面向智慧农业的温室大棚远程火情监测预警平台设计.pdf

124 ELECTRONICS WORLD 技 术 交 流 在我国北方大部分地区农业生产中 温室大棚的应用在范围和规模上都在逐 年递增 为农业生产带来了较大经济效 益 本文以温室大棚火情监测预警为研 究对象 将物联网技术应用到温室大棚 的火情监测预警上 设计实现了面向智 慧农业的温室大棚远程火情监测预警平 台 该平台能在实时监测温室大棚火情 数据的基础上通过短信快速告警温室大 棚的管理者和消防单位 实现温室大棚 火情的快速响应快速防控 为温室大棚 的所有者减少因响应与防控不及时带来 的经济损失 在我国北方大部分地区农业生产 中温室大棚的应用在范围和规模上都在 逐年递 增 为农业生产带来了较大经济效 益 由于温室大棚的建设多为易燃材料 其构造本身又具备易燃特性 加上北方地 区冬春季节风大 又是温室大棚种植的主 要时节 一旦发生火情就会对温室大棚的 所有者造成不可挽回的巨大经济损失 近 年来较有影响的温室大棚火灾有 2019年 3 月 26日 唐山市突发大火 近三百座温室 大棚被烧毁 造成的直接经济损失有五千 多万元 2019年 11月 8日早上6 点多 家住济 南市济阳区曲堤镇索家村一农户家的蔬菜 温室大棚失火 损失达到15余万 为实现 温室大棚火情的快速响应快速防控减少温 室大棚所有者因火灾带来的损失 本文以 温室大棚火灾监测预警为研究对象 将物 联网技术应用到温室大棚的火情监测预警 上 设计实现了面向智慧农业的温室大棚 远程火情监测预警平台 经验证该平台能 在实时监测温室大棚火情数据的基础上通 过短信快速告警温室大棚的管理者和消防 单位 该平台的应用推广可进一步提升温 室大棚火灾的治理工作 1 平台结构与功能设计 面向智慧农业的温室大棚远程火情 监测预警平台从结构上看一共可以划分 三个层次 从下往上依次是火情数据收 集层 监测数据汇集层 火情监测预警 服务层 各层次关系如图1所示 图1 面向智慧农业的温室大棚远程火情监测预警平台结构 各层的功能如下 火情数据收集层 依靠嵌入式技术以 微控制器为核心结合传感器技术和ZigBee通信技术完成火情 数据的采集和上传工作 监测数据汇集层 将ZigBee通信技 术和4G移动通信技术结合完成各温室大棚的火情数据汇集与 上传工作 火情监测预警服务层 使用开放物联网云平台实 现对温室大棚火情数据的展示和告警 2 火情数据收集层 火情数据收集层主要由分布于各温室大棚的火情数据 采集装置组成 其主要工作是监测各温室大棚与火情相关的 数据 并通过传感器实时采集温室大棚的火情数据 在此基 础上使用嵌入式微处理器读取传感器的火情数据后将其打包 成特定的数据帧格式 通过ZigBee模块组建的ZigBee网络将 打包好的数据帧发送至监测数据汇集层 火情数据采集装 置的设计原理框图如图2 所示 选用MSP430型嵌入式微处 理器为控制核心 在使用MSP430最小系统模块的基础上配 合 MAX485模块通过MSP430内部的一路USART接口读取火 情数据变送器采集的数据 在此基础上MSP430型嵌入式微 处理器将读取到的火情数据通过MSP430内部另一路USART 接口将其发送给ZigBee模块 ZigBee模块通过已经组建好的 ZigBee网络将MSP430型嵌入式微处理器传送来的温度数据 发送至监测数据汇集层的ZigBee 模块 图2 火情数据采集装置的设计原理框图 广西民族师范学院物理与电子工程学院 吴夏英 韦文杏 黄美梦 宋俊慷 面向智慧农业的温室大棚远程火情监测预警平台设计 DOI 10 19353 ki dzsj 2020 09 066 125 ELECTRONICS WORLD 技 术 交 流 3 监测数据汇集层 监测数据汇集层主要由用于汇集各火情 数据采集装置的监测数据中心组成 其主要 工作是通过ZigBee 模块组建的ZigBee 网络 将 各温室大棚火情数据采集装置所属ZigBee模块 所传送的火情数据进行汇集 在此基础上通过 4G DTU模块将汇集好的各火情数据上传至火 情监测预警服务层 监测数据中心设计原理框 图如图3 所示 ZigBee 模块配合MAX485模块 将其通过ZigBee网络接收到的火情数据转发给 4G DTU模块 4G DTU模块最终通过Internet将 通过ZigBee模块转发来的火情数据上传至火情 监测预警服务层的物联网开放云平台服务器 5 总结 在国家发展智慧农业的背景下 将物联网技术应用到温室大棚的火 情监测预警上 设计实现温室大棚远程火情监测预警平台 经检验该平 台能有效的完成温室大棚火情数据的采集 传输 监测和预警工作 因 此该平台为进一步推广温室大棚的大规模应用提供了有力的保障 项目基金 2019年广西高校中青年教师基础能力提升项目 面向智 慧农业的物联网监测系统设计 项目资助 项目编号 2019KY0784 2019年国家级大学生创新创业训练计划项目 远程火灾预警装置设计 项目资助 项目编号 201910604012 作者简介 吴夏英 1996 大学本科 现就读于广西民族师范学院物理与 电子工程学院 韦文杏 2000 大学本科 现就读于广西民族师范学院物理与 电子工程学院 黄美梦 1997 大学本科 现就读于广西民族师范学院物理与 电子工程学院 通讯作者 宋俊慷 1989 男 陕西汉中人 硕士 讲师 广 西民族师范学院物理与电子工程学院专任教师 主要研究方向 物联网 应用技术 图4 通过手机访问的火情数据监测界面 图3 监测数据中心设计原理框图 4 火情监测预警服务层 火情监测预警服务层使用物联网开放云平台进行搭建 其主要工作是通过开放云平台发布火情数据以便温室大棚拥 有者通过网络可以实时的获取监测数据 选用中国移动物联 网 OneNet开放云平台搭建火情监测预警服务层 中国移动物 联网OneNet开放云平台在收到监测数据汇集层数据中心上传 的火情数据后 将数据通过互联网发布出去 温室大棚的管 理者通过已经开发好的监测网页来实时的监测温室大棚火情 相关数据 与此同时 当火情数据超过预警线时中国移动物 联网OneNet开放云平台还能实现告警功能 以便于温室大棚 的所有者能对突发火情做到快速响应减少不必要的损失 图 4 为中国移动物联网OneNet开放云平台以温度监测作为测试所 发布的火情数据监测界面 温室大棚的所有者可使用智能手 机通过网络实时查看监测数据 当监测数据异常时手机还能 收到中国移动物联网OneNet开放云平台所发送的短信告警 提醒温室大棚的所有者及时防控可能发生的火灾 减少因火 情反应不及时所带来的经济损失