大棚监控系统设计方案

2022-11-02

方案具有明确的格式和内容规范，要求其具有很强的实践性和可操作性，避免抽象和假大空的内容，那么具体如何制定方案呢？下面是小编为大家整理的《大棚监控系统设计方案》，希望对大家有所帮助。

第一篇：大棚监控系统设计方案

太阳能温室大棚监测控制系统方案设计

为适应市场的需求，目前温室大棚在国内外都得到了广泛的应用，其中以美国、日本、荷兰等国家发展最为迅速，基本实现了环境智能监控和远程监测。而在国内，大部分温室大棚未采用智能控制技术，且存在环境控制能力低、自动化程度落后、价格昂贵等缺点，这在很大程度上降低了温室农作物的产量与质量，因此，广泛实现温室的智能监控很有必要。此外，维持温室大棚的正常运行需要提供充足的电能，而一般大型的温室大棚位于离居民生活区较远的空旷地区，对电能的利用并非很方便，但是太阳能资源丰富，因此如何实现对太阳能的利用成为一个值得思考与解决的问题。

1 设计思想

要实现对太阳能的利用，可以借助于太阳能电池实现光电转换，近年来太阳能电池的转换效率与使用寿命都有了很大的提高，目前单晶硅的转换效率可达30%左右。因此利用太阳能光伏系统为温室大棚供电成为了可能，为提高太阳能利用率，可采用MPPT和光伏系统自跟踪技术。影响农作物的生长因子主要有：温度、湿度、CO2浓度以及光照。实现对各生长因子的智能控制，能很大程度地提高农作物的产量与质量。

基于太阳能供电的温室环境智能监控系统框图如图1所示。

太阳能温室大棚监测控制系统框图

2 模块化设计

2.1 太阳能供电模块

该模块主要包含MPPT的实现、蓄电池充放电监控、自跟踪系统以及电压转换4个部分。MPPT的实现和自跟踪系统均是为了实现太阳能更高效率的利用，蓄电池充放电监控则是对蓄电池、太阳能光伏组件阵列以及负载的保护，电压转换使得该系统可为各种交流和直流负载供电。太阳能供电模块框图如图2所示。

2.1.1 MPPT的实现

MPPT即最大功率点跟踪，是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使太阳能电池板以最高的效率对蓄电池充电。MPPT控制的原理实质上是一个自动动态寻优的过程，通过功率的比较来改变占空比和脉宽调制信号，进而改变太阳能电池板的工作负载，改变输出功率点的位置，以达到最优。实现MPPT通常需要斩波器来完成DC/DC转换，斩波电路分为BUCK电路和BOOST电路。本文中利用BUCK变换器来实现MPPT，通过调节BUCK变换器的PWM占空比输出，使负载等效阻抗跟随太阳能光伏组件阵列的输出阻抗，从而使光伏阵列在任何条件下均可获得最大功率输出。BUCK电路实际上是一种电流提升电路，主要用于驱动电流接收型负载，直流变换通过电感完成，其电路图如图3所示。

故通过调节占空比即可调整输出负载，从而可使太阳能光伏组件阵列工作在最大功率点。占空比的调节是通过控制Q基极电压来实现，可借助于单片机编程加以控制。

2.1.2 蓄电池充放电监控电路

蓄电池充放电监控电路是为了防止蓄电池组过充、过放等现象，蓄电池组在整个系统中起到储存与提供能量的作用，在硬件上可借助于单片机来实现，其软件程序流程图如图4所示。

2.1.3 自跟踪系统

为了实现对太阳能更大限度的利用，要保证太阳光每时每刻都垂直照射在太阳能电池板上，即太阳能电池板必须跟随这太阳的运动而运动。目前常用的自跟踪方法有匀速控制方法、光强控制方法、时空控制方法。为了方便实现并达到较好的跟踪效果，可以将匀速控制法与光强控制法相结合。并通过对实际光强与设定值的比较，分别采取紧跟踪、疏跟踪以及不跟踪的措施。在硬件上可以通过单片机、太阳光跟踪传感器、光强测定器等实现。

2.1.4 太阳能应用于温室的前景

目前使用太阳能光伏阵列进行供电需要占用一定的土地资源来安放太阳能电池板，然而现在已经生产出了半透明太阳能组件，此外透明太阳能电池组件也在进一步研究中，这使得将太阳能电池安装在温室顶部成为了可能。而且太阳能电池的转换效率在不断提升，因此太阳能光伏系统的广泛使用将成为必然趋势。

2.2 智能监控模块

智能监控模块的主要部分为传感器模块、A/D转换模块、微处理器以及各因子的控制设备。

2.2.1 传感器的选取

测温设备选择SLST系列数字传感器，它是采用美国Dallas半导体公司的DS18B20数字化温度传感器，为不锈钢外壳封装，防水防潮，且具有高灵敏度和极小温度延迟，现场温度以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性能。其测温范围为-55～+125℃，温度准确度为±0.5℃，可直接将温度转换为串行数字信号供单片机处理。温室内湿度的测量采用JCJ100MH湿度变送器，其采用高精度湿敏电容进行测量，具有灵敏度高、稳定性好、准确度高和使用寿命长等特点。其工作环境为-40～80℃，输出电压范围为0～5 V，湿度测量范围为0～100%，均满足温室测量的需求。土壤湿度的测量采用高精度土壤水分传感器，它采用世界先进技术的土壤湿度传感器，精密、可靠、耐用，可直接连接至数据采集器，可长期埋设在地下任意深度，连续测量，其测量范围为0～100%，工作电压为7～15 V，输出0～1.1 V的电压信号，可经适当放大后供A/D转换。光照度的测定可以采用KITOZER系统光照度变送器。该种变送器以对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器为传感器，具有测量范围宽、线性度好、防水性能好、传输距离远等特点，其工作电压为12～30 V，测量范围为0～200 000 LUX，支持二线制4～20 mA电流输出、三线制0～5 V电压输出、液晶显示输出以及RS 232，RS 485网络输出，适合在温室大棚环境下使用。CO2浓度的测定可采用FIGARO公司生产的TGS4160，它是一种固态电化学型CO2传感器，具有体积小，寿命长，选择性和稳定性好等特性。因为它的预热时间较长，故适合在室温下长时间通电连续工作。它的测量范围为0～5 000 ppm，使用寿命2 000天，内部含有热敏电阻起补偿作用。通过各传感器获得电信号，经A/D转换后输入单片机与所需要的设定值相比较，然后控制相应的设备来对各因子进行调节。

2.2.2 各生长因子的控制

农作物生长因子主要是指温度、湿度、CO2浓度以及光照。

温度升温设备可以采用热水锅炉、燃油锅炉、太阳能加热器等，鉴于室外太阳能资源充足，白天可采用太阳能加热器加热，实现光能向热能的直接转换，在太阳不足时，采取电加热器，由蓄电池组供电。降温设备采用湿帘风机，其中通风设备采取强制通风的方式，即利用风机产生风压强制空气流动降温，湿帘是利用水蒸发吸热的原理来降温，二者的结合作用能力强，效果稳定。

湿度当实际湿度低于所需要湿度时，可以通过控制安装在大棚顶端的喷嘴来实现，通过喷雾来提高湿度，同时又不至于使得湿度过大。当湿度过高，则可以通过通风来降低，这是利用湿度差来进行室内外的空气交换实现。

CO2浓度 CO2的浓度直接影响着农作物的产量与质量，合适的CO2浓度可能达到40%～200%的增产。大气中的CO2浓度仅为350 ppm，在温室中需要提高CO2浓度，可利用CO2发生器来实现，采用化学反应、燃煤、燃气等方式来产生CO2，当CO2浓度过低时，即可通过控制CO2发生器的开关来提高。当浓度过高时，通过打开通风机即可。

光照光照的控制设备为遮阳设备和补光设备，当光照过强时，可借助遮阳设备来实现，当光照过弱时，可利用补光灯来实现，而且补光灯开启的数量受外界光照的影响，最终达到较为合适的光照强度。

2.2.3 A/D转换 A/D转换采用TLC1549，将各传感器所采集的模拟电信号转换为数字量输入单片机进行处。

，对各因子加以控制。TLC1549为逐次比较型10位A/D变换器，其片内自动产生转换时间脉冲。转换时间小于21μs。其具有固有的采样保持电路，终端兼容TLC549，TLV549，采用CMOS工艺，有2个数字输入和1个三态输出，可和微处理器直接相连。

2.2.4 软件实现

该系统中所采用的单片机可以选择51/52系列单片机，如AT89C51。通过单片机编程来实现对各种设备开关的控制，其控制流程图如图5所示。

环境智能控制流程图

3 结语

该系统实现了对太阳能资源的有效利用，采用MPPT和自跟踪系统来实现高效率转换，且可以较好地智能控制农作物各生长因子，使得农作物生长在最为合适的环境中，大大提高了农作物的产量与质量。本文中所涉及的只是单间温室的智能控制，然而可以通过通信接口RS 232与上位机进行通信，实现集散控制，这样可以大大提高总体工作效率。

托普物联网简介

托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角!

托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。

托普物联网三大系统产品

我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统(环境监测传感设备)、传输系统(数据传输处理网络)、应用系统(终端智能控制平台。)

托普物联网模块化智能集成系统

托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。

1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。

2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。

3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。

4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。

5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。

6、作业模块：即中央控制室。可通过总控室对整个区域情况进行监测，包括各个区域采集点参数、控制作业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。

第二篇：智能农业大棚环境监视系统的设计与实现

无线传感网络技术课程设计报告

学生姓名学院

学号

计算机科学与技术学院

物联网工程专

业

题

目智能农业大棚环境监视系统的设计与实现指导教师

2016 年

7 月 1 日

1引言 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。

1.1智能农业大棚应用的背景 ............................................................... 错误!未定义书签。 1.2智能农业大棚设计的目的与意义 ................................................... 错误!未定义书签。 2监视系统ZigBee网络设计方案 ................................................................................................... 1 2.1 ZigBee网络技术简介(这个抄一下老师给我们的那个参考) ..................................... 1 2.2两种典型网络配置结构 ................................................................... 错误!未定义书签。

2.2.1两层网络，系统由两类点构成： ........................................ 错误!未定义书签。 2.2.2三层网络，系统由三类点构成： .......................................................................... 3 3智能农业大棚控制系统的总体方案 ............................................................................................ 3 3.1智能农业大棚的特点 ................................................................................................................. 3 3.2设计的总体思路 ......................................................................................................................... 4 3.3系统分为三个模块(说一说各部分的功能与工作的流程) ......................................... 5 3.3.1 ZigBee无线传感节点 ........................................................................................... 5 3.3.2 ZigBee数据汇聚节点 ........................................................................................... 5 3.3.3 控制系统 ............................................................................................................... 6 3.4无线传感器网络拓扑连接图 ............................................................................................. 6 4 结论 .............................................................................................................................................. 6 4.1 系统应该完成的功能 ........................................................................................................ 6 4.2心得体会和感悟 ................................................................................................................. 7 参考文献........................................................................................................................................... 7

1 引言

1.1智能农业大棚应用的背景

在我国智能农业大棚控制系统还处于发展阶段，特别是传统农业与现代自动化控制技术相结合的研究成果还不够成熟。在传统的农业大棚中，浇水、通风，灯光等控制全凭经验、靠感觉。对农业大棚内的温度、湿度、光照、二氧化碳的浓度、土壤的酸碱度等环境参数都需要靠人工进行采集，这样的传统农业大棚不仅大大耗费人工成本，而且还会因为监测不到位而使农业大棚的环境得不到保障。因此智能的农业大棚应运而生。

1.2智能农业大棚设计的目的与意义

目的：

1)通过智能化的设计使得大棚的环境得到自动监视，便于管理员通过手机进行实时监查与管理。

2)将大棚内农作物的生长环境与温室环境有机结合，分析数据并确定适合温室大棚的控制系统。

意义：大大的缩减了人工巡查的成本，同时更加高效的实现了人工智能自动监管，使得农业大棚向信息化，网络化，智能化的方向发展。

2监视系统ZigBee网络设计方案 2.1 ZigBee网络技术简介

ZigBee是一组面向低速无线个人区域(LR-WPAN)的双向无线通信技术标准。它是基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。其MAC层和物理层协议使用了IEEE 802.15.4标准，ZigBee联盟对网路层协议和API(应用层)进行了标准化，同时还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。与Wi-Fi,Bluetooth等其他无线接入技术相比，ZigBee具有的优势如下：

1、功耗低：工作非常省电，支持休眠状态。由于周期很短，收发信息功耗较低，以及采用了休眠模式，ZigBee可确报两节5号电池支持6个月至两年左右的使用时间;

2、工作频段灵活：使用的频段分别为2.4GHz(250Kb/s)、915MHz(40Kb/s)、和868MHz(20Kb/s)均为无须申请的ISM频段;

3、低成本：由于传输速率低，并且协议简单，降低了成本，另外使用ZigBee协议可以免专利费;

4、组网灵活、网络容量大：ZigBee可采用星型、树型和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一场网络节点管理，最多可支持达65000个节点。

5、安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128，应用层安全属性可根据需求来配置。

6、高保密性：64位出厂编号和支持AES-128加密。 ZigBee网络具有三种拓扑结构，如图2-3所示。

图2-3 ZigBee网络拓扑结构图

1、星形拓扑结构：节点之间只有唯一的一条路径

2、树状拓扑结构：当从一个节点向另一个节点发送数据时，信息将沿着树的路径向上传递到最近的协调器节点，然后再向下传递到目标节点。

3、网状拓扑结构：网状拓扑结构是一种特殊的、按多跳方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护，并且具有多种强大的自组织、自愈功能。网络可以通过“多跳”方式通信，可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模。

2.2两种典型网络配置结构

2.2.1两层网络，系统由两类点构成：

无线传感器节点，包括无线空气温湿度传感器、无线土壤温度传感器、无线

第 2 页共 7 页土壤含水量传感器、无线光照度传感器、无线CO2传感器等;

无线网关节点，包括Wi-Fi无线网关或GPRS无线网关。

该结构适用于园区已经有Wi-Fi局域网覆盖，或是可以采用GPRS直接上传数据的场景。在此结构中，只需要在合适的区域部署无线网关，即可实现传感器数据的采集和上传。(本次我所使用)

2.2.2三层网络，系统由三类点构成：

无线传感器节点，包括无线空气温湿度传感器、无线土壤温度传感器、无线土壤含水量传感器、无线光照度传感器、无线CO2传感器等;

无线网关节点;

数据路由器。

该结构适用于园区没有Wi-Fi局域网覆盖，也不准备采用GPRS直接上传数据的场景。在此结构中，需要部署数据路由节点和无线网关，无线网关与数据路由节点之间以长距离无线通信方式进行数据的交换，在区域较大，节点间通信距离不足时，无线网关还可以相互之间进行自动数据中继，扩大监控网络的覆盖范围。

3智能农业大棚控制系统的总体方案 3.1智能农业大棚的特点

通过使用智能无线节点CC2530模块形成的小型局域网(如下图所示)。红色为协调器模块(小型无线网络的网关)，黄色为功能模块(子节点包括：温湿度采集模块、数字量输入/输出模块等)。

智能农业大棚事实的流程图

3.3系统分为三个模块

3.3.1 ZigBee无线传感器节点

根据总体设计的要求，ZigBee无线传感节点作为数据的采集节点，负责将温室大棚里的温湿度传感器，光照强度传感器，二氧化碳传感器等采集到的数据发送到ZigBee数据汇聚节点，即CC2530智能无线节点。

3.3.2 ZigBee数据汇聚节点

ZigBee数据汇聚节点，即CC2530智能无线节点。USB串口输出，协调器获取底层的ZigBee无线传感节点采集的数据，并将其向上位机转发，所以ZigBee汇聚节点(协调器)为一个小型局域网的网关。

第三篇：农业大棚环境监控系统的监测内容及应用解决方案

1. 前言

1.1国内外农业温室大棚系统的现状

我国是一个农业大国，目前在广大农村，农业温室比比皆是。近年来，随着我国农业和农村经济的发展，农业生产方式逐步由传统的粗放经营式向现代集约型经营方式转变，农业科技示范园，作为现代集约型农业和高新科技应用的示范窗口，应运而生。随着科学技术的进步，温室的结构档次在逐步的提高，建设一种可提高温室内作物产量和质量，降低生产成本，减轻工作人员劳动强度的农业温室大棚智能监控系统，是广大温室作物生产人员的迫切需求。

目前，虽然也有不少单位或个人引进了一些国外的计算机智能监控系统，如温室环境监控系统，施肥灌溉监控系统，工厂化育苗智能监控系统等，这些系统真正实现了温室控制的智能化和自动化，但往往存在投资过大.系统维护不方便等各种发展制约瓶颈，再者就是要求温室的管理操作人员本身有较高的文化素质和较丰富的工程技术经验，目前我国广大农民还不具备，这也限制了国外同类产品在国内的推广应用。开发低价位、实用型的农业温室大棚智能监控系统对于推进我国农业自动化、智能化进程具有重要的意义，同时也具有很大的市场潜力。据调查，目前市场上迫切需要的是一种低成本、操作使用简便的实用农业温室大棚智能监控系统。针对这一要求及我国日光温室量大、面广的特点，研究一种既符合我国农业水平实际又适合农民经济承受能力、技术上不低于国外同类产品的农业温室智能集成监控系统是非常必要的。智能化农业温室大棚是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境，彻底摆脱传统农业对自然环境的依赖性。目前，计算机监控在农业温室大棚种植中得到了越来越广泛的应用，并正在成为农业温室大棚监控的核心。智能化农业温室大棚研究是当今兴起的一门横跨生物学、计算机科学、电子科学、机械设计和环境控制等几大学科的综合了多种高新技术的边缘学科。从目前我国农业发展政策看，未来10一15年我国农业科技进步的重要内容就是推动规模经营和农业产业化的发展，所以研究开发适合我国的国情的农业温室大棚智能监控系统是非常必要的。

1.2本监控系统简介

农业温室大棚智能监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建农业温室大棚智能化软硬件平台，实现对农业温室大棚中温度、湿度、二氧化碳等因子的自动监测。

本系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、二氧化碳浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由数据采集设备单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的温度、湿度、二氧化碳参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构(遮阳幕、通风系统等)，程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。

该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善农业温室大棚气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。

1.3本控制系统具有的特点 1.3.1预测性

通过对气候参数的分析，可以预测控制设备的运行情况，提高设备的利用率，降低能耗。

1.3.2强大的扩展功能

通过选用不同的外围设备，可以控制温室环境及风机、卷帘、灌溉等。 1.3.3完善的资料处理功能

通过中央控制软件，可以不问断地记录温度、湿度、二氧化碳等传感器的信息以及各种控制设备的动作记录等。

1.4远程监控功能

即使工作人员不在现场，也可以通过远程监控系统对温室内的环境参数及设备进行监测和控制。

2. 农业温室大棚智能监控系统的设计

2.1系统设计要求

农业温室大棚智能监控系统是一个涉及到温度、湿度、二氧化碳浓度及种植品种等多种因素的监控系统。因此，该系统的没计应具备以下功能：

l、较宽的工作电压范围：110v-380v交流：

2、能长时间连续、稳定、可靠的工作;

3、能对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度等参数进行准确的测量：

4、能根据种植品种的不同，可以设定温度、湿度、二氧化碳浓度的预警。 2.2系统设计原则

1、系统性能稳定，运行可靠。

2、操作简单，维护方便。

3、整个系统易于扩展。

4、运行经济节能，维护费用低。

5、性能价格比高。

2.3系统整体架构

系统采用上、下位机监控方案，下位机为系统前端采集设备，实施对温室大棚环境参数的检测与环境调整机构的控制;上位机为系统远程监控计算机，采用可视化编程语言设计界面友好的环境监测与管理系统，实现对温室的远程监控与管理操作。其基本的框架图如下：

3. 农业温室大棚智能监控系统的建设 3.1 系统介绍

该系统利用温度、湿度、二氧化碳等传感器采集现场的相关数据，采集到的数据在现场就通过无线方式发送到数据服务器中，通过应用服务器和web服务器对采集到的数据进行应用和显示。

系统网络结构分为三层，第一层为数据管理层：由电脑和以太网组成;第二层为数据传输层：采用GPRS无线数据传输;第三层为数据采集层：由GPRS远程测控终端和传感器组成，该层和第一层之间无需电缆连接;所有的传感器和GPRS远程测控终端只需要用一根电缆连接。 3.2 数据管理层

中心采用通过GPRS/GSM 网路把室外各站点传感器数据发送到中心计算机，在这里进行各个站点参数设置，及对各站点运行情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，实时显示所有大棚站的温湿度、二氧化碳数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。建立GPRS中心连接的两种方式：

A.监控中心服务器采用固定IP地址，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求(适用监控点数较多几百上千个)。

B.监控中心服务器采用动态IP地址(可以申请花生壳软件采用域名的方式)，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求(适合监控点数在300个左右的)。 3.3 数据传输层

本系统数据采集层与数据管理层(中央处理系统)之间的通信、采用目前应用已经比较成熟的GPRS网络实现远程通信。

采用GPRS无线数据传输具备如下特点：

1、可靠性高：

与SMS短信息方式相比，GPRS采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。

2、实时性强：

GPRS具有实时在线的特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS实际数据传输速率在30Kbps左右，完全能满足系统数据传输速率(≥10Kbps)的需求。

3、监控范围广：

GPRS网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。比较很多无线数据网络(集群，双向传呼，CDPD，CDMA)而言，其网络覆盖是最好的。

4、系统建设成本低：

由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装设备就即可，建设成本低;也免去了网络维护费用。

5、系统运营成本低：

采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月流量收费，从而实现了系统的低成本通信。

6、可对各监测点仪器设备进行远程控制：

通过GPRS双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。

7、系统的传输容量，扩容性能好：

能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要;由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监测中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。

总之，它真正体现了少用少付费的原则。通过GPRS无线网络将用户设备数据传输到Internet中的一台主机上，实现数据远程传输，可广泛应用于“物联网”涉及的各个行业。

传感器用来对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度进行实时数据采集。根据温室作物生长特点和环境要求，选择精度较高、运行稳定，性价比较高的传感器是十分有必要的。在该项目所采用的传感器类别及性能参数如下：防护型红外二氧化碳变送器是在进口红外二氧化碳传感器基础上设计的一款专门用于在农业等多种高湿场合使用的产品系列，该产品系统有电压、4-20mA电流接口可选配。该产品采用多重防护，确保内部的传感器不受外界高湿等环境影响，确保传感器可靠稳定工作。产品具有更低的供耗，信号输出更加稳定，并且嵌入了自动校准模式，确保长期工作稳定性和精确度。

4. 监控系统软件平台(软件功能可定制)

农业温室大棚智能监控系统的软件管理功能主要包括用户管理模块、数据实时显示模块、历史数据管理模块、报警数据管理模块、曲线分析模块、网络信息发布及资源共享模块等功能。

4.1实时数据显示模块

数据实时显示模块主要是将各种传感器实时采集到的环境参数、设备运行状态进行显示，以满足人们对温室环境监测的需求。

4.2历史数据管理模块

用户可通过访问系统服务器，远程检索回放站端的任意历史数据。系统提供了智能化快速检索回放历史数据的功能，可按时问、异常情况等进行检索，大大降低了检索时间和复杂程度，使用户可以迅速地查找到需要的历史资料。

4.3报警数据管理模块

通过该模块，用户可以实现全方位的报警信息通报。在线报警栏中的报警信息，在每一个监控页面都是相同的，无论在中心还是办公网络内的客户端，可以让操作人员最短时间内发现报警信息，解决故障。

4.5曲线数据分析模块

一个好的农业大棚温室智能监控系统，不仅在于它能实时、远程监控系统，关键还要能够提供曲线数据.通过对曲线数据的分析，从中找出对温室中农作物生长最为有利各种参数，并通过与农业专家系统的接口.提供一个农作物生长最为有效的模型。

4.6网络信息发布及资源共享模块

位于监控中心的监控服务器与厂区内的局域网络连接，在局域网内进行信息发布，这样厂区管理层的人员都可以在它自己办公室里的计算里随时通过IE的方式访问主机服务器内的全部数据和画面。

每位浏览者都将拥有唯一的用户名和密码的身份验证，它的用户名决定它的监控范围。虽然是采用IE的方式访问现场数据，但所看到的全部数据及画面与信息中心服务器的内容完全相同、效果也完全一样。速度方面也不会任何的延时。通常厂区办公管理网络允许被连接到互联网，这样即使出差在外地的领导也同样可以连回厂内访问现场的数据。

5. 系统优势

本系统采用分布式控制结构，依据分散采集数据。集中操作管理，相对独立的设计思想，综合运用计算机网络通信和模糊控制技术，实现了单个温室的智能控制以及多个温室的联网监控。控制系统可根据温室内温度、湿度、二氧化碳浓度等参数的变化，按照预先设定的条件对风机、灌溉、二氧化碳发生器等设备进行全自动控制，系统具有功能强大、性能优越、配置灵活、安全可靠等优点。

1、全天候不间断在线监测，无论晴雨雷雪，均可实现数据的持续采集，让数据具有连续性，对农业温室环境参数的历史分析和技术优化变得更加有效。

2、所有数据实现无纸化记录，历史可查，可根据客户的需求定制各种分析报表和打印格式，使该系统更加人性化和实用性。

3、真实有效的现场数据给政府、企业的管理上带来的可追溯、可衡量的标准，降低了管理的难度。

4、降低环境对监测的影响，无论是有毒有害的环境还是障碍物，都可实现信号的远程无线采集，降低现场巡检的难度，提高巡检和参数记录的难度。

5、大大降低人力成本，通过该系统的运用，减少了人员的投入，实现让更少的人管理更多的设备和安全领域。

6、实现了防患于未然，该系统会对历史运行数据和安全警戒值进行扫描判断，当变化达到临界值时会自动通过手机短信方式通知用户，让用户及时对设备和安全隐患进行及时处理，做到早发现早处理。

7、良好的功能扩展性，使得该系统能随时适应客户需求的变化，做到及时的调整和优化，顺应客户的变化而变化。

8、加密的数据和多层安全保护，让客户对数据的管理更加安全可靠，不会担心数据被劫持和破解。

第四篇：农业大棚智能检测环境系统

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农业大棚智能检测环境系统

作者：王峰萍王佳

来源：《现代电子技术》2012年第14期

摘要：介绍了以 STC89C52单片机为核心的光照和温度控制系统的工作原理和设计方法。系统由TSL2561光传感器和 DS18B20温度传感器采集数据传输给控制器，通过外围设备 LCM12864显示现场光照度和温度值，并设计上位机程序，通过串口通信实时获取光照度和温度，所采集的数据放入到Access数据库当中，然后从数据库读出光照度和温度的值，通过曲线显示到PC机上，进行实时曲线监控。同时，系统具有温度和光强报警功能。

关键词：STC89C52; VC++; Access; 照度和温度控制系统; DS18B20; TSL2561

第五篇：智能农业温室大棚管理系统项目计划书

智能农业温室大棚管理系统项目分析与设计

第一章绪论

1.1项目背景

智能温室大棚是农业物联网的一个重要应用领域，是以全面感知、可靠传输和智能处理等物联网技术为支撑和手段，以温室大棚的自动化生产、最优化控制、智能化管理为主要目标的农业物联网的具体应用领域，也是目前应用需求最为迫切的领域之一。温室大棚以日光温室为主，温室结构简易，环境控制能力低。我国温室大棚的技术装备尽管有了较大发展，但是温室大棚种植普遍存在管理粗放、技术设施落实不到位、智能化水平低，导致单位生产效率低、投入产出比不高、农业产品质量安全水平起伏较大的现状，在温室环境、栽培管理技术、生物技术、人工智能技术、网络信息技术等方面和发达国家存在着较大差距。我国建设在南方的大型智能温室以生产花卉为主，北方的则以栽培蔬菜为主，少部分智能温室用于栽培苗木。

四川省成都市温江区响应国家号召，政府投资，在温江区实施高科技农业示范区，示范区位于成都市温江区，当地气候为亚热带季风气候，四季分明，七月份平均气温35℃，平均降雨量400mm,一月份平均气温9℃，平均降雨量300mm。全区占地面积为：24m*32m=768平方米，已经装有混凝土拱架塑料大棚，作为有机蔬菜以及园艺种植区域，产品规格为栋宽12米，间距4米，天沟(雨水槽底部局柱底高度)5米，顶高(屋脊到柱底高度)5.9米，屋面角度25度，外遮阳高度6.4米;排列方式为屋脊走向为：南北12m*4跨=48米，侧墙长(南北)：4米*8榀=32米。现计划在该整片温室大棚种植区域安装基于物联网技术的全方位随时监控管理的智能温室大棚系统，作为农业示范区域，以便以后在整个成都片区实行推广。1.

2现存问题

首先是成本较高。一般来讲，一套智能化的控制系统成本主要包括硬件成本、运行成本和维护成本。硬件成本包括各仪器仪表、通信线缆等。整个系统也不能自由组合或者裁剪应用于不同的对象，使得难以得到推广和普及。同时，由于系统复杂、布线繁多、故障率高而且使得故障后的维修成本极大。另外，系统庞大造成的运行成本也不是一笔小费用。

其次是布线复杂。温室中有大量分散的传感器和执行机构，这些设备可能随着作物的改变而进行调整，同时错综复杂的线缆也需要重新铺设，工作量较大。为了科学、合理地实现大面积温室环境参数的自动检测与控制，电子检测装置和执行机构的设置不仅数量大而且分布广，连接着各个装置与机构的线缆，也因此纵横交错。当温室内生产的果蔬作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置常常需要调整，连接着各个装置与机构的线缆有时也需要重新布置。这不仅增大了温室的额外投资成本和安装与维护的难度，有时也影响了作物的良好生长。

第三，故障解决难。当数据无法正常接收时，检查人员不知道是线路问题还是节点故障。另外，目前的控制系统多采用基于现场总线的分布式模式，当总线出现故障时，虽然各控制节点尚能正常工作，但是上位机却无法正常管理整个网络，专家控制策略无法实施。

1.2项目意义

(1)实现广范围的测量，需求传感器节点多当前温室生产的首要特点就是监控区域很大，普通单个连栋温室都有几千平方米，而一个园区温室群的面积可能会在几百亩以上，因此需要大量的传感器节点构建传感器网络，在每个温室中采集诸如空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度、营养液EC值、pH值以及室外天气参数等信息，除此以外，目前对作物生理参数的检测也逐渐受到人们的重视，因此将会有更多的传感器节点被用于温室生产。另外，用于驱动温室中执行机构的控制节点的数量也不能忽略。由此可见，温室对其监测与控制系统的首要需求就是网络容量大。

(2)检测点位置灵活变动

温室中大量分散的传感器，但随着作物的生长而需要不断调整位置;或者当温室内生产的作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置也常常需要调整;另外，温室的利用结构也会经常根据用户需要而不断改变，这就要求系统中各个节点能根据需要随意变换位置而不影响系统工作。

(3)节点数目可随意增减

作物生长阶段不同，环境因子对作物的影响可能也不同，生长初期可能对温度比较敏感，而后期可能对光照比较敏感，这就要求系统可以随意改变节点的类型和数量。除此以外，随着作物的生长，用户可能还需要对植物的生理参数进行监测而需要不断增加传感器节点。在某些科研温室中，也经常需要改变传感器节点的类型和数量，以达到精确监测与控制。上述这些情况都需要所用的监控系统的节点能随意增减。

(4)系统可靠性

系统故障而造成的经济损失不可估量。如果系统出现问题而未能被及时发觉和修复，那么可能对作物造成致命的伤害，尤其在一些恶劣的天气例如高温和寒冷气候条件下，这将直接影响产量和收益。另外，温室内湿度高、光照强、具有一定的酸性，都会导致线缆的腐蚀、老化，从而降低系统的可靠性和抗干扰性，这对于检查系统故障造成困难。例如，当数据无法正常接收时，检查人员不知道是线路问题还是节点故障，这对及时发现和解决故障带来不便。因此，温室测控系统必须要可靠。

2、方案概述

本系统结构及配套设施：主体骨架为热镀锌型组装、覆盖材料、自然通风系统强制通风系统、内遮阳系统、外遮阳系统、环流风机系统、加热系统、补光系统、配电系统、监控系统、智能控制系统。

智能化大棚是一个半封闭系统，依靠覆盖材料形成与外界相对隔离的室内空间，一方面要以通风换气创造植物生长优于室外自然环境的条件;另一方面，室内产生的高温高湿和低二氧化碳浓度，通过通风换气来调控，创造植物生长的最佳环境。

3、系统功能描述

3.1、智能温室大棚物联网感知层

智能温室大棚物联网的应用一般对温室的七个方面进行监测，即通过土壤、气象、光照等传感器，实现对温室的温、水、肥、电、热、气、光进行实时调控与记录，保证温室内的有机蔬菜和花卉生产在良好的环境中。

3.2、智能温室大棚物联网传输层

一般情况下，在温室内部通过无线终端，实现实时远程监控温室环境和作物生长情况。通过手机网络和短信的方式，监测温室传感器网络所采集的信息，以作物生长模拟技术和传感器网络技术为基础，通过常见蔬菜生长模型和嵌入式模型的低成本智能网络终端。通过中继网关和远程服务器双向通信，服务器也可以进一步做出决策分析，对所部署的温室中灌溉等装备进行远程管理控制。

3.3、智能温室大棚物联网智能处理层

通过对获取信息的共享、交换、融合，获得最优和全方位的准确数据信息，实现对智能温室大棚作物的施肥、灌溉、播种、收获等的决策管理和指导。基于作物长势和病虫害等相关图形图像处理技术，实现对大棚作物的长势预测和病虫害监测和预警功能。还可以将监控信息实时地传输到信息处理平台，信息处理平台实时显示各个温室的环境状况，根据系统预设的阈值，控制通风/加热/降温等设备，达到温室内环境可知、可控。

4、系统架构

5、系统网络拓扑

6、各子系统设计

6、1 感知层

(1) 无线传感网络

无线传感器网络(WSN)就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。

Zigbee网络组网

网关：Zigbee—3G ZigBee节点是可以组建Mesh网络的，设置一个ZigBee节点为网络协调器，其他每个ZigBee节点都可以当做路由节点来使用，也可以设置为终端节点但是就失去了路由功能。

(2)视频监控

摄像机： WIFI传感网络，对检测到的图像信息使用WIFI进行传输 (3)设备供电

设备供电系统由最新的太阳能供电，AC 220V、DC 12V或者太阳能供电。

6、2