智能农业大棚监控系统开发

近年来，我国农业温室大棚得到了迅速发展，但这些大棚的管理主要是由人工来完成的，管理的技术含量很低。随着温室种植面积的迅速增加，单纯依靠人工管理已经不能满足高效农业生产的需求。随着物联网技术的进一步发展，可以建设传感网来对温室大棚进行监控。通过各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器、土壤水分传感器和土壤pH值传感器等，可实现对大棚农作物生长环境的自动监控，从而促进农业生产效益的提高。

大棚监控系统开发背景：在农业生产中所用到的人工保温设施中，温室是一种玻璃大棚或塑料大棚，可以手动调节大棚的温度和湿度。大棚主要用于蔬菜超级季节栽培，以便在不适宜生产蔬菜的季节还可以继续生产蔬菜。比如在寒冷的北方地区，使用温室农业技术，冬天也可以生产新鲜蔬菜，并能满足当地市场的需求。大棚栽培环境的温度和湿度、光照强度、CO2浓度等环境因素，对作物生产的影响很大。传统的人工监控作物生长环境参数的做法很难满足对大棚实施高效精确控制的目的。就目前大棚的大规模发展和监控趋势来看，利用物联网技术建设大棚实时监控系统，将有利于提高大棚的生产效益，生产更多优质的蔬菜。

大棚监控系统整体设计：本章所开发的系统可以对温室大棚中农作物生长的关键参数进行有效监控，这些因素包括空气温湿度、二氧化碳含量、土壤温湿度和其它数据，并将数据发送到数据服务中心。在数据服务中心进行智能化数据处理后，相关管理人员可以通过短信、PC终端等对大棚进行实时远程监控。

大棚监控系统网络设计：如图18-3所示，图中同ZigBee网关连接在一起的温度湿度等传感器组成一个无线传感网，各种数据在通过传感网收集后传输到网关，网关将数据数据存储到Sqlite3数据库。同时，网关将实时数据发送到远程服务器。用户可以通过PC终端、IPTV和智能手机来显示经过数据服务中心处理过的大棚实时环境数据。

智能大棚监控系统网络拓扑图

 

大棚监控系统实时数据收集方法：温室大棚实时监控所使用的硬件包括无线ZigBee温湿度传感器、ZigBee CO2传感器和物联网网关。在物联网网关上面有一个ZigBee通信模块，该模块可以同传感网进行数据通信，采集来自各种无线传感器的数据，并将数据存储到嵌入式数据库。在对存入嵌入式数据库的数据进行智能化处理后，网关通过WiFi或者3G通信接口，将数据发送到物联网数据服务中心。

大棚监控系统功能设计：通过传感器所收集到的数据，可以实时监控温湿度和CO2浓度，当温湿度和CO2浓度达到设定的阀值的时候触发报警系统，通知用户。同时，也访问大棚监控系统的Web服务器，通过网页设置自动浇水的间隔时间或手动开启大棚浇水功能。大棚监控系统通过JFreeChart技术，可以实现实时监控数据的折线图、饼图和柱形图显示。大棚管理系统基本管理功能包括用户注册、用户登录、实时数据查询和用户管理，分别描述如下。用户可以通过在线注册。注册成功后，可以在网站的登录位置进行登录。

大棚监控系统硬件实现：农业大棚监控系统硬件由基于传感器的前端信息采集终端、无线网络和监控系统服务器管理平台三部分组成。由于无线网络及服务器管理平台同传统的互联网网络及服务器硬件类似，这里主要介绍一些与物联网关系密切的传感器及联动控制设备。

大棚监控系统软件实现：本章所开发的温室大棚实时监控系统软件平台由数据采集、数据传输、数据处理及数据显示等功能模块组成。

传感器数据获取及传输：温室大棚农作物生长环境实时数据的收集和传输是通过物联网网关来完成的。所开发的程序作为后台程序，一开机就可以启动运行。该程序可以通过ZigBee模块实时收集来自无线传感网的各种环境数据，并将这些数据存储到网关的嵌入式数据库中。同一个网关程序的另外一个进程，可以对实时数据进行初步的处理，并将校正后的数据发送到物联网数据服务中心。

小结：农业是我国国民经济的传统支柱产业。由于环境污染的产生，目前我国农业生产环境变得越来越恶劣，农业大棚可以在控制环境污染的情况下，来生产大量的高质量农产品，来满足人们的饮食需求。我国大棚作物总面积已超过1500万亩，利用物联网技术开发大棚智能实时监控系统，可加强对大棚生产的信息化和科学化管理，进而提高温室大棚生产的经济效益和社会效益。本章首先介绍了大棚监控系统开发背景，然后讨论了大棚监控系统整体设计、大棚监控系统硬件实现和大棚监控系统软件实现。