我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，近幾十年來(lái)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(lái)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。

1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(guò)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(lái)越多、單個(gè)大棚內(nèi)需要的傳感器也越來(lái)越多，傳感器之間的通訊線纜布線變得非常困難，通過(guò)人工去管理大棚也變得越來(lái)越難。

圖1 越來(lái)越多的溫室大棚

2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：

溫度傳感器（空氣、土壤）

濕度傳感器（空氣、土壤）

光照傳感器

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(guò)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：

步進(jìn)電機(jī)

水泵噴灑器

日光燈

風(fēng)機(jī)

石英加熱管

圖2 大棚內(nèi)分布了各種傳感器

3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(guò)LoRa技術(shù)進(jìn)行無(wú)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(guò)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(guò)無(wú)線通訊來(lái)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(guò)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(wèn)，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)

LM400TU是ZLG研發(fā)設(shè)計(jì)的一款工業(yè)級(jí)LoRa組網(wǎng)透?jìng)髂K。模塊采用源自軍用通信系統(tǒng)的LoRa調(diào)制技術(shù)設(shè)計(jì)，結(jié)合獨(dú)有的頻譜擴(kuò)寬處理技術(shù)，完美解決了小數(shù)據(jù)量在復(fù)雜環(huán)境中的超遠(yuǎn)距離通信問(wèn)題。