摘要：物联网技术迅速发展,在农业领域发挥重要作用。传统温室大棚向着智能化方向发展,从而进一步解放生产力,增加效益。基于物联网技术设计智能化温室大棚环境监控系统,应用JenNet协议组建无线网络,实现了大棚内空气t温湿度、土壤温湿度、光照强度以及CO2浓度等环境因子的实时监测,卷帘机和灌溉设备的远程控制。实地运行测试结果表明，系统网络运行稳定,采集精度高,节点功耗低,反馈控制准确,满足温室大棚数据获取和控制的智能化需求。
关键词：智能农业；温室大棚；监控环境；物联网
作者简介：奚帅；长安大学兴华学院
引言
在传统农业到现代农业转变的过程中,农业物联网技术在农业生产、经营、管理与服务等方面扮演.着重要的角色,它改变了粗放的农业经营管理方式，提高了农业生产效率与农业产量,加快了农业信息.化进程,使“手机或者电脑也能种地”的愿望成为现实。温室大棚蔬菜种植是我国设施农业中种植面积最大的种植方式，温室的反季节调控作用使农作物种植不再受时间和空间的制约,为农产品全年无间歇收获提供了可能。面对温室大棚高投入、高产出、高效益的集约化生产方式，根据作物不同生长期的生长条件,适时调控温室内环境参数,可以增加农作物产量.改善质量,提高农产品的经济效益。
1、系统体系架构
结合温室大棚内所需采集的环境参数和控制要求,温室大棚环境监控系统网络总体架构如图1所示。
当前的物联网是建立在一个由感知层、网络层和应用层组成的3层体系结构。系统由无线采集终端,控制执行终端,GPRS网关和上位机管理平台4部分组成。当有某环境因子超标需要开启卷帘机或灌溉设备时,在客户端管理平台发出相应命令,即可实现远程控制。此外，它还有历史数据查询、环境值超标预警等功能。
2、硬件电路设计
2.1系统监控节点的设计
系统的硬件设计主要包括2个部分,一个是系统监测节点的设计,路由节点不仅负责转发终端节点上传的信息,它自身也具有采集环境参数的功能;另一个是系统控制节点的设计，负责执行相应的控制命令。两者虽然执行的功能不同,但是在硬件结构上有相似之处,因此将采集电路与控制电路集成在一起,降低规模应用中的设备成本。
2.2监测节点的设计
节点的硬件结构如图2所示。传感器通过多种接口与微处理器JN5148通信，可以实现温室大棚环境参数的综合采集。空气温湿度传感器采用SHT-11,它的温度测量范围在一40~123.8 C之间,响应时间小于3 s。SHT-11具有极高的可靠性与卓越的稳定性。光照强度传感器选用BH1750模块,I2C总线时序,测量值随光照度变化线性输出，可以测量光照度的范围为1~65 535 lx,且受红外线影响较小,适合在温室内使用。土壤水分和温度的测量选用的是DSW-T2型土壤水分温度传感器，4~20mA模拟信号输出,它可以同时测量土壤水.分含量和温度情况,省去了模块设计中电路的开销。
2.3控制节点的硬件设计
控制节点负责接收上层下发的控制命令并上传设备状态信息。控制命令包括控制卷帘机和水泵的启动与停止。为了防止电磁干扰,在JN5148与驱动电路之间均采用光耦TP521进行光电隔离。图3给出了一路控制电路的电路图。当控制节点收到上层下发的控制命令时,DIO9输出低电平,光电三极管导通,C点为低电平,从而使三极管驱动固态继电器导通,接在J7的交流接触器导通,最后开启相关设备。反之关闭相关设备。
2.4供电系统硬件设计
整个系统由智能太阳能充放电管理系统供电，供电系统由光伏板、铅酸蓄电池和太阳能充放电管理电路组成。整个系统中土壤水分和土壤温度传感器需要12 V直流供电,最大功耗80 mA,空气温湿度和光照强度传感器均选用低功耗型,3.3V直流供电即可。所以系统选用18V12AH的蓄电池为系统供电,在电池完全充好的情况下,电池可以为负载供电3 d,这样遇到阴雨天气系统仍然可以正常工作。为了保证太阳能充电系统的供电效率,系统选用MP1584芯片实现3.3 V的电压转换。
3、系统软件设计
3.1协调器软件设计
协调器是整个WSN网络的核心，它负责组建网络，允许子节点加人网络并给加入网络中的无线节点分配网络地址，接收监测节点和控制节点上传的环境参数信息和设备状态信息,这些信息会通过GPRS模块上传至Internet-15]。同时协调器也负责监听网络层下发的控制命令,从而向控制节点发送卷帘机和水泵的操作指令。
3.2监测节点的软件设计
该程序的主要作用就是实时采集环境参数信息,并将这些信息处理后发送给协调器。监测节点包括路由监测节点和终端监测节点。终端节点在不需要发送信息时会自动进入休眠模式，以满足网络:低功耗的要求。
3.3控制节点的软件设计
控制节点负责接收上层命令然后执行指令操作。在没有收到控制命令时，会实时采集设备状态信息，并将这些信息发送给协调器。
综上所述：在分析现有温室监测系统存在问题的基础上，结合温室环境监测系统的应用需求,设计温室大棚环境监控系统,包括节点的硬件结构和系统应用程序软件结构。用1套物联网设备完成农作物温度、湿度等数据的采集和环境控制,实现了农业信息采集的自动部署、自组织传输和智能控制,提高了农业集约化生产程度。随着物联网技术相关产品成本的下降和系统复杂性的简化，以信息和软件为中心的智能农业生产模式会受到越来越多农民的青睐。但在大规模推广应用仍有很多问题需要解决,如数据:安全、系统维护、偏远恶劣环境下的电源问题等,只有将这些问题都合理解决后,我国的农业物联网技术才真正走向成熟。.
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