发达国家设施农业已具备了技术成套、设施设 备完善、生产规范、产量稳定、质量保证性强等特点,形 成了设施制造、环控调节、生产资材为一体的产业体系, 能根据动植物生长的最适宜生态条件在现代化设施农业内 进行四季恒定的环境自动控制,使得不受气候条件的影 响,实现了周年生产、均衡上市。 当前,国内正处在由传统农业向现代化农业转变的 过渡时期,智能温室大棚已经成为了现代化农业的一个重 要的组成部分,国内智能温室自动监控系统的应用与研究 已经从引进吸收阶段开始向综合性研究、创新应用阶段过 渡,未来几年,物联网智能农业将迎来飞速发展的新时期。
系统技术架构 依据温室大棚环境控制目标及参数特点,以物联网技 术为支撑,设计温室大棚智能控制系统,实现温室大棚环 境参数的全面感知、可靠传输与智能处理,达到温室大棚 自动化、智能化、网络化和科学化生产的目标[1]。该系统由 主控系统和节点相结合设计,系统可在两种模式下运行, 在没有网络的条件下,可以通过人工按键模式操作系统。 如图1所示,本设计基于互联网技术大棚农业监测控制系 统,主要实现对农作物的环境生长参数指标的监测,并通 过管理机制,实时改善农作物的最佳生长环境方案。 系统基于物联网体系架构,采用4层结构进行设计,分为感知层、控制层、网络层、应用层4个部分。 1)感知层由各类传感器和摄像头组成,用于采集光 照强度、土壤温湿度、CO2 浓度、空气温湿度以及大棚内的 图像。 2)控制层由水帘、风扇、补光灯、散热器、滴灌管、 放风设备、遮阳设备组成,满足对智能温室大棚的温湿 度、光照强度等生长条件进行调控的需求。 3)网络层由Zigbee收发设备、路由器、工业平板电 脑、云平台等组成,通过Zigbee无线传输技术把传感器数据 每20s一次发送给接收器,然后通过工业平板电脑每20min 一次把信息发送到云平台上。摄像头图像通过路由器实时 传输到云平台。 4)应用层包括PC端平台、手机APP和主控制平台,主 控制平台可以直接对控制层的设备进行控制,PC端和手机 APP发送指令通过云平台传输给主控平台,完成对控制层 设备的控制。
传感器节点设计 传感器节点是无线传感器网络的基本功能单元,传感 器节点由传感器单元、处理器单元、无线通信单元和电源 管理单元组成。传感器单元负责区域内的信息采集和数据 转换;处理器负责控制整个传感器节点的操作,存储和处 理本身采集的数据和其他节点发来的数据;无线通信单元 负责与其他传感器节点进行通信,交换控制信息和收发采 集上来的数据;电源模块为传感器节点提供运行所需的能量。
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