基于安卓系統(tǒng)的溫室環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控模式設(shè)計(jì)

1、    基于安卓系統(tǒng)的溫室環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控模式設(shè)計(jì)    王帥摘要：根據(jù)遼寧省溫室大棚實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)研制溫室大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。概述系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)思路，詳細(xì)介紹硬件及軟件的功能和作用。性能測(cè)試結(jié)果表明：系統(tǒng)智能化和工作效率高，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定準(zhǔn)確，能夠滿足農(nóng)藝對(duì)監(jiān)控設(shè)備的要求。關(guān)鍵詞：溫室；環(huán)境；遠(yuǎn)程監(jiān)控；智能；設(shè)計(jì)；采集器；控制器：s625.5；s126 ：a ：1674-1161（2017）09-0048-03溫室大棚通過(guò)提供作物生長(zhǎng)的最佳條件，降低四季變化和惡劣氣候?qū)υO(shè)施作物生產(chǎn)的影響，是我國(guó)農(nóng)業(yè)重要的組成部分。隨著精細(xì)農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展，電子、計(jì)算

2、機(jī)、通信、自動(dòng)控制等信息技術(shù)逐漸被引入溫室大棚生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程信息化監(jiān)控。在此情況下，遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所在查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)遼寧省溫室大棚種植的實(shí)際情況設(shè)計(jì)了大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。1 溫室大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理溫室大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括采集傳感器、視頻監(jiān)控器、控制器、采集控制服務(wù)平臺(tái)（由安卓環(huán)境開(kāi)發(fā)）和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)。其中，采集傳感器、視頻監(jiān)控器、控制器為硬件設(shè)備，采集控制服務(wù)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器平臺(tái)為控制軟件。智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)獲取的環(huán)境多點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)小數(shù)據(jù)分析和控制，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)整合處理，對(duì)溫室大棚生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化監(jiān)控。溫室大棚智

3、能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)工作流程為：傳感器將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)以無(wú)線方式發(fā)送到采集控制器，采集控制服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算處理后以無(wú)線方式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)控制模塊；網(wǎng)絡(luò)控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理后，通過(guò)gprs發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器平臺(tái)；管理人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)分析，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制模塊和采集控制服務(wù)平臺(tái)向各個(gè)控制器發(fā)送指令，完成相應(yīng)控制。2 溫室大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要部件設(shè)計(jì)2.1 采集傳感器采集傳感器包括空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光照度傳感器和二氧化碳濃度傳感器。這些高精度傳感器采集環(huán)境因子數(shù)據(jù)后，均采用低功耗傳輸協(xié)議和太陽(yáng)能供電方式，將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式傳輸給采集控制服務(wù)平臺(tái)，供其進(jìn)行分析處理和實(shí)時(shí)顯示。采集傳感

4、器的工作流程如圖1所示。2.2 控制器控制器分為降溫控制器、增溫控制器、灌溉控制器、卷簾控制器、二氧化碳控制器和遮陽(yáng)控制器等。其以監(jiān)測(cè)溫室大棚內(nèi)的環(huán)境因子為數(shù)據(jù)依托，將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、分析、處理，再根據(jù)相關(guān)設(shè)置要求發(fā)送相應(yīng)的控制指令。采集控制服務(wù)平臺(tái)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器臺(tái)，并根據(jù)相關(guān)設(shè)置（上下限值、恢復(fù)值等）輸出指令，使降溫控制器、灌溉控制器、增溫控制器、卷簾控制器、二氧化碳控制器和遮陽(yáng)控制器等相關(guān)控制設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)聯(lián)動(dòng)。采集控制服務(wù)平臺(tái)除監(jiān)視各個(gè)環(huán)境因子外，還能實(shí)時(shí)監(jiān)視控制器運(yùn)行情況，確保其在安全狀態(tài)下運(yùn)行?？刂破鞴ぷ髁鞒桃?jiàn)圖2。采集控制服務(wù)平臺(tái)是系統(tǒng)的

5、核心組成部分，其采用板載定制優(yōu)化的android 4.4系統(tǒng)和穩(wěn)定的英特爾四核處理器，配備26.6 cm（8寸）高清觸控顯示屏，支持多點(diǎn)觸控，可執(zhí)行收發(fā)采集數(shù)據(jù)和控制指令等任務(wù)，并實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)、報(bào)警信息和相關(guān)設(shè)置。采集控制服務(wù)平臺(tái)的工作流程見(jiàn)圖3。2.3 服務(wù)平臺(tái)溫室大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用本地監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控2種工作模式并行運(yùn)行。采集控制服務(wù)平臺(tái)主要用于棚區(qū)集群化大范圍監(jiān)控，可視化程度高，可根據(jù)需要架設(shè)整個(gè)范圍的監(jiān)控。采集控制服務(wù)平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)相連后，數(shù)據(jù)接收可實(shí)現(xiàn)同步。更改設(shè)置時(shí)，采集控制服務(wù)平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)同步變化，采集控制服務(wù)平臺(tái)端控制權(quán)重高于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)。環(huán)境數(shù)據(jù)通過(guò)采集控制

6、服務(wù)平臺(tái)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制器后，網(wǎng)絡(luò)控制器對(duì)多個(gè)棚內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，并發(fā)送至采集控制服務(wù)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并寫入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析，并可在前臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及多種方式的歷史查詢，即網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)可提供歷史記錄查詢功能，其工作流程見(jiàn)圖4。3 溫室大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)性能測(cè)試3.1 測(cè)試條件2017年46月，在新民試驗(yàn)地進(jìn)行大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)性能試驗(yàn)，以檢驗(yàn)系統(tǒng)的工作可靠性，并為系統(tǒng)改進(jìn)提供依據(jù)。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有溫度、濕度、光照度等環(huán)境因子及降溫、灌溉等功能控制。3.2 溫度和動(dòng)作監(jiān)控測(cè)定在試驗(yàn)棚中的兩側(cè)及中間，分別放置3組空氣溫濕度傳感器和3組溫度計(jì)，對(duì)比遠(yuǎn)程獲取溫度和溫度計(jì)溫度

7、，確認(rèn)二者溫度顯示一致。在采集控制器上設(shè)置報(bào)警制動(dòng)和恢復(fù)范圍值，降溫制動(dòng)情況與設(shè)定值一致，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。3.3 土壤濕度和噴灌監(jiān)控測(cè)定將3組土壤溫濕度傳感器和3組土壤濕度計(jì)分別放置在大棚兩側(cè)及中間，對(duì)比遠(yuǎn)程獲取的濕度和濕度計(jì)濕度，確認(rèn)濕度顯示基本一致。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)上設(shè)置報(bào)警制動(dòng)和恢復(fù)范圍值，動(dòng)作信號(hào)正常，動(dòng)作數(shù)值與設(shè)定值一致，具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。3.4 光照度與卷簾機(jī)監(jiān)控測(cè)定在光照度與卷簾機(jī)監(jiān)控試驗(yàn)中，以光照度界值作為卷簾機(jī)卷起和落下的指標(biāo)。光照度傳感器放置在棚外感應(yīng)天氣變化，一般來(lái)說(shuō)，晴朗白天的光照度超過(guò)100 lux，陰天的光照度在50100 lux之間。閥值設(shè)置應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?/p>

8、環(huán)境進(jìn)行。試驗(yàn)當(dāng)日為晴天，試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果見(jiàn)表3。3.5 系統(tǒng)性能分析性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：系統(tǒng)智能化和工作效率較高，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定準(zhǔn)確，能夠滿足農(nóng)藝對(duì)監(jiān)控設(shè)備的要求，且故障少、維護(hù)方便。性能測(cè)定及用戶反饋結(jié)果還表明，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不好的地區(qū)，該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集功能會(huì)受影響，需要在基站和棚區(qū)間加裝信號(hào)增益設(shè)備。4 結(jié)論新研發(fā)的溫室大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大棚環(huán)境因子采集和控制的集成化聯(lián)動(dòng)，同時(shí)，無(wú)線采集傳感器可放置在棚內(nèi)不同位置，且一個(gè)棚內(nèi)可放置多個(gè)同類型的傳感器，易于實(shí)現(xiàn)多棟大棚集群控制。大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用前景較為廣泛，為連棟溫室大棚信息化管理提供適用裝備支撐。參考文獻(xiàn)1 田野，徐保強(qiáng)，于欣

9、欣.溫室大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)j.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2015（3）：149-151.2 侯波，徐小華，胡曉飛.基于labview和gsm的溫室大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)j.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（1）：393-395.3 王春峰，曹桂玲，陳威威，等.基于總線技術(shù)和gprs的溫室環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)j.農(nóng)機(jī)化研究，2014，36（11）：195-198.abstract： intelligent remote monitoring system of greenhouse was developed according to the actual situation of gr

10、eenhouse in liaoning province. this paper summarized the composition and design ideas of the system， and introduced in detail the function and role of the hardware and the software. the performance testing results showed that： the intelligence and high efficiency of the system with stable and accurate date collected could meet the requirement