農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

項(xiàng)目背景

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是將采集數(shù)據(jù)經(jīng)行分析后進(jìn)行的全自動(dòng)監(jiān)控灌溉、施肥、噴藥、降溫和補(bǔ)光等一系列操作，它由中央控制柜與多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集器構(gòu)成兩級(jí)分布式計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，具有分散采集，集中操作管理的特點(diǎn)，系統(tǒng)配置可以根據(jù)要求靈活增加或減少。通過傳感器實(shí)時(shí)采集溫度、濕度、光照等環(huán)境參數(shù)，并傳到各個(gè)節(jié)點(diǎn)，數(shù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)的通訊，在計(jì)算機(jī)軟件界面上可顯示所采集到環(huán)境參數(shù)的值，可進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定、存貯、報(bào)警。具體如下：

物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。從農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)不同的階段來看，無論是從種植的培育階段和收獲階段，都可以用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)來提高它工作的效率和精細(xì)管理。例如：

（1）在種植準(zhǔn)備的階段，我們可以通過在溫室里布置很多的傳感器，實(shí)時(shí)采集當(dāng)前狀態(tài)下土壤信息，來選擇合適的農(nóng)作物并提供科學(xué)的種植信息及其數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)。

（2）在種植和培育階段，可以用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)手段進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度、濕度、CO2等的信息采集，且可以根據(jù)信息采集情況進(jìn)行自動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)控制，以達(dá)到的管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的目標(biāo)，從而應(yīng)對(duì)環(huán)境的變化，保證植物育苗在佳環(huán)境中生長。例如：通過遠(yuǎn)程溫度采集，可了解實(shí)時(shí)溫度情況然后手動(dòng)或自動(dòng)的在辦公室對(duì)其進(jìn)行溫度調(diào)整，而不需要人工去實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)操作，從而節(jié)省了大量的人力。

（3）在農(nóng)作物生長階段，可以利用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作物生長的環(huán)境信息、養(yǎng)分信息和作物病蟲害情況。利用相關(guān)傳感器準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地獲取土壤水分、環(huán)境溫濕度、光照等情況，通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和物定作物的專家經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，配合控制系統(tǒng)調(diào)理作物生長環(huán)境，改善作物營養(yǎng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)作物的病蟲害爆發(fā)時(shí)期，維持作物佳生長條件，對(duì)作物的生長管理及其為農(nóng)業(yè)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)信息等方面有著非常重要的作用。

（4）在農(nóng)產(chǎn)品的收獲階段，我們也同樣可以利用物聯(lián)網(wǎng)的信息，把它傳輸階段、使用階段的各種性能進(jìn)行采集，反饋到前端，從而在種植收獲階段進(jìn)行更的測(cè)算。

總而言之，物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)智能測(cè)控系統(tǒng)能大大的提高生產(chǎn)管理效率，節(jié)省人工（例如：對(duì)于大型農(nóng)場(chǎng)來說，幾千畝的土地如果用人力來進(jìn)行澆水施肥，手工加溫，手工卷簾等工作，其工作量相當(dāng)龐大且難以管理，如果應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，手動(dòng)控制也只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)的微小的動(dòng)作，前后不過幾秒，*替代了人工操作的繁瑣），而且能非常便捷的為農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域研究等方面提供強(qiáng)大的科學(xué)數(shù)據(jù)理論支持，其作用在當(dāng)今的高度自動(dòng)化、智能化的社會(huì)中是不言而諭的。

二、物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)智能測(cè)控系統(tǒng)所技術(shù)特點(diǎn)：

（1）監(jiān)控功能系統(tǒng)：根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)獲取的植物實(shí)時(shí)的生長環(huán)境信息，如通過各個(gè)類型的傳感器可監(jiān)測(cè)土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、植物養(yǎng)分含量等參數(shù)。其它參數(shù)也可以選配，如土壤中的PH值、電導(dǎo)率等等。信息收集、負(fù)責(zé)接收無線傳感匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、顯示和數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)所有基地測(cè)試點(diǎn)信息的獲取、管理、動(dòng)態(tài)顯示和分析處理以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶，并根據(jù)以上各類信息的反饋對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)進(jìn)行自動(dòng)灌溉、自動(dòng)降溫、自動(dòng)卷模、自動(dòng)進(jìn)行液體肥料施肥、自動(dòng)噴藥等自動(dòng)控制。

（2）監(jiān)測(cè)功能系統(tǒng)：在農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)信息檢測(cè)與控制，通過配備無線傳感節(jié)點(diǎn)，太陽能供電系統(tǒng)、信息采集和信息路由設(shè)備、配備無線傳感傳輸具系統(tǒng)，每個(gè)基點(diǎn)配置無線傳感節(jié)點(diǎn)，每個(gè)無線傳感節(jié)點(diǎn)可監(jiān)測(cè)土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、植物養(yǎng)分含量等參數(shù)。其它參數(shù)也可以選配，如土壤中的PH值、電導(dǎo)率等等。信息收集、負(fù)責(zé)接收無線傳感匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、顯示和數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)所有基地測(cè)試點(diǎn)信息的獲取、管理、動(dòng)態(tài)顯示和分析處理以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶，并根據(jù)種植作物的需求提供各種聲光報(bào)警信息和短信報(bào)警信息。

（3）實(shí)時(shí)圖像與視頻監(jiān)控功能：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基本概念是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)上作物與環(huán)境、土壤及肥力間的物物相聯(lián)的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，通過多方位信息與多層次處理實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的佳生長環(huán)境調(diào)理及施肥管理。但是作為管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人員而言，僅僅數(shù)值化的物物相聯(lián)并不能*營造作物佳生長條件。視頻與圖像監(jiān)控為物與物之間的關(guān)聯(lián)提供了更直觀的表達(dá)方式。比如：哪塊地缺水了，在物聯(lián)網(wǎng)單層數(shù)據(jù)上看僅僅能看到水分?jǐn)?shù)據(jù)偏低。應(yīng)該灌溉到什么程度也不能死搬硬套地僅僅根據(jù)這一個(gè)數(shù)據(jù)來作決策。因?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的不均勻性決定了農(nóng)業(yè)信息獲取上的先天性弊端，而很難從單純的技術(shù)手段上進(jìn)行突破。視頻監(jiān)控的引用，直觀地反映了農(nóng)作物生產(chǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，引入視頻圖像與圖像處理，既可直觀反映一些作物的生長長勢(shì)，也可以側(cè)面反映出作物生長的整體狀態(tài)及營養(yǎng)水平?？梢詮恼w上給農(nóng)戶提供更加科學(xué)的種植決策理論依據(jù)。

三、主要監(jiān)測(cè)參數(shù)（可按自身的要求任意選擇）：

測(cè)定指標(biāo)：溫度；濕度；光照強(qiáng)度；光合有效輻射；CO2；土壤溫度；土壤水分；土壤PH值；電導(dǎo)（鹽份）；氣壓；風(fēng)向；風(fēng)速；雨量等等。

四、項(xiàng)目的需求分析：

（一）、信息采集子系統(tǒng)

1、數(shù)據(jù)采集點(diǎn) 無線發(fā)射模塊、太陽能電池板、支架、蓄電池

2、數(shù)據(jù)采集傳感器 溫度傳感器、濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、光合有效輻射傳感器、CO2傳感器、土壤溫濕度傳感器、風(fēng)向、速、雨量傳感器等

3、數(shù)據(jù)分析及顯示部分 電腦、軟件、無線接收模塊、報(bào)警系統(tǒng)

備注：數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)數(shù)可根據(jù)客戶需求或?qū)嶋H分析確定數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)數(shù)（建議以大棚或每塊田地為單位根據(jù)實(shí)際大小確定每個(gè)大棚或田地的節(jié)點(diǎn)數(shù)量），其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)附帶一個(gè)該類型的數(shù)據(jù)采集傳感器，如有傳感器及其電腦主機(jī)、顯示器的尺寸、特殊精度、數(shù)量和品牌等要求請(qǐng)?jiān)谡f明一欄中說明。若無特殊說明將按系統(tǒng)的實(shí)際情況及其用戶要求作出佳配置選擇。

（二）、無線控制部分


備注：其中控制柜具體數(shù)量根據(jù)控制點(diǎn)的數(shù)量而定；變頻器可一拖三（即一個(gè)變頻器可公用與三個(gè)水泵等設(shè)備），如需特殊要求請(qǐng)?jiān)谡f明一欄中說明。若無特殊說明將按系統(tǒng)的實(shí)際情況及其用戶要求作出佳配置選擇。

（三）、實(shí)時(shí)圖像與監(jiān)控部分



備注：如需特殊要求請(qǐng)?jiān)谡f明一欄中說明。若無特殊說明將按系統(tǒng)的實(shí)際情況及其用戶要求作出佳配置選擇。

（四）、系統(tǒng)整體功能部分

1、氣象站及聯(lián)動(dòng)棚內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)能統(tǒng)計(jì)分析，并實(shí)時(shí)在控制室電腦顯示、分析；

2、監(jiān)控圖像、數(shù)據(jù)分析等圖像同時(shí)在多臺(tái)液晶屏上顯示；

3、數(shù)據(jù)及監(jiān)控圖像通過GPRS傳到網(wǎng)絡(luò)，用戶可在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方查看，并可根據(jù)其用戶權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)的操作；

4、可遠(yuǎn)程控制田間電磁閥，并設(shè)定不同的灌溉施肥方案；遠(yuǎn)程控制監(jiān)控?cái)z像頭。以上遠(yuǎn)程控制及訪問需要設(shè)定不同的權(quán)限，遠(yuǎn)程訪問都需要有記錄保存；

5、收集的數(shù)據(jù)能設(shè)定警戒值，如果超出警戒值可發(fā)送警報(bào)到控制室或者手機(jī)上，以免發(fā)生意外情況；

6、根據(jù)用戶需求，若需要和原有的電磁閥、施肥機(jī)等設(shè)備進(jìn)行銜接，在用戶提供原有設(shè)備接口和通信協(xié)議的情況下可進(jìn)行有效銜接，但是建議盡量不適用原有設(shè)備，以免對(duì)以后系統(tǒng)的實(shí)施、維護(hù)和升級(jí)等過程造成困難；

7、能提供充足的升級(jí)空間，可滿足后續(xù)創(chuàng)新園建設(shè)中的監(jiān)控、數(shù)據(jù)收集、田間灌溉的提升需求并預(yù)留接口，可對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的升級(jí)；

8、大棚可完成自動(dòng)灌溉、自動(dòng)噴藥、自動(dòng)施肥（液態(tài)肥）等功能，且不需人工干預(yù)，只需在辦公室進(jìn)行鼠標(biāo)操作便可輕松完成上述復(fù)雜動(dòng)作，而且系統(tǒng)可設(shè)定自動(dòng)模式，例如：根據(jù)當(dāng)前自動(dòng)采集的水分來判定是否需要灌溉等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化。

五、1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案：

A、在辦公室及鋼構(gòu)房控制室內(nèi)各安裝一臺(tái)液晶顯示器，實(shí)時(shí)顯示收集的數(shù)據(jù)及監(jiān)控畫面，且兩臺(tái)顯示器需同步顯示。



B、供電方式：采用兩種供電模式，即市電與太陽能雙電源供電系統(tǒng)，保證設(shè)備在任何氣候環(huán)境下都能持續(xù)工作。

C、傳輸方式：模式1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）

　模式2 移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）

　模式3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)+移動(dòng)通信系統(tǒng)+互聯(lián)網(wǎng)（WSN+GSM+Internet）

　模式4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)+噴滴灌或只能作業(yè)等控制終端（WSN+作業(yè)終端）

　模式5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)+WebGIS（WSN+WebGIS）

D、通訊接口：無線自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，串口通信接口等。

E、數(shù)據(jù)采集傳輸部分軟件的功能：可在線實(shí)時(shí)連續(xù)的采集和記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的各項(xiàng)參數(shù)情況，可成表格顯示，曲線顯示，柱狀圖顯示，有報(bào)
警功能，數(shù)據(jù)可隨時(shí)調(diào)出查看?？蓴U(kuò)充多達(dá)65536個(gè)點(diǎn)?？稍O(shè)定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的報(bào)警限值，當(dāng)出現(xiàn)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)異常時(shí)可自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并發(fā)送警報(bào)到控制室或者手機(jī)上。

2、系統(tǒng)控制部分實(shí)施方案：

在控制工程方面，項(xiàng)目采用工業(yè)控制技術(shù)，嚴(yán)格遵循工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)。采用現(xiàn)在已穩(wěn)定應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的PLC作為控制核心，采用變頻水泵及其電磁閥等控制對(duì)灌溉、施肥實(shí)施恒壓、節(jié)能、長時(shí)間無人值守的自動(dòng)控制?？刂乒衽c控制室之間通過無線連接。控制室與控制柜之間的大距離在5KM。建議控制柜安放與室內(nèi)，好一起放在控制室內(nèi)，以便直接根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)控制。

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

A、PLC主控制部分

B、供水，供肥，噴藥系統(tǒng)：采用上*變頻控制系統(tǒng)（變頻的優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)恒壓輸出，能對(duì)電機(jī)的過載、發(fā)熱、爆管等情況進(jìn)行自動(dòng)控制，安全可靠并可延長整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命），根據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)地或客戶要求定做。

C、連接系統(tǒng)：需無線大功率遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，中間繼電系統(tǒng)數(shù)臺(tái)，高壓、防雷系統(tǒng)、過流、過熱、超壓、欠壓保護(hù)保護(hù)系統(tǒng)，供水，供肥，噴藥系統(tǒng)（具體要看客戶要求）。

D、其他：在主管道上安裝反饋壓力變送器，以達(dá)到及時(shí)自動(dòng)控制管道內(nèi)水壓。

（2）可達(dá)到的功能：

通過采集信息部分發(fā)來的指令可完成自動(dòng)灌溉、自動(dòng)施肥、自動(dòng)噴藥、能遠(yuǎn)程控制田間電磁閥，并根據(jù)設(shè)定不同的灌溉施肥方案進(jìn)行灌溉施肥
（通過電腦手動(dòng)開啟或關(guān)閉閥門的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)沒有不同作物的施肥專家?guī)欤?。遠(yuǎn)程控制監(jiān)控?cái)z像頭，可通過GPRS遠(yuǎn)程查看當(dāng)?shù)厍闆r，但其流暢程度據(jù)當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)速情況而定。以上遠(yuǎn)程控制及訪問需要設(shè)定不同的權(quán)限并要通過輸入密碼來實(shí)現(xiàn)，所有的遠(yuǎn)程訪問都有記錄保存。

系統(tǒng)上位機(jī)數(shù)據(jù)采集及其控制顯示界面


系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)部分                                           系統(tǒng)控制部分

七、系統(tǒng)總示意圖：

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