基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的探析

李艷　張志鵬　米合日阿依?阿卜力克木　孟洪兵

摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新型技術(shù)及設(shè)備在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上被開(kāi)發(fā)出來(lái)，其中，物聯(lián)網(wǎng)作為一種新型信息技術(shù)，對(duì)人們的生活及生產(chǎn)影響巨大。通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)在溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，對(duì)當(dāng)下最新技術(shù)進(jìn)行研究歸納總結(jié)，得出具有現(xiàn)實(shí)意義的結(jié)論，以期有助于促進(jìn)溫室監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng);溫室;監(jiān)測(cè);新技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào) S625

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-5739（2019）08-0159-02

溫室內(nèi)部環(huán)境因素與植物生長(zhǎng)有密切的關(guān)系，因而溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)指導(dǎo)作物種植具有重要意義，使用科學(xué)的方法對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)進(jìn)行精確的數(shù)字化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境要素信息的自動(dòng)記錄存儲(chǔ)，為溫室環(huán)境控制研究和溫室生產(chǎn)管理提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)溫室現(xiàn)代化、精細(xì)化管理。借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建適用于溫室生態(tài)環(huán)境智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將為溫室環(huán)境的監(jiān)測(cè)提供更好的平臺(tái)，推動(dòng)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全面科學(xué)發(fā)展溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)安置在溫室內(nèi)的傳感器進(jìn)行多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，長(zhǎng)時(shí)間對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)信息進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

1溫室監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題

傳感器方面：傳感器可靠性低，很多設(shè)施的軟件和硬件系統(tǒng)不完善，接口缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)功耗大。通信方面：布線(xiàn)復(fù)雜，后期維護(hù)成本高，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度不高，安全性和可靠性差。大數(shù)據(jù)方面：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)空間有限，沒(méi)有形成完整的數(shù)據(jù)庫(kù)體系，數(shù)據(jù)利用率低，不能實(shí)時(shí)檢測(cè)。不利于大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算，進(jìn)而形成農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

溫室監(jiān)測(cè)中，應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將會(huì)提高各類(lèi)系統(tǒng)的精確監(jiān)測(cè)問(wèn)題，在數(shù)據(jù)采集、智能監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程傳輸、智能分析等方面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)比傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)具有更多的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全面科學(xué)發(fā)展，徹底解放溫室監(jiān)測(cè)中多余的勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境要素信息的自動(dòng)記錄存儲(chǔ)，讓溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)朝著網(wǎng)絡(luò)化、便捷化、集約化的方向邁進(jìn)。依據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器等對(duì)溫室內(nèi)各種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)用科學(xué)的方法使數(shù)字化監(jiān)測(cè)精確度提高，實(shí)現(xiàn)溫室現(xiàn)代化、精細(xì)化管理，為溫室環(huán)境控制研究和溫室生產(chǎn)管理提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)支撐。管理者通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可隨時(shí)隨地了解溫室內(nèi)植物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)，為植物生長(zhǎng)發(fā)育提供技術(shù)支持。

3基于物聯(lián)網(wǎng)溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)新技術(shù)

通?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)模塊：傳感器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，移動(dòng)式監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

3.1傳感器的模塊

傳感器有很多種，每一種傳感器都有其獨(dú)有的特點(diǎn)，具體要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇。所以在這類(lèi)問(wèn)題發(fā)生的同時(shí)就需要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的分析與研究，將無(wú)線(xiàn)傳感器的發(fā)展方向定位在微型電子技術(shù)、無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)生物電化學(xué)傳感器等。但目前這些節(jié)點(diǎn)監(jiān)控檢測(cè)的信息資料不夠精準(zhǔn)，部分無(wú)線(xiàn)傳感器的功率較大，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中需要較多的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)，因而很難在大范圍實(shí)際應(yīng)用。伴隨著儲(chǔ)能技術(shù)在不斷的發(fā)展與提升的過(guò)程中，新型的儲(chǔ)能電池?fù)碛休^長(zhǎng)的使用壽命、較高的轉(zhuǎn)換率、較小的體積以及較高的容量等優(yōu)點(diǎn)，需要在短時(shí)間內(nèi)研發(fā)出功率較小的無(wú)線(xiàn)傳感器，從而可以為無(wú)線(xiàn)傳感器的發(fā)展、功能消耗以及實(shí)際應(yīng)用提供保障。

3.2數(shù)據(jù)傳輸模塊

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)就是利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將分散的一系列空間傳感器連接在一起，使采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行匯總，以實(shí)現(xiàn)空間分散范圍內(nèi)的地理和環(huán)境狀態(tài)下的整合監(jiān)測(cè)。隨著物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)不斷提高，越來(lái)越得到廣泛運(yùn)用，并且應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域，不僅提高了工作效率，還能降低生產(chǎn)成本，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)主要在2個(gè)方面很好地解決了傳統(tǒng)傳感技術(shù)上的問(wèn)題。一是利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息進(jìn)行傳輸，較好地解決了傳統(tǒng)布線(xiàn)中布線(xiàn)復(fù)雜、布線(xiàn)成本高布線(xiàn)易老化等問(wèn)題。二是可以更好地散點(diǎn)監(jiān)測(cè)和多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，散點(diǎn)監(jiān)測(cè)就是在地里位置較遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，大大提高了便捷性;多點(diǎn)監(jiān)測(cè)是指在同一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域多個(gè)傳感器共同工作，可以大大提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度。3.2.1WIFI通信技術(shù)。WIFI通信技術(shù)是利用無(wú)線(xiàn)將個(gè)人電腦以及一些通信設(shè)備連接的一種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。一是無(wú)線(xiàn)通信覆蓋的范圍更加廣闊，一般能夠直接覆蓋100m的范圍;二是無(wú)線(xiàn)通信傳輸快;三是無(wú)線(xiàn)通信不需要布線(xiàn)，能夠有效節(jié)約成本;四是不會(huì)對(duì)人們產(chǎn)生物理傷害;五是無(wú)線(xiàn)通信的組織形式簡(jiǎn)單12-31但是無(wú)線(xiàn)的WIFI技術(shù)有一個(gè)非常明顯的問(wèn)題就是網(wǎng)速，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備數(shù)量較少時(shí)網(wǎng)速比較快，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備數(shù)量多時(shí)網(wǎng)速會(huì)慢，而且距離信號(hào)中心點(diǎn)的距離的遠(yuǎn)近會(huì)影響網(wǎng)速快慢。

3.2.2ZigBee技術(shù)。ZigBee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)低數(shù)據(jù)傳輸速率下的電子設(shè)備之間的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)已經(jīng)成為未來(lái)的趨勢(shì)，具有自組網(wǎng)、安全可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)勢(shì)。ZigBee技術(shù)其實(shí)是一種能耗比較低的局域網(wǎng)協(xié)議，主要有距離短、能耗低穩(wěn)定性高及組網(wǎng)方便等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)使用交換設(shè)備、傳輸設(shè)備、將地理上分散的用戶(hù)通過(guò)連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的交換，通信主要在點(diǎn)與點(diǎn)之間或者多點(diǎn)連接設(shè)備的方式建立通信系統(tǒng)。

3.2.3NB-iOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。目前，NB-iOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，產(chǎn)業(yè)鏈逐漸走向成熟。系統(tǒng)采用一種半靜態(tài)鏈路自適應(yīng)解決方案，采取數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送的方式，通過(guò)低階調(diào)制的方式提升解調(diào)與增強(qiáng)覆蓋性能"，支持功率節(jié)省模式和擴(kuò)"展非連續(xù)接收2種模式的配置。網(wǎng)絡(luò)部署靈活，可以充分利用頻譜資源，支持獨(dú)立部署、保護(hù)帶部署和帶內(nèi)部署3種網(wǎng)絡(luò)部署方式。具有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更優(yōu)化、小數(shù)據(jù)傳輸、超低功耗超長(zhǎng)待機(jī)超強(qiáng)覆蓋等特點(diǎn)。

3.2.4LoRa技術(shù)。LoRa是基于擴(kuò)頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離通信調(diào)制技術(shù)，具有廣覆蓋、低成本、部署簡(jiǎn)單、支持海量接人等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)該技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在極大數(shù)量的終端設(shè)備和較大空間范圍內(nèi)的互聯(lián)互通，而且可以在相關(guān)行亍業(yè)領(lǐng)域中逐漸建立產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。LoRa無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的領(lǐng)域利用LoRa組建無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，可依靠商業(yè)基站或用戶(hù)自行建設(shè)LoRa專(zhuān)網(wǎng)。LoRa技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)擁有了一套非常完整的生態(tài)鏈，能夠給用戶(hù)提供全方面的服務(wù)保障，相關(guān)產(chǎn)品的性能也越來(lái)越成熟穩(wěn)定。

3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的“倉(cāng)庫(kù)"，主要數(shù)據(jù)量為環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)、用戶(hù)數(shù)據(jù)以及傳感器數(shù)據(jù)。隨著環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的持續(xù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)操作會(huì)變得十分密集，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)就有了高并發(fā)的需求。隨著數(shù)據(jù)量的增加以及物聯(lián)網(wǎng)模塊存儲(chǔ)功能的出現(xiàn)，云存儲(chǔ)成為一個(gè)新的概念，是一種新興的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)集群應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類(lèi)型的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能回。在溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中云平臺(tái)主要指以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為主的存儲(chǔ)型平臺(tái)，在云平臺(tái)的基礎(chǔ)上以數(shù)據(jù)處理為主的計(jì)算型云平臺(tái)以及計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理兼顧的綜合云計(jì)算平臺(tái)，云平臺(tái)的建立主要以友好的方式展現(xiàn)用戶(hù)所需要的內(nèi)容，并會(huì)利用多種設(shè)備及技術(shù)提供多種服務(wù)。在云監(jiān)測(cè)平臺(tái)方面普及率并不是很高，云平臺(tái)相對(duì)于傳統(tǒng)存儲(chǔ)平臺(tái)而言存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容多，安全性也提高，云計(jì)算上應(yīng)將集中式云計(jì)算數(shù)據(jù)輸送到中心，后將結(jié)果返回，其中數(shù)據(jù)傳輸中的風(fēng)險(xiǎn)可以通過(guò)技術(shù)手段降低。

3.4移動(dòng)式監(jiān)測(cè)平臺(tái)

目前，新的移動(dòng)監(jiān)測(cè)主要包括手機(jī)APP和微信公眾號(hào)2種。通過(guò)云端數(shù)據(jù)庫(kù)的地址和密碼連接云端數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通道的連接及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)查詢(xún)，機(jī)端將給云服務(wù)器發(fā)送相應(yīng)的指令從而修改云端數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位，云服務(wù)器將查詢(xún)的數(shù)據(jù)再返回給手機(jī)端，然后手機(jī)端將數(shù)據(jù)解析并顯示。微信公眾號(hào)的程序和手機(jī)APP的程序?qū)崿F(xiàn)方法不同，但思路相同，通常移動(dòng)終端設(shè)備小巧，方便隨身攜帶，利用手機(jī)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)土壤及空氣溫濕度、光照、CO2實(shí)時(shí)查詢(xún)，綁定相關(guān)設(shè)備后，移動(dòng)端便可遠(yuǎn)程訪問(wèn)云平臺(tái)讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，同時(shí)要兼顧系統(tǒng)安全性及穩(wěn)定性。

4發(fā)展趨勢(shì)

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展中，傳統(tǒng)的智能化方式主要是以專(zhuān)業(yè)人士和基于計(jì)算機(jī)的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，專(zhuān)家通常以自己經(jīng)驗(yàn)作為整個(gè)技術(shù)的核心，給出設(shè)備需要檢查維護(hù)維修的意見(jiàn)。因傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式存在認(rèn)知上的可靠、可控、時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，因而在整個(gè)領(lǐng)域內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)的提出使物聯(lián)網(wǎng)在溫室中的運(yùn)用更具有學(xué)習(xí)性，通過(guò)一定時(shí)間給定條件的輸人、輸出、訓(xùn)練出智能，再將智能運(yùn)用到新的技術(shù)上。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在溫室上的運(yùn)用將會(huì)面臨更多的歷史機(jī)遇，當(dāng)然物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展也面臨著深層次的問(wèn)題，這也會(huì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，不僅要在應(yīng)用上進(jìn)行創(chuàng)新同時(shí)也在技術(shù)上開(kāi)展新一輪的創(chuàng)新，為傳統(tǒng)的溫室監(jiān)測(cè)注人新的活力。

（1）智能化的發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各地方的氣候不同，環(huán)境限制了很多植物生長(zhǎng)環(huán)境。因此，各地區(qū)溫室的范圍不斷擴(kuò)大，溫室系統(tǒng)要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，需要更加智能化解放多余的勞動(dòng)力。

（2）硬件及軟件的發(fā)展。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、PLC、單片機(jī)為操作中心，而配套的軟件系統(tǒng)還較為缺乏，原有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)論是硬件接口、電路均無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不利于維護(hù)，后期應(yīng)向朝著便捷、維護(hù)方便、便于操作的方向發(fā)展。

（3）移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。借助于現(xiàn)有的手機(jī)平臺(tái)及相關(guān)軟件，數(shù)據(jù)更具有敏捷性、實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性，為后期的智能控制提供參考數(shù)據(jù)。

（4）網(wǎng)絡(luò)安全性及穩(wěn)定性的發(fā)展。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全維護(hù)常見(jiàn)的問(wèn)題中，數(shù)據(jù)被篡改的現(xiàn)象最嚴(yán)重，需要一些更有效的機(jī)制對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加密。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性受到很多因素的影響，需要解決的弊端包括連接、外在干擾、數(shù)據(jù)正常運(yùn)行等，所以網(wǎng)絡(luò)的安全及穩(wěn)定是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

5參考文獻(xiàn)

[1]劉泉生，陸珊.無(wú)線(xiàn)傳感器在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用[J].電腦迷，2018（11）：10-11.

[2]路寧.物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)綜述[J].中國(guó)新通信，2018，20（18）：27.

[3]郭曉曦.NB一loT終端安全協(xié)議一致性測(cè)試集的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：郵電大學(xué)，2018.

[4]劉加刊，顧晨，朱艷.ZigBee與其他短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)比較及其應(yīng)用[J].中國(guó)新通信，2018，20（18）：87-88.

[5]萬(wàn)雪芬，崔劍，楊義，等.基于智能手機(jī)的LoRa無(wú)線(xiàn)傳輸效能測(cè)試研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2018，41（21）：7-11.

[6]雷濤.云存儲(chǔ)校園版管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2016.