基于物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與應(yīng)用一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景農(nóng)業(yè)作為國(guó)家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展水平直接關(guān)系到國(guó)家的糧食安全和人民的生活質(zhì)量。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)中，主要依賴人工巡檢和經(jīng)驗(yàn)判斷，存在諸多弊端。一方面，人工監(jiān)測(cè)頻率有限，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚環(huán)境的實(shí)時(shí)、全面監(jiān)控。工作人員需定時(shí)前往大棚，使用簡(jiǎn)單工具測(cè)量溫度、濕度等參數(shù)，記錄后再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷是否需要調(diào)整環(huán)境條件。這種方式在天氣突變或設(shè)備突發(fā)故障時(shí)，難以及時(shí)察覺(jué)并采取有效措施，可能導(dǎo)致作物生長(zhǎng)環(huán)境惡化，影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量。例如在夏季高溫時(shí)段，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)大棚內(nèi)溫度過(guò)高，作物可能會(huì)遭受熱害，葉片枯黃、果實(shí)發(fā)育不良。另一方面，人工操作的準(zhǔn)確性和一致性難以保證，不同工作人員的操作習(xí)慣和判斷標(biāo)準(zhǔn)存在差異，可能導(dǎo)致環(huán)境調(diào)控的效果不穩(wěn)定。同時(shí)，人工監(jiān)測(cè)需要投入大量的人力和時(shí)間成本，隨著農(nóng)業(yè)大棚規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這種成本劣勢(shì)愈發(fā)明顯。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅猛，給現(xiàn)代農(nóng)業(yè)帶來(lái)了革命性的變革。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)將各種傳感器、智能設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理，為農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了全新的解決方案。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)采集大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、土壤濕度、酸堿度等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)或用戶終端。用戶可以通過(guò)手機(jī)、電腦等設(shè)備隨時(shí)隨地查看大棚環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，還能根據(jù)作物生長(zhǎng)的不同階段和環(huán)境需求，自動(dòng)控制通風(fēng)、遮陽(yáng)、灌溉、施肥等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大棚環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)控，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造最佳條件。例如，當(dāng)傳感器檢測(cè)到大棚內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備和遮陽(yáng)網(wǎng)，降低溫度；當(dāng)土壤濕度不足時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟灌溉系統(tǒng)，確保作物得到充足的水分。1.1.2研究意義本研究設(shè)計(jì)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有多方面的重要意義。從提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)角度來(lái)看，精準(zhǔn)的環(huán)境監(jiān)測(cè)與調(diào)控能夠?yàn)樽魑锷L(zhǎng)提供最適宜的環(huán)境條件。不同作物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)溫度、濕度、光照等環(huán)境因素的需求各異，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控，可使大棚內(nèi)環(huán)境始終保持在作物生長(zhǎng)的最佳范圍內(nèi)，促進(jìn)作物的光合作用、呼吸作用等生理過(guò)程，從而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。比如，在蔬菜種植中，適宜的溫度和光照條件可使蔬菜植株生長(zhǎng)健壯，果實(shí)飽滿，口感更佳，營(yíng)養(yǎng)成分含量更高。降低人力成本也是該系統(tǒng)的重要價(jià)值體現(xiàn)。傳統(tǒng)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)和管理依賴大量人工，而本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，減少了人工巡檢和操作的工作量。工作人員無(wú)需頻繁前往大棚，只需通過(guò)終端設(shè)備即可實(shí)時(shí)掌握大棚環(huán)境狀況，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，大大提高了工作效率，降低了人力成本投入，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加高效、便捷。從促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面而言，系統(tǒng)的應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。通過(guò)精準(zhǔn)的環(huán)境調(diào)控和智能灌溉、施肥等措施，可避免水資源、肥料等的浪費(fèi)，減少農(nóng)業(yè)面源污染。例如，智能灌溉系統(tǒng)根據(jù)土壤濕度和作物需水情況精確供水，避免了過(guò)量灌溉導(dǎo)致的水資源浪費(fèi)和土壤板結(jié)；精準(zhǔn)施肥則能提高肥料利用率，減少肥料對(duì)土壤和水體的污染，推動(dòng)農(nóng)業(yè)向綠色、可持續(xù)方向發(fā)展，保障農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用起步較早，取得了眾多顯著成果。在傳感器技術(shù)方面，美國(guó)、荷蘭等國(guó)家研發(fā)并應(yīng)用了高精度、高穩(wěn)定性的傳感器，能夠精準(zhǔn)地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等多項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)。例如，美國(guó)某公司生產(chǎn)的溫濕度傳感器，其溫度測(cè)量精度可達(dá)±0.1℃，濕度測(cè)量精度可達(dá)±2%RH，為大棚環(huán)境的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)提供了有力支持。這些傳感器不僅精度高，還具備良好的抗干擾能力，能夠在復(fù)雜的大棚環(huán)境中穩(wěn)定工作，確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在智能控制算法與系統(tǒng)集成領(lǐng)域，瑞典、荷蘭等國(guó)利用先進(jìn)的控制算法和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大棚內(nèi)環(huán)境的自動(dòng)化智能控制。通過(guò)建立精確的環(huán)境模型和作物生長(zhǎng)模型，結(jié)合傳感器采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)灌溉、通風(fēng)、加熱、遮陽(yáng)等設(shè)備的運(yùn)行。以荷蘭的智能溫室大棚系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)可以根據(jù)不同作物在不同生長(zhǎng)階段的需求，自動(dòng)調(diào)整大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度和二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了作物生長(zhǎng)環(huán)境的精準(zhǔn)優(yōu)化，有效提高了作物的生長(zhǎng)效率和質(zhì)量。此外，這些國(guó)家還注重系統(tǒng)的集成化和網(wǎng)絡(luò)化，將大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)等進(jìn)行有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全流程智能化管理。在數(shù)據(jù)分析與決策支持方面，美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。這些平臺(tái)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)海量的環(huán)境數(shù)據(jù)、作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析和挖掘，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，預(yù)測(cè)作物生長(zhǎng)趨勢(shì)、病蟲(chóng)害發(fā)生概率等，并為農(nóng)民提供科學(xué)合理的決策建議。比如，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，預(yù)測(cè)不同季節(jié)、不同天氣條件下大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)的變化趨勢(shì)，提前制定相應(yīng)的調(diào)控策略；利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)病蟲(chóng)害圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病蟲(chóng)害的早期癥狀，為病蟲(chóng)害防治提供準(zhǔn)確的時(shí)機(jī)和方法，幫助農(nóng)民更好地管理和運(yùn)營(yíng)大棚，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。國(guó)內(nèi)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面的研究和應(yīng)用雖然起步相對(duì)較晚，但近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的高度重視和科技投入的不斷增加，也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。在技術(shù)引進(jìn)與消化吸收階段，我國(guó)積極從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備，并組織科研人員進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)。通過(guò)對(duì)國(guó)外技術(shù)的深入分析和實(shí)踐應(yīng)用，我國(guó)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)人員吸收了大量發(fā)達(dá)國(guó)家在溫室大棚中的先進(jìn)控制技術(shù)，如溫濕度控制、光照調(diào)節(jié)、二氧化碳施肥等關(guān)鍵技術(shù)，為國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在本土化創(chuàng)新與應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在傳感器研發(fā)、數(shù)據(jù)采集與傳輸、智能控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等方面取得了一系列重要成果。在傳感器研發(fā)上，我國(guó)成功研制出多種適用于大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)的傳感器，如溫濕度傳感器、光照傳感器、土壤水分傳感器等。這些傳感器在性能上不斷提升，部分產(chǎn)品的精度和穩(wěn)定性已接近國(guó)際先進(jìn)水平，且價(jià)格更為親民，更符合國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。在數(shù)據(jù)采集與傳輸方面，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)了多種數(shù)據(jù)采集與傳輸方案，實(shí)現(xiàn)了大棚環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定傳輸。例如，采用ZigBee、Wi-Fi、NB-IoT等無(wú)線通信技術(shù)，構(gòu)建了低功耗、高可靠性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，將傳感器采集的數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)奖O(jiān)控中心或用戶終端。在智能控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)和實(shí)際需求，研發(fā)了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大棚環(huán)境的自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。一些系統(tǒng)還具備智能化的數(shù)據(jù)分析和決策功能，能夠根據(jù)作物生長(zhǎng)狀況和環(huán)境變化，自動(dòng)調(diào)整控制策略，為作物生長(zhǎng)提供適宜的環(huán)境條件。盡管國(guó)內(nèi)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面取得了顯著進(jìn)展，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比，仍存在一定差距。在傳感器精度和穩(wěn)定性方面，部分國(guó)產(chǎn)傳感器與國(guó)際知名品牌相比還有提升空間；在智能控制算法的復(fù)雜性和智能化程度上，還需要進(jìn)一步優(yōu)化和創(chuàng)新；在系統(tǒng)的集成度和兼容性方面，不同廠家的設(shè)備和系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通還存在一些問(wèn)題，需要加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)制定和技術(shù)整合。不過(guò)，隨著我國(guó)科技實(shí)力的不斷增強(qiáng)和對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的持續(xù)推進(jìn)，相信在未來(lái)，我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將不斷完善和發(fā)展，逐步縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，為我國(guó)農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究致力于設(shè)計(jì)一套功能完備、性能穩(wěn)定的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，涵蓋系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件選型、軟件編程、數(shù)據(jù)處理分析及系統(tǒng)集成測(cè)試等多方面內(nèi)容。在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)上，基于物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)模型，精心構(gòu)建感知層、傳輸層和應(yīng)用層。感知層部署各類高精度傳感器，如溫濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤酸堿度傳感器等，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地采集大棚內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)。傳輸層選用ZigBee、Wi-Fi、NB-IoT等無(wú)線通信技術(shù)，搭建穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，確保傳感器采集的數(shù)據(jù)能夠快速、準(zhǔn)確地傳輸至應(yīng)用層。應(yīng)用層開(kāi)發(fā)功能豐富的監(jiān)控軟件和移動(dòng)應(yīng)用程序，為用戶提供直觀、便捷的交互界面，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備遠(yuǎn)程控制以及智能預(yù)警等功能。硬件選型過(guò)程中，綜合考量傳感器的精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)時(shí)間以及成本等因素。選用DHT11溫濕度傳感器，其具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足大棚內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)的需求；采用BH1750光照強(qiáng)度傳感器，該傳感器精度高、穩(wěn)定性好，可精確測(cè)量大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度；二氧化碳濃度傳感器則選用采用NDIR（非色散紅外）技術(shù)的產(chǎn)品，以確保二氧化碳濃度測(cè)量的準(zhǔn)確性。土壤濕度傳感器和土壤酸堿度傳感器分別用于監(jiān)測(cè)土壤的濕度和酸堿度，為精準(zhǔn)灌溉和施肥提供數(shù)據(jù)支持。微控制器選用STM32系列單片機(jī)，其基于ARMCortex-M內(nèi)核，具有高性能、低功耗、豐富的外設(shè)接口等優(yōu)勢(shì)，能夠高效地處理傳感器數(shù)據(jù)并控制執(zhí)行設(shè)備。通信模塊根據(jù)傳輸層的技術(shù)選擇，采用相應(yīng)的無(wú)線通信模塊，如ESP8266Wi-Fi模塊、CC2530ZigBee模塊等。軟件編程方面，運(yùn)用C語(yǔ)言和Python語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在C語(yǔ)言編程中，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理以及與通信模塊的數(shù)據(jù)交互。通過(guò)編寫驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類傳感器的初始化和數(shù)據(jù)讀取；采用數(shù)據(jù)濾波算法，如滑動(dòng)平均濾波算法，對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，去除噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。利用串口通信協(xié)議或SPI通信協(xié)議，將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至通信模塊。在Python語(yǔ)言編程中，主要用于開(kāi)發(fā)應(yīng)用層的監(jiān)控軟件和移動(dòng)應(yīng)用程序。借助Python的Django框架或Flask框架，開(kāi)發(fā)功能完善的Web應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備遠(yuǎn)程控制等功能。利用Python的數(shù)據(jù)分析庫(kù)，如Pandas、NumPy、Matplotlib等，對(duì)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析和可視化處理，為用戶提供直觀的數(shù)據(jù)展示和決策支持。同時(shí)，運(yùn)用MQTT協(xié)議或HTTP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控軟件與硬件設(shè)備之間的通信。數(shù)據(jù)處理分析是本研究的重要環(huán)節(jié)。對(duì)傳感器采集到的大量環(huán)境數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行深入分析。通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型，如線性回歸模型、決策樹(shù)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等，挖掘數(shù)據(jù)之間的潛在關(guān)系，預(yù)測(cè)大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)的變化趨勢(shì)。例如，利用時(shí)間序列分析方法，對(duì)歷史溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的溫濕度變化，為提前采取環(huán)境調(diào)控措施提供依據(jù)。根據(jù)作物生長(zhǎng)的不同階段和環(huán)境需求，制定合理的環(huán)境調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)大棚環(huán)境的精準(zhǔn)控制。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，以圖表、曲線等形式展示環(huán)境數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，方便用戶直觀了解大棚內(nèi)的環(huán)境狀況，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策提供科學(xué)依據(jù)。在系統(tǒng)集成測(cè)試階段，將硬件設(shè)備和軟件程序進(jìn)行集成，進(jìn)行全面的功能測(cè)試和性能測(cè)試。功能測(cè)試主要驗(yàn)證系統(tǒng)是否能夠準(zhǔn)確采集環(huán)境數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制設(shè)備以及實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警等功能。性能測(cè)試則重點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性等指標(biāo)。在不同的環(huán)境條件下，如高溫、高濕、強(qiáng)電磁干擾等，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，確保系統(tǒng)在復(fù)雜的大棚環(huán)境中能夠穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，不斷提升系統(tǒng)的性能和可靠性，確保系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求。1.3.2研究方法本研究綜合運(yùn)用文獻(xiàn)研究法、實(shí)驗(yàn)法和案例分析法，確保研究的科學(xué)性、可靠性和實(shí)用性。文獻(xiàn)研究法是本研究的基礎(chǔ)方法之一。通過(guò)廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、研究報(bào)告、專利文獻(xiàn)等，全面了解現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能控制技術(shù)、數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)等在農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，分析現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與不足，為本研究提供理論支持和技術(shù)參考。例如，通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)的智能溫室大棚系統(tǒng)的研究，學(xué)習(xí)其在傳感器選型、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、智能控制算法等方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)；對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果的分析，了解國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展水平和實(shí)際應(yīng)用需求，從而明確本研究的重點(diǎn)和方向。實(shí)驗(yàn)法在本研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，模擬真實(shí)的大棚環(huán)境，對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)備和軟件程序進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。在硬件測(cè)試方面，對(duì)傳感器的精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)時(shí)間等性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，確保傳感器能夠準(zhǔn)確、可靠地采集環(huán)境數(shù)據(jù)。例如，通過(guò)將溫濕度傳感器放置在不同溫度和濕度的環(huán)境中，測(cè)試其測(cè)量精度和誤差范圍；對(duì)通信模塊的傳輸距離、數(shù)據(jù)傳輸速率、抗干擾能力等進(jìn)行測(cè)試，優(yōu)化通信參數(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。在軟件測(cè)試方面，對(duì)數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理算法、設(shè)備控制程序等進(jìn)行功能測(cè)試和性能測(cè)試，確保軟件的正確性和高效性。例如，通過(guò)模擬不同的環(huán)境數(shù)據(jù)輸入，測(cè)試數(shù)據(jù)處理算法的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；對(duì)設(shè)備控制程序進(jìn)行多次遠(yuǎn)程控制操作，測(cè)試其響應(yīng)速度和控制精度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，不斷提升系統(tǒng)的性能和質(zhì)量。案例分析法用于分析實(shí)際應(yīng)用中的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)案例。選取具有代表性的農(nóng)業(yè)大棚項(xiàng)目，深入了解其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行和管理情況。分析這些案例在解決實(shí)際問(wèn)題中的成功經(jīng)驗(yàn)和不足之處，為本研究提供實(shí)踐參考。例如，對(duì)某智能溫室大棚項(xiàng)目進(jìn)行案例分析，了解其在應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、作物種植需求等方面的解決方案，學(xué)習(xí)其在系統(tǒng)集成、設(shè)備選型、運(yùn)行維護(hù)等方面的經(jīng)驗(yàn)；分析該項(xiàng)目在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，如傳感器故障、通信中斷、智能控制不準(zhǔn)確等，探討其原因和解決方法，為本研究提供借鑒，避免在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)類似問(wèn)題。二、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2.1傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基石，承擔(dān)著實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)采集各類環(huán)境參數(shù)的重任。在大棚復(fù)雜的環(huán)境中，不同類型的傳感器各司其職，為系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚環(huán)境的全面感知和有效調(diào)控，為農(nóng)作物的生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的條件。下面將詳細(xì)介紹溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器和土壤濕度傳感器在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用要點(diǎn)。2.1.1溫濕度傳感器DHT11是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚中廣泛應(yīng)用的一款數(shù)字溫濕度傳感器，其工作原理融合了先進(jìn)的數(shù)字模塊采集技術(shù)與高精度的溫濕度測(cè)量技術(shù)。該傳感器內(nèi)置一個(gè)高性能8位微處理器，搭配專業(yè)的溫度測(cè)量元件和濕度測(cè)量元件。在工作時(shí)，溫度測(cè)量元件利用熱敏電阻的特性，將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻值的改變，通過(guò)微處理器的處理，最終以數(shù)字形式輸出溫度值；濕度測(cè)量元件則基于電容式感濕原理，當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)，感濕電容的電容量隨之改變，微處理器對(duì)這一變化進(jìn)行檢測(cè)和處理，從而得到準(zhǔn)確的濕度值。DHT11具有諸多顯著特點(diǎn)。它采用單線串行接口，使得與微控制器的通信變得簡(jiǎn)單便捷，僅需一根數(shù)據(jù)線即可完成數(shù)據(jù)的傳輸，大大降低了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和成本。該傳感器在可靠性和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色，能夠在大棚復(fù)雜的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，提供準(zhǔn)確可靠的溫濕度數(shù)據(jù)。其測(cè)量范圍也能滿足大棚常見(jiàn)的環(huán)境需求，溫度測(cè)量范圍為0℃-50℃，誤差范圍在±2℃以內(nèi)；濕度測(cè)量范圍是20%-80%RH，誤差范圍在±5%RH以內(nèi)。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚中，DHT11傳感器通常被安裝在大棚內(nèi)部的不同位置，如靠近作物生長(zhǎng)區(qū)域、通風(fēng)口附近等，以全面監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的溫濕度分布情況。通過(guò)實(shí)時(shí)采集溫濕度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠及時(shí)了解大棚內(nèi)的環(huán)境狀況，當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低、濕度過(guò)大或過(guò)小時(shí)，及時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的調(diào)控設(shè)備，如通風(fēng)機(jī)、加濕器、遮陽(yáng)網(wǎng)等，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的溫濕度條件。例如，在夏季高溫時(shí)段，當(dāng)DHT11檢測(cè)到大棚內(nèi)溫度超過(guò)作物適宜生長(zhǎng)溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)通風(fēng)機(jī)和遮陽(yáng)網(wǎng)，降低溫度；在冬季干燥時(shí)，若檢測(cè)到濕度低于適宜范圍，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟加濕器，增加空氣濕度。2.1.2光照傳感器GY-30光照傳感器是一種基于光敏電阻原理的常用光照傳感器，其工作機(jī)制基于光電效應(yīng)。當(dāng)光線照射到傳感器的光敏電阻上時(shí)，光子能量被吸收，導(dǎo)致光敏電阻的電阻值發(fā)生變化。具體來(lái)說(shuō)，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，光敏電阻的電阻值越低；光照強(qiáng)度越弱，電阻值越高。傳感器內(nèi)部的電路通過(guò)測(cè)量光敏電阻的電阻值變化，將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換和處理，最終輸出與光照強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。GY-30光照傳感器的測(cè)量范圍一般為0-65535lx，能夠滿足大棚內(nèi)不同光照條件的測(cè)量需求。其具有體積小、靈敏度高、成本低、精度較高、穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)。體積小巧使得它可以方便地安裝在大棚內(nèi)的各個(gè)位置，不占用過(guò)多空間；高靈敏度使其能夠?qū)ξ⑷醯墓庹兆兓龀隹焖夙憫?yīng)，準(zhǔn)確檢測(cè)光照強(qiáng)度的細(xì)微改變；較低的成本則降低了系統(tǒng)的整體建設(shè)成本，適合大規(guī)模應(yīng)用；較高的精度和較好的穩(wěn)定性保證了采集數(shù)據(jù)的可靠性，為大棚光照環(huán)境的監(jiān)測(cè)和調(diào)控提供了有力支持。光照強(qiáng)度對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起著至關(guān)重要的作用。在大棚種植中，不同作物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)光照強(qiáng)度有著特定的需求。例如，蔬菜類作物在幼苗期通常需要較弱的光照，隨著生長(zhǎng)逐漸需要更強(qiáng)的光照來(lái)進(jìn)行光合作用，促進(jìn)植株的生長(zhǎng)和果實(shí)的發(fā)育。通過(guò)安裝GY-30光照傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度，系統(tǒng)可以根據(jù)作物的需求，自動(dòng)控制遮陽(yáng)網(wǎng)的開(kāi)合、補(bǔ)光燈的開(kāi)啟等，調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的光照條件。當(dāng)光照強(qiáng)度過(guò)強(qiáng)時(shí)，自動(dòng)放下遮陽(yáng)網(wǎng)，避免作物受到強(qiáng)光灼傷；當(dāng)光照不足時(shí)，開(kāi)啟補(bǔ)光燈，補(bǔ)充光照，確保作物能夠進(jìn)行充分的光合作用，保障作物的正常生長(zhǎng)。2.1.3二氧化碳傳感器二氧化碳傳感器主要基于非色散紅外（NDIR）原理來(lái)檢測(cè)二氧化碳濃度。其工作過(guò)程為：傳感器內(nèi)部的紅外光源發(fā)射特定波長(zhǎng)的紅外線，當(dāng)紅外線穿過(guò)含有二氧化碳的氣體時(shí)，二氧化碳分子會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的紅外線能量，使得紅外線的強(qiáng)度發(fā)生變化。傳感器通過(guò)檢測(cè)紅外線強(qiáng)度的變化，經(jīng)過(guò)一系列的計(jì)算和處理，從而得出氣體中的二氧化碳濃度。二氧化碳在植物的光合作用中扮演著不可或缺的角色，它是植物進(jìn)行光合作用的重要原料。在大棚環(huán)境中，合理的二氧化碳濃度能夠顯著提高作物的光合效率，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育，增加作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。例如，在蔬菜大棚中，當(dāng)二氧化碳濃度在適宜范圍內(nèi)時(shí)，蔬菜的葉片能夠更充分地進(jìn)行光合作用，制造更多的有機(jī)物質(zhì)，使蔬菜植株生長(zhǎng)健壯，果實(shí)飽滿，口感更佳，營(yíng)養(yǎng)成分含量更高。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚中應(yīng)用二氧化碳傳感器時(shí)，需要注意其安裝位置和使用環(huán)境。應(yīng)將傳感器安裝在大棚內(nèi)空氣流通較好、能夠代表大棚整體二氧化碳濃度的位置，避免安裝在通風(fēng)口、角落等容易造成二氧化碳濃度不均勻的地方。同時(shí)，要定期對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)，確保其測(cè)量的準(zhǔn)確性。一般建議每隔一段時(shí)間，使用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，檢查傳感器的測(cè)量精度是否符合要求。若發(fā)現(xiàn)傳感器測(cè)量偏差較大，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或更換，以保證大棚內(nèi)二氧化碳濃度的監(jiān)測(cè)和調(diào)控的準(zhǔn)確性。2.1.4土壤濕度傳感器電阻式土壤濕度傳感器是一種常見(jiàn)的土壤濕度檢測(cè)設(shè)備，其工作方式基于土壤的電阻特性與土壤濕度的關(guān)系。土壤中的水分含量會(huì)影響土壤的電阻值，一般來(lái)說(shuō)，土壤濕度越高，土壤的電阻值越低；土壤濕度越低，電阻值越高。電阻式土壤濕度傳感器通過(guò)兩個(gè)或多個(gè)電極插入土壤中，測(cè)量土壤的電阻值，進(jìn)而根據(jù)預(yù)先建立的電阻值與土壤濕度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出土壤的濕度值。在使用電阻式土壤濕度傳感器時(shí)，安裝位置的選擇至關(guān)重要。應(yīng)將傳感器安裝在作物根系分布較為集中的區(qū)域，這樣能夠更準(zhǔn)確地反映作物根系周圍土壤的濕度情況，為精準(zhǔn)灌溉提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。要注意避免傳感器與肥料、農(nóng)藥等直接接觸，防止這些化學(xué)物質(zhì)對(duì)傳感器造成腐蝕和損壞，影響傳感器的測(cè)量精度和使用壽命。在安裝過(guò)程中，要確保傳感器與土壤緊密接觸，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。定期對(duì)傳感器進(jìn)行清潔和檢查，清除傳感器表面的泥土和雜質(zhì)，確保傳感器正常工作。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)異常，應(yīng)及時(shí)檢查傳感器是否損壞或需要校準(zhǔn)，必要時(shí)進(jìn)行更換，以保障大棚土壤濕度監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。2.2通信技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備控制的關(guān)鍵，它如同系統(tǒng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，確保了信息的流暢傳遞，使系統(tǒng)各部分能夠協(xié)同工作。不同的通信技術(shù)具有各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景，在大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中發(fā)揮著不可或缺的作用。下面將詳細(xì)介紹ZigBee技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)以及4G/5G技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用方式。2.2.1ZigBee技術(shù)ZigBee是一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗、短距離無(wú)線通信技術(shù)，其最大的特點(diǎn)在于能夠自組網(wǎng)。在大棚環(huán)境中，可布置多個(gè)ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多跳傳輸。這種自組網(wǎng)特性使得系統(tǒng)的部署更加靈活，即使部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)也能自動(dòng)調(diào)整，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。ZigBee技術(shù)功耗極低，這對(duì)于依賴電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，能夠大大延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低維護(hù)成本。其成本也相對(duì)較低，適合大規(guī)模部署。在大棚數(shù)據(jù)傳輸中，ZigBee技術(shù)被廣泛應(yīng)用于連接各類傳感器節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)。大棚內(nèi)分布著大量的溫濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器等，這些傳感器通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn)。例如，每個(gè)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)定時(shí)采集大棚內(nèi)特定位置的溫濕度數(shù)據(jù)，然后通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)以多跳的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給距離較近的其他節(jié)點(diǎn)，最終匯聚到匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)再將匯總的數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)大棚環(huán)境數(shù)據(jù)的集中收集和初步處理。這種應(yīng)用方式充分發(fā)揮了ZigBee技術(shù)自組網(wǎng)、低功耗和低成本的優(yōu)勢(shì)，有效解決了大棚內(nèi)傳感器數(shù)量眾多、分布廣泛帶來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸難題。2.2.2Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi是一種基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，具有高速率和易接入的顯著優(yōu)勢(shì)。其傳輸速率通?？蛇_(dá)幾十Mbps甚至更高，能夠快速傳輸大量的數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，用戶只需通過(guò)無(wú)線設(shè)備連接Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，即可輕松訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)便捷的數(shù)據(jù)傳輸和交互。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，Wi-Fi技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)部設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的連接。大棚內(nèi)的匯聚節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過(guò)Wi-Fi連接到互聯(lián)網(wǎng)，將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。用戶可以通過(guò)手機(jī)、電腦等終端設(shè)備，隨時(shí)隨地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)云平臺(tái)，查看大棚內(nèi)的實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶在外出差或在家中時(shí)，只需打開(kāi)手機(jī)上的應(yīng)用程序，即可實(shí)時(shí)了解大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度等信息。Wi-Fi技術(shù)還可用于遠(yuǎn)程控制大棚內(nèi)的設(shè)備，如通風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)網(wǎng)、灌溉系統(tǒng)等。用戶在云平臺(tái)上發(fā)送控制指令，指令通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)酱笈飪?nèi)的設(shè)備控制器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作。這種應(yīng)用方式使得大棚的監(jiān)測(cè)和管理突破了地域限制，提高了管理的便捷性和實(shí)時(shí)性。2.2.3藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信（一般在10米以內(nèi)）的無(wú)線電技術(shù)，其特點(diǎn)是近距離通信穩(wěn)定、功耗低。藍(lán)牙技術(shù)在設(shè)備配對(duì)和連接方面操作簡(jiǎn)便，只需在設(shè)備間進(jìn)行簡(jiǎn)單的配對(duì)操作，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在大棚內(nèi)設(shè)備連接中，藍(lán)牙技術(shù)主要用于連接一些近距離的設(shè)備，如手持終端與傳感器設(shè)備之間的通信。工作人員在大棚內(nèi)巡檢時(shí)，可攜帶具有藍(lán)牙功能的手持終端，通過(guò)藍(lán)牙與大棚內(nèi)的傳感器設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)時(shí)讀取傳感器數(shù)據(jù)。在對(duì)土壤濕度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，工作人員可將手持終端靠近傳感器，通過(guò)藍(lán)牙連接后，直接在手持終端上查看當(dāng)前土壤濕度數(shù)據(jù)。藍(lán)牙技術(shù)還可用于連接一些小型的監(jiān)測(cè)設(shè)備，如溫濕度監(jiān)測(cè)標(biāo)簽等，這些標(biāo)簽可粘貼在作物附近，通過(guò)藍(lán)牙將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給附近的接收設(shè)備。這種應(yīng)用方式方便了工作人員在大棚內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集工作，提高了工作效率。2.2.44G/5G技術(shù)4G和5G技術(shù)作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，具有高速率、低延遲、大連接等特性。4G技術(shù)的下載速率可達(dá)百M(fèi)bps級(jí)別，5G技術(shù)更是將速率提升到了Gbps級(jí)別，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸。其低延遲特性使得數(shù)據(jù)傳輸幾乎實(shí)時(shí)響應(yīng)，對(duì)于需要即時(shí)控制和反饋的應(yīng)用場(chǎng)景至關(guān)重要。大連接特性則能夠滿足大量設(shè)備同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)的需求。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控中，4G/5G技術(shù)發(fā)揮著重要作用。通過(guò)4G/5G網(wǎng)絡(luò)，大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)能夠快速、穩(wěn)定地傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心或用戶終端。當(dāng)大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)能夠通過(guò)4G/5G網(wǎng)絡(luò)及時(shí)向用戶發(fā)送預(yù)警信息。例如，當(dāng)傳感器檢測(cè)到大棚內(nèi)溫度過(guò)高，可能對(duì)作物生長(zhǎng)造成危害時(shí)，系統(tǒng)立即通過(guò)4G/5G網(wǎng)絡(luò)向用戶手機(jī)發(fā)送警報(bào)短信或推送通知，用戶可在第一時(shí)間得知情況，并通過(guò)遠(yuǎn)程控制設(shè)備采取降溫措施。4G/5G技術(shù)還支持高清視頻監(jiān)控，用戶可以通過(guò)手機(jī)或電腦實(shí)時(shí)查看大棚內(nèi)的視頻畫面，全面了解大棚內(nèi)的實(shí)際情況。這種應(yīng)用方式大大提高了大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控的時(shí)效性和可靠性，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的智能化管理提供了有力支持。2.3數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)起著核心作用，它是實(shí)現(xiàn)大棚智能化管理和精準(zhǔn)決策的關(guān)鍵。通過(guò)高效的數(shù)據(jù)采集、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸、合理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及深入的數(shù)據(jù)分析，能夠充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，為大棚環(huán)境調(diào)控和作物生長(zhǎng)管理提供科學(xué)依據(jù)，從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。2.3.1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集是整個(gè)數(shù)據(jù)處理與分析流程的基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確性和及時(shí)性直接影響后續(xù)環(huán)節(jié)的效果。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，傳感器是數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵設(shè)備，它們能夠?qū)崟r(shí)感知大棚內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)。不同類型的傳感器有著各自獨(dú)特的工作原理和適用場(chǎng)景，如DHT11溫濕度傳感器利用數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度測(cè)量技術(shù)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量大棚內(nèi)的溫度和濕度；GY-30光照傳感器基于光電效應(yīng)，可精確檢測(cè)光照強(qiáng)度；二氧化碳傳感器運(yùn)用非色散紅外（NDIR）原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳濃度的有效監(jiān)測(cè)；電阻式土壤濕度傳感器則依據(jù)土壤電阻特性與濕度的關(guān)系，測(cè)量土壤濕度。為確保采集到的數(shù)據(jù)全面、準(zhǔn)確地反映大棚內(nèi)的環(huán)境狀況，傳感器的安裝位置至關(guān)重要。一般來(lái)說(shuō)，會(huì)在大棚內(nèi)不同高度、不同區(qū)域均勻分布溫濕度傳感器，以監(jiān)測(cè)溫濕度的空間變化；光照傳感器安裝在能夠充分接收光照且不受遮擋的位置；二氧化碳傳感器放置在空氣流通較好、能代表大棚整體二氧化碳濃度的區(qū)域；土壤濕度傳感器則安裝在作物根系分布集中的土壤層。數(shù)據(jù)采集頻率的選擇需要綜合考慮多方面因素。一方面，要滿足作物生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性需求，對(duì)于一些對(duì)環(huán)境變化較為敏感的作物，如草莓、番茄等，可能需要較高的采集頻率，以確保及時(shí)捕捉環(huán)境參數(shù)的微小變化。另一方面，也要考慮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)某杀?，過(guò)高的采集頻率會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，增加存儲(chǔ)和傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)。因此，通常會(huì)根據(jù)作物的生長(zhǎng)階段和環(huán)境變化的劇烈程度來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整采集頻率。在作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，如花期、結(jié)果期，適當(dāng)提高采集頻率；在環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，降低采集頻率。在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器采集到的數(shù)據(jù)通常為模擬信號(hào)，為便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和傳輸，需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這一轉(zhuǎn)換過(guò)程通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）來(lái)實(shí)現(xiàn)，ADC能夠?qū)⑦B續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)會(huì)按照特定的格式進(jìn)行編碼，以便在系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)格式包括二進(jìn)制、ASCII碼等，不同的格式具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在選擇時(shí)需要根據(jù)系統(tǒng)的具體需求和性能要求進(jìn)行權(quán)衡。例如，二進(jìn)制格式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率高，但可讀性較差；ASCII碼格式可讀性強(qiáng)，但占用存儲(chǔ)空間較大。2.3.2數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸是將傳感器采集到的數(shù)據(jù)從大棚現(xiàn)場(chǎng)傳輸至服務(wù)器或用戶終端的過(guò)程，它是實(shí)現(xiàn)大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理的重要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，常用的通信模塊包括ZigBee模塊、Wi-Fi模塊、藍(lán)牙模塊以及4G/5G模塊等，它們各自具有獨(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，適用于不同的傳輸場(chǎng)景。ZigBee模塊基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，具有低功耗、自組網(wǎng)、成本低等特點(diǎn)。在大棚內(nèi)，多個(gè)ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)可以自動(dòng)形成自組織網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多跳傳輸。傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)。這種傳輸方式適用于大棚內(nèi)大量傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸，能夠有效降低功耗和成本，提高系統(tǒng)的可靠性。Wi-Fi模塊基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，具有高速率、易接入的優(yōu)勢(shì)。大棚內(nèi)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過(guò)Wi-Fi連接到互聯(lián)網(wǎng)，將匯聚節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。用戶可以通過(guò)手機(jī)、電腦等終端設(shè)備，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)云平臺(tái)，實(shí)時(shí)查看大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)。Wi-Fi技術(shù)還支持遠(yuǎn)程控制大棚內(nèi)的設(shè)備，用戶在云平臺(tái)上發(fā)送控制指令，指令通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)酱笈飪?nèi)的設(shè)備控制器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作。藍(lán)牙模塊適用于短距離通信，具有功耗低、連接簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。在大棚內(nèi)，工作人員可以使用具有藍(lán)牙功能的手持終端，通過(guò)藍(lán)牙與傳感器設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)時(shí)讀取傳感器數(shù)據(jù)。藍(lán)牙技術(shù)還可用于連接一些小型的監(jiān)測(cè)設(shè)備，如溫濕度監(jiān)測(cè)標(biāo)簽等，這些標(biāo)簽可粘貼在作物附近，通過(guò)藍(lán)牙將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給附近的接收設(shè)備。4G/5G模塊作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，具有高速率、低延遲、大連接等特性。通過(guò)4G/5G網(wǎng)絡(luò)，大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)能夠快速、穩(wěn)定地傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心或用戶終端。當(dāng)大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)能夠通過(guò)4G/5G網(wǎng)絡(luò)及時(shí)向用戶發(fā)送預(yù)警信息。4G/5G技術(shù)還支持高清視頻監(jiān)控，用戶可以通過(guò)手機(jī)或電腦實(shí)時(shí)查看大棚內(nèi)的視頻畫面，全面了解大棚內(nèi)的實(shí)際情況。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，需要采用合適的通信協(xié)議。常見(jiàn)的通信協(xié)議有MQTT協(xié)議、HTTP協(xié)議等。MQTT協(xié)議是一種基于發(fā)布/訂閱模式的輕量級(jí)物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，具有低帶寬、低功耗、高可靠性等特點(diǎn)，非常適合在大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用。在MQTT協(xié)議中，傳感器節(jié)點(diǎn)作為發(fā)布者，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)布到指定的主題；服務(wù)器或用戶終端作為訂閱者，訂閱感興趣的主題，接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)。HTTP協(xié)議則是一種超文本傳輸協(xié)議，常用于Web應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸。在大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，用戶通過(guò)Web瀏覽器訪問(wèn)云平臺(tái)時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸通常采用HTTP協(xié)議。2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是將傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行持久化保存的過(guò)程，它為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和決策提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇至關(guān)重要，需要綜合考慮數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)讀寫頻率、數(shù)據(jù)安全性等因素。MySQL是一種廣泛使用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，具有開(kāi)源、成本低、性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)安全性高等優(yōu)點(diǎn)。它能夠高效地存儲(chǔ)和管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過(guò)建立合適的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)和索引，可以快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)的插入、查詢、更新和刪除操作。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)，通常會(huì)根據(jù)傳感器類型和采集的數(shù)據(jù)參數(shù)創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)表。對(duì)于溫濕度傳感器，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)溫濕度數(shù)據(jù)表，表中包含時(shí)間戳、大棚編號(hào)、溫度值、濕度值等字段。時(shí)間戳用于記錄數(shù)據(jù)采集的時(shí)間，大棚編號(hào)用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)所屬的大棚，溫度值和濕度值則是傳感器采集到的實(shí)際數(shù)據(jù)。通過(guò)這種方式，將不同類型的傳感器數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在不同的數(shù)據(jù)表中，便于數(shù)據(jù)的管理和查詢。為提高數(shù)據(jù)的查詢效率，還會(huì)為數(shù)據(jù)表建立索引。索引是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以加快數(shù)據(jù)的查找速度。在溫濕度數(shù)據(jù)表中，可以為時(shí)間戳字段建立索引，這樣在查詢特定時(shí)間段內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)時(shí)，能夠大大提高查詢效率。合理設(shè)置數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)周期也非常重要。對(duì)于一些短期需要的數(shù)據(jù)，如當(dāng)天或本周的環(huán)境數(shù)據(jù)，可以存儲(chǔ)在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中，以提高數(shù)據(jù)的讀寫速度；對(duì)于長(zhǎng)期需要的數(shù)據(jù)，如歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，會(huì)存儲(chǔ)在磁盤數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行長(zhǎng)期保存。2.3.4數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析是挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值、為大棚管理決策提供支持的核心環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，通過(guò)運(yùn)用各種數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以深入了解大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)的變化規(guī)律、作物生長(zhǎng)與環(huán)境之間的關(guān)系，從而制定科學(xué)合理的管理策略。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是從大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)潛在模式和知識(shí)的過(guò)程。在大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，可以運(yùn)用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法，如Apriori算法，發(fā)現(xiàn)不同環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大棚內(nèi)溫度升高到一定程度時(shí)，濕度往往會(huì)下降，且二氧化碳濃度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。這些關(guān)聯(lián)關(guān)系可以為大棚環(huán)境調(diào)控提供參考，當(dāng)溫度升高時(shí)，提前采取措施增加濕度，調(diào)節(jié)二氧化碳濃度，以維持作物生長(zhǎng)的適宜環(huán)境。機(jī)器學(xué)習(xí)算法在大棚環(huán)境預(yù)測(cè)和作物生長(zhǎng)模型構(gòu)建中發(fā)揮著重要作用。利用時(shí)間序列分析算法，如ARIMA模型，可以對(duì)大棚內(nèi)的溫濕度、光照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行時(shí)間序列預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析，預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的環(huán)境參數(shù)變化趨勢(shì)，提前做好環(huán)境調(diào)控準(zhǔn)備。還可以運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，構(gòu)建作物生長(zhǎng)模型，將環(huán)境參數(shù)、作物品種、種植時(shí)間等因素作為輸入，預(yù)測(cè)作物的生長(zhǎng)狀況，如產(chǎn)量、品質(zhì)等，為種植決策提供科學(xué)依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)分析結(jié)果會(huì)以直觀的方式呈現(xiàn)給用戶，如生成各類圖表、報(bào)表等。通過(guò)折線圖展示溫濕度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，用戶可以清晰地了解大棚內(nèi)溫濕度的波動(dòng)情況；通過(guò)柱狀圖對(duì)比不同大棚或不同時(shí)間段的環(huán)境參數(shù)，便于發(fā)現(xiàn)差異和問(wèn)題。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)生成管理建議，如在溫度過(guò)高時(shí)，建議開(kāi)啟通風(fēng)設(shè)備和遮陽(yáng)網(wǎng)；在土壤濕度不足時(shí)，建議進(jìn)行灌溉等，幫助用戶更好地管理大棚，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案3.1系統(tǒng)需求分析3.1.1功能需求監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能。通過(guò)在大棚內(nèi)合理部署溫濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤酸堿度傳感器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、土壤濕度、土壤酸堿度等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。例如，溫濕度傳感器可每隔一定時(shí)間（如5分鐘）采集一次數(shù)據(jù)，確保及時(shí)捕捉溫濕度的變化；光照強(qiáng)度傳感器則能實(shí)時(shí)感知光照強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化，為大棚內(nèi)的光照調(diào)控提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)報(bào)警功能對(duì)于保障大棚內(nèi)作物的正常生長(zhǎng)至關(guān)重要。當(dāng)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境參數(shù)超出作物生長(zhǎng)的適宜范圍時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制。報(bào)警方式可多樣化，包括本地聲光報(bào)警，在大棚現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出強(qiáng)烈的聲光信號(hào)，引起工作人員的注意；云平臺(tái)消息推送，通過(guò)云平臺(tái)向用戶的手機(jī)、電腦等終端設(shè)備發(fā)送報(bào)警消息，方便用戶隨時(shí)隨地接收警報(bào)；微信公眾號(hào)消息推送，借助微信公眾號(hào)的便捷性，將報(bào)警信息推送給用戶，確保用戶能夠及時(shí)知曉大棚內(nèi)的異常情況。報(bào)警信息應(yīng)詳細(xì)包含具體的參數(shù)異常值、異常時(shí)間以及建議的處理措施等，幫助用戶迅速定位問(wèn)題并采取相應(yīng)的處理措施。例如，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，報(bào)警信息可提示用戶開(kāi)啟通風(fēng)設(shè)備和遮陽(yáng)網(wǎng)；當(dāng)土壤濕度過(guò)低時(shí)，建議用戶啟動(dòng)灌溉系統(tǒng)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查詢功能為大棚環(huán)境的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。系統(tǒng)需自動(dòng)存儲(chǔ)各類歷史數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測(cè)參數(shù)、報(bào)警信息、操作記錄等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，如MySQL，確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。支持用戶查詢?nèi)我鈺r(shí)間段的記錄，可將查詢報(bào)表導(dǎo)出、下載，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理。用戶可以通過(guò)時(shí)間篩選，查詢過(guò)去一周、一個(gè)月甚至一年的溫濕度數(shù)據(jù)，以分析溫濕度的變化趨勢(shì)；也可以查看報(bào)警記錄，了解大棚內(nèi)曾經(jīng)出現(xiàn)的異常情況及處理方式。遠(yuǎn)程控制功能使大棚的管理更加便捷高效。用戶可通過(guò)手機(jī)APP、PC端管理平臺(tái)等終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)通風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)網(wǎng)、灌溉系統(tǒng)、加熱設(shè)備、補(bǔ)光燈等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。在炎熱的夏季，用戶可通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程開(kāi)啟通風(fēng)機(jī)和遮陽(yáng)網(wǎng)，降低大棚內(nèi)的溫度；在光照不足時(shí)，通過(guò)PC端管理平臺(tái)遠(yuǎn)程控制補(bǔ)光燈的開(kāi)啟，為作物補(bǔ)充光照。系統(tǒng)支持手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式。在手動(dòng)控制模式下，用戶根據(jù)實(shí)際需求手動(dòng)發(fā)送控制指令；在自動(dòng)控制模式下，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的環(huán)境參數(shù)閾值，自動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)行。例如，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)灌溉系統(tǒng)；當(dāng)室內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)，通風(fēng)機(jī)自動(dòng)開(kāi)啟以降低溫度。3.1.2性能需求系統(tǒng)的準(zhǔn)確性是保障大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)和調(diào)控效果的關(guān)鍵。傳感器的精度直接影響系統(tǒng)對(duì)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，因此應(yīng)選用高精度的傳感器。DHT11溫濕度傳感器的溫度測(cè)量精度應(yīng)達(dá)到±0.5℃，濕度測(cè)量精度達(dá)到±3%RH；BH1750光照強(qiáng)度傳感器的精度應(yīng)達(dá)到±5%；二氧化碳傳感器的測(cè)量精度應(yīng)達(dá)到±50ppm等。數(shù)據(jù)處理算法也應(yīng)具備較高的準(zhǔn)確性，能夠?qū)鞲衅鞑杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的處理和分析，減少誤差。在數(shù)據(jù)濾波過(guò)程中，采用合適的濾波算法，如卡爾曼濾波算法，有效去除噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。穩(wěn)定性是系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的重要保障。系統(tǒng)應(yīng)具備良好的抗干擾能力，能夠在大棚復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定工作。硬件設(shè)備應(yīng)選用質(zhì)量可靠、穩(wěn)定性高的產(chǎn)品，如工業(yè)級(jí)的傳感器和微控制器。在通信過(guò)程中，采用可靠的通信協(xié)議和抗干擾措施，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。ZigBee通信模塊應(yīng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在多障礙物、高電磁干擾的大棚環(huán)境中穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)；Wi-Fi模塊應(yīng)具備良好的信號(hào)穩(wěn)定性，避免因信號(hào)波動(dòng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷。實(shí)時(shí)性對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理大棚內(nèi)的環(huán)境問(wèn)題至關(guān)重要。系統(tǒng)應(yīng)能夠快速采集、傳輸和處理數(shù)據(jù)，確保用戶能夠及時(shí)獲取大棚內(nèi)的實(shí)時(shí)環(huán)境信息。傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率應(yīng)根據(jù)作物生長(zhǎng)的需求和環(huán)境變化的速度進(jìn)行合理設(shè)置，一般可設(shè)置為每分鐘采集一次數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)采用高速的通信技術(shù)，如4G/5G技術(shù)，確保數(shù)據(jù)能夠快速傳輸?shù)接脩艚K端。系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)盡可能短，從用戶發(fā)送控制指令到設(shè)備執(zhí)行指令的時(shí)間應(yīng)控制在1秒以內(nèi)，以滿足實(shí)時(shí)控制的需求?？蓴U(kuò)展性是系統(tǒng)適應(yīng)未來(lái)發(fā)展需求的重要特性。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和大棚規(guī)模的擴(kuò)大，系統(tǒng)可能需要增加新的功能和設(shè)備。因此，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具備良好的可擴(kuò)展性，能夠方便地添加新的傳感器、設(shè)備和功能模塊。硬件架構(gòu)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于新增硬件設(shè)備的接入；軟件系統(tǒng)應(yīng)采用分層架構(gòu)和接口設(shè)計(jì)，方便新增功能模塊的開(kāi)發(fā)和集成。當(dāng)需要增加新的傳感器，如氧氣濃度傳感器時(shí)，只需將其接入系統(tǒng)的硬件接口，并在軟件系統(tǒng)中添加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)處理模塊，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)氧氣濃度的監(jiān)測(cè)。3.2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)模型，分別為感知層、傳輸層和應(yīng)用層。感知層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，傳輸層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用層提供用戶交互和數(shù)據(jù)分析功能，各層協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境的全面監(jiān)測(cè)和智能管理。3.2.1感知層設(shè)計(jì)感知層是系統(tǒng)與大棚環(huán)境直接交互的部分，其主要任務(wù)是通過(guò)各類傳感器對(duì)大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的采集。在傳感器選型上，充分考慮大棚環(huán)境的特點(diǎn)和作物生長(zhǎng)的需求，選用了多種高精度傳感器。選用DHT11溫濕度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的空氣溫度和濕度。DHT11采用數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度測(cè)量技術(shù)，具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。其溫度測(cè)量范圍為0℃-50℃，精度可達(dá)±2℃；濕度測(cè)量范圍是20%-80%RH，精度可達(dá)±5%RH，能夠滿足大棚內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)的基本需求。采用BH1750光照強(qiáng)度傳感器檢測(cè)大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度。BH1750是一款高精度的數(shù)字式光照傳感器，通過(guò)I2C總線與微控制器通信。它的測(cè)量范圍為0-65535lx，精度可達(dá)±5%，能夠準(zhǔn)確地感知大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度變化，為大棚內(nèi)的光照調(diào)控提供可靠的數(shù)據(jù)支持。對(duì)于二氧化碳濃度的監(jiān)測(cè)，選用采用NDIR（非色散紅外）技術(shù)的二氧化碳傳感器。這種傳感器利用二氧化碳對(duì)特定波長(zhǎng)紅外線的吸收特性來(lái)測(cè)量二氧化碳濃度，具有精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。其測(cè)量精度可達(dá)±50ppm，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)二氧化碳濃度的變化，確保作物在適宜的二氧化碳濃度環(huán)境下進(jìn)行光合作用。土壤濕度傳感器選用電阻式土壤濕度傳感器，它通過(guò)測(cè)量土壤的電阻值來(lái)推算土壤濕度。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，能夠準(zhǔn)確地反映土壤的水分含量。在安裝時(shí)，將其插入作物根系分布較為集中的土壤層，以獲取準(zhǔn)確的土壤濕度數(shù)據(jù)，為精準(zhǔn)灌溉提供依據(jù)。土壤酸堿度傳感器則用于監(jiān)測(cè)土壤的酸堿度（pH值）。不同作物對(duì)土壤酸堿度有不同的要求，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤酸堿度，能夠及時(shí)調(diào)整土壤的酸堿度，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的土壤環(huán)境。在傳感器布局方面，根據(jù)大棚的實(shí)際結(jié)構(gòu)和作物的種植分布，進(jìn)行合理的規(guī)劃。在大棚內(nèi)均勻分布多個(gè)溫濕度傳感器，以監(jiān)測(cè)不同位置的溫濕度情況，避免出現(xiàn)溫濕度分布不均的情況。將光照強(qiáng)度傳感器安裝在能夠充分接收光照且不受遮擋的位置，如大棚頂部或作物上方，確保能夠準(zhǔn)確測(cè)量光照強(qiáng)度。二氧化碳傳感器放置在空氣流通較好、能代表大棚整體二氧化碳濃度的區(qū)域，如大棚中心位置。土壤濕度傳感器和土壤酸堿度傳感器則安裝在作物根系附近的土壤中，以準(zhǔn)確反映作物根系周圍土壤的濕度和酸堿度。數(shù)據(jù)采集方式采用定時(shí)采集和觸發(fā)采集相結(jié)合的方式。定時(shí)采集是指?jìng)鞲衅靼凑疹A(yù)設(shè)的時(shí)間間隔（如5分鐘）自動(dòng)采集一次數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。觸發(fā)采集則是當(dāng)傳感器檢測(cè)到環(huán)境參數(shù)發(fā)生突變或超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，立即進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸給微控制器。這種采集方式能夠及時(shí)捕捉環(huán)境參數(shù)的變化，為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制提供數(shù)據(jù)支持。3.2.2傳輸層設(shè)計(jì)傳輸層負(fù)責(zé)將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在通信技術(shù)選擇上，結(jié)合大棚環(huán)境的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅捎枚喾N通信技術(shù)相結(jié)合的方式，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定、高效。ZigBee技術(shù)作為一種低功耗、自組網(wǎng)的無(wú)線通信技術(shù)，在大棚內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)揮著重要作用。在大棚內(nèi)布置多個(gè)ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)形成自組織網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多跳傳輸。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)再將匯總的數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)。ZigBee技術(shù)的自組網(wǎng)特性使得系統(tǒng)的部署更加靈活，即使部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)也能自動(dòng)調(diào)整，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。其低功耗特性也適合大棚內(nèi)大量傳感器節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)期運(yùn)行，降低了維護(hù)成本。Wi-Fi技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，將大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。網(wǎng)關(guān)通過(guò)Wi-Fi模塊連接到互聯(lián)網(wǎng)，將匯聚節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。用戶可以通過(guò)手機(jī)、電腦等終端設(shè)備，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)云平臺(tái)，實(shí)時(shí)查看大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)。Wi-Fi技術(shù)的高速率和易接入特性，使得數(shù)據(jù)傳輸速度快，用戶訪問(wèn)便捷，方便用戶隨時(shí)隨地對(duì)大棚進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建上，形成了從傳感器節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)，再到網(wǎng)關(guān)，最后到云平臺(tái)的多層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口或其他通信接口與網(wǎng)關(guān)相連，網(wǎng)關(guān)通過(guò)Wi-Fi連接到互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)。這種架構(gòu)層次分明，分工明確，能夠有效地保證數(shù)據(jù)的傳輸和處理效率。數(shù)據(jù)傳輸流程如下：傳感器節(jié)點(diǎn)定時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)按照特定的格式進(jìn)行封裝后，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)接收來(lái)自各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和初步處理后，通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)接收到匯聚節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，通過(guò)Wi-Fi模塊將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。云平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理，并將處理后的數(shù)據(jù)提供給用戶終端，用戶可以通過(guò)手機(jī)APP或PC端管理平臺(tái)實(shí)時(shí)查看大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)。3.2.3應(yīng)用層設(shè)計(jì)應(yīng)用層是用戶與系統(tǒng)交互的界面，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備遠(yuǎn)程控制以及智能預(yù)警等功能。應(yīng)用層軟件分為服務(wù)器端和用戶端兩部分，服務(wù)器端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和管理，用戶端為用戶提供便捷的操作界面。服務(wù)器端軟件采用Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，利用Django框架構(gòu)建Web應(yīng)用程序。服務(wù)器端主要功能模塊包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和通信模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，將傳感器采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)、用戶操作記錄、報(bào)警信息等進(jìn)行持久化存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，如數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)挖掘、趨勢(shì)分析等。通信模塊負(fù)責(zé)與用戶端和感知層進(jìn)行通信，接收用戶端的請(qǐng)求并返回處理結(jié)果，同時(shí)將控制指令發(fā)送給感知層的執(zhí)行設(shè)備。用戶端軟件包括手機(jī)APP和PC端管理平臺(tái)。手機(jī)APP采用Android或iOS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，使用Java或Swift語(yǔ)言編寫。PC端管理平臺(tái)基于Web技術(shù)開(kāi)發(fā)，用戶可以通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)。用戶端主要功能模塊包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊、設(shè)備控制模塊和報(bào)警管理模塊。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊以直觀的圖表形式實(shí)時(shí)顯示大棚內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等，讓用戶能夠?qū)崟r(shí)了解大棚內(nèi)的環(huán)境狀況。歷史數(shù)據(jù)查詢模塊支持用戶查詢?nèi)我鈺r(shí)間段的環(huán)境數(shù)據(jù)，可將查詢結(jié)果以報(bào)表或圖表的形式導(dǎo)出、下載，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理。設(shè)備控制模塊允許用戶通過(guò)手機(jī)APP或PC端管理平臺(tái)對(duì)大棚內(nèi)的通風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)網(wǎng)、灌溉系統(tǒng)、加熱設(shè)備、補(bǔ)光燈等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。用戶可以選擇手動(dòng)控制模式，根據(jù)實(shí)際需求手動(dòng)發(fā)送控制指令；也可以選擇自動(dòng)控制模式，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的環(huán)境參數(shù)閾值，自動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)行。報(bào)警管理模塊當(dāng)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境參數(shù)超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)立即觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，通過(guò)本地聲光報(bào)警、云平臺(tái)消息推送、微信公眾號(hào)消息推送等多種方式提醒用戶。用戶可以在報(bào)警管理模塊中查看報(bào)警記錄，了解報(bào)警發(fā)生的時(shí)間、原因和處理情況。三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案3.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.3.1傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)感知大棚環(huán)境的基礎(chǔ)單元，其設(shè)計(jì)的合理性直接影響到數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在傳感器與微控制器連接電路設(shè)計(jì)中，以DHT11溫濕度傳感器為例，它采用單總線協(xié)議與微控制器進(jìn)行通信。將DHT11的數(shù)據(jù)引腳與STM32微控制器的一個(gè)通用輸入輸出（GPIO）引腳相連，通過(guò)該引腳實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在硬件連接時(shí)，需要在數(shù)據(jù)線上接上一個(gè)上拉電阻或下拉電阻，以確保在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中信號(hào)的穩(wěn)定性。例如，接上一個(gè)4.7kΩ的上拉電阻，將DHT11的數(shù)據(jù)引腳拉高，當(dāng)DHT11發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)改變引腳的電平狀態(tài)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。BH1750光照強(qiáng)度傳感器通過(guò)I2C總線與STM32微控制器連接。I2C總線是一種雙線制的串行通信總線，由數(shù)據(jù)線（SDA）和時(shí)鐘線（SCL）組成。將BH1750的SDA引腳與STM32的I2C接口的SDA引腳相連，SCL引腳與STM32的I2C接口的SCL引腳相連。在通信過(guò)程中，STM32作為主機(jī)，通過(guò)I2C總線向BH1750發(fā)送命令，讀取光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。為了保證通信的穩(wěn)定性，在SDA和SCL線上通常會(huì)接上上拉電阻，電阻值一般為4.7kΩ。土壤濕度傳感器輸出的是模擬信號(hào)，需要通過(guò)STM32的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后才能進(jìn)行處理。將土壤濕度傳感器的輸出引腳連接到STM32的ADC輸入引腳，STM32內(nèi)部的ADC模塊會(huì)按照一定的采樣頻率對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字值。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意選擇合適的ADC通道，并對(duì)ADC進(jìn)行正確的配置，以確保采樣的準(zhǔn)確性和精度。電源供應(yīng)設(shè)計(jì)對(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要?？紤]到大棚內(nèi)的實(shí)際環(huán)境和傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗需求，采用電池供電和太陽(yáng)能供電相結(jié)合的方式。在傳感器節(jié)點(diǎn)上安裝可充電電池，如鋰電池，為節(jié)點(diǎn)提供穩(wěn)定的電源。同時(shí)，配備小型太陽(yáng)能板，在有光照的情況下，太陽(yáng)能板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，為電池充電。通過(guò)這種方式，既保證了傳感器節(jié)點(diǎn)在無(wú)光照時(shí)的正常工作，又利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)了能源的可持續(xù)供應(yīng)，降低了維護(hù)成本。例如，選用容量為1000mAh的鋰電池，搭配功率為5W的太陽(yáng)能板，能夠滿足傳感器節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間的工作需求。為了提高電源的利用效率，還設(shè)計(jì)了電源管理電路，該電路能夠根據(jù)電池的電量和傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗需求，自動(dòng)調(diào)整電源的輸出，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和延長(zhǎng)電池壽命的目的。3.3.2匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)匯聚節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中承擔(dān)著數(shù)據(jù)匯總和初步處理的重要任務(wù)，其硬件組成主要包括微控制器、通信模塊和電源模塊等。選用高性能的STM32微控制器作為匯聚節(jié)點(diǎn)的核心，如STM32F4系列微控制器，它具有強(qiáng)大的處理能力和豐富的外設(shè)接口，能夠快速處理大量的傳感器數(shù)據(jù)。通信模塊方面，采用ZigBee模塊和Wi-Fi模塊相結(jié)合的方式。ZigBee模塊負(fù)責(zé)與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，接收來(lái)自各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。以CC2530ZigBee模塊為例，它能夠自動(dòng)與周圍的傳感器節(jié)點(diǎn)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)多跳路由的方式將傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)。Wi-Fi模塊則用于將匯聚節(jié)點(diǎn)處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)。選用ESP8266Wi-Fi模塊，它具有低功耗、高性能的特點(diǎn)，能夠穩(wěn)定地連接到互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。在數(shù)據(jù)處理方面，匯聚節(jié)點(diǎn)接收到傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)后，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和解析，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。然后，根據(jù)數(shù)據(jù)的類型和時(shí)間戳，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和存儲(chǔ)。將溫濕度數(shù)據(jù)、光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)、二氧化碳濃度數(shù)據(jù)等分別存儲(chǔ)在不同的緩存區(qū)域。匯聚節(jié)點(diǎn)還會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的分析和處理，如計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的環(huán)境參數(shù)平均值、最大值和最小值等。通過(guò)這些初步的分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的異常變化，為后續(xù)的報(bào)警和控制提供依據(jù)。匯聚節(jié)點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信采用ZigBee協(xié)議，該協(xié)議具有低功耗、自組網(wǎng)、低成本等特點(diǎn)，非常適合大棚內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多、分布廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在通信過(guò)程中，傳感器節(jié)點(diǎn)按照預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到環(huán)境參數(shù)發(fā)生突變或超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，會(huì)立即向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性。匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)和回復(fù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｈ绻谝欢〞r(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到傳感器節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)回復(fù)，匯聚節(jié)點(diǎn)會(huì)重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到收到確認(rèn)回復(fù)為止。3.3.3網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)作為連接大棚內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，其硬件選型直接影響到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率和穩(wěn)定性。選用工業(yè)級(jí)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，如華為的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，它具有高性能的處理器、大容量的內(nèi)存和豐富的通信接口，能夠滿足大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和傳輸需求。該網(wǎng)關(guān)支持多種通信協(xié)議，包括ZigBee、Wi-Fi、4G/5G等，能夠與匯聚節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器進(jìn)行穩(wěn)定的通信。網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)Wi-Fi進(jìn)行通信，將匯聚節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)。在通信過(guò)程中，網(wǎng)關(guān)作為Wi-Fi接入點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)Wi-Fi連接到網(wǎng)關(guān)。為了保證通信的穩(wěn)定性和安全性，設(shè)置了Wi-Fi密碼和加密協(xié)議，如WPA2加密協(xié)議，防止數(shù)據(jù)被竊取和篡改。網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器之間采用4G/5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，將大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器。4G/5G網(wǎng)絡(luò)具有高速率、低延遲的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。當(dāng)大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)關(guān)能夠迅速將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，確保用戶能夠及時(shí)獲取最新的環(huán)境信息。在服務(wù)器端，對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理，并將處理后的數(shù)據(jù)提供給用戶終端，實(shí)現(xiàn)大棚環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。3.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.4.1數(shù)據(jù)采集與傳輸軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集與傳輸軟件在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，負(fù)責(zé)從各類傳感器獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，并將其穩(wěn)定、準(zhǔn)確地傳輸至服務(wù)器端。在傳感器驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)方面，以DHT11溫濕度傳感器為例，采用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫。在初始化階段，需對(duì)與DHT11連接的STM32微控制器的GPIO引腳進(jìn)行配置，將其設(shè)置為輸入輸出模式。在數(shù)據(jù)讀取時(shí)，遵循DHT11的通信協(xié)議，通過(guò)向GPIO引腳發(fā)送起始信號(hào)，觸發(fā)DHT11的數(shù)據(jù)傳輸。DHT11會(huì)依次返回40位數(shù)據(jù)，包括濕度整數(shù)部分、濕度小數(shù)部分、溫度整數(shù)部分、溫度小數(shù)部分以及校驗(yàn)和。編寫相應(yīng)的代碼對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對(duì)于BH1750光照強(qiáng)度傳感器，利用I2C通信協(xié)議進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。在初始化I2C總線后，通過(guò)向BH1750發(fā)送特定的控制指令，配置其工作模式和測(cè)量分辨率。按照I2C通信時(shí)序，讀取BH1750輸出的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換，得到實(shí)際的光照強(qiáng)度值。數(shù)據(jù)采集算法的設(shè)計(jì)旨在提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。采用定時(shí)采集與事件觸發(fā)采集相結(jié)合的方式。定時(shí)采集方面，設(shè)定固定的時(shí)間間隔，如5分鐘，微控制器按照該時(shí)間間隔依次讀取各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。在讀取過(guò)程中，為減少噪聲干擾，運(yùn)用滑動(dòng)平均濾波算法對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對(duì)于連續(xù)采集的n個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算其平均值作為最終的采集數(shù)據(jù)。假設(shè)采集到的溫濕度數(shù)據(jù)序列為{T1,H1},{T2,H2},…,{Tn,Hn}，則經(jīng)過(guò)滑動(dòng)平均濾波后的溫度值Tavg=(T1+T2+…+Tn)/n，濕度值Havg=(H1+H2+…+Hn)/n。事件觸發(fā)采集是當(dāng)傳感器檢測(cè)到環(huán)境參數(shù)的變化量超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，立即觸發(fā)數(shù)據(jù)采集。當(dāng)溫濕度的變化率在短時(shí)間內(nèi)超過(guò)一定范圍時(shí)，及時(shí)采集數(shù)據(jù)并上傳，以便系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)環(huán)境的異常變化。在傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)上，采用MQTT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。MQTT是一種基于發(fā)布/訂閱模式的輕量級(jí)物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，非常適合在大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用。在傳感器節(jié)點(diǎn)端，將采集到的數(shù)據(jù)按照MQTT協(xié)議的格式進(jìn)行封裝，包括消息主題、消息內(nèi)容和QoS等級(jí)等。消息主題可設(shè)置為與傳感器類型和大棚編號(hào)相關(guān)，如“greenhouse1/temperature”表示大棚1的溫度數(shù)據(jù)。消息內(nèi)容則為經(jīng)過(guò)處理后的傳感器數(shù)據(jù)。QoS等級(jí)選擇合適的值，如QoS1，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。通過(guò)MQTT客戶端庫(kù)，將封裝好的消息發(fā)布到MQTT服務(wù)器。在匯聚節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器端，作為MQTT的訂閱者，訂閱相應(yīng)的消息主題，接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布的數(shù)據(jù)。MQTT服務(wù)器負(fù)責(zé)消息的轉(zhuǎn)發(fā)和管理，確保數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地從傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)椒?wù)器端，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供基礎(chǔ)。3.4.2服務(wù)器端軟件設(shè)計(jì)服務(wù)器端軟件在整個(gè)系統(tǒng)中承擔(dān)著數(shù)據(jù)管理、處理分析以及提供Web服務(wù)的重要職責(zé)。在數(shù)據(jù)庫(kù)管理方面，選用MySQL作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。MySQL是一種開(kāi)源的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，具有性能穩(wěn)定、可擴(kuò)展性強(qiáng)、數(shù)據(jù)安全性高等優(yōu)點(diǎn)。在數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求，創(chuàng)建多個(gè)數(shù)據(jù)表。創(chuàng)建“environment_data”表，用于存儲(chǔ)傳感器采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)，表中包含字段“id”（主鍵，自增長(zhǎng)）、“timestamp”（時(shí)間戳，記錄數(shù)據(jù)采集時(shí)間）、“greenhouse_id”（大棚編號(hào)）、“temperature”（溫度）、“humidity”（濕度）、“l(fā)ight_intensity”（光照強(qiáng)度）、“co2_concentration”（二氧化碳濃度）、“soil_moisture”（土壤濕度）、“soil_ph”（土壤酸堿度）等。創(chuàng)建“alarm_log”表，用于記錄報(bào)警信息，包括“id”（主鍵）、“timestamp”（報(bào)警時(shí)間）、“greenhouse_id”（大棚編號(hào)）、“alarm_type”（報(bào)警類型，如溫度過(guò)高、濕度過(guò)低等）、“alarm_value”（報(bào)警時(shí)的參數(shù)值）、“is_handled”（是否已處理，布爾值）等字段。通過(guò)合理設(shè)計(jì)表結(jié)構(gòu)，能夠高效地存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理分析是服務(wù)器端軟件的核心功能之一。當(dāng)服務(wù)器接收到傳感器上傳的數(shù)據(jù)后，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，去除數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值。對(duì)于明顯超出合理范圍的數(shù)據(jù)，如溫度值為負(fù)數(shù)或遠(yuǎn)超作物生長(zhǎng)適宜溫度范圍的數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)記和處理。利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析。運(yùn)用時(shí)間序列分析算法，如ARIMA模型，對(duì)歷史溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的溫濕度變化趨勢(shì)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)溫濕度在不同季節(jié)、不同時(shí)間段的變化規(guī)律，為大棚環(huán)境調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。采用關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法，如Apriori算法，發(fā)現(xiàn)不同環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，二氧化碳濃度和溫度會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，這些關(guān)聯(lián)關(guān)系可以幫助用戶更好地理解大棚內(nèi)環(huán)境的變化機(jī)制，從而制定更合理的環(huán)境調(diào)控策略。Web服務(wù)搭建是為了方便用戶通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)系統(tǒng)，獲取大棚環(huán)境數(shù)據(jù)和進(jìn)行設(shè)備控制。采用Python的Django框架進(jìn)行Web服務(wù)開(kāi)發(fā)。Django框架具有強(qiáng)大的功能和豐富的插件，能夠快速搭建功能完備的Web應(yīng)用。在Django項(xiàng)目中，創(chuàng)建多個(gè)視圖函數(shù)，分別用于處理不同的用戶請(qǐng)求。創(chuàng)建“index”視圖函數(shù)，用于展示大棚環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頁(yè)面，以圖表的形式直觀地顯示當(dāng)前大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度等參數(shù)。創(chuàng)建“history_data”視圖函數(shù)，用于處理用戶對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢請(qǐng)求，根據(jù)用戶選擇的時(shí)間范圍，從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)，并以報(bào)表或圖表的形式返回給用戶。創(chuàng)建“device_control”視圖函數(shù)，用于接收用戶發(fā)送的設(shè)備控制指令，將指令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的設(shè)備控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。通過(guò)配置Django的路由系統(tǒng)，將不同的URL請(qǐng)求映射到對(duì)應(yīng)的視圖函數(shù)，實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)的正常運(yùn)行。3.4.3用戶端軟件設(shè)計(jì)用戶端軟件作為用戶與系統(tǒng)交互的界面，包括APP和Web端，其設(shè)計(jì)的合理性和易用性直接影響用戶的使用體驗(yàn)和系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。在APP界面設(shè)計(jì)方面，采用簡(jiǎn)潔直觀的布局，以方便用戶快速獲取信息和進(jìn)行操作。首頁(yè)設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示區(qū)域，以大字體和圖表的形式展示大棚內(nèi)的主要環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、光照強(qiáng)度等，讓用戶一目了然地了解大棚當(dāng)前的環(huán)境狀況。設(shè)置歷史數(shù)據(jù)查詢?nèi)肟?，用戶點(diǎn)擊后可進(jìn)入歷史數(shù)據(jù)查詢頁(yè)面，通過(guò)時(shí)間選擇器選擇查詢的時(shí)間范圍，系統(tǒng)以折線圖或柱狀圖的形式展示該時(shí)間段內(nèi)的環(huán)境參數(shù)變化趨勢(shì)。在設(shè)備控制頁(yè)面，提供通風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)網(wǎng)、灌溉系統(tǒng)等設(shè)備的控制按鈕，用戶可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)備的開(kāi)關(guān)控制。APP的功能實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)與服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互來(lái)完成。在數(shù)據(jù)獲取方面，APP通過(guò)HTTP請(qǐng)求或MQTT協(xié)議向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，服務(wù)器端接收到請(qǐng)求后，從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并返回給APP。APP接收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解析和展示。在設(shè)備控制方面，當(dāng)用戶在APP上點(diǎn)擊設(shè)備控制按鈕時(shí)，APP將控制指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器端，服務(wù)器端再將指令轉(zhuǎn)發(fā)給大棚內(nèi)的設(shè)備控制器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。Web端界面設(shè)計(jì)同樣注重簡(jiǎn)潔性和功能性。采用響應(yīng)式設(shè)計(jì)，確保在不同設(shè)備（如電腦、平板）上都能正常顯示和操作。Web端首頁(yè)展示大棚環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，以表格和圖表相結(jié)合的方式呈現(xiàn)，方便用戶查看和對(duì)比。設(shè)置數(shù)據(jù)管理模塊，用戶可在該模塊中進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢、導(dǎo)出和數(shù)據(jù)分析。通過(guò)數(shù)據(jù)可視化工具，如Echarts，將歷史數(shù)據(jù)以更豐富的圖表形式展示，如面積圖、散點(diǎn)圖等，幫助用戶更直觀地分析數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。在交互設(shè)計(jì)方面，APP和Web端都提供了便捷的操作方式。在APP上，用戶可通過(guò)滑動(dòng)、點(diǎn)擊等手勢(shì)進(jìn)行操作，界面元素的設(shè)計(jì)符合人體工程學(xué)原理，方便用戶單手操作。Web端則支持鼠標(biāo)點(diǎn)擊、拖拽等操作，同時(shí)提供快捷鍵設(shè)置，提高用戶操作效率。為了增強(qiáng)用戶與系統(tǒng)的互動(dòng)性，APP和Web端都設(shè)置了消息提醒功能，當(dāng)大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)異常或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)向用戶發(fā)送通知，確保用戶能夠及時(shí)采取措施。四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試4.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.1.1硬件搭建在硬件搭建過(guò)程中，首先進(jìn)行傳感器安裝。對(duì)于DHT11溫濕度傳感器，其采用4引腳單排引腳封裝，將其VCC引腳連接到3.3V電源，GND引腳接地，DATA引腳連接到STM32微控制器的一個(gè)GPIO引腳，為確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，在DATA引腳上接上一個(gè)4.7kΩ的上拉電阻。安裝時(shí)，選擇在大棚內(nèi)不同高度和位置固定溫濕度傳感器，如在靠近作物頂部、中部以及大棚角落等位置，以全面監(jiān)測(cè)溫濕度的分布情況。BH1750光照強(qiáng)度傳感器通過(guò)I2C總線與STM32連接，將其VCC接3.3V電源，GND接地，SDA和SCL引腳分別對(duì)應(yīng)連接到STM32的I2C接口的SDA和SCL引腳，并在SDA和SCL線上接上4.7kΩ的上拉電阻。安裝在大棚頂部或作物上方無(wú)遮擋的位置，使其能夠充分接收光照，準(zhǔn)確測(cè)量光照強(qiáng)度。二氧化碳傳感器根據(jù)其接口類型進(jìn)行連接，一般也是將電源引腳連接到合適的電源，信號(hào)輸出引腳連接到STM32的相應(yīng)輸入引腳。安裝在大棚內(nèi)空氣流通較好的中心位置，避免靠近通風(fēng)口或角落，以保證測(cè)量的二氧化碳濃度能代表大棚整體情況。土壤濕度傳感器和土壤酸堿度傳感器安裝時(shí)，將其探頭小心插入作物根系附近的土壤中，深度根據(jù)作物根系分布情況而定，一般在5-10厘米左右。土壤濕度傳感器輸出模擬信號(hào)，連接到STM32的ADC輸入引腳；土壤酸堿度傳感器同樣將信號(hào)輸出引腳連接到STM32的對(duì)應(yīng)輸入引腳。微控制器與通信模塊連接時(shí)，以STM32F407微控制器為例，其具有豐富的GPIO引腳和通信接口。ZigBee模塊（如CC2530）通過(guò)SPI接口或UART接口與STM32連接，將CC2530的SPI時(shí)鐘引腳、數(shù)據(jù)輸入輸出引腳分別與STM32的相應(yīng)SPI接口引腳相連，同時(shí)連接復(fù)位引腳、使能引腳等控制引腳。Wi-Fi模塊（如ESP8266）一般通過(guò)UART接口與STM32連接，將ESP8266的TXD和RXD引腳分別與STM32的RXD和TXD引腳交叉連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。在硬件組裝過(guò)程中，使用面包板或制作PCB板將各個(gè)硬件組件進(jìn)行連接。對(duì)于面包板連接，將傳感器、微控制器、通信模塊等組件的引腳按照電路設(shè)計(jì)進(jìn)行插裝，并使用杜邦線連接相應(yīng)引腳。若采用PCB板，根據(jù)電路原理圖進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，將各個(gè)組件布局在PCB板上，進(jìn)行布線和焊接。在焊接過(guò)程中，注意焊接質(zhì)量，避免虛焊、短路等問(wèn)題。完成焊接后，對(duì)硬件進(jìn)行初步測(cè)試，檢查各組件是否正常工作，通信是否穩(wěn)定。4.1.2軟件開(kāi)發(fā)軟件開(kāi)發(fā)基于KeilMDK和PyCharm開(kāi)發(fā)環(huán)境，運(yùn)用C語(yǔ)言和Python語(yǔ)言進(jìn)行編程。在C語(yǔ)言編程中，首先進(jìn)行傳感器驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。以DHT11溫濕度傳感器為例，編寫初始化函數(shù)，配置與DHT11連接的GPIO引腳為輸入輸出模式。在數(shù)據(jù)讀取函數(shù)中，按照DHT11的通信協(xié)議，發(fā)送起始信號(hào)，等待DHT11響應(yīng)并返回40位數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和校驗(yàn)，獲取準(zhǔn)確的溫濕度值。BH1750光照強(qiáng)度傳感器的驅(qū)動(dòng)程序利用I2C通信協(xié)議進(jìn)行開(kāi)發(fā)。編寫I2C初始化函數(shù)，配置STM32的I2C接口參數(shù)，如時(shí)鐘頻率、地址模式等。在數(shù)據(jù)讀取函數(shù)中，向BH1750發(fā)送控制指令，配置其工作模式和測(cè)量分辨率，然后按照I2C通信時(shí)序讀取光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集算法采用定時(shí)采集與事件觸發(fā)采集相結(jié)合的方式。在定時(shí)采集方面，利用STM32的定時(shí)器中斷功能，設(shè)定5分鐘的定時(shí)時(shí)間，當(dāng)定時(shí)器中斷發(fā)生時(shí)，依次調(diào)用各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)讀取函數(shù)，采集環(huán)境數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理階段，采用滑動(dòng)平均濾波算法對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，去除噪聲干擾。假設(shè)采集到的溫度數(shù)據(jù)序列為{T1,T2,…,Tn}，設(shè)定滑動(dòng)平均的窗口大小為n=5，經(jīng)過(guò)滑動(dòng)平均濾波后的溫度值Tavg=(T1+T2+T3+T4+T5)/5。事件觸發(fā)采集通過(guò)設(shè)置傳感器數(shù)據(jù)變化閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)溫濕度的變化率在短時(shí)間內(nèi)超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，立即觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)上傳。當(dāng)溫度在1分鐘內(nèi)變化超過(guò)2℃時(shí)，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集和上傳，以便系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)環(huán)境的異常變化。在Python語(yǔ)言編程中，服務(wù)器端軟件開(kāi)發(fā)利用Django框架進(jìn)行。在Django項(xiàng)目中，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)配置，連接MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型類，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的表結(jié)構(gòu)。創(chuàng)建“EnvironmentData”模型類，對(duì)應(yīng)“environment_data”表，定義字段“timestamp”（DateTimeField類型，記錄數(shù)據(jù)采集時(shí)間）、“greenhouse_id”（IntegerField類型，大棚編號(hào)）、“temperature”（FloatField類型