周彥斌，董海濤

（扎蘭屯職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 扎蘭屯 162650）

0 引言

經(jīng)過近20年的發(fā)展，我國(guó)溫室種植取得了一定的成效。國(guó)內(nèi)溫室生產(chǎn)面積（包括日光溫室、塑料大棚）已達(dá)到120萬(wàn)hm2，躍居世界第一，溫室設(shè)備產(chǎn)品、實(shí)際應(yīng)用和配套技術(shù)研究等方面發(fā)展速度較快，形成了不同檔次、不同系列化的溫室產(chǎn)品，初步形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。農(nóng)業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，目前在傳感技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用、智能化專家管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遙感系統(tǒng)、生物信息和診斷系統(tǒng)、食物安全追溯系統(tǒng)等得到了初步的應(yīng)用[1]。目前在國(guó)內(nèi)相應(yīng)的產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展迅速，但整體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，設(shè)備和系統(tǒng)成本較高，平臺(tái)控制端相對(duì)復(fù)雜，超過了普通農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的知識(shí)和技能水平，因此應(yīng)用范圍不夠廣泛。

1 “農(nóng)事易控”普通溫室遠(yuǎn)程智控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)旨在利用自有技術(shù)研發(fā)出一套低成本的遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)，對(duì)普通溫室作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程智能管理，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中勞動(dòng)力節(jié)約、生產(chǎn)資料節(jié)約和對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境的精準(zhǔn)控制，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在普通溫室實(shí)驗(yàn)區(qū)中建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合、無(wú)線傳感技術(shù)和有線傳感技術(shù)結(jié)合，將監(jiān)測(cè)信號(hào)、控制信號(hào)和設(shè)備網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制。在系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)上，不追求大而全的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于普通溫室的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)和設(shè)備聯(lián)動(dòng)，使用者簡(jiǎn)單培訓(xùn)就可以達(dá)到熟練操作的程度。根據(jù)溫室的具體基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備配備情況，選用相應(yīng)的控制模塊，控制層面上采取手動(dòng)和自動(dòng)相結(jié)合的控制模式，用戶既可以通過合理配置完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，也可以根據(jù)系統(tǒng)提醒來人工干預(yù)。

2 “農(nóng)事易控”普通溫室遠(yuǎn)程智控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

2.1 “農(nóng)事易控”普通溫室遠(yuǎn)程智控系統(tǒng)的開發(fā)思路

物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備,按照約定的協(xié)議,把特定物體、網(wǎng)絡(luò)及存儲(chǔ)等集中控制系統(tǒng)統(tǒng)一連接起來,進(jìn)行信息交換與自動(dòng)控制,以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定物體進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理為一體的一種網(wǎng)絡(luò)[2]?！稗r(nóng)事易控”物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)體積小巧，集成度高，安裝方便，成本低廉，適合在普通溫室大棚內(nèi)安裝使用，可以有效地解決大棚內(nèi)各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)大棚的現(xiàn)代化管理起到至關(guān)重要的作用。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在線式監(jiān)測(cè)，配合控制設(shè)備對(duì)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，也可以獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)和自動(dòng)控制、靈活方便?！稗r(nóng)事易控”系統(tǒng)在控制設(shè)計(jì)上不同于一般的PLC集成控制模塊，而是采用stc12c5a系列單片機(jī)編程進(jìn)行直接控制，可定制性高，成本低，可擴(kuò)展性好。

系統(tǒng)基于HTML5及WebSocket協(xié)議開發(fā)，支持HTML5規(guī)范的瀏覽器都能極好的運(yùn)行該系統(tǒng)，軟件包括Windows、macOS、Android、ios等系統(tǒng)中內(nèi)置的瀏覽器，并且自動(dòng)匹配終端設(shè)備的屏幕大小，在Windows系統(tǒng)上推薦用Chrome瀏覽器可以獲得最好的用戶體驗(yàn)。硬件要求只需要一臺(tái)可以運(yùn)行HTML5規(guī)范的電腦、平板、手機(jī)等就可以滿足硬件要求。

2.2 “農(nóng)事易控”普通溫室遠(yuǎn)程智控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)是通過智能傳感器、射頻識(shí)別（RFID）設(shè)備、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）等信息傳感設(shè)備按照約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[3]?！稗r(nóng)事易控”系統(tǒng)根據(jù)普通溫室的生產(chǎn)條件和作業(yè)需求，在數(shù)據(jù)采集層實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)的土壤、空氣和植物生長(zhǎng)狀態(tài)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)監(jiān)測(cè)和采集。對(duì)土壤的監(jiān)測(cè)主要包括土壤溫度、濕度、pH值和養(yǎng)分等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)；對(duì)空氣環(huán)境的監(jiān)測(cè)主要包括空氣溫度、相對(duì)濕度、光照、CO2、O2、風(fēng)速等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)；對(duì)作物生長(zhǎng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)主要包括對(duì)植株生長(zhǎng)形態(tài)、葉片生長(zhǎng)形態(tài)、葉片表面和植株表面病蟲形態(tài)、果實(shí)生長(zhǎng)形態(tài)等形態(tài)的高清圖像采集和監(jiān)測(cè)。各類環(huán)境傳感器采用RS485通信協(xié)議，智能終端采用STC15W4K32S4單片機(jī)編程，通過485協(xié)議讀取各類傳感器值，并通過標(biāo)準(zhǔn)RS485的通信協(xié)議控制繼電器從而控制加熱器等各種設(shè)備的開停。

2.3 “農(nóng)事易控”普通溫室遠(yuǎn)程智控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)

利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，每個(gè)溫室作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用性能可靠的工業(yè)以太網(wǎng)?？梢詫⑥k公網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)和視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫結(jié)合到該網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“多網(wǎng)合一”。 整個(gè)系統(tǒng)可承載的數(shù)據(jù)分成如下的幾個(gè)部分：工業(yè)控制數(shù)據(jù)、環(huán)境狀態(tài)采集數(shù)據(jù)、視頻采集數(shù)據(jù)和農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)運(yùn)用云平臺(tái)架構(gòu)，云平臺(tái)采用有人透?jìng)髟乒芾硐到y(tǒng)將智能終端和電腦、手機(jī)、平板等呈現(xiàn)連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的控制存儲(chǔ)及上傳的功能，各種呈現(xiàn)終端可以查看環(huán)境數(shù)據(jù)，控制設(shè)備。

2.4 “農(nóng)事易控”普通溫室遠(yuǎn)程智控系統(tǒng)的應(yīng)用層設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新在于智能終端自主開發(fā)，功能可根據(jù)需要編程定制；所有環(huán)境數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期存貯在云平臺(tái)；各種呈現(xiàn)終端只要連接到互聯(lián)網(wǎng)便可以獲取環(huán)境數(shù)據(jù)和控制設(shè)備。通過與數(shù)據(jù)庫(kù)中大數(shù)據(jù)提供的參數(shù)比對(duì)，來向普通溫室生產(chǎn)者提供有價(jià)值的處理策略，并通過生產(chǎn)者的程序設(shè)定或自動(dòng)完成各項(xiàng)設(shè)備控制作業(yè)，以達(dá)到精準(zhǔn)生產(chǎn)的目標(biāo)；通過合理的監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)庫(kù)模式識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)過程的記錄和監(jiān)測(cè)，對(duì)農(nóng)作物出現(xiàn)異?，F(xiàn)象進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，向生產(chǎn)者提供有價(jià)值的分析報(bào)告，對(duì)作物生長(zhǎng)中遇到的問題提前預(yù)警。

3 “農(nóng)事易控”普通溫室遠(yuǎn)程智控系統(tǒng)安全保障措施

整個(gè)系統(tǒng)最大的安全隱患是對(duì)風(fēng)機(jī)、補(bǔ)光燈、加熱及灌溉設(shè)備的誤操作及非法入侵操作，對(duì)此采取的措施是在對(duì)上述設(shè)備電源接入處有物理應(yīng)急斷路器；在終端操作設(shè)備上需要輸入授權(quán)碼才可對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制；在呈現(xiàn)設(shè)備上需要用戶名和密碼登錄系統(tǒng)，方可查看環(huán)境數(shù)據(jù)和手動(dòng)控制設(shè)備。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在公有云云端，由服務(wù)商保障數(shù)據(jù)安全可控，在PC機(jī)和移動(dòng)端上利用系統(tǒng)自身的防火墻功能做訪問控制，安裝正規(guī)殺毒軟件系統(tǒng)，并在交換機(jī)端進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)分離，最大程度保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)和應(yīng)用端的安全，保障措施簡(jiǎn)單易行。

4 “農(nóng)事易控”普通溫室遠(yuǎn)程智控系統(tǒng)的應(yīng)用前景

普通溫室遠(yuǎn)程智控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，采用傳感層的自主開發(fā)、傳輸層的多樣化數(shù)據(jù)輸送保障、控制端和上位機(jī)軟件的智能化操作、低成本的集成化設(shè)計(jì)，能夠極大解決普通農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者生產(chǎn)投入能力低下、信息化技術(shù)水平不高、人工成本占比較高、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)不可控等諸多問題。