目前，我国设施农业大棚建设还存在网络化水平低、运营管理落后、环境监管水平需要进一步提高等诸多问题，限制了改善设施农业温室的整体生产效率。针对设施农业大棚生产中的一系列问题，本文探讨了基于物联网技术的设施农业大棚中物联网技术的应用设计，开发了设施智能控制系统。希望本研究能够促进设施农业大棚的科学管理，促进农业大棚的科学化、网络化、智能化、自动化发展。 在物联网技术的不断发展中，农业生产向智能化发展，但我国缺乏对温室智能控制系统的研究，因此需要在系统设计时进行合理的调整。建立内部结构和运行监控系统。识别温室变化，实现温室增产目标，促进农业生产进一步发展。此外，由于我国的农业生产技术尚且不够发达，农业企业和个人对温室智能控制系统的了解程度还有待提高，应用难度较大。冶金石灰
一、物联网概念
物联网利用射频识别（RFID）卡、无线传感器等信息检测设备，按照传输协议以有线和无线方式将万物连接到互联网，并使用云计算等。信息交换和通信技术等。实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理等功能的网络。物联网建立在互联网之上，将用户端延伸和延伸到万事万物。在物联网中，物品可以在无人为干预的情况下相互“交流”。其本质是利用射频识别等技术，实现物品的自动识别和互联网上的信息共享。 智能农业利用遥感技术、地理定位系统技术、地理信息系统技术、计算机网络技术等技术，与土壤快速分析，自动灌溉、自动施肥施药、自动收割、自动采后处理和自动存储等智能农业机械技术融合的新型农业生产方式。
二、温室控制系统的主要功能
智慧温室利用物联网搭建温室，自动或远程控制蔬菜的生长环境，使蔬菜全年都能获得最佳的生长环境，提高产量，实现蔬菜的合理种植。通过作物所需的生长环境和物联网技术，智能温室实现以下功能。
1、数据收集
根据作物的种类和生长特性，在温室各点放置温湿度传感器、二氧化碳传感器、照度传感器、水流传感器、土壤湿度传感器等设备，实时采集温室内环境信息。采集到的信息通过无线射频设备发送到内置物联网网关，物联网网关再对数据进行分析处理后上传至服务器。
2、设施管理
信息系统对采集到的数据进行处理后，与服务器预先设置的数据进行比对，物联网网关根据设置的参数，发送交换设备控制命令，并将控制命令反馈给网关。以及无线网络控制设备，对节点、风机、阀
静电纺丝装置门、喷灌、温度、遮阳篷等设备进行调控，实现温室内环境的智能调控。
三、设施农业温室大棚环境参数以及特点
总体而言，植物作物能否健康生长，一方面取决于其独特的遗传特性，另一方面与其生长环境密切相关。环境因素主要包括温度、湿度、光照和气体因素。在温室内，通过将各种环境因素控制在适当的水平，可以有效地提高农作物的产量和质量。本文主要讨论四个环境因素：温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度。
1、温度因素
温度是影响植物作物呼吸和光合作用的重要因素，每种作物都有其适宜生长的最佳温度范围，需要至少满足三点要求，包括温度下限、温度上限和最佳生长温度，例如，对于光合作用，作物的最佳生长温度范围为20℃~25℃。对于呼吸作用，农作物最佳呼吸温度范围为36℃~40℃。需要强调的是，设施农业大棚环境必须保持昼夜温差恒定。因此，为了有效控制设施农业大棚的温度，一般以热风采暖、电采暖、热水采暖等手段给环境升温，通过水分蒸发、遮阳、通风等手段给环境降温。如有必要，由于温度和湿度之间的特定相关性，加热和冷却都会引起温室内湿度的变化，还必须考虑湿度变化对作物生长的影响。
2、湿度因素
湿度也是影响作物生长最重要的环境因素，一般情况下，作物的含水量在60%-80%，作物的蒸腾作用、呼吸作用、光合作用等生理过程几乎都离不开水分的参与。在设施型农业温室的情况下，内部环境的湿度通常由土壤湿度和空气湿度决定。温室本身是一个封闭的微环境，需要经常除湿。一般情况下，通过通风可以去除空气中多余的水分，或者通过使用某些吸水材料来降低空气的湿度。
3、光照强度因素
物联网设施农业温室大棚智能控制系统的研究
孙红波邓军均关旭
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众所周知，植物的光合作用与光有着千丝万缕的关系，光合作用的速率随着光强的变化而变化。低于此光饱和点，作物生长受到限制，高于此光饱和点，即使光照量增加，作物光合作用也不再加速。大多数作物的最佳照度范围是8000-12000勒克斯，通常使用遮光和辅助照明操作来确保作物在最佳照度
范围内生长。人工光源用于人为延长照明时间或增加照度进行辅助照明工作，使用遮光网进行遮光工作。
4、二氧化碳浓度因素
植物光合作用与二氧化碳的参与密不可分，通常把二氧化碳称为农作物的“食物”。而大部分作物生长所需的二氧化碳浓度为0.1%，而大气中二氧化碳的浓度仅为0.03%，因此需要在温室内人工补充二氧化碳。但二氧化碳浓度并不是越高越好，一旦二氧化碳浓度过高，作物叶片系统就会关闭，不利于光合作用的进行。
四、基于物联网技术的智能温室控制系统设计
物联网技术融合后，种植者可以通过物联网和计算机设备与智能温室及相关设备建立信息交互关系，相关传感器设备监测蔬菜生长、环境变化等田间信息。信息以图片、文字或视频的形式传输到中控设备，设备建立相关模型对数据变化进行分析，并根据分析结果自动调整风机、采暖、照明设备。通过改善室内环境和供应作物，提供最佳的生长环境。播种者可以通过设备了解温室内农作物的生长情况，通过智能终端实时监控温室内的相关信息，系统可以提供额外的种植知识，高效管理温室。该系统的设计主要由三个方面驱动：
1、系统总体结构设计
融合物联网技术的智能温室控制系统整体结构以物联网三层结构形式为主，每一层都可以衍生出物联网技术的优势。使整个智能系统可视化、智能化，可提供相关功能服务，集成度功能更高。三层传感层主要利用传感设备完成温室现场的各种信息监测和传输任务，传输层主要与传感层相连，将监测到的信息传输到系统控制中心。系统的应用服务层与用户终端直接相连，用户可以随时了解温室的智能控制信息和控制效果。
2、系统硬件设计
系统硬件必须完成数据的采集、传输、分析和控制。在硬件设计上，主要采用相关类型的单片机作为控制核心，对温室内的各种传感设备进行有效监控，这些设备的信息可以随时传送到核心。微控制器还收集可以反映相关数据变化的电压和电流信息。数据中心和测试平台可以完成数据分析任务。检测平台应根据实际情况下发相关指令，这使得温室的子系统能够运行和自我调节，以确保温室的内部环境符合要求。
3、系统应用平台设计
系统的智能控制过程可概括为数据采集、查询、分析、设备参数调整等。根据这些功能需求，设计者必须设计相关的平台，主要连接各种功能模块，从而实现功能。在查询传感器数据时，系统必须结合数据库提供传感器设备的相关信息，包括历史信息，用户可以随时查询信息，建立相关的管理方案。
在预警通知预处理模块的设计中，必须与监控模块连接，及时接收模块发送的设备故障检测信息。在模块运行过程中，用户终端设备接收系统发送的信息。如果温室的性能参数过大或过小，模块会发出预警，以便用户人员及时收到相关的预警信息。设计者在设计设备遥控机的参数设置模块时，必须将控制模块之间进行有效的连接，使各功能模块的散热、通风、防晒等功能有效发挥作用。无论是手动遥控还是自动控制，相关设备设施都能发挥调节功能，使温室内部环境更能满足作物的生长。在系统用户管理模块的设计中，主要是方便用户登录，赋予用户管理权限和数据查询权限。系统还可以对用户角进行管理，对用户的增删改查等行为进行监督和控制。
五、基于物联网的温室大棚智能控制系统研究设计策略
1、合理架构系统技术
在应用物联网技术对温室智能控制系统进行调整时，需要对系统技术进行合理组织。智能控制系统的运行稳定性必须科学设计，为进一步提高系统的合理性，应合理设计识别层、传输层和应用层。例如，认知层可以为系统决策提供依据，调整系统的感光能力、二氧化碳浓度等数据保证系统在设计时获取相关信息，保证系统协调性。在设计传输层时，需要将系统连接到互联网，并使用控制器保证数据传输距离，使传输层完全覆盖温室，保证数据传输的稳定运行。温室智能控制系统的应用层可以对相关数据进行分析和分类，为智能调控提供数据基础，改善温室作物产量。为了完善感知层、传输层
、应用层的衔接，需要合理运用智能分析系统进行结构设计，对系统设计进行分析总结，了解缺陷，完善制度，促进农业智能化发展。
2、设置运行监控设备
在将物联网技术应用于温室智能控制时，需要设置运行监控设备可以从以下两个方面来理解。首先，因为温室智能控制系统可以智能监控温度、湿度。温室监控的光照强度等数据要进一步提高监控设备的运行稳定性，必须对监控设备进行合理的设计，比如设计者可以搭建一个智能监控平台，展示监控设备的运行情况。进行智能调节，确保温室的温度和湿度处于合适的水平。其次，由于温室智能控制系统易受外界环境影响，运行不稳定，需要定期检查温室智能控制系统的运行情况，以改善这种情
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况。为了温室智能控制系统的稳定运行，需要立即修复。另外，温室的智能控制系统会出现运行问题，为保证温室的稳定运行，需要安装人工控制系统，保证系统的稳定运行，促进智能农业的发展。
3、数据汇总系统建设
在设计温室智能控制系统时，需要搭建一个数据汇总系统，可以从以下两个方面来理解。首先，了解温室智能控制系统要进一步提高数据处理效率，就需要搭建数据检测系统，进行数据系统分析。其次，由于数据可以反映种植情况，所以在分析种植情况时需要进行数据对比，而温室智能控制系统没有汇总数据的功能，因此分析效率不高。为改善这种状况，需要建立能够自动分析和组织数据的数值比对分析系统，进一步提高数据处理效率，促进智慧农业发展，保障相关分析工作。
4、提高农民的了解程度
在应用温室智能控制系统时，需要加强对农户的了解。为改善这种状况，在推广温室智能控制系统时，需要做好宣传工作。向农民解释如何应用该技术及其应用的好处，提高农民对该系统的了解程度。另外，由于该设备是比较先进的设备，其应用需要大量资金，为农业产业的进一步发展，政府将扩大支持，对相关企业提供资金支持，提供温室智能控制系统。在推动温室智能控制系统发展的过程中，要教会农民学习这些内容，增加对系统设备的理解。引导农民在企业参观该设备，提高对设备的认识，有助于推广温室智能控制系统，推动智慧农业发展，促进农业科技发展。
六、展望
1、传感网络的无线化
随着无线传感器网络的发展，智能温室的无线化将成为不可避免的趋势。数据通过无线网络从许多小型传感器节点传输到信息收集站或中央控制中心。这种传感器网络具有良好的自愈性和自组织性，与传统的有线传感器网络相比，具有故障少、成本低的优点，解决了线路腐蚀老化等问题。高温高湿环境问题非常适合应用在温室控制系统中。多传感器数据融合、传感器节点节能管理等主要难点将是无线传感器网络未来的研究方向。
2、智能控制方式的融合
编织袋折边器模糊控制的优点是由于其具有强大的知识表达能力，不需要建立精确的模型。神经网络控制具有可训练性和自适应能力，计算速度快。但结构和类型难以确定，不能保证结果的绝对精度。专家系统的优势在于规则表达清晰，推理过程表达精确。单一的控制方式无法满足温室系统的智能控制，通过集成多种算法，优势互补，可以更有效地控制温室内的诸多环境因素。
3、物联网技术的成熟度
农业物联网通过部署传感设备、计算设备、执行设备和信息通信网络，实现“人、机、物”的互联互通。随着物联网在农业中的应用越来越广泛和成熟，物联网技术将全面渗透到智能温室控制领域，包括信息识别、位置跟踪、环境监测和农物综合管理等。物联网技术在温室环境智能监控、产品溯源和信息集成等方面展现出独特优势。物联网（IoT）技术是全球设施农业的发展趋势，是我国发展设施农
业的必由之路。
旗杆模型4、专家系统智能化
检查井盖
专家系统通常与自动控制技术相结合，通过灵活应用数据挖掘技术，可实现对温室环境的实时监测。依据不同作物不同时期的生长需要，自动形成最优控制方案，并根据需要提供合适的环境参数和控制建议。这充分利用了专家系统在数据处理中的优势，使系统具有自适应和自学习能力。除了环境控制的应用外，温室专家系统还不断向多层次、多功能的方向演进，包括病虫害防治、作物生产管理、辅助决策、经济分析等。专家系统的应用，使温室系统控制更智能，方法更简单，效果更清晰，食品更安全。
由上文可知，我国发展设施农业还存在诸多问题，亟待出台具体措施予以解决。具体来说，目前我国设施农业的生产过程往往需要工人凭经验操作和管理，事实上，农业温室受到环境和生物等多种因素的制约。仅依靠众多工人的管理经验，很难对农业大棚的环境进行优化控制。另外，发达国家引进控制系统可以有效增加我国设施农业大棚，但采购系统成本太高，且采购的温室控制系统与我国的基础设施不完全一致。总之，根据我国不同的地理条件，制作一套技术先进的设施农业大棚环境控制系统，具有非常现实的意义。
（作者单位：710061陕西省西安市农业技术推广中心）
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