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

項目背景

物聯(lián)網(wǎng)應用是將采集數(shù)據(jù)經(jīng)行分析后進行的全自動監(jiān)控灌溉、施肥、噴藥、降溫和補光等一系列操作，它由中央控制柜與多節(jié)點數(shù)據(jù)采集器構成兩級分布式計算機控制網(wǎng)絡，具有分散采集，集中操作管理的特點，系統(tǒng)配置可以根據(jù)要求靈活增加或減少。通過傳感器實時采集溫度、濕度、光照等環(huán)境參數(shù)，并傳到各個節(jié)點，數(shù)各個節(jié)點實現(xiàn)和上位機的通訊，在計算機軟件界面上可顯示所采集到環(huán)境參數(shù)的值，可進行數(shù)據(jù)設定、存貯、報警。具體如下：

物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領域中有著廣泛的應用。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)的技術來提高它工作的效率和精細管理。例如：

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

（2）在種植和培育階段，可以用物聯(lián)網(wǎng)的技術手段進行實時的溫度、濕度、CO2等的信息采集，且可以根據(jù)信息采集情況進行自動的現(xiàn)場控制，以達到的管理和實時監(jiān)控的目標，從而應對環(huán)境的變化，保證植物育苗在佳環(huán)境中生長。例如：通過遠程溫度采集，可了解實時溫度情況然后手動或自動的在辦公室對其進行溫度調(diào)整，而不需要人工去實施現(xiàn)場操作，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)實時監(jiān)測作物生長的環(huán)境信息、養(yǎng)分信息和作物病蟲害情況。利用相關傳感器準確、實時地獲取土壤水分、環(huán)境溫濕度、光照等情況，通過實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測和物定作物的專家經(jīng)驗相結(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)，及時發(fā)現(xiàn)作物的病蟲害爆發(fā)時期，維持作物佳生長條件，對作物的生長管理及其為農(nóng)業(yè)提供科學的數(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行采集，反饋到前端，從而在種植收獲階段進行更的測算。

總而言之，物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)智能測控系統(tǒng)能大大的提高生產(chǎn)管理效率，節(jié)省人工（例如：對于大型農(nóng)場來說，幾千畝的土地如果用人力來進行澆水施肥，手工加溫，手工卷簾等工作，其工作量相當龐大且難以管理，如果應用了物聯(lián)網(wǎng)技術，手動控制也只需點擊鼠標的微小的動作，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)各個領域研究等方面提供強大的科學數(shù)據(jù)理論支持，其作用在當今的高度自動化、智能化的社會中是不言而諭的。

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

（1）監(jiān)控功能系統(tǒng)：根據(jù)無線網(wǎng)絡獲取的植物實時的生長環(huán)境信息，如通過各個類型的傳感器可監(jiān)測土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、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、電導率等等。信息收集、負責接收無線傳感匯聚節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)、存儲、顯示和數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)所有基地測試點信息的獲取、管理、動態(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農(nóng)業(yè)園區(qū)進行自動灌溉、自動降溫、自動卷模、自動進行液體肥料施肥、自動噴藥等自動控制。

（2）監(jiān)測功能系統(tǒng)：在農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)實現(xiàn)自動信息檢測與控制，通過配備無線傳感節(jié)點，太陽能供電系統(tǒng)、信息采集和信息路由設備、配備無線傳感傳輸具系統(tǒng)，每個基點配置無線傳感節(jié)點，每個無線傳感節(jié)點可監(jiān)測土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、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、電導率等等。信息收集、負責接收無線傳感匯聚節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)、存儲、顯示和數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)所有基地測試點信息的獲取、管理、動態(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警信息和短信報警信息。

（3）實時圖像與視頻監(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)的關系網(wǎng)絡，通過多方位信息與多層次處理實現(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聯(lián)提供了更直觀的表達方式。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數(shù)據(jù)偏低。應該灌溉到什么程度也不能死搬硬套地僅僅根據(jù)這一個數(shù)據(jù)來作決策。因為農(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手段上進行突破。視頻監(jiān)控的引用，直觀地反映了農(nóng)作物生產(chǎn)的實時狀態(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，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)戶提供更加科學的種植決策理論依據(jù)。

三、主要監(jiān)測參數(shù)（可按自身的要求任意選擇）：

測定指標：溫度；濕度；光照強度；光合有效輻射；CO2；土壤溫度；土壤水分；土壤PH值；電導（鹽份）；氣壓；風向；風速；雨量等等。

四、項目的需求分析：

（一）、信息采集子系統(tǒng)

1、數(shù)據(jù)采集點 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、報警系統(tǒng)

備注：數(shù)據(jù)采集節(jié)點數(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)點數(shù)（建議以大棚或每塊田地為單位根據(jù)實際大小確定每個大棚或田地的節(jié)點數(shù)量），其中每個節(jié)點附帶一個該類型的數(shù)據(jù)采集傳感器，如有傳感器及其電腦主機、顯示器的尺寸、特殊精度、數(shù)量和品牌等要求請在說明一欄中說明。若無特殊說明將按系統(tǒng)的實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)控制點的數(shù)量而定；變頻器可一拖三（即一個變頻器可公用與三個水泵等設備），如需特殊要求請在說明一欄中說明。若無特殊說明將按系統(tǒng)的實際情況及其用戶要求作出佳配置選擇。

（三）、實時圖像與監(jiān)控部分



備注：如需特殊要求請在說明一欄中說明。若無特殊說明將按系統(tǒng)的實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)動棚內(nèi)各項數(shù)據(jù)能統(tǒng)計分析，并實時在控制室電腦顯示、分析；

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

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

4、可遠程控制田間電磁閥，并設定不同的灌溉施肥方案；遠程控制監(jiān)控攝像頭。以上遠程控制及訪問需要設定不同的權限，遠程訪問都需要有記錄保存；

5、收集的數(shù)據(jù)能設定警戒值，如果超出警戒值可發(fā)送警報到控制室或者手機上，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、施肥機等設備進行銜接，在用戶提供原有設備接口和通信協(xié)議的情況下可進行有效銜接，但是建議盡量不適用原有設備，以免對以后系統(tǒng)的實施、維護和升級等過程造成困難；

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

8、大棚可完成自動灌溉、自動噴藥、自動施肥（液態(tài)肥）等功能，且不需人工干預，只需在辦公室進行鼠標操作便可輕松完成上述復雜動作，而且系統(tǒng)可設定自動模式，例如：根據(jù)當前自動采集的水分來判定是否需要灌溉等動作，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化。

五、1、系統(tǒng)設計方案：

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



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（WSN）

　模式2 移動通信系統(tǒng)（GSM）

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

　模式4 無線傳感器網(wǎng)絡+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+WebGIS（WSN+WebGIS）

D、通訊接口：無線自組織網(wǎng)絡傳輸協(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：可在線實時連續(xù)的采集和記錄監(jiān)測點位的各項參數(shù)情況，可成表格顯示，曲線顯示，柱狀圖顯示，有報
警功能，數(shù)據(jù)可隨時調(diào)出查看?？蓴U充多達65536個點?？稍O定各監(jiān)測點位的報警限值，當出現(xiàn)被監(jiān)測點位數(shù)據(jù)異常時可自動發(fā)出聲光報警信號，并發(fā)送警報到控制室或者手機上。

2、系統(tǒng)控制部分實施方案：

在控制工程方面，項目采用工業(yè)控制技術，嚴格遵循工業(yè)控制標準。采用現(xiàn)在已穩(wěn)定應用于工業(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灌溉、施肥實施恒壓、節(jié)能、長時間無人值守的自動控制?？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)當前數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)控制。

（1）系統(tǒng)設計：

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：自動恒壓輸出，能對電機的過載、發(fā)熱、爆管等情況進行自動控制，安全可靠并可延長整個系統(tǒng)的使用壽命），根據(jù)現(xiàn)有場地或客戶要求定做。

C、連接系統(tǒng)：需無線大功率遠程通信系統(tǒng)，中間繼電系統(tǒng)數(shù)臺，高壓、防雷系統(tǒng)、過流、過熱、超壓、欠壓保護保護系統(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，以達到及時自動控制管道內(nèi)水壓。

（2）可達到的功能：

通過采集信息部分發(fā)來的指令可完成自動灌溉、自動施肥、自動噴藥、能遠程控制田間電磁閥，并根據(jù)設定不同的灌溉施肥方案進行灌溉施肥
（通過電腦手動開啟或關閉閥門的開關來實現(xiàn)，因為本系統(tǒng)沒有不同作物的施肥專家?guī)欤?。遠程控制監(jiān)控攝像頭，可通過GPRS遠程查看當?shù)厍闆r，但其流暢程度據(jù)當?shù)鼐W(wǎng)速情況而定。以上遠程控制及訪問需要設定不同的權限并要通過輸入密碼來實現(xiàn)，所有的遠程訪問都有記錄保存。

系統(tǒng)上位機數(shù)據(jù)采集及其控制顯示界面


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

七、系統(tǒng)總示意圖：

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