CUI Yingjie
（Institute of Intelligent Manufacturing，Huanghuai University，Zhumadian 463000，China）
摘要：随着互联网的发展和普及，加上智能手机的应用普及，物联网的应用得到广泛推广。人们可以根据不同的需要建立多种组合，以匹配不同类型的传感器和执行器，达到自动化监控的目的。为了支持这些应用APP，需要一个稳定且高度可扩展性的云计算平台。因此云计算与物联网集成技术相结合，可以实现从许多网络设备的感知层中采集的大数据，通过整合可实时统计预测和分析数据，作为管理者决策的指标的参考。
关键词：云计算；物联网；大数据
1、物联网技术
物联网（Internet of Things）通过网络将传感智能设备接入网络，使设备能够进行信息交换。传感智能设备是物联网中的组成部分，但仅仅将传感智能设备连接起来，不能够组成物联网系统。物联网系统由感知设备（各类传感器）实现对现实世界的智能感知识别，感知设备收集数据通过网络接口（有线网络，无线网络），把收集的数据由网络层传送出去，最后到达物联网的应用层（云计算中心），物联网的应用层将收集到的数据，通过程序的方法来控制，实现对生产生活的更加有效率的控制，进而实现更加节约能源，更加智能的生活。物联网系统的三层，可以类比为，物联网的设备层是一个人的身体的感知神经组织，网络层是人的传输神经，应用层是人的一个大脑。
2、物联网在云计算框架领域的应用
物联网将传感器智能设备通过网络相互连接在一起，使设备能够进行信息交换。传感器智能设备是物联网的一部分，但它不能仅仅通过连接传感器智能设备而形成物联网系统。物联网系统通过传感设备（各种传感器）实现对现实世界的智能感知和识别。传感设备通过网络接口（有线网络、无线网络）采集数据，从网络层传输采集的数据，最终到达物联网的应用层（云计算中心）。物联网应用层将通过程序方法系统对采集到的数据进行控制，实现对生产和生活的更有效控制，进而实现更节能、更智能的生活。物联网系统的三层可以类比为：物联网的设备层是一个人身体的感知神经组织，网络层是一个人的传输神经，应用层是一个人的大脑。
物联网通过现有的网络基础设施实现对物体的遥感或控制，实现现实世界的数字化，具有广泛的应用。物联网的应用领域可分为医疗保健、智能环境（家庭、办公、工厂）、供应链与物流、个人与社会等领域，具有非常广阔的市场和应用前景。物联网分为感知层、网络层、应用层三个层次，最底层是感知层，用以感知数据资料。第二层是网络层，用于接收传感层的数据资料并将其传输到应用层。应用层是最接近现实生活的层，它最有效地利用了接收到的数据资料。物联网的层次结构如图1所示。
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以物联网在云端运算框架的研究来看，尽管Web of Things 概念已被提议用于整合异构设备，然而如何在不同组织之间的管理业务流程上实现以自动化处理阶段，尚未能有效的解决。 在此引述的研究中，提出了网关即服务( GaaS, Gateway as a Service )的概念，基于 Web of Things ( WoT ) 的云端运算框架。 设计 GaaS 架构的基本想法是将三层云端运算合并到 GaaS 之中， Wo T 基础设施层是对映到 IaaS (Infrastructure as a Service )，提供基本的物联网基础设施，例如嵌入式设备和 Web网关。Web 网关是将不同类型的传感器，致动器和其他设备连接到因特网的基础设备。基础设备的所有数据和功能都被虚拟化为 Web 资源，并使用 API 来引用这些 Web 服务。
3、基于物联网技术的智能农业大棚硬件设计
在智能农业大棚系统设计中，需要设计感知模块来检测大棚内的光照、环境温度、环境湿度和二氧化碳等信息，通过这些感知模块检测的数据实现对智能农业大棚进行实时控制。
3.1传感器
传感器是一种由敏感组件和转换组件组成的检测装置，通过感受到规定的被测量的信息并按照一定的规律转换成可用的电信号或其形式的信息输出，用来满足信息的传输、处理、记录、存储、控制、显示等要求。在实现自动化控制和控制中有着非常重要的作用。它的功能常被拿来与人类的5大感觉器官相比。包括了温湿度传感器，土壤湿度传感器、二氧化碳含量传感器，光照度传感器等。
（1）温湿度传感器
植物的生长对于温湿度要求极为严格，不当的温湿度下，植物会停止生长、甚至死亡，温湿度变送器是一种装有湿敏和热敏组件，能够用来测量温度和湿度的变送器装置。
（2）光照度传感器
光照度变送器采用对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为传感器。植物是通过光合作用和吸收水分来生长发育的，其实光合作用也要讲求一定的效率。通过调整光照度来增加光合作用的效率，促进植物的发育，开花和结果。这里就要用到光照度传感器，在植物不同的时期，如开花期、结果期，调整光照的强度，促进植物的开花结果，减少不良发育的产生。
（3）二氧化碳传感器
二氧化碳是绿色植物进行光合作用的原料之一，作物干重的95%来自光合作用。因此，使用二氧化碳传感器控制浓度也就成为影响作物产量的重要因素。塑料大棚栽培使作物长期处于相对密闭的场所中，棚内二氧化碳浓度一天内变化很大，因此，塑料大棚内二氧化碳亏缺相当严重，成为影响塑料大棚蔬菜产量的重要因素。在塑料大棚中安装二氧化碳传感器可以保证在二氧化碳浓度不足的情况下及时报警，从而使用气肥。保证蔬菜、食用菌、鲜花、中药等提早上市、高质高产。
（4）土壤湿度变送器
土壤湿度传感器在农场灌溉中变得越来越普遍，即使在旱作区域，土壤湿度传感器也有它的价值。传感器测量出的土壤水分,以便在种植期间更好地获悉种植条件。测量到的土壤湿度可以帮助你确定最佳的种植策略
3.2 门禁监测功能
门禁监测目的是记录大棚进出的次数是否过高，采用磁簧开关，感测大棚的门被打开，随即开启照明设备，连带启动摄影相机进行现场的拍照，并将快照的影像上传云端平台，由行动装置所接收到的网络链接开启远程大棚的图像。
组件包括有：磁簧开关、制动器、摄影相机、单芯片微控制器、影像储存、MQTT 云端服务平台、行动装置等。 磁簧开关：又称为干簧开关或干簧管。它是一种最简单的近接开关，或称接近开关(PROXIMITY SWITCH)。磁簧开关是由二片具有磁性感应的金属簧片封装在充有惰性气体的密封玻璃管内所构成磁性驱动开关。当该磁簧开关靠近强磁时，二片金属簧片（即常开的接点）就会闭合，从而接通电路；是自制简易开关、水位控制器与防盗开关等的最佳开关组件。 开门照明：如前文所述当大棚的门一打开，磁簧开关的状态将因远离强磁，而形成开路状态。以此测得大棚的门是被打门时，以启动继电器来打开照明光源。一来可为原本未开灯的黑暗大棚，提供光源照明。二来可做为相像的辅助光源，提高相机的拍照质量。 摄影相机：采用是 Raspberry Pi 基金会在 2016 年推出8百万像素的 CMOS 相机。感光组件是 SONY 的 IMX219，采用的背照式感测架构(Back-illuminated sensor architecture)能有更大的进光量，因此光电转换效率更高，也拥有低噪声的优点。很适合本实作中所须捕捉清晰的影像，以做为进出大棚的影像记录之用途。 影像储存：摄影相机所拍摄的现场影像，须先上传储存在私有的云端平台，并将储存路径以URL 的格式储存。 云端通报：以 MQTT 云端平台通报信息大棚进出的事件，提供给信息大棚的管理者掌握大棚进出情况，特别是了解大棚进出的次数是否出现过高的现象。最后，由行动装置所接收到的网络链接开启远程大棚的图像。
结语
随着Internet和移动设备的普及，物联网逐渐融入人们的生活中，后端应用层通过感知器实时收集信息，不仅可以实时持续监控，还可以依此建立大数据数据库来提供用户进行分析及应用。运用物联网技术可以实现对各种农业生产要素实施数字化设计、智能化控制、精准化运行和科学化管理，物联网技术的应用，为现代农业的发展提供了技术的支持。实现对各种农业要素的“全面感知、可靠传输和智能处理”，进而达到高产、高效、优质、生态、安全的目标。
参考文献
[1]张伟明，赵立君，刘玮. 物联网与云计算[M].电子工业出版社.2012:1-15
[2]杨正洪，周发武云计算和物联网[M.]清华大学出版社,2012:48-54
[3]张亚勤与云共舞——微软云计算的新进展中国计算机用户,2009(2):12-13