智能大棚灌溉一体化工程与设计

1、    智能大棚灌溉一体化工程与设计    摘 要：随着不同种类的传感器的出现，物联网在农业领域得到了更为广泛的应用。这些应用使农业生产变得更加便利，并让农业生产达到了省事省力环保的效果。通过深入分析大棚环境参数特点和控制要求，在物联网技术框架内制定了大棚的总体控制方案。本课题综合运用无线射频技术、计算机网络技术，plc（可编程逻辑控制器） 技术，设计开发了一套基于无线通信及计算机web平台管理的大棚控制系统，实现了对大棚进行近程或远程智能管理。该系统通过无线数据传输模块将大棚现场控制系统采集到的数据传到上位机，上位机监控平台采用eclipse开发工具和

2、jsp语言进行开发设计，它将接收到的数据进行分析判断，若数据超出原先设定的范围便进行报警，同时利用无线通信模块将用户的决策命令传给下位机，实现对大棚现场设备的控制。关键词：无线传输模块;plc;jsp;传感器一、背景与介绍现代大棚作为设施农业的重要组成部分，如何对其环境进行智能、有效的监控，成为研究的热点。首先是运用机械化、微电子智能化、计算机等高新技术，将温度、湿度、光照、水、肥和气等环境因子自动调控到作物各个生长时期所需的最佳状态。其次，计算机技术的快速发展有效地延伸了信息技术应用领域，基于web的各类农业信息系统正在成为重要的研发与应用平台，通过无线远程的监控技术，将处于偏远郊外、相对分

3、散的大棚群进行统一管理，有效实现了异地资源的共享，这不仅节约了硬件成本，也带来了极大的便捷性，成为了现代大棚智能化发展的热点1，2。随着我国的设施农业迅猛发展，智能控制系统，无线监控系统在大棚中的应用也越来越普遍。无线传感器网络更是早已被国内外的专家和学者重视起来，将其作为今后科技技术的发展方向。无线传感器网络传输数据解决了传统有线传输数据布线难，扩展不方便等劣势。所以开发大棚专家系统与大棚自动化控制技术相结合的大棚控制系统成了研究的热点3。总体来说，虽然我国大棚产业起步比较晚，但是发展的速度却是惊人的，虽然与发达国家仍存在一定的差距，但科研人员正致力于研究适合我国国情的智能大棚。二、技术框架

4、（一）需求分析系统在设计过程中，分别采用温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和光照度传感器对大棚内植物生长的环境参数进行检测，将采集的数据送单片机处理，最后通过以太网传到控制中心，供大棚的管理员使用。当湿度超过预先设定的范围是，打开下位机的电磁阀，对大棚进行自动灌溉，光照度超过或者低于设定范围可以短信通知管理员关闭或者开启卷帘门。1.功能需求分析论文设计的系统应该能够实时采集蔬菜大棚的几种参数，大棚管理员可以通过上位机系统看见大棚的各节点的参数值，并且能够查看历史的参数值。当检测到的参数超过了管理员规定的范围时，能够及时的通过多种方式通知管理员。大棚监控系统的下位机系统应具备的功能如下：

5、1.实现对大棚温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度的检测;2.有一些执行机构，比如智能的喷淋装置;3. 能够定时的将采集的参数传送给服务器，将异常信息及时通知服务器。2.系统的性能需求分析基于环境参数的大棚监控系统主要是对蔬菜大棚内的环境参数进行多点监控，因此系统应当具有操作简单、实时监控、数据测量误差小、系统建成成本低、能耗低且便于维护等特点。其一，实时性：系统的数据釆集的实时性是监控系统很重要的一个方面，系统应当能够实时的从大棚内获取环境参数信息。其二，可靠性及可用性：系统的软、硬件运行应具有较高的可靠性与可用性，避免出现系统硬件的故障与软件的死机的情况。同时系统的人机界面应当友好、实用。3

6、.系统的升级和功能扩充需求虽然有些功能不属于当前系统的开发范畴，但是随着农业生产和科技的不断发展，将来可能要对系统的功能进行扩充。因此在蔬菜大棚监控系统的开发过程中要对将来可能的扩充和修改预作准备，因此节点子系统的处理器应该留有一些接口以及一些通信接口，以便满足更多信号的釆集和数据的多样化传输。服务器系统在硬件上要留有一定的存储裕量，满足软件系统的升级，合理设计服务器软件的模块和接口，尽量满足高内聚、低親合的要求，当需要功能扩充时，保证在不破坏己开发的软件模块前提下增加新的模块，完成系统的升级。（二）系统的设计思想及总体结构系统釆用模块化设计，各模块之间保持相互的独立，有利于系统的升级与扩展。

7、该监控系统共有三个部分：前端的数据采集部分、数据传输部分以及监控中心。前端的数据采集部分一般负责传感器的数据采集以及初步的数据处理来传输给上位机;数据传输部分是将传感器采集到的数据按照约定的协议传输到上位机;监控中心负责对采集到的数据进行实时的监控，计算机经过对采集的数据进行分析、处理以后，如有发现异常则釆取相应的补救措施。（三）系统功能模块设计由系统的总体结构图可知论文设计的系统应具有蔬菜大棚环境参数分布式采集、数据采集模块和服务器之间的双工通信、短信报警、自动灌溉、服务器显示等功能。因此系统的功能模块主要可以划分为：前端数据采集模块、控制模块、网络通信模块、数据库模块以及控制中心模块五部分

8、。各功能模块的具体说明：1.前端数据采集模块：前端数据采集模块主要釆用多种传感器负责对大棚内的环境温度，土壤湿度，二氧化碳浓度和光照强度等环境参数的采集，由单片机实时处理釆集的环境参数和土壤湿度;2.控制模块：控制模块主要完成当湿度低于下限值的时候通过自定义的网络通信协议控制单片机来控制电磁阀实现智能的灌溉;3.网络通信模块：网络通信完成上位机与数据采集模块的双工通信，釆集数据模块依据设计的通信协议将釆集数据组帧，通过以太网控制芯片发往上位机，上位处理后可向下位机发送灌溉、自检等控制命令;4.控制中心模块：控制中心模块采用的操作系统机作为服务器，以作为编程语言环境，接受和处理下位机采集的实时参数信息。三、总结课题研究通过无线及远程对大棚实现智能控制的系统，主要开发了近程监控系统和远程管理系统。只要有网络的地方都可以登陆大棚管理系统，进行大棚远程的监测与控制，在大棚附近办公室的技术人员则可以直接打开上位机监控界面进行大棚现场管理。此课题对现代农业大规模的展开提供了理论依据。参