面向智慧農(nóng)業(yè)的溫室大棚遠(yuǎn)程火情監(jiān)測預(yù)警平臺設(shè)計.pdf

124 ELECTRONICS WORLD 技 術(shù) 交 流 在我國北方大部分地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 溫室大棚的應(yīng)用在范圍和規(guī)模上都在逐 年遞增 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了較大經(jīng)濟(jì)效 益 本文以溫室大棚火情監(jiān)測預(yù)警為研 究對象 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到溫室大棚 的火情監(jiān)測預(yù)警上 設(shè)計實(shí)現(xiàn)了面向智 慧農(nóng)業(yè)的溫室大棚遠(yuǎn)程火情監(jiān)測預(yù)警平 臺 該平臺能在實(shí)時監(jiān)測溫室大棚火情 數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過短信快速告警溫室大 棚的管理者和消防單位 實(shí)現(xiàn)溫室大棚 火情的快速響應(yīng)快速防控 為溫室大棚 的所有者減少因響應(yīng)與防控不及時帶來 的經(jīng)濟(jì)損失 在我國北方大部分地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 中溫室大棚的應(yīng)用在范圍和規(guī)模上都在 逐年遞 增 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了較大經(jīng)濟(jì)效 益 由于溫室大棚的建設(shè)多為易燃材料 其構(gòu)造本身又具備易燃特性 加上北方地 區(qū)冬春季節(jié)風(fēng)大 又是溫室大棚種植的主 要時節(jié) 一旦發(fā)生火情就會對溫室大棚的 所有者造成不可挽回的巨大經(jīng)濟(jì)損失 近 年來較有影響的溫室大棚火災(zāi)有 2019年 3 月 26日 唐山市突發(fā)大火 近三百座溫室 大棚被燒毀 造成的直接經(jīng)濟(jì)損失有五千 多萬元 2019年 11月 8日早上6 點(diǎn)多 家住濟(jì) 南市濟(jì)陽區(qū)曲堤鎮(zhèn)索家村一農(nóng)戶家的蔬菜 溫室大棚失火 損失達(dá)到15余萬 為實(shí)現(xiàn) 溫室大棚火情的快速響應(yīng)快速防控減少溫 室大棚所有者因火災(zāi)帶來的損失 本文以 溫室大棚火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警為研究對象 將物 聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到溫室大棚的火情監(jiān)測預(yù)警 上 設(shè)計實(shí)現(xiàn)了面向智慧農(nóng)業(yè)的溫室大棚 遠(yuǎn)程火情監(jiān)測預(yù)警平臺 經(jīng)驗(yàn)證該平臺能 在實(shí)時監(jiān)測溫室大棚火情數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通 過短信快速告警溫室大棚的管理者和消防 單位 該平臺的應(yīng)用推廣可進(jìn)一步提升溫 室大棚火災(zāi)的治理工作 1 平臺結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計 面向智慧農(nóng)業(yè)的溫室大棚遠(yuǎn)程火情 監(jiān)測預(yù)警平臺從結(jié)構(gòu)上看一共可以劃分 三個層次 從下往上依次是火情數(shù)據(jù)收 集層 監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集層 火情監(jiān)測預(yù)警 服務(wù)層 各層次關(guān)系如圖1所示 圖1 面向智慧農(nóng)業(yè)的溫室大棚遠(yuǎn)程火情監(jiān)測預(yù)警平臺結(jié)構(gòu) 各層的功能如下 火情數(shù)據(jù)收集層 依靠嵌入式技術(shù)以 微控制器為核心結(jié)合傳感器技術(shù)和ZigBee通信技術(shù)完成火情 數(shù)據(jù)的采集和上傳工作 監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集層 將ZigBee通信技 術(shù)和4G移動通信技術(shù)結(jié)合完成各溫室大棚的火情數(shù)據(jù)匯集與 上傳工作 火情監(jiān)測預(yù)警服務(wù)層 使用開放物聯(lián)網(wǎng)云平臺實(shí) 現(xiàn)對溫室大棚火情數(shù)據(jù)的展示和告警 2 火情數(shù)據(jù)收集層 火情數(shù)據(jù)收集層主要由分布于各溫室大棚的火情數(shù)據(jù) 采集裝置組成 其主要工作是監(jiān)測各溫室大棚與火情相關(guān)的 數(shù)據(jù) 并通過傳感器實(shí)時采集溫室大棚的火情數(shù)據(jù) 在此基 礎(chǔ)上使用嵌入式微處理器讀取傳感器的火情數(shù)據(jù)后將其打包 成特定的數(shù)據(jù)幀格式 通過ZigBee模塊組建的ZigBee網(wǎng)絡(luò)將 打包好的數(shù)據(jù)幀發(fā)送至監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集層 火情數(shù)據(jù)采集裝 置的設(shè)計原理框圖如圖2 所示 選用MSP430型嵌入式微處 理器為控制核心 在使用MSP430最小系統(tǒng)模塊的基礎(chǔ)上配 合 MAX485模塊通過MSP430內(nèi)部的一路USART接口讀取火 情數(shù)據(jù)變送器采集的數(shù)據(jù) 在此基礎(chǔ)上MSP430型嵌入式微 處理器將讀取到的火情數(shù)據(jù)通過MSP430內(nèi)部另一路USART 接口將其發(fā)送給ZigBee模塊 ZigBee模塊通過已經(jīng)組建好的 ZigBee網(wǎng)絡(luò)將MSP430型嵌入式微處理器傳送來的溫度數(shù)據(jù) 發(fā)送至監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集層的ZigBee 模塊 圖2 火情數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計原理框圖 廣西民族師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 吳夏英 韋文杏 黃美夢 宋俊慷 面向智慧農(nóng)業(yè)的溫室大棚遠(yuǎn)程火情監(jiān)測預(yù)警平臺設(shè)計 DOI 10 19353 ki dzsj 2020 09 066 125 ELECTRONICS WORLD 技 術(shù) 交 流 3 監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集層 監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集層主要由用于匯集各火情 數(shù)據(jù)采集裝置的監(jiān)測數(shù)據(jù)中心組成 其主要 工作是通過ZigBee 模塊組建的ZigBee 網(wǎng)絡(luò) 將 各溫室大棚火情數(shù)據(jù)采集裝置所屬ZigBee模塊 所傳送的火情數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集 在此基礎(chǔ)上通過 4G DTU模塊將匯集好的各火情數(shù)據(jù)上傳至火 情監(jiān)測預(yù)警服務(wù)層 監(jiān)測數(shù)據(jù)中心設(shè)計原理框 圖如圖3 所示 ZigBee 模塊配合MAX485模塊 將其通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)接收到的火情數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給 4G DTU模塊 4G DTU模塊最終通過Internet將 通過ZigBee模塊轉(zhuǎn)發(fā)來的火情數(shù)據(jù)上傳至火情 監(jiān)測預(yù)警服務(wù)層的物聯(lián)網(wǎng)開放云平臺服務(wù)器 5 總結(jié) 在國家發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的背景下 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到溫室大棚的火 情監(jiān)測預(yù)警上 設(shè)計實(shí)現(xiàn)溫室大棚遠(yuǎn)程火情監(jiān)測預(yù)警平臺 經(jīng)檢驗(yàn)該平 臺能有效的完成溫室大棚火情數(shù)據(jù)的采集 傳輸 監(jiān)測和預(yù)警工作 因 此該平臺為進(jìn)一步推廣溫室大棚的大規(guī)模應(yīng)用提供了有力的保障 項(xiàng)目基金 2019年廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目 面向智 慧農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 項(xiàng)目資助 項(xiàng)目編號 2019KY0784 2019年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目 遠(yuǎn)程火災(zāi)預(yù)警裝置設(shè)計 項(xiàng)目資助 項(xiàng)目編號 201910604012 作者簡介 吳夏英 1996 大學(xué)本科 現(xiàn)就讀于廣西民族師范學(xué)院物理與 電子工程學(xué)院 韋文杏 2000 大學(xué)本科 現(xiàn)就讀于廣西民族師范學(xué)院物理與 電子工程學(xué)院 黃美夢 1997 大學(xué)本科 現(xiàn)就讀于廣西民族師范學(xué)院物理與 電子工程學(xué)院 通訊作者 宋俊慷 1989 男 陜西漢中人 碩士 講師 廣 西民族師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院專任教師 主要研究方向 物聯(lián)網(wǎng) 應(yīng)用技術(shù) 圖4 通過手機(jī)訪問的火情數(shù)據(jù)監(jiān)測界面 圖3 監(jiān)測數(shù)據(jù)中心設(shè)計原理框圖 4 火情監(jiān)測預(yù)警服務(wù)層 火情監(jiān)測預(yù)警服務(wù)層使用物聯(lián)網(wǎng)開放云平臺進(jìn)行搭建 其主要工作是通過開放云平臺發(fā)布火情數(shù)據(jù)以便溫室大棚擁 有者通過網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時的獲取監(jiān)測數(shù)據(jù) 選用中國移動物聯(lián) 網(wǎng) OneNet開放云平臺搭建火情監(jiān)測預(yù)警服務(wù)層 中國移動物 聯(lián)網(wǎng)OneNet開放云平臺在收到監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集層數(shù)據(jù)中心上傳 的火情數(shù)據(jù)后 將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布出去 溫室大棚的管 理者通過已經(jīng)開發(fā)好的監(jiān)測網(wǎng)頁來實(shí)時的監(jiān)測溫室大棚火情 相關(guān)數(shù)據(jù) 與此同時 當(dāng)火情數(shù)據(jù)超過預(yù)警線時中國移動物 聯(lián)網(wǎng)OneNet開放云平臺還能實(shí)現(xiàn)告警功能 以便于溫室大棚 的所有者能對突發(fā)火情做到快速響應(yīng)減少不必要的損失 圖 4 為中國移動物聯(lián)網(wǎng)OneNet開放云平臺以溫度監(jiān)測作為測試所 發(fā)布的火情數(shù)據(jù)監(jiān)測界面 溫室大棚的所有者可使用智能手 機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時查看監(jiān)測數(shù)據(jù) 當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時手機(jī)還能 收到中國移動物聯(lián)網(wǎng)OneNet開放云平臺所發(fā)送的短信告警 提醒溫室大棚的所有者及時防控可能發(fā)生的火災(zāi) 減少因火 情反應(yīng)不及時所帶來的經(jīng)濟(jì)損失