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摘要；随着数字化信息时代的到来，温室大棚的信息数字化技术的实现也越来越重要和广泛关注。尤其是在基本环境参数信息的采集和作物控制等方面对农业领域发挥重要作用，现代化温室大棚正在向数字化的方向发展，建立一个运行稳定、采集精度高、节点功耗低、反馈控制准确，满足温室大棚数据采集和控制的系統，可以进一步解放生产力，增加效益。
关键词：数字化；信息采集控制；温室大棚
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）07-0213-02
从传统农业方式向数字化现代农业方式过渡阶段，在农业生产过程中占据重要作用的是温室大棚的数字化和智能化，它能最大限度地改变粗放的传统农业生产经营方式，并大幅度提高温室大棚的生产功效和产量、质量，推进农业信息化进程的飞速发展，实现“手机或者电脑也能种地”的宏伟蓝图。
在我国农业种植中占比重较大的是温室大棚种植方式，这样可以极大地丰富人民群众的日常成活消费水准，而传统的温室种植也可以实现这个目的。但是由于传统种植方式无论是对作物的种植还是对生长环境的控制基本凭借经验和感觉来实现，导致温室种植的效率、产量和质量不够高。
对温室大棚采取数字化的智能监控可以免除棚内种植的作物受空间和时间的约束，可以全年没有间歇的种植和收获，获得的农产品产量高、质地优良。根据温室大棚种植作物的高投入和高产出，以及高效益的特殊生产方式，结合不同作物不同时期的生长需求，对温室内的环境参数进行适当调控，可以提高作物产量、改善质量，极大提高农产品的经济效益。
1现阶段温室大棚的国内外现状
随着我国农业现代化程度的不断提高，要求农业生产必须高效产出，因此提高农业设施的科技含量是当前农业发展的重中之重。依据我国“十二五”发展规划纲要和“农业农村信息化”发展规划要求，为实现农业生产产业化经营模式的尽快推进，最大程度的提高农业生产的智能化、数字化程度，必须尽快全面实施数字化农业智能监控系统进行环境数据采集和控制，为实现“智慧农业”或“数字信息化农业”提供契机和动力。将数字化环境监控系统应用在温室大棚的环境信息采集和监测、生产意外情况预警、设施环境智能调控和农作物长势诊断等领域，可以大大提高农业生产的效率和产量，使得传统的粗放农业大棚生产方式得到极大改进，为农业生产数字化程度的提高提供高效、科学、合理的依据和支持。
而我国现阶段的传统种植经营管理模式，大部分都是依靠种植者摸索经验和感觉来实现作物生长期间的通风遮阳、灌溉加湿、温度调节等各项指标，需要消耗大量人力，实时性差，生产效率低下，一旦判断有误或偏差大就会造成资源浪费或者产量减少。也有一部分温室大棚简单的实现了数字化但成都不高，只能够进行基本的温度、湿度采集，然后根据采集的数据人工实现环境调节，如浇水、遮光或通风等，无法完全实现数字化、智能化。
而且即使实现了智能温室环境监控系统，仍然存在很多问题。例如对于使用有线传输的场合，当温室大棚面积较大时，布置的采集信息点也较多，因此铺设的线路也是错综复杂的，这样的情况对于使用和维护都带来一定的难度，受到很大程度的限制；其次大部分的通信都是采用有线传输，在温室内部温度高、空气潮湿，土壤和空气具有较强的腐蚀性，容易损坏通信电缆出现故障，使系统的可靠性降低。
国外的数字化温室大棚监控系统程度较高，随着在斯坦福大学召开的基于Internet的远程监控诊断会议的成功举办，基于Internet的远程监控诊断示范系统被开发并得到了制造行业、计算机行业和仪器仪表行业等多家公司的大力支持。随着网络技术的不断发展，数字化程度较高的控制系统不但在工业领域得到较大的发展，也逐渐的渗透到农业生产的各个领域。而我们原来采用的传统监控系统不够精细和高度数字化，已经无法满足国家社会发展步伐对现代化农业生产的精细要求，因此人们也越来越认识和重视到数字化监控系统在农业生产中的巨大作用，监控系统也发生了很大的改变，正在向远程监控逐渐过渡，这使得农业远程监控自動化生产成为现实。
2数字化温室大棚的实现总体方案研究
数字化温室大棚为了实现远程环境监控，必须借助网络对远程端进行监视和控制，完成环境参数采集、参数调节、远程控制和故障恢复等操作。因此系统方案采取基于B/S结构的模型来实现，其中的服务器端运行在Web服务器上，是搭建在主控制端的；而客户端运行在远程本地客户机上，主要用来采集环境信息数据，并进行数据分析。数字化远程监控系统是以网络作为通信平台，以HTTP技术为基础，充分利用现有的网络资源，实现信息的实时获取和实时控制以及信息、资源的合理化配置，能够简单、高效的实现系统配置控制目标，也是农业生产中普遍应用网络实施的远程监控模式。
随着网络技术和智能感知芯片技术的结合和飞速发展，为数字化温室大棚环境监控系统的实现提供了极大的便利。数字化温室大棚环境参数采集监控系统的实现总体方案主要包括信息采集系统、数据传输系统、数据控制系统等，其中布置有各种传感器、无线射频节点、喷灌、风机等农业设施和采集节点，能够实时并及时采集温湿度、光照度、CO2浓度等环境参数数据，并对采集的数据进行分析处理作为下一步处理的依据，进一步的进行排风祛湿、灌溉加湿、遮盖避光或采光等活动，自动、智能和科学的改善温室内作物的生长环境，促进农业生产的信息化水平。当大棚出现异常情况时，用户既可以人工手动控制大棚内的设备，也可以通过手机或者电脑远程控制设备。数字化温室大棚控制系统设备的选择和系统的设计直接关系到温室大棚是否可以高效运作，也影响到温室大棚的智能化和自动化程度。数字化监控系统的控制采取流程化，主要是指“信息感知→数据传输→分析处理→设备控制→信息反馈”的这样一个完整的流程，任何一个环节都不能缺少。
实现数字化温室大棚环境自动测量与调节控制系统，在采集点分布上实行多点采集并平均数处理的方法来提高测量的精度，同时将采集的数据通过无线射频节点传送到本地计算机和手机上，本地计算机上的数据还可以通过网络传送到远程的控制服务器上，结合服务器端的软件中设定的控制原始数据的对比来对温室中的作物进行环境参数调控，如灌溉、通风、采光等措施进行调控，实现温室大棚的数字化、自动化的管理，不仅节约了人力物力成本，而且提高了采取措施的反应速度。 3實现数字化温室大棚控制的基本功能要求
随着数字化时代的来临，数字化农业生产越来越被国内外研究学者广泛关注。发展数字化农业的自动化水平，就是在现代化农业设备和農业科学技术的辅助下，应用网络信息技术，使得农业生产整个过程的投入产出都得到全程的科学的数字化控制，达到高效、快速的目标。数字化智能监控系统主要包括数据分析、设施控制、视频监控、终端应用等几部分。其中数据分析主要指光照度、湿度、温度、CO2浓度等；设施控制主要指喷灌控制、加热设备、采光设备、风机设备、遮阳设备等的控制；视频监控主要实现作物长势监控、安全防控、生产监控等；终端应用主要体现在用户管理、种植交流、信息显示等方面。
3.1信息采集系统的实现方案
在数字化智能温室大棚的环境参数监控系统中，信息采集系统的实现需要结合农作物的种类、生长特点和不同传感器的作用范围，部署所需的温度传感器、湿度传感器、传感器、CO2传感器和光照传感器等设备，实时采集大棚内的环境信息。采集到的信息通过RFID无线射频装置和WSN无线传感网络实时传递至数据分析获取单元计算机上，由控制端对数据进行分析处理后上报到服务器。
温室大棚的内部结构尤其特殊性，是一个相对半封闭的生长环境系统，这种结构对温室的内部温度有一定的制约和影响着，形成了有区别与外界的特殊小环境，而根据不同作物生长所需要的环境不同制定出信息采集监控方案是温室环境控制的关键。通常选择基本的环境因子作为控制数据，如：温室内土壤温湿度、空气湿度、空气温度、CO2浓度等。在设置监控采集点时要根据温室大棚的面积和结构在相应位置设置多个监测采集点，基本可以准确的反映整个温室大棚的环境情况。并且设置的每个点都能独立完成环境信息参数的采集和控制，通过采集的环境参数，可以在监测点附近实施局部调控，如喷淋加湿、卷帘遮盖降温、通风换气、CO2发生器等环境因子的调节。
3.2数据传输系统的实现方案
为了更好地实现数据传输，更为了适应温室大棚恶劣的环境，数字化温室大棚的数据传输采用以单片机为主要部件来控制无线射频模块的方法来实现，系列芯片使用目前主流的无线网络解决方案，将处理器和射频发射集成起来的无线微控制器，传输距离大约在100m左右。采用无线射频技术来实现数据传输时，由于温室大棚结构的特点需要在不同的监测场合设置了多种专用的WSN节点，构建一个无线监测网络，组成由土壤温湿度监测网络和远程数据中心两部分组成的数字化监测系统。
3.3数据控制系统的实现方案
在数字化智能温室大棚环境参数的自动控制部分实现方案中，针对实现环境参数设置的相应喷灌、排风、采光及遮盖等农业设备，在控制系统软件中配备相应的自动化控制面板，既可以按照事先在数据库中设定的环境参数进行自动调控，也可以依据具体的作物不同生长周期的特殊性进行手动控制，达到自动控制与手动控制相结合的目标，实现温室环境的智能调控。
为了能够实时查看棚内农作物的长势情况，也为了实现温室大棚的安全防盗，在控制系统中还采用视频监控技术，即在大棚的入口或两侧安装摄像头，随时采集温室大棚现场的视频图像，实现采集的视频的转发和分发功能，完成视频的多路输入、多路输出。
为了实时查看数据和作物长势的方便，数字化监控系统还可以实现在一些应用终端上显示，如智能手机、iPDA等。通过接入Internet的任意一台远程PC机或智能手机的浏览器可实时监控棚内环境状况并发送控制命令，真正实现温室作物种植网络化、智能化管理。
4总结
数字化温室大棚环境参数监控系统的实现主要是为了改善传统农业温室大棚中存在的资源浪费、精确性不高、产量低等问题，通过智能控制，在网络的作用下实现数据的多点采集、无线传输、网络备份、远程监测与管理等功能，极大地简化了工作流程，降低了劳动强度，节约了生产成本，提高了农业生产的效率。数据精确、实时性强，可以监测温室大棚内的环境参数并控制农业设施，实现温室大棚的智能化、自动化，符合农业信息化未来发展的趋势。
关键词：数字化；信息采集控制；温室大棚
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）07-0213-02
从传统农业方式向数字化现代农业方式过渡阶段，在农业生产过程中占据重要作用的是温室大棚的数字化和智能化，它能最大限度地改变粗放的传统农业生产经营方式，并大幅度提高温室大棚的生产功效和产量、质量，推进农业信息化进程的飞速发展，实现“手机或者电脑也能种地”的宏伟蓝图。
在我国农业种植中占比重较大的是温室大棚种植方式，这样可以极大地丰富人民群众的日常成活消费水准，而传统的温室种植也可以实现这个目的。但是由于传统种植方式无论是对作物的种植还是对生长环境的控制基本凭借经验和感觉来实现，导致温室种植的效率、产量和质量不够高。
对温室大棚采取数字化的智能监控可以免除棚内种植的作物受空间和时间的约束，可以全年没有间歇的种植和收获，获得的农产品产量高、质地优良。根据温室大棚种植作物的高投入和高产出，以及高效益的特殊生产方式，结合不同作物不同时期的生长需求，对温室内的环境参数进行适当调控，可以提高作物产量、改善质量，极大提高农产品的经济效益。
1现阶段温室大棚的国内外现状
随着我国农业现代化程度的不断提高，要求农业生产必须高效产出，因此提高农业设施的科技含量是当前农业发展的重中之重。依据我国“十二五”发展规划纲要和“农业农村信息化”发展规划要求，为实现农业生产产业化经营模式的尽快推进，最大程度的提高农业生产的智能化、数字化程度，必须尽快全面实施数字化农业智能监控系统进行环境数据采集和控制，为实现“智慧农业”或“数字信息化农业”提供契机和动力。将数字化环境监控系统应用在温室大棚的环境信息采集和监测、生产意外情况预警、设施环境智能调控和农作物长势诊断等领域，可以大大提高农业生产的效率和产量，使得传统的粗放农业大棚生产方式得到极大改进，为农业生产数字化程度的提高提供高效、科学、合理的依据和支持。
而我国现阶段的传统种植经营管理模式，大部分都是依靠种植者摸索经验和感觉来实现作物生长期间的通风遮阳、灌溉加湿、温度调节等各项指标，需要消耗大量人力，实时性差，生产效率低下，一旦判断有误或偏差大就会造成资源浪费或者产量减少。也有一部分温室大棚简单的实现了数字化但成都不高，只能够进行基本的温度、湿度采集，然后根据采集的数据人工实现环境调节，如浇水、遮光或通风等，无法完全实现数字化、智能化。
而且即使实现了智能温室环境监控系统，仍然存在很多问题。例如对于使用有线传输的场合，当温室大棚面积较大时，布置的采集信息点也较多，因此铺设的线路也是错综复杂的，这样的情况对于使用和维护都带来一定的难度，受到很大程度的限制；其次大部分的通信都是采用有线传输，在温室内部温度高、空气潮湿，土壤和空气具有较强的腐蚀性，容易损坏通信电缆出现故障，使系统的可靠性降低。
国外的数字化温室大棚监控系统程度较高，随着在斯坦福大学召开的基于Internet的远程监控诊断会议的成功举办，基于Internet的远程监控诊断示范系统被开发并得到了制造行业、计算机行业和仪器仪表行业等多家公司的大力支持。随着网络技术的不断发展，数字化程度较高的控制系统不但在工业领域得到较大的发展，也逐渐的渗透到农业生产的各个领域。而我们原来采用的传统监控系统不够精细和高度数字化，已经无法满足国家社会发展步伐对现代化农业生产的精细要求，因此人们也越来越认识和重视到数字化监控系统在农业生产中的巨大作用，监控系统也发生了很大的改变，正在向远程监控逐渐过渡，这使得农业远程监控自動化生产成为现实。
2数字化温室大棚的实现总体方案研究
数字化温室大棚为了实现远程环境监控，必须借助网络对远程端进行监视和控制，完成环境参数采集、参数调节、远程控制和故障恢复等操作。因此系统方案采取基于B/S结构的模型来实现，其中的服务器端运行在Web服务器上，是搭建在主控制端的；而客户端运行在远程本地客户机上，主要用来采集环境信息数据，并进行数据分析。数字化远程监控系统是以网络作为通信平台，以HTTP技术为基础，充分利用现有的网络资源，实现信息的实时获取和实时控制以及信息、资源的合理化配置，能够简单、高效的实现系统配置控制目标，也是农业生产中普遍应用网络实施的远程监控模式。
随着网络技术和智能感知芯片技术的结合和飞速发展，为数字化温室大棚环境监控系统的实现提供了极大的便利。数字化温室大棚环境参数采集监控系统的实现总体方案主要包括信息采集系统、数据传输系统、数据控制系统等，其中布置有各种传感器、无线射频节点、喷灌、风机等农业设施和采集节点，能够实时并及时采集温湿度、光照度、CO2浓度等环境参数数据，并对采集的数据进行分析处理作为下一步处理的依据，进一步的进行排风祛湿、灌溉加湿、遮盖避光或采光等活动，自动、智能和科学的改善温室内作物的生长环境，促进农业生产的信息化水平。当大棚出现异常情况时，用户既可以人工手动控制大棚内的设备，也可以通过手机或者电脑远程控制设备。数字化温室大棚控制系统设备的选择和系统的设计直接关系到温室大棚是否可以高效运作，也影响到温室大棚的智能化和自动化程度。数字化监控系统的控制采取流程化，主要是指“信息感知→数据传输→分析处理→设备控制→信息反馈”的这样一个完整的流程，任何一个环节都不能缺少。
实现数字化温室大棚环境自动测量与调节控制系统，在采集点分布上实行多点采集并平均数处理的方法来提高测量的精度，同时将采集的数据通过无线射频节点传送到本地计算机和手机上，本地计算机上的数据还可以通过网络传送到远程的控制服务器上，结合服务器端的软件中设定的控制原始数据的对比来对温室中的作物进行环境参数调控，如灌溉、通风、采光等措施进行调控，实现温室大棚的数字化、自动化的管理，不仅节约了人力物力成本，而且提高了采取措施的反应速度。 3實现数字化温室大棚控制的基本功能要求
随着数字化时代的来临，数字化农业生产越来越被国内外研究学者广泛关注。发展数字化农业的自动化水平，就是在现代化农业设备和農业科学技术的辅助下，应用网络信息技术，使得农业生产整个过程的投入产出都得到全程的科学的数字化控制，达到高效、快速的目标。数字化智能监控系统主要包括数据分析、设施控制、视频监控、终端应用等几部分。其中数据分析主要指光照度、湿度、温度、CO2浓度等；设施控制主要指喷灌控制、加热设备、采光设备、风机设备、遮阳设备等的控制；视频监控主要实现作物长势监控、安全防控、生产监控等；终端应用主要体现在用户管理、种植交流、信息显示等方面。
3.1信息采集系统的实现方案
在数字化智能温室大棚的环境参数监控系统中，信息采集系统的实现需要结合农作物的种类、生长特点和不同传感器的作用范围，部署所需的温度传感器、湿度传感器、传感器、CO2传感器和光照传感器等设备，实时采集大棚内的环境信息。采集到的信息通过RFID无线射频装置和WSN无线传感网络实时传递至数据分析获取单元计算机上，由控制端对数据进行分析处理后上报到服务器。
温室大棚的内部结构尤其特殊性，是一个相对半封闭的生长环境系统，这种结构对温室的内部温度有一定的制约和影响着，形成了有区别与外界的特殊小环境，而根据不同作物生长所需要的环境不同制定出信息采集监控方案是温室环境控制的关键。通常选择基本的环境因子作为控制数据，如：温室内土壤温湿度、空气湿度、空气温度、CO2浓度等。在设置监控采集点时要根据温室大棚的面积和结构在相应位置设置多个监测采集点，基本可以准确的反映整个温室大棚的环境情况。并且设置的每个点都能独立完成环境信息参数的采集和控制，通过采集的环境参数，可以在监测点附近实施局部调控，如喷淋加湿、卷帘遮盖降温、通风换气、CO2发生器等环境因子的调节。
3.2数据传输系统的实现方案
为了更好地实现数据传输，更为了适应温室大棚恶劣的环境，数字化温室大棚的数据传输采用以单片机为主要部件来控制无线射频模块的方法来实现，系列芯片使用目前主流的无线网络解决方案，将处理器和射频发射集成起来的无线微控制器，传输距离大约在100m左右。采用无线射频技术来实现数据传输时，由于温室大棚结构的特点需要在不同的监测场合设置了多种专用的WSN节点，构建一个无线监测网络，组成由土壤温湿度监测网络和远程数据中心两部分组成的数字化监测系统。
3.3数据控制系统的实现方案
在数字化智能温室大棚环境参数的自动控制部分实现方案中，针对实现环境参数设置的相应喷灌、排风、采光及遮盖等农业设备，在控制系统软件中配备相应的自动化控制面板，既可以按照事先在数据库中设定的环境参数进行自动调控，也可以依据具体的作物不同生长周期的特殊性进行手动控制，达到自动控制与手动控制相结合的目标，实现温室环境的智能调控。
为了能够实时查看棚内农作物的长势情况，也为了实现温室大棚的安全防盗，在控制系统中还采用视频监控技术，即在大棚的入口或两侧安装摄像头，随时采集温室大棚现场的视频图像，实现采集的视频的转发和分发功能，完成视频的多路输入、多路输出。
为了实时查看数据和作物长势的方便，数字化监控系统还可以实现在一些应用终端上显示，如智能手机、iPDA等。通过接入Internet的任意一台远程PC机或智能手机的浏览器可实时监控棚内环境状况并发送控制命令，真正实现温室作物种植网络化、智能化管理。
4总结
数字化温室大棚环境参数监控系统的实现主要是为了改善传统农业温室大棚中存在的资源浪费、精确性不高、产量低等问题，通过智能控制，在网络的作用下实现数据的多点采集、无线传输、网络备份、远程监测与管理等功能，极大地简化了工作流程，降低了劳动强度，节约了生产成本，提高了农业生产的效率。数据精确、实时性强，可以监测温室大棚内的环境参数并控制农业设施，实现温室大棚的智能化、自动化，符合农业信息化未来发展的趋势。