农业大棚环境远程监控系统
---传感器温湿大棚环境中的应用
关键词：超低功耗二氧化碳传感器、无线传感器、农业大棚、温湿度传感器、COZIR传感器
前言
本监测系统可实时采集温室内温度、湿度、二氧化碳、光照度等环境参数,以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。当温湿度超过设定值的时候,系统利用环境数据与作物信息，指导用户进行正确的栽培管理。该系统可广泛应用于设施农业、园艺、畜牧业等领域，为实现对设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。
温湿度监控系统产品其他应用场合： 食品、电子生产车间、药房、冰箱、冷库、库房、机房、实验室、工业暖通、图书馆、档案室、博物馆、孵房、温室大棚、**、粮库、医院等其他需要环境监测领域。
农业大棚环境远程监控系统方案
一、项目背景
近年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、光照度、CO2浓度等环境因子对作物的生产有很大的影响。传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，目前国内可以实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。
针对目前大棚发展的趋势，提出了一种大棚智能监控系统的设计。根据大棚智能监控的特殊性，需要传输大棚现场参数给管理者，并把管理者的命令下发到现场执行设备，同时又要使上级部门可随时通过互连网或者手机信息了解区域大棚的实时状况。基于GPRS的智能大棚监控系统使这些成为可能。
二、项目分析
2.1 系统组成
2.1.1大棚现场采集控制终端（传感器）
大棚现场采集控制终端负责24小时采集温室内温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数。
传感器简介：
| 传感器 | 型号 | 特点 | 供应商 |
| 二氧化碳（带温湿度） | COZIR | 超低功耗、数字输出信号、可选0-2000ppm，0-5000ppm，0-10000ppm、仅3.5mW功耗 | 深圳市新世联科技有限公司 |
| 露点以及湿度 | HM1520LF | 低功耗、适合露点测量 | 深圳市新世联科技有限公司 |
2.1.2无线传输设备
IP MODEM采用标准的232/485通信接口，只要内置一张GPRS数据卡就能和互联网进行通信，和大棚现场采集终端通过232/485连接后，将采集终端送上来的数据原封不动的通过网络传输到数据管理中心。通用性强，即插即用，体积小巧安装使用简单便捷，无需太多专业技能，而且针对不同的工程情况可选择不同的网络IP MODEM。
2.1.3数据管理中心
数据中心对现场实时采集的温室内温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行分析处理，不仅进行完成的统计做出相应的统计报表，并做出趋势分析，且以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。当温湿度超过设定值的时候，自动开启或者关闭指定设备。
2.2 系统总架构
首先用232/485先将大棚数据采集终端和IP MODEM连接起来，将SIM卡**IP MODEM中，给IP MODEM上电即可，此时IP MODEM会自动连接到数据中心。数据中心服务器一般通过固定IP、ADSL、APN的形式接入网络。无线传输设备IP MODEM通过GPRS网络连接到远程数据中心服务器主机，与中心建立TCP/IP连接后开启透明数据通道。当采集终端需要上报数据的时候将数据直接送往串口，此时IP MODEM就会把收到的数据原封不动地发送到数据中心服务器主机。当数据中心下发的命令或数据通过通道传输到IP MODEM后，IP MODEM通过串口送到采集终端，从而实现了数据双向透明传输。
2.3系统实现功能
1.可在线实时24小时连续的采集和记录监测点位的温度、湿度、风速、二氧化碳、光照、空气洁净度、供电电压电流等各项参数情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，监测点位可扩充多达上千个点。
2.可设定各监控点位的温湿度报警限值，当出现被监控点位数据异常时可自动发出报警信号，报警方式包括：现场多媒体声光报警、网络客户端报警、电话语音报警、手机短信息报警等。上传报警信息并进行本地及远程监测，系统可在不同的时刻通知不同的值班人员；
3.数据集中器提供USB接口，在没有配监控电脑或监控电脑损坏、瘫痪，可随时用U盘导出将数据转至其它电脑。
4.数据集中器端提供具有信号输出协议的端口，可接通信设备（GPRS IP MODEM等）进行无线传输。
三、项目架构实施
3.1 IP MODEM与大棚现场数据采集终端的连接
一个大棚里面会有多个传感器采集点，通过485将采集数据统一汇聚到集成采设备，工业集采设备采用232/485通信方式与无线通信模块IP MODEM进行连接，对传感器数据进行集中轮询后将数据通过串口送往IP MODEM。
四、方案特点
1. 大棚基地基本位于偏远地区，因此采用覆盖广泛的GPRS网络，而且IP MODEM的高信号捕捉，必要是采用高增益天线，可确保网络的正常运行。
2. 一般大棚种植者并非是专业的网络管理员，如果监控网络出现问题则会带来许多不便，四信IP MODEM采用高性能工业级处理器以及看门狗等**机制设计，保证IP MODEM 万一通信中断也会自行检测然后自动断电重启，保证IP MODEM 永远在线，通信链路永远正常。
3. IP MODEM 采用标准的工业串口通信，即插即用，且高规格的模具设计，体积小巧方便维护，工程人员无需太多专业知识，在短时间内即可是系统运行。
4. 在国家大力推行三农政策的环境下，市场对大棚种植的需求迅猛增长，且规模也在不断的扩大，采用GPRS或者APN组网可灵活解决项目点不断增加的需求，可随时对现有的系统新增监控点而且对现有系统部产生任何影响。
5. 多中心设计，可同时设置5个中心监控采集现场，避免因某个中心网络不稳定或者关闭导致无法对现场进行监控而产生**隐患。
6. 如果大棚监测参数需要临时修改的话，如果每次都要去现场那是一件非常费时费力的事情，在此IP MODEM进行人性化工程设计，可是工程人员无需到现场就可以远程直接对网络参数进行相应的配置，达到时间和人力的合理利用。
五、小结
大棚种植应用越来越广泛，实现了高效率的农业生产，借助无线远程监控系统很好的解决了大棚种植维护难的现象。无线远程监控的应用在大棚种植领域得到了充分的体现，相信无线监控的应用在其他领域也会得到更多的应用，物联网的价值在不断的体现