物联网技术引入温室大棚实现精准管理

一、智能农业大棚物联网解决方案体系简介

温室大棚在不适宜植物成长的时节，能提供生育期和添加产值，多用于低温时节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。因而对栽培作物成长环境的要求要准确的多。

大多数农户加温、洒水、通风等，全凭感觉。人感觉冷了就加温，感觉干了就洒水，感觉闷了就通风，没有科学依据。农业进入信息化年代后，对温室内部的空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度及光照等农业环境信息的收集也越来越注重。因而，将物联网技能引进温室大棚中来，完成温室栽培的高效和精准化办理。

在温室环境里，单栋温室可利用物联网技能，选用不同的传感器节点和具有简略执行机构的节点（风机、低压电机、阀门等工作电流偏低的执行机构） 构成无线网络来丈量土壤湿度、土壤成分、pH 值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等来取得作物成长的最佳条件， 经过模型剖析、自动调控温室环境、 *** 控灌溉和上肥作业，然后取得植物成长的最佳条件。

关于温室成片的农业园区，经过接纳无线传感汇聚节点发来的数据，进行存储、显现和数据办理，可完成所有基地测试点信息的获取、办理和剖析处理，并以直观的图表和曲线方法显现给各个温室的用户，同时依据栽培植物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息，完成温室集约化、网络化远程办理。

此外，物联网技能可应用到温室生产的不同阶段，把不同阶段植物的体现和环境因子进行剖析，反应到下一轮的生产中，然后完成更精准的办理，取得更优质的产品。
二、智能农业大棚物联网解决方案的重要组成部分

1、数据收集

经过物联网体系可衔接传感器收集土壤温度、湿度、营养含量（N、P、K）、PH值、降水量、空气温湿度、气压、光照强度等来取得作物成长的最佳条件，并依据参数变化实时调控或自动 *** 控温控体系、灌溉体系等；

2、智能 *** 控

经过无线传输，衔接 *** 控室与 *** 控柜， *** 作 *** 控室内中控台，即可一键式 *** 控温室大棚内的风机、外遮阳、内遮阳、喷滴灌、侧窗、湿帘或大田内的水肥喷灌等，完成远程化办理。

3、软件平台

农业物联网软件平台并不只是一个 *** 作平台，而是一个庞大的办理体系，是用户在完成农业运营中运用的有形和无形相结合的 *** 控体系。在这个平台上，用户可以充分发挥自己的办理思维、办理理念、办理方法，完成信息智能化监测和自动化 *** 作，有效整合内外部资源，提高利用效率。

建造标准

温室大棚应建造在交通便当，地势平整、开阔，排水便当，有蓄水池、河流或地下水丰盛，地势高燥，避风向阳，地下水位05米以下，土壤深沉肥美的地方。

建设温室大棚要注意棚内后两排立柱之间，间隔尽量缩小，应在80厘米左右，中间只建一条东西走向的水泥沟兼人行路就可。东西两棚间隔08-2米，中心有一宽800厘米以上的小水沟。南北两棚间隔3-5米左右，用于挖水沟、安供水管道、修建通行路程等。连栋温室的间距不应低于一栋温室的宽度。

温室大棚

关于大棚选址，土壤是作物获得养分的重要来源，需注意土壤有机质含量，建议在建造温室大棚之前，定期对土壤进行检测，若土壤的有机质含量不够，可提早进行补充。在作物种植地苗床期等种植过程中，土壤环境的清洁也尤为重要。

温室大棚的朝向对温室内的蓄热能力影响很大，对日光温室来讲。以南北向或略偏西南的朝向更好，即南北为大棚长，东西为棚宽，便于积蓄热量。

同时也要考虑下温室类型建设的基础需求，比如玻璃温室一般上基础底部应低于室外地面05米以上，根据气候和土壤情况，基础顶面与室外地面的距离应大于01米，除了特殊要求外，温室基础顶面与室内地面的距离宜大于04米。薄膜大棚的薄膜外压深度等。

智能温室设施

设备采购

主要配件有接头管、压顶簧、压膜槽(卡槽)、压膜簧(卡簧)、护套、压膜卡、斜撑、U型卡、夹箍、固定器、连接片、压膜线、门、卷膜器、卷膜杆、双管卡、管卡、人字卡、防雾薄膜、防虫网等，根据相关规范对进行建造。

智能温室大棚所需的设备则要在传统大棚的基础上，加上空气温湿度传感器、土壤PH值传感器、土壤温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、电流传感器等感知设备，以及摄像头、智能控制柜、远程控制物联网云平台等部分。

智能温室

通过感知设备的实时监测，获取温室的环境参数，通过无线传输的方式，经智能控制柜上传到云平台，登录到云平台界面，查看每一分钟的数据变化情况，并根据种植作物类型、环境条件等，联动天窗、通风机、水肥机、补光灯、卷膜器等设备，实现示警、灌溉、卷帘、补光、施肥等 *** 作，减少人工劳作。

物联网的体系结构：

从系统结构的角度看，人们普遍认同的物联网体系架构可以划分为由感知互动层（感知层）、网络传输层（网络层）和应用服务层（应用层）组成的3层体系。

其中，感知层以二维码、RFID、传感器为主,是物联网的识别系统。通过感知层，物联网可以时随地获取物体的信息。 网络层是互联网、广电网络、通信网络的融合,是物联网的传输系统。通过网络层，可将物体的信息实时、准确地传递出去。

应用层涉及云计算、数据挖掘、中间件等技术，是物联网的智能处理系统。通过应用层，对感知层获取的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。

物联网有别于互联网，互联网的主要目的是构建一个全球性的信息通信网络，而物联网则侧重信息服务，即利用互联网、无线通信等进行业务信息的传送，服务对象由人转变为包括人在内的所有物品。物联网作为互联网的延伸，通过将智能物件整合到数字世界，面向用户提供个性化和私有化服务。

因此，物联网的体系架构应包括如下内涵：网络体系架构、技术与标准体系、资源与标识体系、产业与应用体系、服务与安全体系。

目前主流的物联网分层体系架构，均包含感知层、网络层、应用层三个层次。物联网涉及诸多关键技术，为了系统分析物联网技术体系，可将其划分为感知与识别关键技术、网络通信关键技术、业务与应用关键技术、共性技术和支撑技术。

高端大棚标配物联网环境控制系统是通过在农业生产现场搭建“物联网” 监控网络，通过摄像头、传感器、采集器等物联网设备实现对农业生产现场气候环境，土壤状况，作物长势，病虫害情况的实时监测；并根据预设规则，对现场各种农业设施设备进行远程自动化控制，实现农业生产环节的海量数据采集与精准控制执行。

智慧农业系统总体解决方案包括以下内容：智慧农业管理平台，极飞农业物联网，农机自动驾驶系统，植保无人机，自动数据传输设备等等来解决类似智能温室大棚，大型农田里的水肥一体化，土壤里的病虫害。智慧农业是当今世界发展的新潮流，根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事 *** 作技术与监测管理的系统，是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。而农业物联网信息化是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点，是智慧农业的解决方案。

农业物联网监控系统专为户外应用研制，内置GSM无线通信模块，另外同时具备图像监控和数据采集两大功能，可以灵活应用于户外场所的信息分析应用，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理各类信息数据。系统构成如图1所示。

　图1农业物联网监控系统结构

农业物联网监控系统的无线传感器节点实时采集农作物生长所需的温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度等环境参数，并通过一种低功耗自组网的短程无线通讯技术实现传感器数据的传输，所有数据汇集到中心节点，通过一个无线网关与互联网相连，利用手机或远程计算机可以实时掌握农作物现场的环境状态信息，专家系统根据环境参数诊断农作物的生长状况与病虫害状况。户外现场布置摄像头等监控设备，实时采集视频信号。用户通过电脑或3G手机，随时随地观察现场情况、查看现场温湿度等数据和控制远程智能调节指定设备。

1)户外监控现场：同时监控农田、排污口、果园、户外电力系统等现场，获取温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度、水质、病虫害、电流、电压等环境参数，为管理者提供决策依据。

2)传感器：主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频等数据的采集和控制。

3)管理中心：户外监控现场的先关参数，经过传输基站到达室内管理中心，经过智慧农业软件系统处理，得出结论，发送至智能终端，给决策者以精确数据依据。

4)智能移动工作终端：完美集成智能手机、GPS手持机、无线对讲机设备优点形成移动单兵设备,一机在手随时无忧。通信双通道模式彻底解决林区通讯死角问题，随时随地通讯无阻、精准定位、采集同步数据，是农业工作者的全能助手。

5)农业监控系统：在监控温湿度、光照、水质、风向等参数的同时，还可以对农作物资源、生态环境、病虫害等进行有效监控。

2农业物联网监控系统特点优势

1)系统建设成本低，日常使用费低，维护费用低

2)高清图像显示监控现场，远程数据采集，直观明了

3)定时拍摄，远程主动索取，降低巡检次数，减少人力物力成本

4)科技创新应用，统一集成，规模化管理

5)历史数据存储，全部数据汇总分析

图2农业物联网监控系统体系架构

农业物联网监控系统结构

利用无线GSM网络，并通过各种外接传感器可对农田作物生长环境温度、湿度等环境参数以及作物图像实现实时远程监测，图像、环境数据通过GPRS传回到管理中心，管理者通过后台数据汇总分析农田环境、虫害情况，及时作出预防措施，同时管理者也可通过后台管理中心设置定时获取环境数据、。智慧农业监控系统结构如图2所示。

传感与执行层：

该层将数据传感器的采集的数据通过ZigBee和Rs485/232两种模式上传至网关。根据传输方式的不同，温室现场部署分为无线版和有线版两种。无线版采用ZigBee发送模块将传感器的数值传送到zigBee节点上；有线版采用电缆方式将数据传送到Rs485/232节点上。无线版具有部署灵活，扩展方便等优点；有线版具有高速部署，数据稳定等优点。

无线传感器节点实时采集农作物生长所需的温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO2浓度等环境参数并上传到ZigBee网关。

接收远程控制指令，通过继电器控制各种农业生产设备，包括：喷淋、滴灌等喷水系统和卷帘、风机等空气调节系统等。

通过IP网络摄像头可实时对作物情况、人员和安全视频流上传至服务器。

传输层：

该层主要将设备采集到的数据，通过3G/GPRS/Inernet网络传送到服务器上，在传输协议上支持IPv4现网协议及下一代互联网IPv6协议。

应用层：

该层负责对采集的数据进行存储和信息处理，为用户提供分析和决策依据，用户可随时随地通过电脑和手机等终端进行查询。

用户终端：

3G手机、PC机终端通过接入网络实时查看各种由传感器传来的数据，并能调节温室内喷淋、卷帘、风机等各种设备。

农业物联网监控系统网络拓扑结构

农业物联网监控系统在网络方面采取了多种制式，远程通讯采用3G无线网络，近距离传输采取无线ZigBee模式和有线RS485/232模式相结合，保证网络系统的稳定运行。智慧农业监控系统网络拓扑结构如图3所示。

图3农业物联网监控系统网络拓扑结构

农业物联网监控系统主要设备

数据采集单元

传感器单元主要包括气体温湿度传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器、光照传感器、易燃气体传感器、有毒气体传感器、土壤酸碱度传感器、水质传感器等。采集器集数据采集传输于一体，电池供电时间长，安装简便，成本低。传感器实现数字信号采集、太阳能供电、Mesh无线传输等技术，应用于不方便布线的场合。

通信单元

　　ZigBee网关

通过GPRS/3G传输，实现ZigBee个域网与互联网络的信息互通和多网融合，自带SD存储卡，可实现数据本地存储；工业级温度范围为-40℃~85℃。

图6智慧农业通信单元

终端显示单元

管理中心可根据上位机软件分析系统得出的结论对农业管理作出决策，智能移动终端亦可随时随地得到相关信息。

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