我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，近幾十年來農(nóng)耕技術(shù)發(fā)展迅猛，全國(guó)的溫室大棚數(shù)量眾多。溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)化、智能化成為了未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，本文將詳細(xì)闡述智慧大棚方案的構(gòu)成。

　　一、為什么大棚要“智慧化”？

　　通常放置于溫室大棚內(nèi)栽種的植物，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境都有著較為苛刻的要求，溫度、濕度、二氧化碳濃度等指標(biāo)都需要維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。早期的溫室大棚，通過布置各種傳感器，人工定時(shí)去查看，并對(duì)大棚內(nèi)的溫控器、加濕器等設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。但隨著溫室大棚數(shù)量越來越多、單個(gè)大棚內(nèi)需要的傳感器也越來越多，傳感器之間的通訊線纜布線變得非常困難，通過人工去管理大棚也變得越來越難。

　　圖1  越來越多的溫室大棚

　　二、智慧大棚包含哪些東西？

　　1.采集端

　　要實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，給出相對(duì)較全面的環(huán)境情況，需要布置各種各樣的傳感器，例如：

　　l溫度傳感器（空氣、土壤）；

　　l濕度傳感器（空氣、土壤）；

　　l光照傳感器；

　　l二氧化碳濃度傳感器。

　　2.控制端

　　想要真正實(shí)現(xiàn)溫室大棚智能化，不僅需要數(shù)據(jù)的采集上傳，還需要能應(yīng)對(duì)情況變化的智能控制。通過ARM平臺(tái)的網(wǎng)關(guān)控制器，可以外接多路設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制大棚內(nèi)環(huán)境的效果。外接的設(shè)備包含：

　　l步進(jìn)電機(jī)；

　　l水泵噴灑器；

　　l日光燈；

　　l風(fēng)機(jī)；

　　l石英加熱管。

　　圖2  大棚內(nèi)分布了各種傳感器

　　三、智慧大棚整體方案

　　網(wǎng)關(guān)控制器基于Coretex-A7設(shè)計(jì)，網(wǎng)關(guān)與各種傳感器之間通過LoRa技術(shù)進(jìn)行無線連接。在取電不方便的大棚內(nèi)，傳感器節(jié)點(diǎn)均需要通過電池供電，這就需要應(yīng)用LoRa技術(shù)極低的功耗。采用休眠+定時(shí)喚醒上傳的工作模式，能夠極大降低傳感器節(jié)點(diǎn)的耗電量，一節(jié)干電池可以使用2~3年。

　　出于成本的考慮，一般情況下多個(gè)大棚會(huì)共用一個(gè)網(wǎng)關(guān)，這樣大棚內(nèi)的相關(guān)控制設(shè)備，也需要通過無線通訊來控制。同樣，使用LoRa也是一種不錯(cuò)的選擇。LoRa傳輸距離足夠遠(yuǎn)，可接入節(jié)點(diǎn)數(shù)上千個(gè)，足以滿足大棚內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)需求。傳輸數(shù)據(jù)量較小的弊端，對(duì)于只需要發(fā)送一些簡(jiǎn)單的控制量而言也足夠使用了。

　　圖 3  智慧大棚整體方案框圖

　　交互方面，網(wǎng)關(guān)控制器上可以外接一個(gè)顯示屏和觸摸屏，方便在現(xiàn)場(chǎng)排查故障和調(diào)試用。所有數(shù)據(jù)匯總到網(wǎng)關(guān)后，通過4G的方式將數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，管理人員在遠(yuǎn)程使用PC或手機(jī)登錄訪問，即可由云平臺(tái)下發(fā)相應(yīng)的控制指令。

　　圖4  大棚管理平臺(tái)