基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的大棚蔬菜環(huán)境監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)

0 引 言

隨著越來越多的人選擇走向大城市發(fā)展，我國(guó)務(wù)農(nóng)人口數(shù)目在不斷下降，每位務(wù)農(nóng)人員相對(duì)需要照顧的土地和重?fù)?dān)也變大了許多。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)模式已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)下農(nóng)村勞動(dòng)力下降的社會(huì)，與此同時(shí)，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新穎的科學(xué)技術(shù)也隨之被應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我國(guó)農(nóng)業(yè)種植技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，為此，農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型和高效管理模式顯得至關(guān)重要。

計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)已成為普遍的工具，本系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)與農(nóng)業(yè)大棚聯(lián)系起來，由傳感器采集大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將其傳送至指定的服務(wù)器，同時(shí)在大棚內(nèi)安裝一系列半自動(dòng)化設(shè)備，通過繼電器控制其開關(guān)，農(nóng)戶使用計(jì)算機(jī)登錄服務(wù)器找到屬于自己的設(shè)備，通過驗(yàn)證后即可查看上報(bào)數(shù)據(jù)，比如空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度等。還可以利用手機(jī)掃描二維碼綁定設(shè)備，如在小程序中找到自己的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，為大棚內(nèi)的蔬菜提供最佳的生長(zhǎng)環(huán)境。這套系統(tǒng)能夠使農(nóng)戶及時(shí)了解種植和管理，通過對(duì)蔬菜生長(zhǎng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和控制將所得數(shù)據(jù)與最佳生長(zhǎng)環(huán)境作比較，使種植過程變得更加輕松。

監(jiān)控過程中數(shù)據(jù)不斷上傳，農(nóng)戶可以設(shè)置上傳周期，同時(shí)自動(dòng)生成折線圖，方便農(nóng)戶直觀觀察，使信息的可信度進(jìn)一步提高。農(nóng)戶可隨時(shí)隨地通過手機(jī)進(jìn)行查詢，無需長(zhǎng)時(shí)間蹲守在大棚周圍，實(shí)現(xiàn)了勞動(dòng)力的解放，對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型和發(fā)展有著重要意義 [1-3]。

本文基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)構(gòu)建了大棚蔬菜環(huán)境監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠隨時(shí)讓農(nóng)戶了解自己大棚內(nèi)的相關(guān)信息，農(nóng)戶通過手機(jī)二維碼查詢系統(tǒng)可以查詢大棚內(nèi)蔬菜的種類和環(huán)境信息。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的大棚蔬菜環(huán)境監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)能夠方便農(nóng)戶隨時(shí)隨地了解自己名下大棚內(nèi)的相應(yīng)信息，農(nóng)戶只需掃描對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的二維碼，系統(tǒng)就能夠與服務(wù)器對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)連接。數(shù)據(jù)庫(kù)的管理信息系統(tǒng)可自動(dòng)關(guān)聯(lián)到當(dāng)前用戶需要獲得的產(chǎn)品信息，并根據(jù)當(dāng)前的用戶級(jí)別進(jìn)行信息篩選，最終顯示符合用戶需求的信息。農(nóng)戶只需通過手機(jī)微信小程序就能夠了解該大棚內(nèi)種植蔬菜對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)，同時(shí)也可以生成歷史數(shù)據(jù)圖形，直觀地看出某一時(shí)刻某種環(huán)境參數(shù)發(fā)生的變化，從而發(fā)現(xiàn)大棚內(nèi)存在的問題，通過手機(jī)端下發(fā)命令控制繼電器，以改變環(huán)境參數(shù)。半自動(dòng)化的蔬菜種植系統(tǒng)將給我國(guó)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型和發(fā)展提供一個(gè)很好的思路 [4-6]。通過計(jì)算機(jī)登錄服務(wù)器，農(nóng)戶即可進(jìn)入系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括登錄、綁定設(shè)備、環(huán)境參數(shù)查看、計(jì)算機(jī)端自動(dòng)控制、二維碼掃描識(shí)別功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

2 系統(tǒng)模塊功能

系統(tǒng)可以劃分為 4 個(gè)模塊，分別是參數(shù)顯示模塊、控制模塊、二維碼掃描模塊和關(guān)于我們模塊。系統(tǒng)模塊如圖3所示。

基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的大棚蔬菜環(huán)境監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)中每個(gè)模塊的功能如下。 

（1）參數(shù)顯示模塊 ：顯示大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，例如空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度等。 

（2）控制模塊 ：農(nóng)戶擁有權(quán)限后，可以對(duì)大棚內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行操作，從而改變環(huán)境。 

（3）二維碼識(shí)別模塊 ：農(nóng)戶通過手機(jī)掃描二維碼綁定設(shè)備，即可隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的環(huán)境。 

（4）關(guān)于我們模塊 ：此模塊方便用戶了解客戶端功能和開發(fā)者信息管理。

3 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)展示界面

系統(tǒng)展示界面是系統(tǒng)的重要組成部分。農(nóng)戶可直觀看到系統(tǒng)功能，方便簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)主界面能夠?yàn)檗r(nóng)戶帶來更好的體驗(yàn)。系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)主界面如圖 4 所示，顯示有“參數(shù)顯示”“控制模塊”“二維碼”“關(guān)于我們”字樣，用戶使用時(shí)可自行選擇。

3.2 系統(tǒng)參數(shù)顯示功能實(shí)現(xiàn)

農(nóng)戶可在計(jì)算機(jī)端查看相關(guān)參數(shù)，并自由設(shè)置查看某個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)。參數(shù)信息效果如圖 5、圖 6 所示。

3.3 控制模塊功能實(shí)現(xiàn)

進(jìn)入控制界面，農(nóng)戶可自由選擇自動(dòng)模式或手動(dòng)模式，自動(dòng)模式將按照預(yù)先設(shè)定的程序執(zhí)行，手動(dòng)模式則需要自己操作?？刂颇K界面如圖 7 所示。

3.4 二維碼功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)用戶點(diǎn)擊二維碼按鈕時(shí)，網(wǎng)頁會(huì)彈出一個(gè)二維碼，農(nóng)戶只需拿出手機(jī)掃描二維碼進(jìn)行初次身份認(rèn)定后，即可在手機(jī)上進(jìn)行計(jì)算機(jī)端的操作。二維碼如圖 8 所示。

4 結(jié) 語

本文系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行大棚蔬菜環(huán)境的檢測(cè)和控制，通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境參數(shù)的采集，再通過 WiFi 將所得數(shù)據(jù)傳至服務(wù)器。環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息采集和分析，控制模塊可改變環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的數(shù)字化、可控化、流程化。農(nóng)戶通過手機(jī)或計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的環(huán)境，節(jié)約了大量時(shí)間和精力。本文系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)、收集、處理，集成化程度高，與國(guó)家農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的政策相吻合，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)有著正面的意義，同時(shí)，半自動(dòng)化和流程化種植減少了人力物力的消耗，一定程度上節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本。