智能大棚系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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1系統(tǒng)功能需求分析

通過到武清某蔬菜、花卉種植大棚和漢沽某草莓大棚等實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)家庭型的大棚面積較小但是數(shù)量較多，智能監(jiān)控基本沒有；通過對用于觀光和科普型企業(yè)大棚走訪，發(fā)現(xiàn)該類型大棚一般具有監(jiān)測空氣溫濕度、含氧量、PM值監(jiān)測功能。因此根據(jù)實際調(diào)研情況和大棚管理者提出的要求，得出系統(tǒng)需要實現(xiàn)如下功能?；A(chǔ)數(shù)據(jù)采集功能：系統(tǒng)需要實現(xiàn)對大棚空氣環(huán)境和土壤環(huán)境的數(shù)據(jù)進行采集和上傳到云平臺；遠程智能控制功能：用戶需要根據(jù)實際情況遠程控制卷簾機的收放、燈光控制以及風機的開閉；相關(guān)數(shù)據(jù)查看功能：用戶需要通過手機就能夠查看相關(guān)數(shù)據(jù)；硬件設(shè)備要求：設(shè)備初始化以及管理、更換簡單、易用，設(shè)備要防塵、防水等。

2系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)需求分析，需要對智能大棚監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。首先對系統(tǒng)總體架構(gòu)進行設(shè)計，由于系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)，因此根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)將智能大棚系統(tǒng)分為三層：感知層、傳輸層和應(yīng)用層。其中感知層需要進行硬件設(shè)計，硬件設(shè)計采用了較高性價比、設(shè)備較強穩(wěn)定性和抗干擾能力等原則，進行農(nóng)業(yè)盒子的設(shè)計；該盒子設(shè)計為通用型，能搭載傳感器只需要購買芯片即可。設(shè)計的主板統(tǒng)一接口、統(tǒng)一的程序，可以搭載不同傳感器芯片，無需二次編程和設(shè)置，實現(xiàn)了即插即用。同時在主板外自主設(shè)計了防塵、防水不銹鋼盒子.傳輸層主要能實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)上傳功能，主要針對大棚用戶需求以及實際情況設(shè)計為Wi-Fi、GPRS傳輸技術(shù)，可以選擇通信方式。對于普通家庭用戶采用GPRS，因為價格低廉，也比較適合沒有連接Wi-Fi的農(nóng)村；而對于企業(yè)而言，則可以選擇已有的Wi-Fi傳輸方式。應(yīng)用層主要實現(xiàn)軟件設(shè)計，主要是由后臺管理系統(tǒng)和手機APP組成，通過后臺管理系統(tǒng)可以完成對獲取的大棚環(huán)境數(shù)據(jù)的查看，存儲等操作。管理員對后臺終端系統(tǒng)進行系統(tǒng)維護和日常管理；移動終端用戶可以通過APP完成對大棚中環(huán)境數(shù)據(jù)的查看和對大棚中部署的硬件設(shè)備的控制。

3系統(tǒng)實現(xiàn)

在硬件實現(xiàn)上，傳感器芯片采購其他廠商，連接主板和傳感器芯片的電路板則是自主研發(fā)。該電路板（農(nóng)業(yè)盒子）作用于傳感器與主板之間，主要使用RS485有線數(shù)據(jù)通信，其他部分采用無線數(shù)據(jù)通信，最后將傳感器與電路板進行封裝，由于前期已經(jīng)對傳感器等與電路板的連接進行了設(shè)置，所以在后期出現(xiàn)傳感器更換時也可以直接進行更換，無需再進行調(diào)試或設(shè)置。硬件實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)盒子，同時還有自動灌溉模塊、土壤濕度檢測、PH值傳感器以及AT89C51單片機等設(shè)備。自主研發(fā)盒子搭載傳感器之后，首先需要進行出廠設(shè)置（該設(shè)定不對客戶開放）。軟件實現(xiàn)包括手機APP和系統(tǒng)后臺。本系統(tǒng)采用SQLServer為后臺數(shù)據(jù)庫,以ASP.NET進行網(wǎng)頁開發(fā)軟件設(shè)計，使用AndroidStudio進行手機APP開發(fā)。系統(tǒng)后臺管理系統(tǒng)為管理員提供日志信息的存儲與分析等服務(wù)，后臺管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)對接收到的數(shù)據(jù)進行存儲、顯示和查詢的功能，可以將感知層中采集到的空氣溫濕度、土壤基質(zhì)溫濕度和二氧化碳濃度數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，以便用戶可以通過手機APP端從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取并查看歷史數(shù)據(jù)記錄。后臺把感知層采集來的數(shù)據(jù)通過傳輸層傳輸后進行分析，根據(jù)預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)范圍，在實際測得的數(shù)據(jù)不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，進行自動控制硬件設(shè)備的開啟和關(guān)閉，比如控制卷簾機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。卷簾或放簾一定程度，觸發(fā)設(shè)定好的行程開關(guān)，電機停止運行。手機APP端實現(xiàn)了用戶對大棚環(huán)境數(shù)據(jù)的查看和硬件設(shè)備的調(diào)控；實現(xiàn)了大棚的空氣溫濕度、光照，土壤的溫濕PH值等信息的監(jiān)看；同時還會實現(xiàn)對照明、通風口以及卷簾機、風機、澆水等控制。

4運行

目前主要推廣對象也是節(jié)能智慧大棚的試點—大棚較多的武清區(qū)的河西務(wù)鎮(zhèn)。同時，也將設(shè)計的盒子修改傳感器（只要溫濕度傳感器），應(yīng)用于塘沽糧庫，該糧庫一共60個糧倉，每個糧倉都需要對溫濕度檢測，原來使用傳統(tǒng)的人為測量并多次不同地點采樣進行測量，這樣工作效率勢必會低。因此在糧庫中使用智能農(nóng)業(yè)盒子，每個糧庫安裝10個溫濕度傳感器，其中9個放置在內(nèi)部，1個放糧倉外。需要通過判斷糧庫外的溫濕度和庫內(nèi)溫濕度對比開控制是否開關(guān)風扇，首先濕度權(quán)值重，如果室外濕度高于糧庫內(nèi)，即使庫內(nèi)溫度再高也不能開通風。另外一個應(yīng)用主要應(yīng)用于塘沽鹽場，應(yīng)用效果較好。

參考文獻

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作者：徐文起 單位：天津健智者行空調(diào)技術(shù)有限公司 天津天獅學院信息科學與工程學院