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　　一、方案概述

　　我國是一個農業大國，提高單位面積的作物的產量、生產優質農產品是現階段農業發展的迫切要求。溫室大棚是一種可以改變植物生長環境，根據作物的生長的最佳生長條件，調節溫室氣候，能夠避免外界四季變化和惡劣氣候對其影響的場所，是實現高產、優質農業的一個重要的組成部分。溫室結構的建造標準是既能密封保溫，又便于通風降溫。但是作物要實現高產、優質、僅僅靠溫室保溫是不行的，需要對農作物的生長環境進行多方位多點的精確采集和實時的控制。

　　與普通的溫室大棚相比，數字化精準農業溫室大棚不僅能夠種植優質高產反季節作物，而且將電子、計算機、通信和自動化控制等技術引入到本領域中。數字化精準農業溫室大棚系統，可以定量獲取和分析農業環境的多種參數，實現對環境的多點檢測，其檢測目標可以是溫度、濕度、光照、振動、壓力、水/土壤空氣成分等，通過zigbee無線通信把溫室大棚的各種參數匯總到服務器，服務器再通過執行結構去調節大棚的溫度、濕度等參數。從而能對大棚內各個環境參數達到良好的檢測，協調控制大棚的環境參數，使大棚內的環境條件能夠適宜作物的成長，并能通過Web遠程檢測和控制溫室大棚的環境參數。

　　二、溫室大棚監控系統現狀

　　1.?手動控制

　　與普通的溫室大棚相比，數字化精準農業溫室大棚不僅能夠種植優質高產反季節作物，而且將電子、計算機、通信和自動化控制等技術引入到本領域中。數字化精準農?業溫室大棚系統，可以定量獲取和分析農業環境的多種參數，實現對環境的多點檢測，其檢測目標可以是溫度、濕度、光照、振動、壓力、水/土壤空氣成分等，通?過zigbee無線通信把溫室大棚的各種參數匯總到服務器，服務器再通過執行結構去調節大棚的溫度、濕度等參數。從而能對大棚內各個環境參數達到良好的檢?測，協調控制大棚的環境參數，使大棚內的環境條件能夠適宜作物的成長，并能通過Web遠程檢測和控制溫室大棚的環境參數。

　　2.?控制不靈活

　　隨著我國的單片電子技術、自動化技術的進步，在80年代中后期，研究出了基于自動控制的溫室大棚控制技術。這種控制系統需要種植者輸入溫室作物生長所需環境的目標參數，單片機跟進傳感器的實際測量值與預先設定的環境閾值進行比較，以決定對溫室大棚內的相應執行機構進行加熱、降溫和通風等控制操作。基于單片機的自動控制的溫室控制技術實現了生產自動化，勞動生產率得到提高。

　　這種控制方式對作物生長狀況的改變難以及時作出反應，難以介入作物生長的內在規律，而且不方便對控制機構加入相應的控制算法。

　　3.?布線麻煩

　　對溫室大棚內的環境因子進行多點參數的采集，一般需要在土壤中鋪設大量的線纜，使得對作物的耕作造成了一定的困難；在遭遇雷擊這樣的自然條件下，故障率高，容易出現故障隱患，當環境內線出現問題時，維修人員難以展開工作排查故障，不能滿足溫室大棚智能監控的安全運行。

　　三、系統實現方案

　　隨著智能控制的發展，溫室大棚的控制系統向著越來越先進、功能越來越完備的方向發展。新的大棚智能控制系統采用zigbee進行組網，把溫濕度等環境參數自動采集匯總到服務器。新的控制系統并運用模糊控制技術使溫室大棚環境達到最佳的生長狀態。在溫室自動控制技術和生產實際的基礎上，通過總結、收集農業領域知識、技術和各種實驗數據構造專家系統，以建立植物生長的數學模型為理論依據，研究開發出的一種適合不同農作物生長的溫室專家智能控制系統技術。它可以利用各類傳感器測量溫室大棚的溫度、濕度、光照強度等環境因子，并能對環境因子進行控制，以基于作物和環境信息的知識的專家決策系統為依托，實現利用智能化和信息化的溫室大棚智能監控系統。

　　以一個溫室大棚中的智能監控系統為例。每一個大棚需要采集4組數據，每一組數據包括大棚內的溫度、濕度、光照度和CO2濃度。溫度大棚的數據采集是通過大棚內的溫度、濕度、光強度和CO2濃度數據。數據采集模塊有單片機分時對各個監控點進行巡回檢測。主控芯片對數據進行濾波處理后打包送至無線網絡的子節點。其數據采集結構如圖所示：

　　單片機將大棚內的4種環境參數信息傳輸到無線網絡中的子節點，子節點每隔一定的時間輪流向主節點發送信息。主節點組建了基于zigbee技術的星型網絡拓撲結構，主節點在星型網絡中充當協調器的角色，協調器主要實現對整個網絡的管理以及接受子節點轉發的數據等功能；各子節點具有數據采集和轉發的功能，可以將大棚內溫濕度數據，空氣中光照含量，CO2濃度這些農作物生長的環境信息采集過來，該設備節點安裝在溫室大棚內。

　　主節點收到數據之后將各節點的數據給智能監控系統的控制中心，負責對大棚內的各個執行機構進行控制，從而啟動控制增溫降溫、加溫除濕、遮陽補光等調控設備，按不同環境要求調控與協調溫室大棚的環境適應不同的作物的成長需求。

　　為了更方便清晰的掌握溫室大棚作物的環境參數情況，選用工業組態軟件作為上位機組態開發平臺，通過數據流連接和設置，可以實現上位界面和無線收發模塊的實時通信，另外可以通過遠程監控界面在IE瀏覽器上直接查看溫室大棚作物的生長情況。

　　四、系統優勢

　　1.?安裝簡單

通過zigbee無線進行環境參數的采集，可以大大減低有線組網布線的麻煩，不需要在土壤中鋪設大量的線纜，不影響作物的耕作。安裝簡易，并且可以靈活移動zigbee采集節點的位置。

　　2.?遠程監控

　　通過互聯網，在家里就可以遠程檢測和控制溫室大棚的生長環境，而不用親臨現場進行手動控制。而且可以把作物的生長環境情況存儲于云端，可以用于農作物的生長分析，得到農作物的最佳生長環境。

　　3.?高度拓展性

　　如果現有的環境因子采集節點不夠，可以隨時增加，很快加入到zigbee采集網絡中，即裝即用，而不用布線等復雜的安裝流程。

　　4.?維護方便

當大棚內的硬件系統出現問題時，維修人員可以快速展開工作排查故障，定位故障節點，快速解決問題，保證系統的安全運行。

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