广东海洋大学寸金学院
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2023年2月13日发(作者：)物联网技术
2022
年
/
第
1
期
智能处理与应用
IntelligentProcessingandApplication
112
0引言
很多农村建起了温室塑料大棚
，
给果蔬的生长创造更适
宜可控的环境条件
；
但是没有从根本上改变农民的耕种方式
，
仍然主要依靠人力检测作物的生长环境和状况
，
并实施耕种
，
这会消耗大量的人力
、
物力
，
增加成本
；
同时
，
还会因为劳
动强度大
、
检测精度低等缺陷带来差错
。
在现有的智能大棚
系统中
，
采用各种各样高精度传感器和ZigBee技术在大棚
环境中组网
，
利用各种传感器采集大棚环境数据
，
并科学合
理地调节大棚内包括温湿度
、
二氧化碳
、
氧气
、
雨露
、
光照
、
气压
、
土壤PH值
、
重要盐离子等环境参数指标
，
及时反馈
给农户
，
为确保大棚内农作物更加优质
、
高效地产出提供良
好条件
。
因此
，
智能农场大棚系统的搭建和持续稳定的运行
，
势必会在农产品生产
、
资源合理利用
、
推动和改善大棚农户
的生产经营状况中发挥重要作用
。
目前
，
智能温室大棚得到了很大程度的研究与应用
。
已
有的大棚系统设计研究中通过不同的物联网技术实现对智能
温室大棚的监测和控制
，
主要以单片机或开发板为获取数据
终端
[1-8]
。
其中文献[1]介绍了一种以DSP芯片为核心的系
统
，
通过采集大棚中的温度
、
湿度
、
光照度等数据
，
进行控
制调整
，
以满足大棚内农作物生长的实际需要
。
文献[8]中
介绍了一种以MSP430单片机为核心的智能大棚系统
，
并阐
述了系统的硬件
、
软件设计过程
。
也有一些研究在利用传感
器和ZigBee组网的基础上
，
开发手机APP监测系统
，
方便
用户随时随地监测
。
另外
，
文献[9]介绍了一种基于Android
手机的智能农业物联网监测系统
。
文献[10]介绍了一种基于
移动互联网和Web服务的智能农业系统
，
文中描述了对该系
统中的Android客户端和WebService服务端的设计与开发
。
总之
，
关于智慧大棚系统的设计与研究
，
主要通过单片机获
取数据进行监控管理
；
或基于无线网络技术和Android手机
及Web服务端的设计与开发来实现
。
但是
，
缺乏一个从农产
品生产到销售的整个产业链上包括科学智能监控种植
、
产品
上市销售及运输服务
、
农作物种植交流等功能的一体化系统
。
本设计提出一种基于物联网技术的智能农场大棚系统
，
试图
解决传统大棚系统实时性不强
、
检测集成度不高
、
不能随时
随地远程监控等问题
，
实现从科学智能监控种植
、
产品上市
销售及运输服务到农事交流一体化
。
1系统分析
用户只需轻松通过手机APP软件
，
随时随地查看
、
监
控和管理智能大棚的相关信息
，
做到及时为农作物补充水分
、
肥料等生命要素
。
通过实时观察大棚果蔬生长情况
，
利用云
计算的快速计算和大数据的科学分析
，
得出农作物缺乏健康
生长所需的各种生命要素以及预计产出等
。
运用Python爬
虫集中收集和推广农业生产资料
，
给用户推荐高质量
、
高品
质的生产技术及资料
。
为农事参与者提供生产
、
管理
、
销售
、
运输等一体化交流平台
，
将传统的农业大棚改造成从科学智
能种植到产品上市销售的
“
一条龙
”
服务系统
。
具体细则如下
：
一种基于物联网技术的智能农场大棚系统的开发
陈瑞志
（
湛江科技学院
，
广东湛江524094
）
摘要：
基于物联网技术
，
开发了对智能农场大棚进行监控的系统
；
通过手机终端APP能够随时查看大棚的
监控数据
、
线上进行交流和销售等
。
该系统能够在作物种植前后发挥作用
，
解决了传统大棚系统实时性不强
、
检测
精度不高
、
不能随时随地远程监控等问题
，
实现了科学智能监控种植
、
产品上市销售及运输
、
农事交流等服务的一
体化
。
关键词：
物联网
；
智能农场
；
大棚系统
；
实时监控
；
紫蜂通信
；
传感器
中图分类号：TP277.2文献标识码：A文章编号：2095-1302
（
2022
）
01-0112-03
DOI
：
10.16667/.2095-1302.2022.01.032
收稿日期
：
2021-03-25
修回日期
：
2021-04-23
基金项目
：
广东省教育厅2019年度广东高校科研平台和项目-特色
创新类项目
：
基于物联网智能农场网络系统的设计与仿真
（
2019KTSCX239
）；
2018年度广东海洋大学寸金学院
重点学科建设项目与科研专利项目
：
一种基于物联网智
慧蔬菜大棚系统开发方法
（
CJZL2019001
）；
2021年度
湛江科技学院
“
品牌提升计划
”
校级教学团队项目
：
网络
系列课程教学团队
（
PPJH202102JXTD
）；
2019年第二
批教育部产学合作协同育人项目-教学内容和课程体系
改革
：
以数字媒体技术专业为核心
，
开展产学合作协同
育人
，
着力培养应用型人才
（
2
）
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2022
年
/
第
1
期物联网技术
智能处理与应用
IntelligentProcessingandApplication
113
（
1
）
满足农户需求
，
基于物联网技术
、
ZigBee无线网络
技术等改造传统大棚的生产方式
，
使大棚生产管理更加科学
有效率
、
安全可靠
；
同时
，
节省大量的人力
、
物力
。
（
2
）
传感器的传感数据通过ZigBee无线网络
，
实现数
据上传到云服务器中心
，
实现生产化的智能管理和控制
。
云
服务器中心双向管理智能APP端和遥控传感器端的数据
，
做
到数据的安全获取
、
传输
、
存储与备份
。
（
3
）
云服务数据处理和智能云端APP控制
，
能远距离
控制生产
，
便捷农户随时随地进行生产监控
，
及时避免虫害
、
环境污染等因素对蔬菜作物生长的不利影响
。
（
4
）
智能APP运用Python爬虫集中收集和推广农业生
产资料
，
给用户推荐高质量
、
高品质的生产技术及资料
。
2系统设计
2.1总体方案
系统贯穿整个物联网感知层
、
网络层和应用层
。
其中
：
感知层负责数据收集监测和终端的控制
，
网络层负责数据的
传输与接收
，
应用层负责Web服务器和手机端APP开发及
应用
。
本文的智能大棚系统不仅要提高整个系统的自动化程
度
，
同时也要提高整个大棚生产和销售的区域链融合能力
。
感知层以CC2530为核心
，
通过ZigBee
、
WiFi等模块对
传感器模块采集的数据进行处理
。
各个传感器采集不同的环
境数据
，
例如
：
大棚内的温度
、
湿度
，
空气中一氧化碳
、
二
氧化碳
、
氧气等的含量
，
土壤的含水量
、
酸碱度等
。
通过本
地或远程控制棚内的灯
、
风机
、
遮阳板
、
浇灌设备等的开关
，
从而及时调整棚内的果蔬生长环境
。
网络层通过信息接收盒和WiFi等无线通信技术接入
Internet
，
并与云服务器通信
，
把环境数据上传至服务器
。
应用层则分为两部分
：
一是在手机控制端开发基于
Android的APP程序
；
二是部署在云服务器上的Web程序
，
包括通过爬取互联网果蔬生产过程中的种子
、
肥料
、
市场价
格等相关大数据以及个性化地向用户智能推荐相关信息等功
能
。
根据棚内果蔬生长实况
，
分析和估计各个棚区果蔬产量
，
并提供地域销售及运输的建议和策略等
。
2.2硬件设计
硬件主要涉及开发板
、
继电器
、
温湿度传感器
、
光强度
传感器
、
二氧化碳传感器
、
雨露检测传感器
、
土壤湿度检测
传感器
、
ZigBee模块
、
路由器
、
加湿机
、
电动机
、
风机
、
显
示仪等
。
以下介绍几个主要部件
：
（
1
）
CC2530开发板
：
利用CC2530芯片的较强数据处
理能力和高效运行速度且功耗低的特点
，
将其作为物联网信
息处理的核心
。
（
2
）
继电器
：
利用继电器实现隔离电子线路和电气电路
，
以保护电子电路和人身安全
；
同时
，
利用低压的电子电路控
制信号控制高压电气电路的执行元件
，
如电动机
、
电磁铁
、
电灯
、
风扇等
。
（
3
）
ZigBee模块
：
智能大棚系统最关键的是大棚环境数
据的采集是否准确以及数据能否被及时处理
，
这主要取决于
传感器网络
、
传感器的性能和芯片处理数据的性能
。
（
4
）
传感器
：
智能大棚系统需要用到温湿度传感器
、
烟雾传感器
、
光强度传感器等
。
不同种类的传感器连接到
CC2530的不同I/O接口上
。
传感器节点负责采集数据和电
压值
，
并将采集到的数值传递给采集节点或开发板
，
采集节
点把收集的信息通过串口发送给PC端
：
数据接收端的模块
将与电脑端远程通信连接
，
并将信号进行转换
，
最后将数据
传输至电脑端的监控端
。
2.3软件设计与实现
本系统分为Web服务器和手机APP
。
手机APP主要
是为了让大棚的生产管理者能够远程监控大棚的生产环境
。
Web服务器主要提供农产品的市场时讯
、
农场生产要素动态
信息
、
大棚的生产和预测数据
，
为大棚生产者的决策提供参考
。
手机APP
：
采用了AndroidSDK+Java+MySQL等进行开
发
，
页面设计使得整个大棚的温度
、
湿度等农作物生长环境
的数据可以实时被监测并以图形化显示
。
在AndroidAPP上
能自动或者手动地远程控制大棚内的加湿机
、
电动机
、
通风
机等
，
调整温湿度
、
光照强度等指标
。
Web服务器
：
后台采用PHP+MySQL
、
前端采用
HTML+JavaScript+jQuery等对界面进行设计
；
相关数据既可
以手动输入
，
也可以通过Python爬虫对外网数据进行采集和
筛选
；
交互方式主要采用Ajax
；
数据传输格式为JSON格式
。
服务器端主模块界面采用九宫图设计
，
如图1所示
。
图1主模块界面
2.3.1首页设计
本系统的首页采用九宫图的设计
，
主要放置农场员工
、
生产原料
、
实时库存
、
预计产出
、
环境数据
、
市场价格
、
用
药信息
、
终端控制
、
农事交流等功能模块
。
在底部
，
设置了
“
首页
”“
参数
”“
新闻
”“
我的
”
等快捷功能键
，
如图1所示
，
其中
“
首页
”
键便于返回本页
。
2.3.2环境数据模块
环境数据模块需要通过相应传感器采集环境数据指标
，
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物联网技术
2022
年
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第
1
期
智能处理与应用
IntelligentProcessingandApplication
114
并传输至物联网服务器
。
当环境数据异常时
，
不仅可以自动
处理
，
也能通过PC或APP手机控制端远程监控大棚
。
如
：
气体异常时
，
通过开发板内置程序判断条件
、
自动打开送风
机等设备
；
光照过低时
，
打开光照灯等操作
。
环境数据模块
还应记录各项环境指标的历史数据
，
便于管理员查看
。
棚区
温湿度和环境历史数据的手机访问页面分别如图2
、
图3所示
。
图2棚区温湿度界面图3环境历史数据访问界面
2.3.3农场基本信息管理
农场基本信息包括员工
、
实时库存
、
用药信息
、
预计产
出等
。
农场员工模块
：
对员工信息进行增
、
删
、
改
、
查等操
作
；
生产原料模块
：
为相关行业用户提供交易信息和平台
；
实时库存模块
：
生产者可以对果蔬库存信息进行实时监控和
搜索
，
如图4所示
；
用药信息模块
：
帮助用户记录整个温室
大棚的用药信息
，
并具有提醒功能
，
如图5所示
；
预计产出
模块
：
用户通过输入常见的种植信息
，
然后服务器通过相应
的计算对产量和产出时间进行估计
，
为农户提供科学的预计
方法
，
以便农户为销售做好准备
，
如图6所示
。
图4实时库存界面图5用药信息界面图6预计产出界面
2.3.4农场扩展信息模块
农场扩展信息模块包括如下具体信息
：
（
1
）
市场价格
：
通过调用电商平台对果蔬的市场价格进
行实时的抓取
，
如图7所示
，
为不同的用户提供实时数据并
显示果蔬的历史价格和相关的市场分析
、
评价
、
标签信息
等
（
这里需要用到爬虫技术对互联网大数据进行获取
、
提取
、
筛选等
）。
（
2
）
生产原料
：
该功能模块应用智能推荐系统供用户查
询和推荐农场所需的原料和种子等农资信息
，
如图8所示
，
智能推荐相关算法和实现方法参见文献[11]
。
（
3
）
农事交流-博农论坛
：
为农业相关用户提供经验交
流平台
，
让不同行业的用户能够更方便地了解各个行业的行
情趋势和资讯信息
，
如图9所示
。
图7市场价格界面图8农资信息推荐界面图9博农论坛界面
3结语
本文设计的基于物联网技术的智能农场大棚系统
，
能够
帮助农户实现大棚的升级
，
减轻农户的工作强度
、
提高果蔬
产量
，
还可以在智能大棚管理
、
产品运输与销售
、
农资物料
的购买等方面为农户提供帮助
，
共享种植信息与经验
，
共同
解决种植问题
，
快速地实现智能农场大棚系统与多平台的交
流
，
促进农业物联网的发展
。
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2019
，
40
（
9
）：
23-26.
作者简介
：
陈瑞志
（
1981
—），
男
，
湖南郴州人
，
副教授
，
就职于湛江科技学院
，
主要研究方向为网络通信安全
、
物联
网与网络仿真等
。
Copyright©博看网htsReserved.