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1溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求

溫室按照用途分，可分為兩種類型。一種為商品型溫室，主要用于蔬菜、瓜果、花卉等商品性植物的種植。該類型溫室通常面積較大，并充分考慮溫室運營成本。另一種為科研型溫室，主要為科學(xué)研究培養(yǎng)植物材料，或者用于研究環(huán)境對植物生長的影響。該類型的溫室一般面積較小，對溫室環(huán)境參數(shù)的控制要求較精確。但無論何種類型的溫室，對于溫室環(huán)境監(jiān)測的要求都是一致的。概況起來有以下幾個方面：（1）監(jiān)測系統(tǒng)的實時性和可靠性，要求系統(tǒng)獲取實時準確的溫室環(huán)境參數(shù)；（2）監(jiān)測系統(tǒng)智能化，對實時獲取的溫室環(huán)境參數(shù)作出是否超出預(yù)設(shè)范圍進行判斷響應(yīng)；（3）監(jiān)測系統(tǒng)的可擴展性，要求能便捷地擴展環(huán)境監(jiān)測的范圍和項目；（4）監(jiān)測系統(tǒng)便于維護，盡量采用無線傳輸技術(shù)，避免過多地使用線纜連接；（5）系統(tǒng)建設(shè)及運行成本低廉，盡可能降低監(jiān)測系統(tǒng)的能耗。

2系統(tǒng)設(shè)計方案

按照溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求，針對溫室環(huán)境的特點，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案，其系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示，圖中虛線代表無線傳輸方式，實線代表有線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，箭頭表示信息傳輸方向。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r收集溫室內(nèi)諸如土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)，并自動判斷是否滿足所種植物的生長條件。如果環(huán)境參數(shù)超出了設(shè)定的范圍，系統(tǒng)將向溫室管理者發(fā)出預(yù)警信息。植物生長期間的所有環(huán)境數(shù)據(jù)都會被采集并儲存。溫室管理者無論何時何地都可以借助于連接在網(wǎng)絡(luò)上的電腦或智能手機方便地獲取溫室信息。溫室中的環(huán)境傳感器是整個監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其作用是負責(zé)采集溫室內(nèi)的空氣溫濕度、光照強度、土壤溫濕度、CO2濃度等溫室環(huán)境參數(shù)。數(shù)據(jù)接收器用于接收傳感器收集到的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，它們之間通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)連接。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)接收器通過串口將數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理器。數(shù)據(jù)處理器是整個系統(tǒng)的核心。具體而言就是一臺電腦或服務(wù)器。主要用于處理來自于溫室中各種傳感器的數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中，以便溫室管理者調(diào)閱分析。數(shù)據(jù)處理器接入互聯(lián)網(wǎng)（Internet），遠程終端可以登錄到數(shù)據(jù)處理器對整個監(jiān)測系統(tǒng)進行管理和監(jiān)測。對于一些地處偏僻的小型溫室，接入互聯(lián)網(wǎng)可能會增加建設(shè)成本，這種情況可以考慮只建立局域網(wǎng)LAN。局域網(wǎng)內(nèi)部的終端可以登錄到數(shù)據(jù)處理器，對整個監(jiān)測系統(tǒng)進行管理和監(jiān)測。另外，對于通過有線方式接入互聯(lián)網(wǎng)困難的地方，可以考慮將數(shù)據(jù)處理器連接至3G網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線方式接入互聯(lián)網(wǎng)。可以看到，溫室環(huán)境的監(jiān)控信息只有通過Internet、LAN或3G三種網(wǎng)絡(luò)，才能將終端設(shè)備，即電腦或智能手機，與數(shù)據(jù)處理器連接，實現(xiàn)信息的顯示。這對于實際生產(chǎn)中想即時獲取某一溫室實時的環(huán)境參數(shù)帶來不便。因此，本方案中設(shè)置了手持監(jiān)測器。當(dāng)溫室管理者手持監(jiān)測器靠近溫室，手持監(jiān)測器內(nèi)的識別系統(tǒng)就與該溫室之間建立特定的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)信息的傳遞。該功能通過射頻識別技術(shù)RFID實現(xiàn)。手持監(jiān)測裝置中的標(biāo)簽閱讀模塊讀取特定溫室中RFID裝置上的電子標(biāo)簽并進行認證，手持監(jiān)測裝置便可以從電子標(biāo)簽上讀出溫室的相關(guān)信息。同時移動監(jiān)測裝置中的無線傳輸模塊可通過無線網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)處理器獲取認證溫室的實時環(huán)境參數(shù)。溫室內(nèi)部除了各種環(huán)境傳感器單元、RFID裝置和數(shù)據(jù)接收器外，還設(shè)置了溫室報警器。當(dāng)溫室環(huán)境參數(shù)超出設(shè)定閾值時，數(shù)據(jù)處理器發(fā)出的預(yù)警信號啟動溫室內(nèi)的聲光報警器，可以提示溫室附近的管理者。

3系統(tǒng)工作流程

整個系統(tǒng)的工作流程為：（1）數(shù)據(jù)采集單元實時收集溫室中的環(huán)境參數(shù)；（2）數(shù)據(jù)接收器通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)從傳感器獲取溫室環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過串行接口將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器；（3）數(shù)據(jù)處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，同時將其儲存在數(shù)據(jù)庫中以便后續(xù)的分析和展示；（4）數(shù)據(jù)處理器對環(huán)境參數(shù)進行分析，如果某一參數(shù)超出預(yù)先設(shè)定的門限值，將會啟動溫室內(nèi)部聲光報警裝置，同時向網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)出手機短信、飛信、微信、QQ等信息提示；（5）接入互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理器提供有系統(tǒng)圖形操作界面，通過該界面，用戶可以通過接入互聯(lián)網(wǎng)的計算機遠程訪問系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理器，實現(xiàn)對溫室的遠程管理和監(jiān)控；（7）用戶也能使用智能手機、平板電腦等移動終端通過互聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)據(jù)處理器實現(xiàn)對溫室的遠程管理和監(jiān)控；（8）用戶攜帶手持監(jiān)測裝置靠近溫室時，裝置會自動接收并顯示該溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)信息，用戶也可以通過該裝置通過3G網(wǎng)絡(luò)或無線局域網(wǎng)接入溫室遠程管理系統(tǒng)對該溫環(huán)境閾值進行設(shè)置。

4結(jié)語

本文提出了一種適合于溫室生產(chǎn)管理的基于物聯(lián)網(wǎng)的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)匯總傳感器采集的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)并輸入數(shù)據(jù)處理器。當(dāng)環(huán)境參數(shù)超出設(shè)定的閾值，可以通過接入互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)的電腦終端，或者接入3G網(wǎng)絡(luò)的移動終端向溫室管理者發(fā)出預(yù)警信息。溫室管理者也可借助RFID技術(shù)實現(xiàn)對特定溫室環(huán)境信息的提取。該系統(tǒng)可以有效地幫助溫室生產(chǎn)者監(jiān)測和管理溫室環(huán)境，以降低生產(chǎn)中人力、物力的投入，達到節(jié)能增收的效果。

作者：簡興邱銀國張振國張遠兵單位：安徽科技學(xué)院城建與環(huán)境學(xué)院