物联网技术的智慧农业大棚监控系统解决方案

    传统的农业大棚中，一般采用水银式温度计测量温度，机械式湿度计测量大棚湿度，存在人工测量读数精度低、人工劳动量过大的问题，造成了劳动力资源的浪费，大大降低了农业大棚的生产效率。随着互联网技术和物联网技术的高速发展，将会给传统农业带来一场重大的智能化变革，针对上述传统农业大棚存在的问题，小兔于是将物联网技术与传统农业大棚生产相结合，利用各类环境参数传感器构建了智慧农业大棚监控系统，以期为农业的发展提供技术支持。

    智慧农业大棚监控系统设计

    1.智慧农业大棚||监控系统平台中包含了WSN技术的信息采集功能；物联网运营支撑平台主要是利用农业任务驱动的方式，与无线传感器网络进行有效的结合，并负责数据的传输与处理，监控大棚中的温度、湿度；无线传输平台采用通信技术和ZigBee技术实现距离的传输；生产监控管理应用平台中包含了数据分析、数据监控、参数设置等功能。

    2.硬件设计||系统中至少包括空气温湿度传感器、土壤温度与含水传感器、二氧化碳浓度传感器和光照强度传感器，同时上述传感器与系统进行通信连接需求要利用ZigBee物联网技术和远程通信技术。系统硬件框架，如图1所示。

    图1

    3.空气温湿度传感器||大棚内空气温湿度传感器采用的是SHT10集成电路芯片，该芯片采用电容式聚合体测空气湿度，能隙式聚合体测空气温度，具有测量精度高、测量灵敏度高的优点。上述传感器的信息传输方式采用的是RFID无线传输方式，该通信方式的有效数据传播距离可达60m。系统根据上述传感器测量的温湿度数据分析结果，若出现大棚温度过高则系统弄控制大棚排风机进行排风；若大棚内空气湿度过低则控制加湿器进行补水。

    4.土壤温度与含水传感器||通过在大棚土壤内部买入热敏电阻实现对土壤温度的测量；利用土壤温度通过热土壤介电常数测量土壤含水率。根据上述传感器测得土壤参数数据，若出现土壤缺水，系统控制喷灌装置进行喷洒作业。

    5.采用基于NDIR原理的红外光吸收式二氧化碳含量传感器用来监测农业大棚内空气的二氧化碳含量，该传感器具有测量度高的优点。若上述传感器检测到室内二氧化碳浓度过高则系统控制排风机加强通风来调节室内二氧化碳浓度。

    6.光照强度传感器||利用光敏元件将光照强度信号转换为电信号，并将上述电信号传输至系统平台进行分析，若上述光照强度超过系统预设的阈值，则控制大棚顶部的遮阳帘遮蔽大棚，减少光照。

    7.ZigBee技术||ZigBee组网技术可以实现数据采集，实现不同节点之间的相互通信功能，ZigBee技术传输距离短，每一个ZigBee都是一个移动的信号，是一种低速传输的通信协议。主要应用在小范围内的系统设计中，应用范围广泛，ZigBee组网技术与其他的无线通信协议相比，要求低，容易实现，适用于智慧农业大棚监控系统中。

    8.软件设计||软件设计以Eclipse作为开发平台，使用Java作为语言开发工具，开发智慧农业大棚监控系统。系统软件采用B/S架构，用户工作界面是一个三层的结构模式，有WWW浏览器、Browsr、Server组成，B/S架构可以将系统的业务管理功能都集中在服务器中，简化了系统的使用过流程，浏览器可以通过Web进行数据交互，简化了电脑运行负荷，降低了用户成本。

    9.前台管理模块||系统前台管理模块结构是登录该系统的重要前提，该模块可以实现用户的登陆、信息的查询、网页的浏览，对大棚的光线强度、温度湿度信号、浓度等参数进行采集，也可以进行历史查询，实现对大棚进行智能监控管理的功能。

    10.后台管理模块||后台管理模块是系统中权限大的一部分，监控设施管理模块更是系统的核心内容，能够实现对监控点的管理功能。

    11.服务器模块||服务器模块是用来连接数据通信和终端管理的，在该模块中，能够接受来自手机客户端、Web端以及其他控制器发来的数据信息。

    12.数据库设计||数据采集表中包含了大棚中的所有信息，有光线强度、空气的温度与湿度、土壤的温度与湿度、数据以及大棚的编号等属性；监控单元表的主要功能就是用来记录大棚中所有监控点的真实信息，有检测点的名称、状态等属性；管理表中有大棚的名称以及用户信息等属性