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1 引言
精確農業(Precision Agriculture ) 是當今世界農業發展的新潮流，它最大的特點就是“精確”，利用衛星全球定位係統、遙測遙感技術、計ji算suan機ji自zi動dong控kong製zhi技ji術shu和he物wu聯lian網wang等deng高gao新xin技ji術shu於yu農nong業ye生sheng產chan，用yong以yi提ti高gao產chan量liang，降jiang低di能neng耗hao。精jing確que農nong業ye的de推tui廣guang不bu但dan可ke以yi最zui大da限xian度du提ti高gao農nong業ye生sheng產chan力li，而er且qie是shi實shi現xian優you質zhi、高產、低耗和環保的可持續發展農業的有效途徑。
隨sui著zhe農nong業ye技ji術shu的de不bu斷duan發fa展zhan，溫wen室shi大da棚peng已yi經jing相xiang當dang普pu及ji，隨sui之zhi而er來lai的de溫wen室shi大da棚peng智zhi能neng監jian控kong管guan理li平ping台tai搭da建jian的de需xu求qiu愈yu發fa強qiang烈lie。傳chuan統tong的de溫wen室shi大da棚peng多duo為wei人ren工gong通tong過guo簡jian單dan的de溫wen濕shi度du計ji量liang設she備bei或huo者zhe簡jian單dan的de儀yi器qi儀yi表biao獲huo取qu環huan境jing狀zhuang態tai參can數shu，並bing根gen據ju經jing驗yan手shou動dong控kong製zhi各ge個ge調tiao節jie閥fa。此ci種zhong方fang式shi效xiao率lv低di下xia，控kong製zhi效xiao果guo也ye無wu法fa達da到dao智zhi能neng自zi動dong的de要yao求qiu，因yin此ci傳chuan統tong的de監jian控kong管guan理li方fang式shi已yi顯xian示shi出chu諸zhu多duo局ju限xian性xing。
2 係統設計原則
可擴展性——xitongzaishejiguochengzhongchumanzudangqianxuqiuwai，haixuweirihoudexitongkuozhanliuyouzugoudejiekou，suoyougongnengmokuaijunweikezutaihuasheji，keyilinghuodezengjiahuozheshanchu。
可集成性——係統在設計過程中需具備高度集成性，滿足於第三方平台的實時交互集成需求。
可控製性——係統建成後，要求對溫室中的溫濕度、光照強度、噴灌裝置等設備可實現遠程自動、手動控製，保證溫室作物處於最優的生長環境中。
3 係統設計目標
根據現場實際需求，溫室大棚智能監控管理係統需要滿足一下設計目標：
●係統可實現各個溫室大棚的空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度、光照強度等數據的采集和彙總。
●係統可實現對各個溫室大棚的智能控製，需配套合適的控製策略實現對風機、噴淋灌溉、遮陽調光等設備的遠程控製。
●係統需要保證溫室大棚的內環境最適宜作物的生長，為作物的高產、優質、高效、安全創造條件。
●係統數據除了滿足彙總歸納分析的需求，還可實現遠程瀏覽，可通過手機、PDA等移動終端實時對現場環境實現監控管理。
4 係統組成
為了實現上述設計目標，本係統包括現場采集傳感終端、控製終端、無線通信網絡終端、監控中心係統平台4部分組成。圖1所示為係統架構圖。
圖1 係統架構圖
4.1 傳感終端
溫室大棚環境信息采集單元主要由各種環境信息傳感器組成，包括以下幾類：
1）數字溫濕度傳感器
該gai傳chuan感gan器qi可ke實shi現xian相xiang對dui溫wen度du和he濕shi度du的de環huan境jing信xin息xi測ce量liang，具ju備bei專zhuan業ye的de數shu字zi化hua集ji成cheng技ji術shu和he溫wen濕shi度du測ce量liang技ji術shu，保bao證zheng數shu據ju的de真zhen實shi有you效xiao性xing。傳chuan感gan器qi自zi身shen符fu合he超chao低di功gong耗hao設she計ji，單dan線xian或huo者zhe兩liang線xian串chuan行xing接jie口kou連lian接jie方fang式shi，可ke直zhi接jie與yu控kong製zhi器qi連lian接jie實shi現xian數shu據ju傳chuan輸shu。
2）土壤水分傳感器
該傳感器可實現長期無人值守的土壤含水量監測，外殼抗腐蝕能力強，可長期深埋在土壤中而不會受到損壞，具備高精度、高靈敏度等特點。可實現表層土壤和深層土壤墒情的定點監測和在線測量，數據可直接由水分監測儀獲取，或者直接與控製器相連。
3）光照強度傳感器
gaichuanganqiyongyuduiwenshidapengneikejianguangguangzhaoqiangdudeceliang，shuchuxinhaofuhetongyongbiaozhun，nenggougenjudangqiandeguangzhaotiaojianzidongtiaozhengliangchengfanwei，congerzaibutongguangzhaoqiangduxiajunkebaochizhunquedejingdu。
4）二氧化碳濃度傳感器
紅(hong)外(wai)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)濃(nong)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)基(ji)於(yu)紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)吸(xi)收(shou)原(yuan)理(li)，測(ce)量(liang)溫(wen)室(shi)中(zhong)的(de)空(kong)氣(qi)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)濃(nong)度(du)，可(ke)實(shi)時(shi)感(gan)應(ying)濃(nong)度(du)變(bian)化(hua)。其(qi)優(you)異(yi)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)保(bao)證(zheng)數(shu)據(ju)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)，避(bi)免(mian)其(qi)他(ta)氣(qi)體(ti)的(de)交(jiao)叉(cha)反(fan)應(ying)。
以上四大類傳感器可實時采集溫室大棚內的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度和空氣中二氧化碳濃度等主要數據，通過通信總線傳送至控製終端。
4.2 控製終端
為了實現係統的遠程控製功能，每個溫室大棚配備PLC可編程控製器作為控製終端。PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置，其標準化、係列化、模塊化的設計，使得用戶能靈活方便地進行係統配置，組成不同功能、不同規模的係統。
為了保證溫室大棚內的環境適合作物的生長，控製器中加載預先設計好的控製策略程序。
●溫度控製：
當溫室大棚內溫度高於設定上限值時，控製器發出指令關閉加熱器，之後開啟通風設備；當溫室大棚內溫度低於設定下限值時，控製器發出指令關閉通風設備，之後開啟加熱器，從而保證溫室大棚內的溫度動態平衡。
●空氣/土壤濕度控製：
當溫室大棚內空氣/土壤濕度高於設定上限值時，控製器發出指令關閉噴淋灌溉設備，之後開啟通風設備；當溫室大棚內空氣/土壤濕度低於設定下限值時，控製器發出指令關閉通風設備，之後開啟噴淋灌溉設備，保證空氣和土壤的恒定濕度。
●光照強度控製：
當溫室大棚內光照強度高於設定上限值時，控製器發出指令關閉光照器；當溫室大棚內光照強度低於設定下限值時，控製器發出指令開啟光照器，使得作物達到最佳的光合作用狀態。
●二氧化碳濃度控製：
當溫室大棚內二氧化碳濃度高於設定上限值時，控製器發出指令關閉氣體發生器；當溫室大棚內二氧化碳濃度低於設定下限值時，控製器發出指令開啟氣體發生器，使得空氣中二氧化碳濃度達到最佳含量。
●設備狀態監測：
除(chu)了(le)對(dui)溫(wen)室(shi)大(da)棚(peng)內(nei)的(de)作(zuo)物(wu)生(sheng)長(chang)環(huan)境(jing)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)外(wai)，控(kong)製(zhi)器(qi)還(hai)負(fu)責(ze)實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)各(ge)個(ge)傳(chuan)感(gan)終(zhong)端(duan)的(de)狀(zhuang)態(tai)監(jian)測(ce)，一(yi)旦(dan)出(chu)現(xian)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)會(hui)及(ji)時(shi)產(chan)生(sheng)報(bao)警(jing)，通(tong)知(zhi)監(jian)控(kong)中(zhong)心(xin)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)。
4.3 無線通信網絡終端
為了減少通信線路鋪設的施工量，選擇無線通信方式講數據彙總到監控中心。每個溫室大棚配備GPRS DTU數shu據ju傳chuan輸shu單dan元yuan，具ju備bei串chuan口kou串chuan行xing通tong信xin接jie口kou，支zhi持chi自zi動dong心xin跳tiao檢jian測ce，支zhi持chi自zi動dong斷duan線xian續xu傳chuan，可ke保bao持chi永yong久jiu在zai線xian狀zhuang態tai。監jian控kong中zhong心xin配pei備bei接jie收shou裝zhuang置zhi，數shu據ju通tong過guoGPRS/Internet網絡實時彙總至監控中心。此種方式可節約大部分通信組網費用，每月隻需支付少量流量費，具有更高的經濟效益。
4.4 監控中心係統平台
監控中心係統平台選用力控科技獨立研發的具備自主知識產權的ForceControl係(xi)列(lie)組(zu)態(tai)軟(ruan)件(jian)，實(shi)現(xian)溫(wen)室(shi)大(da)棚(peng)係(xi)統(tong)的(de)整(zheng)體(ti)智(zhi)能(neng)管(guan)理(li)。監(jian)控(kong)中(zhong)心(xin)係(xi)統(tong)平(ping)台(tai)作(zuo)為(wei)本(ben)係(xi)統(tong)的(de)核(he)心(xin)部(bu)件(jian)，可(ke)實(shi)時(shi)獲(huo)取(qu)各(ge)個(ge)溫(wen)室(shi)大(da)棚(peng)的(de)環(huan)境(jing)參(can)數(shu)，使(shi)得(de)工(gong)作(zuo)人(ren)員(yuan)隨(sui)時(shi)了(le)解(jie)棚(peng)內(nei)農(nong)作(zuo)物(wu)生(sheng)長(chang)環(huan)境(jing)。結(jie)合(he)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)和(he)當(dang)前(qian)氣(qi)候(hou)狀(zhuang)況(kuang)，可(ke)以(yi)對(dui)控(kong)製(zhi)終(zhong)端(duan)的(de)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)。係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)將(jiang)各(ge)個(ge)設(she)備(bei)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)、係統報警信息、係統操作記錄等情況反饋給工作人員，同時可顯示在監控中心配備的大屏幕中，使得整個係統的運行狀況盡在掌握中。
力控軟件人性化的模塊化設計，便於各個功能模塊的修改、增刪，減少了係統維護的成本，加強了係統的時效性。
為了實現網絡瀏覽功能，可配備獨立的WEB服務器，用於遠程客戶瀏覽。如需對數據進行更深入的分析處理，可配備獨立的數據服務器和關係數據庫，力控軟件中配備ODBCRouter組件，輕鬆實現實時數據的轉儲。
5 係統功能
★精確的物聯網溫室大棚信息展示功能
係統可通過組態畫麵實時顯示各個溫室大棚的數據信息，包括土壤墒情、棚內空氣狀況、噴淋灌溉狀況等信息。實現數據的存儲和管理，實現農業生產的標準化、網絡化、數字化。
★完善的數據查詢功能
係統可通過報表曲線等方式，實現實時數據和曆史數據的查詢，為農作物生長環境優化方案的調整提供了完備的數據支撐。
★便捷的控製管理功能
xitongkeduishuibengpenlinshebeideqitingjinxingkongzhiguanli，tongshihaikegenjugegedapengdeyongshuiliangshedinggoushuixianjia，shixianshuijiatiduguanli。congjishujiaodushixianjieshuixiaoguodetongshitongguoshuijiadejianguantigaoyonghujieshuideyishi。
6 結語
zhinengjingquenongyequdaichuantongnongyeshinongyefazhandebiran，gengshifuhewoguoguoqingdexuanze。benxitongjiehedangqianxinxingdewulianwangjishushixiangaoxiaoliyonggeleinongyeziyuanhegaishanhuanjingzheyikechixufazhanmubiao，budankeyizuidaxiandutigaonongyexianshishengchanli，erqieshishixianyouzhi、高產、低耗和環保的可持續發展農業的有效途徑。
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