基于物联网的智慧农业大棚控制系统设计

杨东泽 戎佳豪 韩天煜

摘要：随着我国城镇化进程的不断加快，可耕种土地面积逐渐减少，农业种植土地集中化成为大势所趋，传统的耕种方式已无法满足当今社会智能化信息化需求。目前大多数农业大棚采用有线传输和短距离无线通信的方式，针对单一大棚进行环境监测和设备控制，存在通信距离短，组网复杂，受网络环境影响较大等问题。针对以上问题，本文以物联网技术为载体，结合传感器技术、嵌入式技术以及无线通信技术，设计并实现了一套基于物联网的智慧农业大棚控制系统。

1引言

在農作物生长的各个阶段，光照、温湿度等环境参数对其产生着至关重要的作用，通过温室技术可以针对农作物生长习性创造出适宜生长的环境，减小季节气候等自然因素对生长的影响，在很大程度上缩短了种植时间，提高农作物生产效率，使农业从业者收益最大化。但是我国农业环境监测与智能控制设备还处于起步阶段，目前在温室农作物种植方面还是普遍采用粗放式的种植方式，即根据人们的生活经验来对土地进行耕种，这与目前我国农业现代化生产需求还存在一定的差距，因此，需要设计一套完整的能够实际应用、实现远程监测和管理的智慧农业大棚控制系统，同时要求该系统具有历史数据查看并根据当前环境信息给出合理科学的决策，辅助用户进行相应的管理。经过前期的大量调研分析，结合目前农业大棚智能控制的发展现状和农作物生长环境因素等方面的问题。

2智慧农业大棚控制系统总体设计

本系统能够通过多种传感器利用无线传输技术进行对大棚内环境的实时监控，使用户可以能够随时获得农作物种植环境信息，进行相应的管控，同时可以根据需要将系统设置为自动模式，用户仅需要设定阈值参数，系统会根据实际情况以及环境信息作出准确的决策，实现智能控制以及预警，在一定程度上减轻了生产者的负担，节约生产资源。

物联网体系一般包括感知层、网络传输层以及应用管理层，将物联网技术应用到本系统中形成的智慧农业大棚控制系统也主要是在三层体系架之上进行的，其中信息采集结点与感知层对应，数据传输节点与传输层对应，远程监控节点与应用层对应。

信息采集节点的主要任务是获取外界信息，此部分主要由多个传感器设备、主控制器、LoRa模块等组成，是智慧农业大棚系统实现感知大棚环境信息和进行执行设备控制的重要组成部分。

数据传输节点是信息采集节点与远程监控节点进行信息交互的桥梁，主要由Wi-Fi模块、GPRS模块、LoRa模块以及单片机组成，主要任务是对LoRa网关接收到的数据进行汇总后通过Wi-Fi或GPRS模块将数据接入网络传输至远程监控节点，完成信息采集节点数据的上传和远程监控节点控制指令的下发工作。

远程监控节点是系统的最高层，由阿里云平台、MySQL数据库以及Web信息管理系统组成，主要任务是实现系统的人机交互，将信息采集节点获得的信息进行汇总展示，并结合相关生产生活需求对农业生产进行智能化管理，系统框架如图1所示。

3硬件设计的总体架构

根据系统的总体设计方案，本系统的硬件部分主要由信息采集节点、数据传输节点和执行设备配电箱组成，它们之间通过LoRa无线通信技术实现远程数据传输。信息采集节点主要由各种传感器、LoRa模块、STM32和电源模块组成，用于实时获取农业大棚环境以及土壤等参数，并完成数据上报;数据传输节点主要由Wi-Fi通信模块、GPRS通信模块、LoRa模块、STM32和电源模块组成;执行设备配电箱主要由继电器控制电路和低压器件组成。本系统硬件部分总体架构如图2所示。

4结论

针对我国目前农业大棚的特点和发展趋势，分析了智慧农业大棚控制系统的具体需求，通过对比目前广泛使用的几种无线通信技术，利用LoRa无线通信技术实现远程信息传输，制定了智慧农业大棚控制系统的总体方案。设计了硬件部分的总体架构，对系统中各节点的主控制器、采集传感器、LoRa模块、Wi-Fi模块以及GPRS模块进行选型和外围电路设计，同时设计了STM32F103C8T6单片机最小系统，完成了 PCB板的绘制和焊接，设计并制作了控制380V电机设备的控制箱，可以对大棚内设备进行控制。

参考文献

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[2]施连敏，陈志峰，盖之华. 物联网在智慧农业中的应用[J]. 农机化研究，2013，035（006）：250-252.

[3]彭程. 基于物联网技术的智慧农业发展策略研究[J]. 西安邮电学院学报，2012，017（002）：94-98.

经费支持

2019年衢州学院大学生创新创业训练计划项目（Q19X061）.