基于物联网的低成本智能大棚监控系统设计

基于物联网的低成本智能大棚监控系统设计

黄华炜1,陈珺翎1,周志鸿2,杨杰1

 （福建农业职业技术学院，福建工业学校，福建 福州）

摘要：伴随着网络信息化发展，物联网技术已嵌入人们生活的方方面面，诸如智能物流，智慧农业等。物联网技术的兴起，将其应用在智能大棚中，农业种植户能够通过手机端的APP随时随地去查看智能大棚中的数据，便于对智能大棚的管理，提高了农业的生产率。本文研究的低成本的智能大棚监控系统对于农作物种植前后都发挥非常好的监控作用，其检测精度高、能事实进行远程监控，实现农产品从其种植到农产品的上市销售以及农产品的运输、农事交流等综合一体化服务过程。

关键词：物联网；低成本智能大棚；监控；设计

在农村的农业生产过程中，农户都建起了温室大棚，以便于为种植的果蔬创作一个良好的且可控的生长环境，然而这种传统的温室大棚并没有改变农户的耕种方式，还是依靠人力去检测农作物的生长状况，其人力、物力的消耗较大。智能大棚的应用，将在一定程度上去弥补温室大棚的不足，但也存在部分的智能大棚其科技含量不高，温室系统还是采用古老有线通信，农业的设施化水平较低，对于抵御自然灾害及其一些突发情况还存在一定的不同。将物联网技术应有在智能大棚监控系统中，采用高精度传感器及其Zig Bee 技术，能够降低智能大棚的成本，且更加精准的采集到智能大棚中农作物生长的数据，农户能够通过精准的数据，进行更好的农作物种植。因此，基于物联网的低成本智能大棚的搭建，能够有效的帮助农户，提高农业资源的合理利用，对于改善农户大棚种植的生产经营状况发挥着非常重要的作用。

一、基于物联网的低成本智能大棚监控系统分析

基于物联网的低成本智能大棚监控系统，农户通过手机APP软件就能够随时去查看与监控，及时有效的去管理智能大棚的数据信息，通过数据的观测能够及时去补充农作物生长过程中所需要的水分与肥料等要素。具体的相关细则如下 ：

首先，是要满足农户对于农业生产的需求，依托物联网技术与ZigBee技术去改造传统温室大棚的生产方式，让大棚更加的智能、完全与可靠，从而使得人力与物力得到节省[1]。其次，通过使用ZigBee技术将传感器上的数据上传到云服务器中心，进而能够实现农产品的智能化管理与控制。再次，通过智能云端APP对上传到云端的数据进行控制，能够实现对农业生产的远距离进行控制与生产监控，能够有效的避免农业生产过程中的虫害及环境污染对农作物生长的不利影响。最后，物联网智能大棚通过运用Python爬虫，去有效的收集与推广农作物的生产资料，以便于给种植户推荐高质量的生产技术与高质量的生产资料。

二、基于物联网的低成本智能大棚监控系统设计

（1）低成本智能大棚监控系统总体方案

低成本智能大棚控制系统将彻底贯穿到物联网的感知层（负责数据的收集与检测）、物联网的网络层（负责数据的传输及接收）与物联网的应用层（负责手机端APP与web服务器的应用及开发）。本文基于物联网的低成本智能大棚监控系统的开发，不仅能提供智能大棚整个系统的自动化水平，还能有效的促进整个大棚中农产品的生产与销售区域链融合的相关能力。基于物联网的低成本智能大棚监控系统其感知层是通过ZigBee技术、WiFi等模块来对传感器的数据进行有效的处理。而物联网的网络层则是通过WiFi与信息接收盒去链接人工的internet，从而实现与云服务器进行通信。物联网的应用层被分成APP程序与Web程序两部分，还包括农作物在生产过程中市场价格及种子、肥料等相关数据信息，个性化的向用户推荐。

（2）低成本智能大棚监控系统硬件设计

基于物联网的低成本智能大棚系统的硬件由CC2530开发板、继电器、温湿度传感器、光强度传感器、二氧化碳传感器、雨露检测传感器、土壤湿度检测传感器、ZigBee模块（用于大棚数据的相关处理）、加湿机、路由器、显示仪等几个部件构成。

（3）低成本智能大棚监控系统软件设计及实现

基于物联网的低成本智能大棚系统由Web服务器与手机APP这两个部分构成，采用的通信协议是socket、tcp/IP协议/http协议。手机APP的功能是实现了用户能够通过手机端查看到大棚的整个生产管理过程[2]。Web服务器能够将农产品相关的市场时讯，及农场生产的相关要素信息，及农作物生产过程中预测的数据信息提供给大棚生产者进行相关的决策。其采用了Android SDK技术，用Java语言与MySQL数据库进行开发。通过Android APP能够远距离的对智能大棚内中的加湿机、通风机等相关硬件设备进行控制，从而能够有效的调整温湿度等指标。Web服务器采用的是PHP语言开发，使用MySQL数据库，其前端使用HTML与JavaScript等对智能大棚监控系统的界面进行设计。

低成本智能大棚监控系统软件的设计，其信号的采集主要是借助WiFi模块与蓝牙模块这两部分的模块实现。本系统中，使用的是PAN1721的蓝牙模块。通过将WiFi模块与云服务器相结合，构建WiFi、STM32、云服务器端、手机客户端等四个部门融合的通信模块。具体的相关原理如下图1所示：

图1：WiFi通信原理图

低成本智能大棚监控系统软件的云端服务器具体步骤如下：首先是注册一个云开发者的账号，然后在点击创新新产品，输入相应的低成本智能大棚在进行WiFi的链接，再为链接的智能大棚监控系统创建数据点（包括空气的温湿度、土壤的湿度、降水、光照）等，并设置为只读模式[3]。然后再对电磁阀、排风扇、加湿器等数据点进行数值设置，并设置这些数据点为可写的模式，点击“开发向导”，找到相关的开发资源，下载云连接协议，再通过USB转到串口模块，最后在下载手机内的APPSDK，再集成到智能大棚客户端，进而调试智能大棚监控系统。

三、基于物联网的低成本智能大棚监控系统的整体调试

低成本智能大棚视频监控功能的实现，智能大棚监控系统采用的是C5W 4g的摄像头，其清秀度是960P，焦距在12mm，在进行视频的监控功能的调试。在进入智能大棚监控系统的主界面后，输入相关的设备ID、名字、密码就能够添加相关的摄像头[4]。其信息的采集主要涉及采集空气的温湿度，通过空气温湿度的传感器进行数据的采集，通过温度传感器的芯片（TMP275芯片）来进行温度、湿度的采集，从而会进行报警。智能大棚监控系统上电后，登录后自动跳到参数的界面，参数信息由开发面板的上下按键进行一定功能的切换，通过配置的WiFi模块进行联网，实现与云端服务器的对接，联网后就能通过相应的功能键控制对大棚的数据管理。低成本的智能大棚系统各项参数都设置好后，再进行设备的调试，就能实现其对大棚相关数据的采集，从而实现对大棚的智能化管理。

结语

本文基于物联网的低成本智能大棚监控系统，是对于大棚智能化管理的升级，帮助农作物种植户大大减轻工作强度的同时，还能够提高果蔬的产量，促进智能大棚的有效管理、农产品的运输及其销售。同时，让不同的种植户之间能够有效共享种植信息，共同去解决农作物在种植过程中出现的问题，促进低成本智能大棚监控系统与不同平台之间的交流，让农业生产的管理更加的便捷化，促进农作物增产增收。

参考文献

[1]王卫红，程国兴.基于云服务技术的智能农业环境监测与控制系统[J].浙江工业大学学报，2018，46（3）：299-304.

[2]王建平，房振宏，焦翠玲. 基于物联网技术的智能蔬菜大棚构建[J].广东农业科学，

2020，38（5）：200-201.

[3]付承彪，田安红.一种智能农业物联网系统的设计[J].实验室研究与探索，2021，36（12）：129-132.

[4]付彬,李仁发，肖雄仁.一种新的环型蓝牙网络拓扑形成协议及仿真[J].系统仿

真学报，2020(３):633-637．

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