摘要 在分析物联网应用于设施农业的关键作用的基础上，设计了一套基于物联网技术的智能温室大棚监控方案，简述了其系统架构以及功能。针对农产品质量安全追溯的需求，利用物联网技术（如RFID）、二维码等信息感应技术实现了对农产品质量的安全监督。
关键词 物联网；智能温室；农产品质量；溯源
中图分类号S126文献标识码A文章编号0517-6611（2014）30-10788-03
基金项目浙江农林大学创新创业训练计划项目（201304018）；浙江农林大学科研发展基金人才启动项目（2013FR013）。
作者简介金炜（1991- ），男，浙江嵊州人，本科生，专业：农业机械化及其自动化。*通讯作者，讲师，博士，从事农业信息化和设施农业研究。
近年来，设施农业作为一种新型农业产业，以高度集约化水平迅速发展，已成为现代农业结构的一个重要支柱，是未来农业形态的主导力量[1]。因为设施农业能使农作物超时令、反季节出产，显著提高了土地、资源和劳动力的利用率，所以在应对农业发展中资源环境瓶颈的制约、革新农业发展方式、加强农业在市场上的竞争力等方面起到了重要作用。与此同时，物联网技术的不断发展与成熟为设施农业发展中存在的问题提供了新的解决方案。
经过多年的发展，物联网技术与农业领域应用逐渐紧密结合，形成了农业物联网的具体应用[2]。但该应用技术仍存在很广阔的发展空间。在我国，物联网技术在设施农业方面的发展与应用多数停滞在监测与初步分析的层次上，总体上仍处于初期阶段，应用包括监测土壤温度和湿度、作物生长环境光强、CO2浓度等数据，并根据监测数据的分析，作出决策，然后指导农事操作，而目前普遍存在的不足便是固然采集到了数据，但没有联动相关农用设备，仅用于展示或统计分析，没有实现科学决策和智能控制的真正含义[1]。
现今农产品生产和消费的日益分离，不断复杂化的供应系统，所涉及的生产、加工、运输、检测和卫生等物流环节众多，不安全因素贯穿始终，食品安全风险在国内和国外频繁发生，很大程度上影响了人们身体健康和社会稳定[3]。因而随着信息技术和网络技术的发展，利用先进的信息管理和无线传感等技术对农产品进行生命周期的跟踪管理，为人们提供了一种相对保证农产品安全的渠道。该研究提出的就是一种针对农产品产前到产后设计的监控方案。利用物联网技术来完成信息交换和通信，物联网的智能识别、定位、跟踪、监控和管理为农产品的监测提供保障，并使PLC技术与相关农业控制设备相互作用，科学地、智能地决策与控制，能保证农产品的高效产出与质量安全，还实现了生产的各个环节可通过扫描二维码的方式进行查询，方便易操作。这项技术的运用对于增强农产品质量安全水准、加速农产品走进各大超市的脚步、加快转变农业增长方式、保护广大消费者的消费安全具有重大意义[4]。
1系统设计
1.1系统构建基础及背景杭州建德红群农业科技有限公司草莓温室里面栽培的草莓采用立体栽培的模式，如图1所示。立体栽培是尽可能不影响地表栽培的情况下，使植物依托竖立的栽培柱生长的栽培方式。此种培植模式特点是能较大程度地利用温室空间和太阳光照，果实产量较高，品质优良，具有防治病虫害功能，节约劳动成本，已被推广与应用，适合规模化生产[5]。
1.1.1系统特点。该系统主要包括数据采集、智能分析和远端控制，借助软件和硬件系统，加入无线传感器技术实现温室智能化，共同组成无线监测系统的整体框架。特别需要指出的是，传感器均为生态信息无线传感器，是把传统传感器和无线模块集成作为一个单独的无线传感器。它可以实时收集数据并通过无线网关传至Internet进行处理，免去了布线的烦恼。由于农场中温室大棚由多个温室组成温室群，其布置比较分散，传统的有线互连方式进行传感器布置势必面临诸多问题：线路过长易导致施工布线困难和通信速率受限；要求总线驱动能力高、信号衰减、反射强烈；室外线路容易遭受渗水、雷击等，线路易产生接口腐蚀，维修过程繁琐，增添后期维护成本。
1.1.2无线传感设备。图2a所示设备用于温室大棚内外空气温湿度采集及传输，内置低碳环保的充电式锂电池可连续使用180 d以上。温度检测范围为-40～85 ℃，误差±0.5 ℃（-40～120 ℃），湿度检测范围为0～100%RH，误差±3%RH。外壳组成是气象专用轻型百叶箱和防结露PE防护套。传感信息数据存储量为86 K，配有两个USB传感器拓展口。安装方式可以采取立式和悬挂式。
1.2系统总体架构该系统是应用在温室大棚中，图3是该系统的工作原理图。系统工作时，首先采用生态信息无线传感器收集棚内与农作物相关的各项环境数据，如温度、湿度、光照等，这些数据通过无线中继、无线网关传至Internet，信息处理平台从Internet接收到相关数据并处理后，把处理信号反馈给无线继电器和PLC来控制棚内各农用设备的开关，实现了设备的智能控制。该系统能实现远程监控，并使棚内各项环境因子的数据保持在适合农作物生长的范围，它的最大特点是整个信息链均在无线环境下传输，十分地高效便捷。
1.3系统主要功能
（1）系统平台可以对空气温度、湿度、光照、CO2浓度等数据进行采集并存储在服务器中，可实时监测环境参数，并查看历史环境数据指标，对作物生产过程进行有效监控。
（2）各温室环境参数控制范围可独立设定，适用于不同品种、季节、生长期，方便灵活。
（3）系统具备报警和实时远程监测功能。当一个温室环境指标超过极限值时，系统可以通过语音或SMS（短消息设备配置）建议有关人员及时处理。在该系统平台下，管理人员可通过网络，实时掌握基地温室内环境信息。
（4）系统可将环境数据的各项指标发送给LED显示屏，实现直观的环境数据显示。
（5）利用该系统创建相关作物生长数据库，可作为研究根据及生产指导。辅助生产人员积累种植经验和生产管理策略，使种植管理全过程高效化、工厂化。
（6）系统中视频设备可通过Internet达到权限访问。通过网络，客户可以对实际温室作物生长状况有全面了解。
（7）根据设置参数实现对农业设施的自动控制。系统根据环境参数采集系统获取的信息，对比各类农作物生长适宜环境参数，通过网络反馈给无线继电器和PLC，驱动各类监控仪和农用控制设备，如遮阳网、喷滴灌设备和风机等，构成较全面的自动化控制网络。
（8）利用物联网技术（如RFID）、二维码等应用标识技术加强对农产品质量安全的监督，让消费者能仅使用现代移动通讯设备的情况下就可以查询产品生产源头。其中RFID属于一种采取非接触方式，借助射频信号能够自动识别物体，并且收集相关数据的智能识别技术。RFID应用于目前现代农业信息化管理，是通过相关设施来控制PC进行控制操控，实现对土壤温湿度和农作物的营养元素含量等监控，从而实现对农业的信息化管理，提高农业工作效率[6]。
2基于物联网技术的农产品质量安全溯源
2.1溯源概念在某产品供给的整个过程中，对其各方面信息进行记载并实时存储的安全保障体统可称为溯源系统。可以保证产品质量出现问题时，快速和有效地查询生产的原材料或加工方式，必要时产品召回，并执行目标明确的制裁，从而提高产品质量。农产品溯源是追踪农产品进入市场各个阶段（从产前到产后的全过程）的系统，有助于质量控制和产品安全[7]。
2.2溯源对象及基本流程溯源对象主要涉及到蔬菜、瓜果等农产品（以上述系统监控下的草莓温室大棚为例）。农产品溯源系统是基于物联网的应用标识技术，对产前、产中、产后各环节实施全程跟踪的系统。图4为溯源流程示意图。图4溯源流程示意基本流程是对种植农产品的温室大棚（温室群）进行规划，对生产情况和监测结果详细电子记录，再通过对每个温室大棚内关键控制节点管理，建立中心数据库，分析并存储各环节的信息，实现对农产品生产过程的跟踪和溯源管理。
2.3应用效果及可能存在问题产品具有“从农田到餐桌，再从餐桌到农田”的可追溯性标识以及产前、产中和产后安全信息的全程电子监管，完成种植、出产、物流各环节全方位安全信息的跟踪。农作物产品有据可查，使用二维码能轻松实现让消费者买到农产品前通过终端设备（多指手机）或者网络就能查看各类相关信息，放心挑选食用，但在二维码技术运用过程中如何保证不受病毒侵扰仍是亟待解决的一个问题。
3小结
物联网技术在现代农业领域的应用形式和成果是多样化的，是现代农业发展过程中的垫脚石，举足轻重的作用使其成为未来农业发展水平的一个显著标志，为今后农业的长足进步起正催化剂作用。该研究提出的观点着重于加强农产品的种植与溯源、产前与产后的联系，并实现了无线控制平台与相关农用控制设备进行联动，为现代农业的改革做出新的尝试，增强农产品的安全，提升农业自动化、智能化。
参考文献
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