农业大棚环境监控系统的监测内容及应用解决方案

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。