的流程分3大部分：數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、控制部分。

4.3.1數(shù)據(jù)采集部分

? 溫度傳感器：該傳感器采用3大模塊組成：

1、溫度傳感器模塊，采用美國進(jìn)口的DS18B20模擬頭，精度等級(jí)在± 0.5℃；

2、單片機(jī)系統(tǒng)模塊；

3、無線發(fā)送模塊。

4、長待機(jī)電池。溫度傳感器模塊檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)交由單片機(jī)處理，單片機(jī)通過模擬轉(zhuǎn)數(shù)字-數(shù)字轉(zhuǎn)模擬的處理，最終驅(qū)動(dòng)無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)出。每只傳感器都帶有一個(gè)ID號(hào)，而此ID號(hào)是有24位的字母、數(shù)字組成，可以實(shí)現(xiàn)無限的序號(hào)組合，即可實(shí)現(xiàn)全球唯一ID號(hào)；每只標(biāo)簽的ID號(hào)與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？，如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。此無線溫度傳感器的傳輸距離可達(dá)120米。

? 濕度傳感器：該傳感器采用3大模塊組成：

1、濕度傳感器模塊，采用美國進(jìn)口的SHT11模擬頭，精度等級(jí)在± 3%RH；

2、單片機(jī)系統(tǒng)模塊；

3、無線發(fā)送模塊。

4、長待機(jī)電池。濕度傳感器模塊檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的濕度數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)交由單片機(jī)處理，單片機(jī)通過模擬轉(zhuǎn)數(shù)字-數(shù)字轉(zhuǎn)模擬的處理，最終驅(qū)動(dòng)無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)出。每只傳感器都帶有一個(gè)ID號(hào)，而此ID號(hào)是有24位的字母、數(shù)字組成，可以實(shí)現(xiàn)無限的序號(hào)組合，即可實(shí)現(xiàn)全球唯一ID號(hào)；每只標(biāo)簽的ID號(hào)與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？，如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。此無線濕度傳感器的傳輸距離可達(dá)120米。

? 光照度傳感器：該傳感器采用3大模塊組成：

1、溫度傳感器，采用美國德州儀器的傳感器，可測(cè)量0~20萬lus；

2、單片機(jī)系統(tǒng)模塊；

3、無線發(fā)送模塊。

4、長待機(jī)電池。光照度傳感器模塊檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)交由單片機(jī)處理，單片機(jī)直接將接受到的傳感器數(shù)字信號(hào)處理，并驅(qū)動(dòng)無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)出。每只傳感器都帶有一個(gè)ID號(hào)，而此ID號(hào)是有24位的字母、數(shù)字組成，可以實(shí)現(xiàn)無限的序號(hào)組合，即可實(shí)現(xiàn)全球唯一ID號(hào)；每只標(biāo)簽的ID號(hào)與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？，如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。此無線光照度傳感器的傳輸距離可達(dá)120米。

? CO2傳感器：該傳感器采用美國（Telaire）公司產(chǎn)品，該傳感器采用紅外光譜形式，0-2000PPM 的量程能滿足植物研究的所有需求。傳感器對(duì)科研型溫室高溫、高濕不敏感。此傳感器采用有線傳輸。該只傳感器與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？，如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。

? 雨量傳感器：本儀器反斗部件翻轉(zhuǎn)靈敏，性能穩(wěn)定，工作可靠。承雨口采用不銹鋼皮整體沖拉而成，光潔度高，滯水產(chǎn)生的誤差小。儀器外殼用不銹鋼制成，防銹能力強(qiáng)，外觀質(zhì)量佳。此傳感器采用有線傳輸。該只傳感器與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？，如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。

? 降雨感知傳感器：探頭為美國德州儀器 TI 公司產(chǎn)品，主要用于探測(cè)是否有降雨，該產(chǎn)品具有判斷降雨和結(jié)露的不同情況，具有工作可靠，價(jià)格便宜等特點(diǎn)。此傳感器采用有線傳輸。該只傳感器與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？，如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。?

風(fēng)速風(fēng)向傳感器：風(fēng)速風(fēng)向傳感器”選用美國Davis（戴維斯）公司產(chǎn)品（Davis6410）?！帮L(fēng)速風(fēng)向傳感器”內(nèi)部裝有精密旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件，這些機(jī)械部件的穩(wěn)定性非常好，能在惡劣環(huán)境下保持傳感器的測(cè)量精度。，外殼高強(qiáng)度特殊工程塑料具有極好的抗紫外老化作用。此傳感器采用有線傳輸。該只傳感器與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？，如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。

? 土壤濕度傳感器：采用水利部認(rèn)證傳感器，該傳感器采用先進(jìn)的“時(shí)域反射原理”，桿式設(shè)計(jì)，感應(yīng)部分 48cm，適用于測(cè)量任何類型土壤的體積含水量，測(cè)量精確，性能穩(wěn)定可靠，此傳感器采用有線傳輸。該只傳感器與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？，如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。

? 水暖水溫傳感器與土壤溫度傳感器：采用美國DALAIS 公司溫度傳感器，外套“密封不銹鋼鎧甲”。特性：一致性好，精度高，密封性好，此傳感器采用有線傳輸。該只傳感器與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？，如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。

? 液面濕度傳感器: 主要測(cè)量植物表面的葉面蒸發(fā)程度及植物表面的濕度情況，適用于高檔花卉。例：一品紅，該系列傳感器適用于農(nóng)業(yè)、園林、氣象、環(huán)保等領(lǐng)域?qū)囟群蜐穸鹊臏y(cè)量，經(jīng)過絕緣封裝等加工工藝，可在高溫高濕等惡劣環(huán)境中長期穩(wěn)定地工作。此傳感器采用有線傳輸。該只傳感器與其所在的位置是相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)可以在系統(tǒng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，位置綁定在該ID號(hào)的信息中。即當(dāng)系統(tǒng)讀取到序號(hào)為“1234567”的ID號(hào)時(shí)，系統(tǒng)即會(huì)知道該標(biāo)簽是處于：第幾號(hào)溫室？那個(gè)位置段？，如該標(biāo)簽測(cè)量的數(shù)據(jù)較高時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)知道具體的位置。

以上的諸多品種傳感器，可直接安放在溫室內(nèi)，或溫室外。其中最為常用的傳感器為溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器，在本系統(tǒng)中針對(duì)此3種傳感器，我們采用無線的傳輸方式，用無線模塊將數(shù)據(jù)送至無線路由器。其他種類傳感器因考慮用量較少，用無線傳輸方式成本較高，暫時(shí)用有線傳輸數(shù)據(jù)。

4.3.2數(shù)據(jù)傳輸部分

? 無線路由器：識(shí)讀標(biāo)簽；微波2.4~2.5GHz微波頻段；吊掛式或固定支架安裝，防塵防水，與標(biāo)簽的讀寫距離0~300米。

無線路由器的信號(hào)覆蓋到無線傳感器的接收范圍內(nèi)時(shí)，路由器即能采集到標(biāo)簽過來的數(shù)據(jù)信息；

因現(xiàn)場(chǎng)需要檢測(cè)不同位置的環(huán)境，會(huì)安裝較多的傳感器，路由器接收的數(shù)據(jù)具備冗長性，通過數(shù)據(jù)融合，將多個(gè)無線傳感器數(shù)據(jù)整理成更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，無線發(fā)送給協(xié)調(diào)器；

路由器除接收并發(fā)送無線傳感器的數(shù)據(jù)外，還可以作為其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由進(jìn)行與協(xié)調(diào)器的通訊。

? 無線協(xié)調(diào)器：識(shí)讀中繼器，接收中繼傳送過來的信息，并將數(shù)據(jù)用串口上傳工控機(jī)；識(shí)別距離0~300米可調(diào)；微波2.4~2.5GHz頻段；吊掛式或固定支架安裝，工業(yè)RS485串口，防塵防水。

協(xié)調(diào)器是最終連接電腦的設(shè)備，它前端采集路由數(shù)據(jù)，后端向電腦傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)較大，較多時(shí)，亦不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的擁堵。

4.3.3控制部分

? 工控機(jī)：采用工業(yè)PC機(jī)，較強(qiáng)的功能與性能，具備工業(yè)級(jí)別的串口通訊、I/O口輸入輸出。

內(nèi)置強(qiáng)大的軟件控制功能：穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集、基于實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)分析、專家數(shù)據(jù)庫、精準(zhǔn)的控制邏輯。

? PLC控制：采用西門子公司的S7系列PLC；多路穩(wěn)定的I/O控制、工業(yè)級(jí)別的串口通訊、精準(zhǔn)的控制時(shí)序、? 驅(qū)動(dòng)控制：電機(jī)、氣缸、電磁閥

? 現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行單元：內(nèi)遮陽，外遮陽，頂開窗，側(cè)開窗，濕簾外開窗，濕簾水泵，濕簾風(fēng)機(jī)，2組風(fēng)機(jī)，內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)，補(bǔ)光燈，噴霧，微噴等設(shè)備。（甲方單獨(dú)配置）

4.4系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)軟件著重分析了溫室中的：空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、光照度，4大參數(shù)，這是溫室環(huán)境控制中最重要的4個(gè)參數(shù)。

4.4.1空氣溫度控制

4.4.1.1現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

在溫室內(nèi)安放多個(gè)無線傳感器，因傳感器無線發(fā)送數(shù)據(jù)，所以不用擔(dān)心布線的繁雜，可以將傳感器安放在溫室內(nèi)的任何一個(gè)地方，并且可以隨意的調(diào)整位置。傳感器還內(nèi)存有ID號(hào)，每個(gè)傳感器的ID是全球唯一，是代表該傳感器的身份。傳感器安放好后，傳感器的ID號(hào)、采集的數(shù)據(jù)、所在位置等信息會(huì)一并的傳給路由。

溫度管理一般把一天分為午前、午后、前半夜和后半夜4個(gè)時(shí)段來進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。午前以促進(jìn)光合作用、增加同化量為主；午后光合作用呈下降趨勢(shì)；日落后以促進(jìn)體內(nèi)同化物的運(yùn)轉(zhuǎn)；夜溫以抑制呼吸、減少消耗、增加積累； 傳感器內(nèi)置單片控制系統(tǒng)，因此可以設(shè)置傳感器檢測(cè)和外發(fā)數(shù)據(jù)的周期，就可以設(shè)置傳感器外發(fā)數(shù)據(jù)的周期為1次/小時(shí)、1次/分鐘、或1次/30秒等，一來可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求而定，二來可以為傳感器節(jié)省電能，使用的時(shí)間更長久。

4.4.1.2數(shù)據(jù)傳輸

傳感器將采集到的數(shù)據(jù)無線發(fā)送給室內(nèi)的路由器，路由器接收并轉(zhuǎn)化傳感器的數(shù)據(jù)，標(biāo)簽是利用電磁波形式傳遞數(shù)據(jù)，路由接收后，解調(diào)該數(shù)據(jù)。在同一時(shí)間會(huì)有多個(gè)標(biāo)簽向路由發(fā)送數(shù)據(jù)，路由會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，整理成較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)發(fā)出。如：

路由器除接收并發(fā)送無線傳感器的數(shù)據(jù)外，還可以作為其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由進(jìn)行與協(xié)調(diào)器的通訊。如圖：

協(xié)調(diào)器是最終連接電腦的設(shè)備，它前端采集路由數(shù)據(jù)，后端向電腦傳送數(shù)據(jù)。工業(yè)RS485串口連接電腦，防塵防水。4.4.1.3控制時(shí)序

A、溫度高于標(biāo)準(zhǔn)值：每種植物都有不同的溫度生長曲線，植物在不同的時(shí)間段都會(huì)有不同的適宜生長溫度，如在每一天中，植物對(duì)于溫度的需求就有4種，這是因?yàn)槠涮幱诓煌臅r(shí)段，會(huì)有不同的轉(zhuǎn)化機(jī)能。當(dāng)溫室內(nèi)的空氣溫度高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比較在某時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際值的差異，進(jìn)而來控制不同設(shè)備進(jìn)行降溫。

? 如：ID號(hào)為“123456789”的傳感器，檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)為35.4℃時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)由無線路由，無線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。

? 系統(tǒng)為保證該溫度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0~90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。

? 系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值27℃，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度高8.4℃，即會(huì)控制降溫設(shè)備開啟。

? 控制降溫設(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)（0~99秒可調(diào)）判斷當(dāng)前溫度值不能降低到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟降溫設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度與目標(biāo)溫度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。

? 天窗：分段開啟頂開窗系統(tǒng);通過室外自然溫室調(diào)整溫室內(nèi)的溫度，依此原理，直至頂開窗系統(tǒng)為 100%。

? 側(cè)窗：再分段開啟側(cè)窗通風(fēng)系統(tǒng)；依此原理，直至側(cè)開窗系統(tǒng)為 100%。

? 強(qiáng)制降溫過程：自然通風(fēng)不能降低溫室內(nèi)的溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉自然通風(fēng)相關(guān)設(shè)備，采用強(qiáng)制通風(fēng)的方式來控制室內(nèi)溫度。延時(shí)后，關(guān)閉天窗，其次關(guān)閉側(cè)窗。? 濕簾外翻窗：開啟濕簾外翻窗。? 一組風(fēng)機(jī)：開啟第一組風(fēng)機(jī)。? ? 濕簾水泵：開啟濕簾水泵。? 二組風(fēng)機(jī)：開啟第二組風(fēng)機(jī)。

? 循環(huán)風(fēng)機(jī)：在一定的時(shí)間內(nèi)判斷當(dāng)溫室內(nèi)的溫室不均勻時(shí)，開啟循環(huán)風(fēng)機(jī)。? 噴林或噴霧：開啟屋頂噴淋系統(tǒng)。

? 報(bào)警：判斷溫度降不到目標(biāo)值,則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟溫度過高報(bào)警，提示用戶需增加降溫設(shè)備。系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉降溫設(shè)備。

B、溫度低于標(biāo)準(zhǔn)值：

? 如：ID號(hào)為“123456789”的傳感器，檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)為20℃時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)由無線路由，無線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。

? 系統(tǒng)為保證該溫度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0~90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。

? 系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值27℃，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度低7℃，即會(huì)控制升溫設(shè)備開啟。

? 控制升溫設(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)（0~99秒可調(diào)）判斷當(dāng)前溫度值不能升溫到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟升溫設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度與目標(biāo)溫度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。

? 內(nèi)遮陽保溫幕：拉下內(nèi)遮陽保溫幕，不使室內(nèi)溫度外泄。? 外遮陽幕：若外界光照較強(qiáng)，可打開外遮陽幕，通過光照升溫。? 熱風(fēng)爐、水暖空調(diào)、暖氣：打開加熱裝置，是室內(nèi)溫度升溫。

? 報(bào)警：判斷溫度降不到目標(biāo)值,則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟溫度過高報(bào)警，提示用戶需增加降溫設(shè)備。

系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉升溫設(shè)備。

4.4.2空氣濕度控制

4.4.2.1現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

在溫室內(nèi)安放多個(gè)無線傳感器，因傳感器無線發(fā)送數(shù)據(jù)，所以不用擔(dān)心布線的繁雜，可以將傳感器安放在溫室內(nèi)的任何一個(gè)地方，并且可以隨意的調(diào)整位置。傳感器還內(nèi)存有ID號(hào)，每個(gè)傳感器的ID是全球唯一，是代表該傳感器的身份。傳感器安放好后，傳感器的ID號(hào)、采集的數(shù)據(jù)、所在位置等信息會(huì)一并的傳給路由。

濕度傳感器內(nèi)置單片控制系統(tǒng)，因此可以設(shè)置傳感器檢測(cè)和外發(fā)數(shù)據(jù)的周期，就可以設(shè)置傳感器外發(fā)數(shù)據(jù)的周期為1次/小時(shí)、1次/分鐘、或1次/30秒等，一來可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求而定，二來可以為傳感器節(jié)省電能，使用的時(shí)間更長久。

4.4.2.2數(shù)據(jù)傳輸

傳感器將采集到的數(shù)據(jù)無線發(fā)送給室內(nèi)的路由器，路由器接收并轉(zhuǎn)化傳感器的數(shù)據(jù)，標(biāo)簽是利用電磁波形式傳遞數(shù)據(jù)，路由接收后，解調(diào)該數(shù)據(jù)。

在同一時(shí)間會(huì)有多個(gè)標(biāo)簽向路由發(fā)送數(shù)據(jù)，路由會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，整理成較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)發(fā)出。如：

路由器除接收并發(fā)送無線傳感器的數(shù)據(jù)外，還可以作為其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由進(jìn)行與協(xié)調(diào)器的通訊。如圖：

協(xié)調(diào)器是最終連接電腦的設(shè)備，它前端采集路由數(shù)據(jù)，后端向電腦傳送數(shù)據(jù)。工業(yè)RS485串口連接電腦，防塵防水。

4.4.2.3控制時(shí)序

A、濕度高于標(biāo)準(zhǔn)值：

? 如：ID號(hào)為“123456789”的傳感器，檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的濕度數(shù)據(jù)為80%RH時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)由無線路由，無線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。

? 系統(tǒng)為保證該濕度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0~90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。

? 系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值65%RH，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度高15%RH，即會(huì)控制除濕設(shè)備開啟。

? 控制除濕設(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)（0~99秒可調(diào)）判斷當(dāng)前濕度值不能降低到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟除濕設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)濕度與目標(biāo)濕度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。

? 側(cè)窗：分段開啟側(cè)窗通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)行除濕，依此原理，直至側(cè)開窗系統(tǒng)為 100%。? 除濕機(jī)控制：開啟除濕機(jī)進(jìn)行除濕。

? 報(bào)警：判斷溫度降不到目標(biāo)值,則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟濕度過高報(bào)警，提示用戶需增加除濕設(shè)備。

系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)濕度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)濕度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉除濕設(shè)備。B、濕度低于標(biāo)準(zhǔn)值：

? 如：ID號(hào)為“123456789”的傳感器，檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的濕度數(shù)據(jù)為40%RH時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)由無線路由，無線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。

? 系統(tǒng)為保證該濕度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0~90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。

? 系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值65%RH，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度低15%RH，即會(huì)控制加濕設(shè)備開啟。

? 控制加濕設(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)（0~99秒可調(diào)）判斷當(dāng)前濕度值不能升到到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟加濕設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)濕度與目標(biāo)濕度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。

? 加濕機(jī)控制：開啟加濕機(jī)進(jìn)行加濕。需設(shè)置相應(yīng)的目標(biāo)值，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。判斷時(shí)間保證了不是判斷瞬間濕度值的超標(biāo)，而是判斷濕度度整體趨勢(shì)的變化；在一定的時(shí)間內(nèi)濕度值都超標(biāo)，才啟動(dòng)控制條件。穩(wěn)定判斷時(shí)間保證溫室設(shè)備啟動(dòng)后，不判斷瞬間達(dá)到目標(biāo)值，而是穩(wěn)定一段時(shí)間后才判斷。避免了控制條件很快反復(fù)上升；也避免設(shè)備電機(jī)頻繁啟動(dòng)，從而更好的保護(hù)電機(jī).? 報(bào)警：判斷溫度降不到目標(biāo)值,則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟濕度過高報(bào)警，提示用戶需增加除濕設(shè)備。

系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)濕度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)濕度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉加濕設(shè)備。

4.4.3土壤溫度控制

4.4.3.1現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集 在溫室內(nèi)安放多個(gè)有線傳感器，傳感器時(shí)時(shí)的通過線纜向電腦發(fā)送數(shù)據(jù)。

4.4.3.2控制時(shí)序

土壤溫度低于標(biāo)準(zhǔn)值：

? 該傳感器是數(shù)字傳感器，內(nèi)存有0~99的ID號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)變送出數(shù)字信號(hào)傳送給電腦?，F(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)為15℃時(shí)，系統(tǒng)為保證該濕度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0~90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。

? 系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值25℃，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度低10℃，即會(huì)控制升溫設(shè)備開啟。

? 控制升溫設(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)（0~99秒可調(diào)）判斷當(dāng)前濕度值不能提高到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟升溫設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度與目標(biāo)溫度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。

? 內(nèi)遮陽保溫幕：拉下內(nèi)遮陽保溫幕，不使室內(nèi)溫度外泄。? 外遮陽幕：若外界光照較強(qiáng)，可打開外遮陽幕，通過光照升溫。? 熱風(fēng)爐、水暖空調(diào)、暖氣：打開加熱裝置，是室內(nèi)溫度升溫。

? 報(bào)警：判斷溫度升不到目標(biāo)值,則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟溫度過低報(bào)警，提示用戶需增加升溫設(shè)備。

系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉升溫設(shè)備。

4.4.4光照度控制

4.4.4.1現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

在溫室內(nèi)安放多個(gè)無線光照傳感器，因傳感器無線發(fā)送數(shù)據(jù)，所以不用擔(dān)心布線的繁雜，可以將傳感器安放在溫室內(nèi)的任何一個(gè)地方，并且可以隨意的調(diào)整位置。傳感器還內(nèi)存有ID號(hào)，每個(gè)傳感器的ID是全球唯一，是代表該傳感器的身份。傳感器安放好后，傳感器的ID號(hào)、采集的數(shù)據(jù)、所在位置等信息會(huì)一并的傳給路由。

傳感器內(nèi)置單片控制系統(tǒng)，因此可以設(shè)置傳感器檢測(cè)和外發(fā)數(shù)據(jù)的周期，就可以設(shè)置傳感器外發(fā)數(shù)據(jù)的周期為1次/小時(shí)、1次/分鐘、或1次/30秒等，一來可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求而定，二來可以為傳感器節(jié)省電能，使用的時(shí)間更長久。

4.4.4.2數(shù)據(jù)傳輸

傳感器將采集到的數(shù)據(jù)無線發(fā)送給室內(nèi)的路由器，路由器接收并轉(zhuǎn)化傳感器的數(shù)據(jù)，傳感器是利用電磁波形式傳遞數(shù)據(jù)，路由接收后，解調(diào)該數(shù)據(jù)。

在同一時(shí)間會(huì)有多個(gè)標(biāo)簽向路由發(fā)送數(shù)據(jù)，路由會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，整理成較精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)發(fā)出。如：

路由器除接收并發(fā)送無線傳感器的數(shù)據(jù)外，還可以作為其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由進(jìn)行與協(xié)調(diào)器的通訊。如圖：

協(xié)調(diào)器是最終連接電腦的設(shè)備，它前端采集路由數(shù)據(jù)，后端向電腦傳送數(shù)據(jù)。工業(yè)RS485串口連接電腦，防塵防水。4.4.4.3控制時(shí)序

光照度低于標(biāo)準(zhǔn)值：每種植物都有不同的溫度生長曲線，植物在不同的時(shí)間段都會(huì)有不同的適宜生長光照度，如在每一天中，植物對(duì)于光照度的需求就有多種，這是因?yàn)槠涮幱诓煌臅r(shí)段，會(huì)有不同的轉(zhuǎn)化機(jī)能。當(dāng)溫室內(nèi)的光照度高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比較在某時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際值的差異，進(jìn)而來控制不同設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。

? 如：ID號(hào)為“123456789”的傳感器，檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)的光照度數(shù)據(jù)為50lux時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)由無線路由，無線協(xié)調(diào)器，最終將數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)。

? 系統(tǒng)為保證該光照度值不是瞬間的值，會(huì)在第一次接收到該ID號(hào)的數(shù)據(jù)后延時(shí)0~90秒，再取值比較，借以準(zhǔn)確的判斷該值是一個(gè)趨勢(shì)值。

? 系統(tǒng)會(huì)調(diào)出在該段時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)值300lux，并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷比現(xiàn)場(chǎng)的溫度低250lux，即會(huì)控制設(shè)備開啟調(diào)控。

? 控制光照設(shè)備的開啟順序：系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)（0~99秒可調(diào)）判斷當(dāng)前光照值不能升到目標(biāo)值時(shí)，會(huì)順序開啟補(bǔ)光設(shè)備；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)光照度與目標(biāo)光照度相差較大時(shí)，系統(tǒng)控制跳躍開啟其中的某項(xiàng)設(shè)備。

? 外遮陽幕打開：徐緩的打開外遮陽棚，使室外的陽光能照射進(jìn)來 ? 內(nèi)遮陽幕打開：打開外遮陽棚，使室外的陽光能照射進(jìn)來 ? 補(bǔ)光燈：打開補(bǔ)光燈，進(jìn)行補(bǔ)光。

? 報(bào)警：判斷光照度降不到目標(biāo)值,則計(jì)算機(jī)會(huì)開啟光照度過高報(bào)警，提示用戶需增加光照度設(shè)備。

系統(tǒng)會(huì)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)光照度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)光照度趨于目標(biāo)溫度時(shí)，系統(tǒng)即關(guān)閉光照設(shè)備。

4.4.5風(fēng)速對(duì)外拉幕的保護(hù)

當(dāng)室外風(fēng)速超過保護(hù)值時(shí)，則系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)外拉幕的風(fēng)速保護(hù)功能。條件級(jí)別保證外拉幕在非正常情況下（例：大風(fēng)），優(yōu)先自動(dòng)收攏外拉幕，避免外拉幕遭到毀滅性破壞。判斷時(shí)間保證了不是判斷瞬間風(fēng)的超標(biāo)，而是判斷風(fēng)整體趨勢(shì)的變化；在一定的時(shí)間內(nèi)風(fēng)都超標(biāo)，才啟動(dòng)控制條件。穩(wěn)定判斷時(shí)間保證溫室設(shè)備啟動(dòng)后，不判斷瞬間達(dá)到目標(biāo)值，而是穩(wěn)定一段時(shí)間后，才判斷。避免了控制條件很快反復(fù)上升；也避免設(shè)備電機(jī)頻繁啟動(dòng)，從而更好的保護(hù)電機(jī)。

4.4.6風(fēng)向及風(fēng)速對(duì)天窗的保護(hù)

大風(fēng)、雨雪保護(hù)：系統(tǒng)不是判斷瞬間風(fēng)速的超標(biāo)，而是判斷風(fēng)整體趨勢(shì)的變化，以進(jìn)行大風(fēng)時(shí)的關(guān)閉通風(fēng)窗的保護(hù)。風(fēng)向傳感器能判斷出是迎風(fēng)還是背風(fēng)，以進(jìn)行不同級(jí)別的保護(hù)。4.4.7 CO2施肥

通過定時(shí)控制設(shè)置，可設(shè)多組 co2 施肥時(shí)間規(guī)律的選擇 4.4.8 專家數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)內(nèi)置最新的農(nóng)業(yè)專家數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同作物的生產(chǎn)特性和要求可以自動(dòng)調(diào)用相對(duì)應(yīng)的最佳控制方案和參數(shù)。

4.4.9 數(shù)據(jù)報(bào)表、繪制曲線：

記錄的數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出“EXECL”報(bào)表。同時(shí)可以生成全日、全周、全月的變化趨勢(shì)曲線圖。

五、項(xiàng)目擴(kuò)展

5.1 GSM無線短信報(bào)警功能：（選配項(xiàng)）

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)“GSM 無線短信報(bào)警”，可以將“溫室的報(bào)警信息”以短信的方式迅速發(fā)到相關(guān)人員的“手機(jī)或PDA”上，請(qǐng)求人工干預(yù)。

不同的溫室、不同的管理員手機(jī)號(hào)，均可以通過靈活的設(shè)定將他們組合關(guān)聯(lián)起來。因此，任何一個(gè)溫室出現(xiàn)報(bào)警都能迅速發(fā)到和該溫室相關(guān)的一人或多人的手機(jī)號(hào)。5.2遠(yuǎn)程監(jiān)控功能（選配項(xiàng)）

通過連接寬帶互聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程登陸訪問功能，方便異地監(jiān)控。

六、項(xiàng)目總結(jié)

本方案立足物聯(lián)網(wǎng)的ZIGBEE應(yīng)用技術(shù)，結(jié)合溫室環(huán)境的實(shí)際應(yīng)用，將先進(jìn)的信息技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)，解決了農(nóng)業(yè)低成本、布線的繁雜、高故障率等問題。實(shí)現(xiàn)了溫室內(nèi)：傳感器節(jié)點(diǎn)的簡易擴(kuò)展、快速的數(shù)據(jù)傳送、穩(wěn)定的系統(tǒng)控制。

第四篇：智能農(nóng)業(yè)溫室大棚管理系統(tǒng)項(xiàng)目計(jì)劃書

智能農(nóng)業(yè)溫室大棚管理系統(tǒng)項(xiàng)目分析與設(shè)計(jì)

目 錄

第一章 緒論

1.1項(xiàng)目背景

智能溫室大棚是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，是以全面感知、可靠傳輸和智能處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐和手段，以溫室大棚的自動(dòng)化生產(chǎn)、最優(yōu)化控制、智能化管理為主要目標(biāo)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用領(lǐng)域，也是目前應(yīng)用需求最為迫切的領(lǐng)域之一。溫室大棚以日光溫室為主，溫室結(jié)構(gòu)簡易，環(huán)境控制能力低。我國溫室大棚的技術(shù)裝備盡管有了較大發(fā)展，但是溫室大棚種植普遍存在管理粗放、技術(shù)設(shè)施落實(shí)不到位、智能化水平低，導(dǎo)致單位生產(chǎn)效率低、投入產(chǎn)出比不高、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平起伏較大的現(xiàn)狀，在溫室環(huán)境、栽培管理技術(shù)、生物技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等方面和發(fā)達(dá)國家存在著較大差距。我國建設(shè)在南方的大型智能溫室以生產(chǎn)花卉為主，北方的則以栽培蔬菜為主，少部分智能溫室用于栽培苗木。

四川省成都市溫江區(qū)響應(yīng)國家號(hào)召，政府投資，在溫江區(qū)實(shí)施高科技農(nóng)業(yè)示范區(qū)，示范區(qū)位于成都市溫江區(qū)，當(dāng)?shù)貧夂驗(yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明，七月份平均氣溫35℃，平均降雨量400mm,一月份平均氣溫9℃，平均降雨量300mm。全區(qū)占地面積為：24m*32m=768平方米，已經(jīng)裝有混凝土拱架塑料大棚，作為有機(jī)蔬菜以及園藝種植區(qū)域，產(chǎn)品規(guī)格為棟寬12米，間距4米，天溝（雨水槽底部局柱底高度）5米，頂高（屋脊到柱底高度）5.9米，屋面角度25度，外遮陽高度6.4米；排列方式為屋脊走向?yàn)椋耗媳?2m*4跨=48米，側(cè)墻長（南北）：4米*8榀=32米。現(xiàn)計(jì)劃在該整片溫室大棚種植區(qū)域安裝基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全方位隨時(shí)監(jiān)控管理的智能溫室大棚系統(tǒng)，作為農(nóng)業(yè)示范區(qū)域，以便以后在整個(gè)成都片區(qū)實(shí)行推廣。1.2現(xiàn)存問題

首先是成本較高。一般來講，一套智能化的控制系統(tǒng)成本主要包括硬件成本、運(yùn)行成本和維護(hù)成本。硬件成本包括各儀器儀表、通信線纜等。整個(gè)系統(tǒng)也不能自由組合或者裁剪應(yīng)用于不同的對(duì)象，使得難以得到推廣和普及。同時(shí)，由于系統(tǒng)復(fù)雜、布線繁多、故障率高而且使得故障后的維修成本極大。另外，系統(tǒng)龐大造成的運(yùn)行成本也不是一筆小費(fèi)用。

其次是布線復(fù)雜。溫室中有大量分散的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這些設(shè)備可能隨著作物的改變而進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)錯(cuò)綜復(fù)雜的線纜也需要重新鋪設(shè)，工作量較大。為了科學(xué)、合理地實(shí)現(xiàn)大面積溫室環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)與控制，電子檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)置不僅數(shù)量大而且分布廣，連接著各個(gè)裝置與機(jī)構(gòu)的線纜，也因此縱橫交錯(cuò)。當(dāng)溫室內(nèi)生產(chǎn)的果蔬作物更替時(shí)，相應(yīng)的電子檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置常常需要調(diào)整，連接著各個(gè)裝置與機(jī)構(gòu)的線纜有時(shí)也需要重新布置。這不僅增大了溫室的額外投資成本和安裝與維護(hù)的難度，有時(shí)也影響了作物的良好生長。

第三，故障解決難。當(dāng)數(shù)據(jù)無法正常接收時(shí)，檢查人員不知道是線路問題還是節(jié)點(diǎn)故障。另外，目前的控制系統(tǒng)多采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式模式，當(dāng)總線出現(xiàn)故障時(shí)，雖然各控制節(jié)點(diǎn)尚能正常工作，但是上位機(jī)卻無法正常管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，專家控制策略無法實(shí)施。

1.2項(xiàng)目意義

(1)實(shí)現(xiàn)廣范圍的測(cè)量，需求傳感器節(jié)點(diǎn)多當(dāng)前溫室生產(chǎn)的首要特點(diǎn)就是監(jiān)控區(qū)域很大，普通單個(gè)連棟溫室都有幾千平方米，而一個(gè)園區(qū)溫室群的面積可能會(huì)在幾百畝以上，因此需要大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，在每個(gè)溫室中采集諸如空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度、營養(yǎng)液EC值、pH值以及室外天氣參數(shù)等信息，除此以外，目前對(duì)作物生理參數(shù)的檢測(cè)也逐漸受到人們的重視，因此將會(huì)有更多的傳感器節(jié)點(diǎn)被用于溫室生產(chǎn)。另外，用于驅(qū)動(dòng)溫室中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制節(jié)點(diǎn)的數(shù)量也不能忽略。由此可見，溫室對(duì)其監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的首要需求就是網(wǎng)絡(luò)容量大。

(2)檢測(cè)點(diǎn)位置靈活變動(dòng)

溫室中大量分散的傳感器，但隨著作物的生長而需要不斷調(diào)整位置；或者當(dāng)溫室內(nèi)生產(chǎn)的作物更替時(shí)，相應(yīng)的電子檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置也常常需要調(diào)整；另外，溫室的利用結(jié)構(gòu)也會(huì)經(jīng)常根據(jù)用戶需要而不斷改變，這就要求系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)能根據(jù)需要隨意變換位置而不影響系統(tǒng)工作。

(3)節(jié)點(diǎn)數(shù)目可隨意增減

作物生長階段不同，環(huán)境因子對(duì)作物的影響可能也不同，生長初期可能對(duì)溫度比較敏感，而后期可能對(duì)光照比較敏感，這就要求系統(tǒng)可以隨意改變節(jié)點(diǎn)的類型和數(shù)量。除此以外，隨著作物的生長，用戶可能還需要對(duì)植物的生理參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)而需要不斷增加傳感器節(jié)點(diǎn)。在某些科研溫室中，也經(jīng)常需要改變傳感器節(jié)點(diǎn)的類型和數(shù)量，以達(dá)到精確監(jiān)測(cè)與控制。上述這些情況都需要所用的監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)能隨意增減。

(4)系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失不可估量。如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題而未能被及時(shí)發(fā)覺和修復(fù)，那么可能對(duì)作物造成致命的傷害，尤其在一些惡劣的天氣例如高溫和寒冷氣候條件下，這將直接影響產(chǎn)量和收益。另外，溫室內(nèi)濕度高、光照強(qiáng)、具有一定的酸性，都會(huì)導(dǎo)致線纜的腐蝕、老化，從而降低系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性，這對(duì)于檢查系統(tǒng)故障造成困難。例如，當(dāng)數(shù)據(jù)無法正常接收時(shí)，檢查人員不知道是線路問題還是節(jié)點(diǎn)故障，這對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決故障帶來不便。因此，溫室測(cè)控系統(tǒng)必須要可靠。

2、方案概述

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配套設(shè)施：主體骨架為熱鍍鋅型組裝、覆蓋材料、自然通風(fēng)系統(tǒng)強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)、內(nèi)遮陽系統(tǒng)、外遮陽系統(tǒng)、環(huán)流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、補(bǔ)光系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)。

智能化大棚是一個(gè)半封閉系統(tǒng)，依靠覆蓋材料形成與外界相對(duì)隔離的室內(nèi)空間，一方面要以通風(fēng)換氣創(chuàng)造植物生長優(yōu)于室外自然環(huán)境的條件；另一方面，室內(nèi)產(chǎn)生的高溫高濕和低二氧化碳濃度，通過通風(fēng)換氣來調(diào)控，創(chuàng)造植物生長的最佳環(huán)境。

3、系統(tǒng)功能描述

3.1、智能溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)感知層

智能溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用一般對(duì)溫室的七個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即通過土壤、氣象、光照等傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的溫、水、肥、電、熱、氣、光進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控與記錄，保證溫室內(nèi)的有機(jī)蔬菜和花卉生產(chǎn)在良好的環(huán)境中。

3.2、智能溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)傳輸層

一般情況下，在溫室內(nèi)部通過無線終端，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控溫室環(huán)境和作物生長情況。通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)和短信的方式，監(jiān)測(cè)溫室傳感器網(wǎng)絡(luò)所采集的信息，以作物生長模擬技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過常見蔬菜生長模型和嵌入式模型的低成本智能網(wǎng)絡(luò)終端。通過中繼網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程服務(wù)器雙向通信，服務(wù)器也可以進(jìn)一步做出決策分析，對(duì)所部署的溫室中灌溉等裝備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理控制。

3.3、智能溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)智能處理層

通過對(duì)獲取信息的共享、交換、融合，獲得最優(yōu)和全方位的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能溫室大棚作物的施肥、灌溉、播種、收獲等的決策管理和指導(dǎo)?；谧魑镩L勢(shì)和病蟲害等相關(guān)圖形圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚作物的長勢(shì)預(yù)測(cè)和病蟲害監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能。還可以將監(jiān)控信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)叫畔⑻幚砥脚_(tái)，信息處理平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示各個(gè)溫室的環(huán)境狀況，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值，控制通風(fēng)/加熱/降溫等設(shè)備，達(dá)到溫室內(nèi)環(huán)境可知、可控。

4、系統(tǒng)架構(gòu)

5、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

6、各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)6、1 感知層

（1）無線傳感網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。

Zigbee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)

網(wǎng)關(guān) ：Zigbee—3G ZigBee節(jié)點(diǎn)是可以組建Mesh網(wǎng)絡(luò)的，設(shè)置一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其他每個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)都可以當(dāng)做路由節(jié)點(diǎn)來使用，也可以設(shè)置為終端節(jié)點(diǎn)但是就失去了路由功能。

（2）視頻監(jiān)控

攝像機(jī) ： WIFI傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)檢測(cè)到的圖像信息使用WIFI進(jìn)行傳輸（3）設(shè)備供電

設(shè)備供電系統(tǒng)由最新的太陽能供電，AC 220V、DC 12V或者太陽能供電。

6、2

傳輸層

（1）網(wǎng)關(guān)：

3G無線網(wǎng)關(guān)：將Zigbe信號(hào)轉(zhuǎn)化為3G信號(hào)進(jìn)行傳輸（2）路由器

交換機(jī)

3G無線路由器、交換機(jī)，用于傳輸局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)（3）供電設(shè)備： 采用標(biāo)準(zhǔn)220V電源供電 6、3

網(wǎng)絡(luò)層

(1)終端服務(wù)器：采用電腦作為服務(wù)器終端(2)云服務(wù)平臺(tái)：

采用云服務(wù)器，對(duì)大量的信息進(jìn)行處理和保存(3)監(jiān)控中心：

采用球機(jī)型無線WIFI攝像機(jī)對(duì)溫室大棚的情況進(jìn)行采集(4)供電方式：

采用220V標(biāo)準(zhǔn)電壓供電6、4

應(yīng)用層

(1)電腦終端：

采用臺(tái)式電腦或者筆記本電腦作為應(yīng)用層終端(2)手機(jī)終端：

采用智能手機(jī)作為終端，對(duì)采集的信息進(jìn)行處理(3)供電方式： 220V標(biāo)準(zhǔn)供電

7、工程造價(jià)表

第五篇：農(nóng)業(yè)大棚智能檢測(cè)環(huán)境系統(tǒng)

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農(nóng)業(yè)大棚智能檢測(cè)環(huán)境系統(tǒng)

作者：王峰萍 王佳

來源：《現(xiàn)代電子技術(shù)》2012年第14期

摘 要：介紹了以 STC89C52單片機(jī)為核心的光照和溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)由TSL2561光傳感器和 DS18B20溫度傳感器采集數(shù)據(jù)傳輸給控制器，通過外圍設(shè)備 LCM12864顯示現(xiàn)場(chǎng)光照度和溫度值，并設(shè)計(jì)上位機(jī)程序，通過串口通信實(shí)時(shí)獲取光照度和溫度，所采集的數(shù)據(jù)放入到Access數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，然后從數(shù)據(jù)庫讀出光照度和溫度的值，通過曲線顯示到PC機(jī)上，進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線監(jiān)控。同時(shí)，系統(tǒng)具有溫度和光強(qiáng)報(bào)警功能。

關(guān)鍵詞：STC89C52； VC++； Access； 照度和溫度控制系統(tǒng);DS18B20； TSL2561