一、系统概述
随着物联网技术的不断发展和农业物联网建设的不断展开，智能温室监测系统已经开始广泛应用于温室大棚智能化管理中。智能农业基于软件平台的温室大棚智能监控管理系统，结合当前新兴的物联网技术实现高效利用各类农业资源和改善环境这一可持续发展目标，不但可以最大限度提高农业现实生产力，而且是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。为推动农业物联网技术应用。促进信息技术与农业技术深入融合，提高农业生产管理科学化水平，促进农业节本增效、农民增收，根据自治区人民政府《关于创新财政支农方式加快发展农业特色优势产业的意见》在全区选取农业生产基础条件较好的园区、合作社及农业种养殖大户，引入农业物联网应用平台，开展设施农业物联网技术应用推广示范，建设完成经世致用蔬菜种苗培育专业合作社设施农业管控系统。
二、功能设计
系统通过传感器实现对温室空气温湿度、土壤温湿度、室内光照强度、二氧化碳浓度环境因子实时采集，通过建立标准参照数据模型，利用软件平台进行数据智能分析，进行对温室卷帘、通风、灌溉等辅助设备进行控制，为作物提供最佳生长环境，达到精准化生产管理。采集传感器利用无线通讯技术，实现采集端与网关节点之间进行无线通讯，降低系统建设成本，提高系统可移动性，减少温室内布线增强系统安全性。
系统集成温室视频监控设备，开发网络摄像头云台控制协议，实现当温室卷帘机自动运行时调用温室摄像头进行自动跟踪，保证远程智能控制对卷帘机运行位置、运行状态进行实时监测，避免因卷帘机故障或限位器故障导致棉被出现异常或越位等情况。
2.1系统技术结构图
2.2 功能描述
数据采集：利用无线传感器实现对温室空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、二氧化碳浓度进行实时采集，通过温室数据采集软件上位机实现数据获取，温室数据采集系统对实时采集数据进行分析、对比、存储，以支撑设施农业生产管理与温室智能控制。
数据导出：系统设计以EXCEL形式实现采集数据导出，也可以通过设定导出数据节点，导出某一时间段平均数据。
数据展示：从数据库中读取相应数据，以表格和曲线的方式将传感器数据显示出来，支持多种查询显示方式。
通风控制：通风智能控制是通过空气温湿度传感器采集温室内温度和湿度的数值传给控制器，由控制器根据目标温度与实际室温的偏差以及室温的变化率进行模糊计算，实现对温室上下通风口进行自然通风调整温室内的温度。
卷帘控制：在光照较高时，控制器通过室外光照采集因子系统采集的高灵敏度光照值，与计算机设定的控制目标进行对比，如高于计算机设定目标值，则自动放帘，进行遮光。如低于计算机设定目标值，则自动收拢卷帘。可设定卷帘展开与收拢的工作时间长度，防止展开与收拢过度，保障机器正常工作。
水泵控制：计算机内部有一套根据土壤湿度传感器采集的值与设定目标值进行对比，如高于设定目标值，则自动关闭水泵。如低于设定目标值，则自动打开水泵进行灌溉。
智能控制：利用无线传感技术、通信技术、软件技术、视频技术结合温室环境调控辅助设备，通过数据采集系统智能分析，依托数据采集系统实时采集数据与生长数据模型，实现对温室环境智能调控。
时间控制：根据用户设定运行时间进行对温室环境调控辅助设备进行自动控制，系统可设定各设备运行时间，结合限位器等安全设备实现自动控制安全性。
手动控制：实际生产中，用户通常会根据专家生产管理经验结合实时环境情况随时进行对卷帘、通风、灌溉等设备进行控制。
移动终端控制：系统可通过移动终端（手机、PAD等）远程进行卷帘、通风、灌溉控制。
短信预警：系统将对实时采集数据与标准阀值（上下限值）进行对比分析，利用空气温湿度、土壤温室度、光照强度等环境因子对作物生长影响关联，智能分析实时数据，在温室数据采集软件界面以突出方式进行显示，同时利用短信网关，实时下发预警信息给温室管理人员，实现系统与人工多重应急管理。
设备管理：对采集设备进行编号、棚位划分，以区分数据来源。可以对采集设备的工作状态进行监测和管理，实时查看采集设备工作是否正常，可以对设备进行数据修正，控制采集设备的打开或者关闭。
权限管理：根据用户需求，系统可以设置管理员权限、普通用户权限等，相应权限具有不同功能。
系统设置：系统设置功能可实现对温室阀值设置、种植作物情况设置、系统权限设置、用户密码修改、温室基本情况设置、报警条件设置、智能控制条件设置、视频追踪设置等。
智能手机客户端软件：本系统还配置了智能手机客户端软件，用户通过手机监控软件系统也可实时监测温室环境信息和远程控制。
三、详细设计
通过数据采集系统采集的温室空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、二氧化碳浓度等因子，通过数据采集系统进行智能分析各环境因子对作物生长影响，结合生长数据模型，进而激活温室智能控制系统对卷帘机、通风、灌溉等辅助设备进行自动控制；同时启动温室内视频监控摄像头进行实时跟踪。用户通过电脑或手机，随时随地掌握现场情况、查看现场温湿度等数据和远程控制远程智能调节指定设备。
3.1 温室环境数据
利用无线传感器对温室空气温度、空气湿度、土壤水分、二氧化碳浓度、光照强度进行实时采集。温室数据采集可以实现对温室具有温室基本信息管理、温室数据实时监测、温室列表管理、及所有具有温室数据采集功能的温室列表。
3.1.1实时监测
在温室环境数据监测页面中，实现对大棚的当前温度、湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度、CO2浓度等温室环境信息实时显示，如图3-2所示。
图3-2 温室环境数据实时信息
3.1.2数据采集温室列表
温室数据采集温室列表可以实现对温室棚号、种植作物名称、详情管理，如3图3-3所示。
如需切换到其他温室，那么可以点击大棚列表最左边的大棚编号，即可切换到其他温室查看对应的温室环境数据。
3.2 温室数据详情
温室数据详情管理功能可以实现对不同温室不同时间的环境数据详情进行显示，包括数据曲线、数据列表及所有温室数据。
3.2.1温室环境数据曲线
数据曲线对温室空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光照强度、CO2浓度等温室环境信息的历史波动曲线实时显示。如图3-4所示。
图3-4 温室环境数据曲线
在该曲线图中，显示的是室内温度的曲线分布，默认为一个自然日的数据变化，即前一天上午6时至当日上午6时。如果想查看其他的数据曲线，用户可以选择时间、环境因子进行查询某一个数据任意时间段的数据曲线，方便用户对数据进行分析，用户同时可以对曲线图进行本地化保存。
图3-5环境数据类型选择框
如果想要查看其他时间段的数据曲线走向，可以选择其他时间范围，点击时间输入框后面的按钮进行查询。如果某一时间段的曲线变化不明显，想要看的更清楚一些，也可以在曲线的下方拖动两端的滑动条，选择想要放大查看的区间，如下图（图3-6）所示：
图3-6 曲线图时间轴的滑动条使用
3.2.2温室环境数据列表
温室环境数据列表可以实现对某一温室所有时间段内采集数据进行查看，可通过棚号选择框选择想要查看的温室，通过采集时间段定义开始时间和结束时间，实现对某一时间段内采集数据情况进行查看。
3.2.3全部大棚详情
全部大棚详情可以对所有温室实时采集数据进行查看，界面会实时显示采集环境因子（空气温度、空气湿度、土壤水分、土壤温度、光照强度、二氧化碳浓度）及采集时间，也可以在采集时间一栏中，选择时间点，根据这选择的时间段，查询距离该时间点最近一次的所有温室大棚的数据采集结果。如图3-8所示。
图3-8 全部大棚详情
3.3温室控制
温室控制系统根据温室采集数据对温室卷帘机、通风、灌溉等辅助设备进行手动控制，也可以设置控制时间、数据采集上下限制进行智能自动控制；利用手机、计算机实现远程控制；实现单棚、群控等功能；系统可结合温室高清视频监控系统实现远程视频诊断，实时诊断作物生长状态及病害情况，同时可以通过视频观看卷帘、通风等设备运行情况。如图3-9.
图3-9温室智能控制主页
3.4 手机移动应用
通过下载智能手机客户端软件，用户通过手机监控软件系统也可实时监测温室环境信息和远程控制。
3.5区域环境监测展示系统
以物联网、无线传感、网络等技术为科技支撑，建设现代化小型气象站监测系统。
总体架构如下：
区域环境监测系统总体架构
用户可以在系统的用户界面看到园区的实时的气象信息。
建设内容包括：硬件基础设施建设，应用系统建设以及软硬件的交互。
（1）硬件基础设施建设
硬件基础设施建设分为两部分，一是信息采集和显示系统的硬件建设，包括网络设备、信息采集设备的搭建等；二为这些设备服务的网络线路、供电设备、支架等设施。
（2）应用系统建设
小型气象站的应用系统的建设主要分为数据信息的获取、解析和展示等。
① 数据信息的获取：
区域环境监测系统通过在田间地头设立小型气象站，该气象站通过光照传感器、雨量筒，风向风速传感器等硬件设施对所在区域的降雨量、蒸发量、大气压、大气温湿度、风向、风速、光照、土壤温湿度等气象因子进行实时监测，并将采集到的数据信息上传到服务器。
② 数据信息的解析：
应用系统通过指定的协议，对获取的数据信息进行解析，得到小型气象站采集到的降雨量、蒸发量、大气压、大气温湿度、风向、风速、光照、土壤温湿度等环境信息的测量值。并将数据存储至综合信息服务中心服务器端。
3.6 温室视频监测系统
随着网络技术的成熟和发展，网络化、智能化的概念也逐步为成为主流思想，农业生产种植规模化发展，农业生产管理和视频诊断将显得非常重要了。项目利用高清网络视频监控设备，依托温室智能管理应用系统，在经世致用蔬菜种苗培育专业合作社设施温室内安装高清视频监测系统，种植人员及领导随时随地通过网络控制摄像设备，查看所有种植区内的农作物生长状况；利用流媒体技术，实现远程对作物生长、温室管理等情况实时监测，农业专家可利用视频信息远程进行农作物病虫害诊断；消费者通过远程视频可以更直观的了解现代农业设施、设施农作物栽培品种、栽培技术和设施农作物生长情况，提高农产品质量安全。
扫码关注“光伏产业观察网”微信公众号
《光伏产业观察》创办于2010年，由中国循环经济协会可再生能源专业委员会、中国可再生能源学会光伏专业委员会、中国光伏行业协会共同主办，深受光伏行业认可，是业内知名媒体。
