吳旭

摘 要：文章所述系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用加熱爐、加濕器、風(fēng)機(jī)、滴灌裝置、文丘里施肥器、熒光燈和步進(jìn)電機(jī)控制的卷簾，分別為溫室大棚進(jìn)行加熱、加濕、通風(fēng)、滴灌、施肥、采光。使用傳感器，將數(shù)據(jù)通過W5100網(wǎng)絡(luò)模塊上傳到Y(jié)eelink物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)時(shí)查看溫室大棚內(nèi)各傳感器數(shù)值及動(dòng)作裝置狀態(tài)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能溫室大棚，實(shí)現(xiàn)溫室種植的高效和精細(xì)化管理。同時(shí)在溫室大棚棚頂鋪設(shè)太陽能電池板，為大棚內(nèi)系統(tǒng)設(shè)施供電，提供清潔能源。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；溫室大棚；太陽能；單片機(jī)

1研制背景

當(dāng)前我國處在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，農(nóng)村發(fā)展面臨著資源約束和基礎(chǔ)設(shè)施不完善等問題。在物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi)影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息應(yīng)該掌握并重視，例如，空氣濕度、土壤濕度、二氧化碳濃等。傳統(tǒng)溫室大棚（溝灌型），在一次澆灌后，用水量大，這就導(dǎo)致地面土壤水分無法及時(shí)蒸發(fā)而長(zhǎng)時(shí)間濕潤(rùn)，相應(yīng)的，大棚內(nèi)溫度、地表溫度降低快，加大蒸發(fā)量，在這種環(huán)境下，病蟲害易發(fā)生。本文所述基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能太陽能溫室大棚采用滴灌和文丘里施肥技術(shù)，可以有效緩解并改善傳統(tǒng)大棚的缺點(diǎn)并使水分損失降低到最低限度。此外，由于水分可及時(shí)地到達(dá)農(nóng)作物根部吸水區(qū)，從而顯著提升灌溉效率。本系統(tǒng)采用太陽能電池供電，充分利用了溫室大棚的空間資源。

2設(shè)計(jì)方案

2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)連接傳感器采集下列信息：棚內(nèi)光照強(qiáng)度、空氣與土壤溫度、空氣濕度與土壤濕度、土壤濕度與PH值、二氧化碳濃度、氣壓值。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取農(nóng)作物生長(zhǎng)最佳條件。實(shí)時(shí)調(diào)控或自動(dòng)控制溫室系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)，施肥系統(tǒng)（通過數(shù)據(jù)變化），卷簾采光裝置，噴霧加濕裝置、通風(fēng)裝置、加熱裝置等。

2.1.1光強(qiáng)傳感器

在光照較強(qiáng)，不適合大棚中作物生長(zhǎng)時(shí)，光強(qiáng)傳感器會(huì)給控制器一個(gè)信號(hào)，控制器自動(dòng)控制大棚上的卷簾裝置，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度。

2.1.2二氧化碳傳感器

二氧化碳傳感器能夠測(cè)出大氣中的二氧化碳含量。在本系統(tǒng)中，二氧化碳傳感器將大棚中二氧化碳含量信號(hào)傳給控制器，當(dāng)二氧化碳含量不正常時(shí)，控制器自動(dòng)使大棚上的風(fēng)扇啟動(dòng)，當(dāng)二氧化碳含量正常時(shí)，關(guān)閉風(fēng)扇。實(shí)現(xiàn)通風(fēng)控制。

2.1.3土壤PH值傳感器

土壤PH值傳感器可以檢測(cè)土壤中的酸堿度，并判斷植物是否需要進(jìn)行施肥。

2.1.4大氣壓傳感器

大氣壓傳感器是用來檢測(cè)大棚中的氣壓值，當(dāng)大棚中的氣壓不適合農(nóng)作物生長(zhǎng)時(shí)，它可以將信號(hào)傳給控制器，從而打開大棚上的風(fēng)扇來調(diào)節(jié)大棚里的氣壓。

2.1.5土壤濕度傳感器

土壤濕度傳感器檢測(cè)植物土壤濕度，判斷是否需要澆水，并自動(dòng)控制電磁閥動(dòng)作進(jìn)行滴灌。

2.1.6空氣濕度傳感器

空氣濕度傳感器是檢測(cè)大棚中的空氣溫、濕度的，工作原理與土壤濕度傳感器類似，通過傳感器值來判斷是否啟動(dòng)加濕器。

2.1.7溫度傳感器

采集溫室大棚內(nèi)空氣溫度和土壤溫度，通過判斷控制加熱爐。

2.2物聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)Yeelink

本系統(tǒng)使用公共物聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)Yeelink，該平臺(tái)具有高并發(fā)接入服務(wù)器和云存儲(chǔ)方案。接入平臺(tái)，通過應(yīng)用進(jìn)行遠(yuǎn)程管理控制。當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到某個(gè)設(shè)定閾值，其會(huì)自動(dòng)調(diào)用預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，發(fā)送通知。所有數(shù)據(jù)，均可以通過地圖和時(shí)間軸方式進(jìn)行展現(xiàn)，使用IOS或Android系統(tǒng)的智能設(shè)備，均可查看傳感器狀態(tài)并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2.3智能控制

傳感器通過總線與控制中心相連接，控制中心采用Ardui-nomega2560開發(fā)板和W5100網(wǎng)絡(luò)模塊構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)控制采光、滴灌、噴霧加濕、通風(fēng)、加熱、施肥等設(shè)備，保證溫室大棚內(nèi)環(huán)境最適宜作物生長(zhǎng)。傳感器監(jiān)測(cè)、微型控制、數(shù)據(jù)傳輸和物聯(lián)網(wǎng)是本系統(tǒng)的主要技術(shù)。系統(tǒng)工作流程如下：采用各種傳感器采集溫室大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)信息并同步對(duì)其進(jìn)行分析，以此為依據(jù)，適當(dāng)、準(zhǔn)確、高效地控制滴灌的水量。同時(shí)在云端平臺(tái)上設(shè)置了相應(yīng)的動(dòng)作機(jī)制和報(bào)警機(jī)制，當(dāng)傳感器數(shù)值達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，對(duì)應(yīng)動(dòng)作機(jī)構(gòu)自動(dòng)動(dòng)作，開啟自動(dòng)控制功能。同時(shí)設(shè)置了消息推送功能，將動(dòng)作機(jī)構(gòu)等狀態(tài)消息及時(shí)發(fā)送給用戶。

3創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

（1）大幅度節(jié)省水量。平均可節(jié)水約50%，將灌溉用水利用系數(shù)提高到95%以上，畝產(chǎn)灌水定額減少了30%左右。

（2）可使土壤環(huán)境維持平衡狀態(tài)。灌溉水流量小且均勻，對(duì)農(nóng)作物沖擊力降低，有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)。

（3）便于施加肥料，提高效率。利用本系統(tǒng)對(duì)農(nóng)作物施加肥料，肥料可以順滴灌孔直接到達(dá)農(nóng)作物根基部位被其吸收，大大降低肥料的浪費(fèi)，從而提高了化肥的利用率。

（4）節(jié)省人力成本。不同于傳統(tǒng)溫室大棚需要人工保護(hù)過水渠道、澆灌等。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)澆灌自動(dòng)化，比傳統(tǒng)灌省工近50%。此外，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和普及，成本進(jìn)一步降低，正在達(dá)到了低投資，高收入的水平。技術(shù)簡(jiǎn)便，易于農(nóng)民學(xué)習(xí)、掌握、使用、維護(hù)和管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]管繼剛.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].通信管理與技術(shù)，2010（03）：24-27.