第1章绪论

1.1研究背景与意义

在当今社会，农业现代化进程不断加快，农业大棚作为一种重要的农业生产设施，在反季节蔬菜种植、花卉培育等诸多领域得到了广泛应用。传统的农业大棚生产大多依赖于农户的经验判断来进行环境调控，比如凭感觉判断光照是否充足、土壤湿度是否合适等，这种方式缺乏精准性和及时性，容易导致农作物生长环境出现偏差，进而影响其产量和品质。

而且，随着人们对农产品质量和产量要求的日益提高，以及现代农业精细化管理理念的深入人心，迫切需要一种更为智能、高效的环境监控手段。虽然目前市面上也存在一些农业大棚环境监控系统，但部分系统功能不够完善，有的只能监测单一或少数几个环境参数，无法全面掌握大棚内复杂多变的环境情况；还有的虽然能监测多项参数，可在自动调控方面存在短板，面对环境异常不能迅速做出有效的调节动作，使得农作物依旧可能面临不适宜生长的风险。

基于NB-IoT的农业大棚环境监控系统的设计与实现意义重大。它能够实时、精准地采集光照、环境温湿度、土壤湿度以及空气质量（二氧化碳）等关键环境数据，通过NB-IoT网络将数据快速稳定地传输到管理端，方便农户或管理人员随时掌握大棚内环境动态。同时，利用四个继电器连接对应的调控设备，实现对灯光、水泵、风扇、喷雾等的自动化控制，一旦环境参数超出适宜范围，就能立即做出响应进行调节，确保农作物始终处于良好的生长环境之中，提高农业生产的科学性、精准性，推动现代农业朝着智能化、高效化方向发展，为保障农产品稳定供应和提升农产品质量奠定坚实基础。

1.2国内外研究现状

在当今全球农业领域，基于物联网技术的农业大棚环境监控系统一直是研究热点，国内外都取得了诸多成果，但也各自存在一定的发展情况与特点。

从国外来看，许多发达国家较早地开启了相关研究与应用探索。例如，一些欧美国家凭借先进的信息技术基础，在传感器技术研发方面投入颇多，其研发的光照、温湿度等传感器精度较高、稳定性强，能够长时间准确采集农业大棚内的环境数据。同时，像荷兰等农业强国，依托强大的通信网络，利用物联网实现了大规模农业大棚环境的远程监控，农户可以通过移动端或电脑端轻松查看各环境参数，并进行相应调控。而且部分国外研究还注重系统的智能化决策，通过大数据分析和机器学习算法，让环境调控更加科学合理，依据农作物不同生长阶段的需求自动匹配最佳环境参数。不过，国外的一些系统由于追求高精准度和多功能化，往往成本较高，在一些发展中国家推广存在一定难度。

在国内，随着物联网技术的飞速发展，农业大棚环境监控系统也日益受到重视。不少科研团队和企业致力于研发适合我国国情的系统，在降低成本方面成效显著，采用国产化的传感器和通信模块，使整体造价更为亲民，利于在广大农村地区推广应用。并且，国内系统更强调实用性，针对我国多样的农作物种植需求，可灵活配置不同的环境监测参数和调控设备。但相较于国外，我国在部分传感器核心技术上仍有待提升，比如高精度的二氧化碳传感器等，在智能化决策算法的应用成熟度上也稍显不足，还需要进一步加强研发，以实现环境调控的高度智能化，更好地服务我国农业生产。

总体而言，国内外在基于物联网的农业大棚环境监控系统方面都有进展，国外技术相对成熟但成本偏高，国内更重实用和成本控制，未来都需要不断优化完善，以推动农业生产的高效智能发展。

1.3研究内容与方法

本研究主要围绕基于NB-IoT的农业大棚环境监控系统展开。首先，针对光照、环境温湿度、土壤湿度以及空气质量（二氧化碳）这些关键环境因素，深入研究如何选取合适且精准的传感器进行数据采集，确保获取可靠的数据信息。接着，聚焦NB-IoT网络，探索如何优化其数据传输机制，保障数据能稳定、高效地传输至管理平台。

在调控方面，着重研究如何通过四个继电器实现对灯光、水泵、风扇、喷雾设备的精准控制逻辑，使其能依据环境参数变化及时准确做出响应。

研究方式上，一方面通过查阅大量相关文献资料，梳理已有技术和经验；另一方面开展实地测试，在实际的农业大棚环境中验证系统各部分功能及整体性能，根据测试结果不断改进完善系统设计。