智慧大棚物联网平台(物联网智慧大棚毕业设计论文)

 

物联网技术与大棚种植技术相结合，将灌溉、温控等设备通过传感器和检测装置与计算机互相连接，研究制造适于植物生长的人工环境，形成植物种植控制系统，是本文研究的主要目的。

1 近年大棚的发展情况

借助科技的发展，西方国家对大棚种植技术研究的很早。比如美国，早在1949年就搭建了一个人工气候室，通过研究植物的生长环境开发出了新型高级蔬菜控制系统。随后，其他国家在大棚种植方面的研究也有所突破。随着科技的不断发展，应用在大棚蔬菜上的技术也在不断更新迭代。相较于其他国家，我国对于大棚技术的研究和发展都比较晚，直至20世纪70年代国家才开始着重开展大棚技术，但是在当时主要的研发设备依然是来自国外。进入90年代后，我国开始自主研发大棚种植技术，截止到2019年，中国大棚种植面积已达到1 090千公顷，温室种植面积有373千公顷（如图1所示），预计到2025年大棚面积约为1 285千公顷，温室面积约为493千公顷。但由于我国起步晚，所以在此方面仍然任重道远。

笔者目标是研究出一套能够使大棚蔬菜的产量、质量都能达到优品的系统。当下最好的方法就是将物联网技术与大棚种植技术相结合，将大棚的设备，如灌溉系统、温控系统等通过传感器和检测装置与计算机相连接，即可实时监测所有大棚的各项数据并记录、保存、分析，可对大棚内的异常现象进行修正。这样的运行方式使工作人员即使不在大棚基地也可对大棚进行各种操作，大大提高了工作的效率[1]。

2 大棚的基础设施

无论是刚开始的大棚蔬菜种植技术还是以后即将研究的新技术，总要有良好的基础来为研究做铺垫。首先是土地的选择。无论是有土栽培还是无土种植，良好的土地条件才能种出好蔬菜。大棚种植对土地有着较高的要求，需要平整的、精细的土地，还要对土地进行翻新、除虫等其他整理。另外，由于大棚环境与外界不同，所以应适量施肥。其次是大棚结构的设计。大棚结构关系到以后给大棚配置什么样的控制系统。再就是选择合适的蔬菜品种，应根据大棚的位置和规模来选择。比如说棚型跨度8～12 m的，最好选择耐低温、耐高湿、生长周期较短的品种，如黄瓜、番茄等。另外，要合理利用棚气。大棚有密闭性，要合理通风，还要在早上和其他时间补充CO气体肥料或其他养分来促进蔬菜生长;要控制大棚内的温度，大棚蔬菜以喜温型为主，最佳温度在 25～33 ℃，最低温度不能低于0 ℃，最高不能超过44 ℃，超过33 ℃时要降温;要定期给大棚通风，改善大棚湿度。还有就是灌溉方法，由于大棚内水分蒸发和扩散的速度比较慢，所以采用滴灌浇水，尤其在阴天和晚上，大棚的湿度基本上是饱和的，所以采用滴灌浇水是更经济、环保的灌溉方法。

3物联网应用的优势

传统的大棚种植大都依赖人工操作，通常是在大棚内部放置温度计、气体检测装置、湿度计等，然后由工作人员在固定时间内对其进行读数并记录，之后将这些数据与之前所测得的数据作对比，若有异常情况，则要采取相关措施来修正。例如，当大棚内部湿度不足时就要对大棚内的蔬菜进行浇灌，提高室内湿度。这些操作若在小面积的大棚内实施可以较好地管理蔬菜，但是大棚的目的是高质高量的种植蔬菜，前述方法就显得不方便了，故采用物联网与大棚结合的技术。在完成大棚的基础建设后，就要开始搭建与大棚相应的智能环境控制系统，通过这套系统调控大棚的气温、空气湿度、病虫害防治等。通过控制这些因素可以使蔬菜的生长环境处于最佳状态[2]。

4 物联网在大棚的具体应用

互联网小常识：SNMP的主要操作有获取（get）、设置（set）、通知（notifications）

互联网小常识：交换机采用两种交换方式技术：快捷转发交换方式和存储转发交换方式。

这套系统由信号监控及采集系统、中央计算机、控制系统组成。通过这3个部分之间的配合，实时监控大棚的内部环境，当某一项生长因素的变化不利于蔬菜生长时，由控制系统对大棚进行干预，使得这一生长因素恢复正常。大棚的各种生长条件，如温度、湿度、光照强度等一直在影响着蔬菜的生长。采用计算机网络控制结构对大棚内的参数进行详细的检测，具体可以细分到土壤温度、气体温度、水流量、土壤水分、相对湿度等，通过调控这些参数，使大棚的环境接近蔬菜的最佳生长条件。这套系统不仅可以应用在蔬菜的种植上，同样可以应用在花卉种植以及幼苗繁育上[3]。

5 物联网+大棚的工作原理

这套系统的主要原理是使用不同的传感器采集大棚内部的各种参数，再将收集到的所有参数信息通过RS485总线输送给232的转换器，然后将各项信息以表格的形式显示在计算机上并保存数据，同时将测得的数据与预先设置好的数值进行比较，判断此时的环境是否已经不适合蔬菜生长，若此时某项参数不在正常范围内，那么监控中心将立刻对控制系统发出指令，控制水泵、照明系统等来为大棚内部调整湿度、光照强度等参数，使大棚内部环境回归至正常水平。如果有必要，也可以在检测到大棚环境出现不正常现象时发出警报，以此来通知管理人员采取相应措施，维护大棚内部环境。

6 物联网+大棚系统的分析

物联网的定义就是将所有的末端设备，包括传感器、移动端、工业系统等与外在的车辆、个人携带的无线终端等通过有线或无线的长距离或短距离通信网络实现互联。根据物联网的特点，在大棚种植上也尽可能的使用。在单栋大棚内，利用物联网技术，用简单的执行模块，如电机、风机等，组成有线或者无线传感器网络来采集大棚内的参数，再通过记录、分析进而对大棚执行灌溉、换气、调整光照强度等指令，使大棚恢复适宜蔬菜生长的条件。对于大片的大棚园区，可通过物联网对信息实现全自动的检测与调控，通过配备各类传感器，可同时检测各种参数，利用传感器采集的各种数据更详细地了解蔬菜的生长状态。大量的采集数据不仅可以实时对大棚环境进行监测，还可以对当地区域大棚种植的情况进行详细分析，从而使人们对物联网下的大棚运营有清楚的认知，从整套系统中发现缺点及不足并改进。

7 物联网+大棚的前景和意义

利用物联网技术可以使得大棚种植的效率大幅提升。由于大棚内传感器监测到的所有数据都会汇集到控制中心，并且会由控制系统对大棚环境进行调控，所以可以节省很多人力，同时也节省很多时间。而且通过大棚的控制系统对大棚环境调控，可以更加高效。在温室大棚应用物联网技术也可以提高产物的品质，把控植物的生长周期，使利益最大化，特别是可以高效而又精准的调控温室环境，这也是行业内很多人看好物联网+温室大棚的原因之一。在农业上应用自动控制和计算机技术是农业发展的必然趋势，也使得大棚种植技术更加适用。同时，智能手机和物联网的高速发展，使大棚用户可以更加方便地接收温室大棚的数据信息，分析和调控植物的生长环境，实现大棚蔬菜的产量、质量都能达到优品的目标。相信物联网与温室大棚智能监测与控制系统未来在农业上会得到更广泛的应用。

互联网小常识：交换机要丢弃的数据帧是目的地址与源地址相同的或者出于安全机制考虑不能转发的。

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