連棟農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

1、農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)設計方案 一、概述2 二、項目需求2 三、系統(tǒng)架構設計 3 四、大棚現(xiàn)場布點 4 五、平臺軟件5 一、概述 近年來，溫室大棚種植為提高人們的生活水平帶來極大的便利，得到了迅速 的推廣和應用。種植環(huán)境中的溫度、濕度、光照度、C02濃度等環(huán)境因子對作物 的生產(chǎn)有很大的影響。傳統(tǒng)的人工控制方式難以達到科學合理種植的要求，目前 國內(nèi)可以實現(xiàn)上述環(huán)境因子自動監(jiān)控的系統(tǒng)還不多見， 而引進國外具有多功能的 大型連棟溫室控制系統(tǒng)價格昂貴，不適合國情。 針對目前大棚發(fā)展的趨勢，提出了一種大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計。根據(jù)大 棚智能監(jiān)控的特殊性，需要傳輸大棚現(xiàn)場參數(shù)給管理者，并把管理者的命令下發(fā) 到

2、現(xiàn)場執(zhí)行設備，同時又要使上級部門可隨時通過互連網(wǎng)或者手機信息了解區(qū)域 大棚的實時狀況。基于GPRS的智能大棚監(jiān)控系統(tǒng)使這些成為可能。 農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)通過實時采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)空氣溫度、 濕度、光照、土 壤溫度、土壤水分等環(huán)境參數(shù)，根據(jù)農(nóng)作物生長需要進行實時智能決策， 并自動 開啟或者關閉指定的環(huán)境調(diào)節(jié)設備。通過該系統(tǒng)的部署實施，可以為農(nóng)業(yè)生態(tài)信 息自動監(jiān)測、對設施進行自動控制和智能化管理提供科學依據(jù)和有效手段。 開拓者的農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過可在大棚內(nèi)靈活部 署的各類無線傳感器和網(wǎng)絡傳輸設備，對農(nóng)作物溫室內(nèi)的溫度，濕度、光照、土 壤溫度、土壤含水量、C02濃度等與農(nóng)作物生長

3、密切相關環(huán)境參數(shù)進行實時采集， 在數(shù)據(jù)服務器上對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲和智能分析與決策，并自動開啟或者關 閉指定設備（如遠程控制澆灌、開關卷簾等）。 二、項目需求 在每個智能農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部署無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、 無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線C02專感器等，分別用來監(jiān)測 大棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫度、土壤水分、光照度、C02濃度等環(huán)境參數(shù)。為了 方便部署和調(diào)整位置，所有傳感器均應采用電池供電、 無線數(shù)據(jù)傳輸。大棚內(nèi)僅 需在少量固定位置提供交流220V市電（如：風機、水泵、加熱器、電動卷簾）。 每個農(nóng)業(yè)大棚園區(qū)部署1套采集傳輸設備（包含路由節(jié)點、長距離無線網(wǎng)關 節(jié)點

4、、Wi-Fi無線網(wǎng)關等），用來覆蓋整個園區(qū)的所有農(nóng)業(yè)大棚，傳輸園區(qū)內(nèi)各 農(nóng)業(yè)大棚的傳感器數(shù)據(jù)、設備控制指令數(shù)據(jù)等到In ternet上與平臺服務器交互。 在每個需要智能控制功能的大棚內(nèi)安裝智能控制設備（包含一體化控制器、 擴展控制配電箱、電磁閥、電源轉(zhuǎn)換適配設備等），用來接受控制指令、響應控 制執(zhí)行設備。實現(xiàn)對大棚內(nèi)的電動卷簾、智能噴水、智能通風等行為的實現(xiàn)。 三、系統(tǒng)架構設計 （1）總體架構 系統(tǒng)的總體架構分為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、 網(wǎng)絡傳輸、智能數(shù)據(jù)處理平臺和遠程控 制四部分。 （2）系統(tǒng)有兩種典型配置結(jié)構 兩層網(wǎng)絡，系統(tǒng)由兩類點構成： 無線傳感器節(jié)點，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器

5、、無線 土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線 C02傳感器等； 無線網(wǎng)關節(jié)點，包括 Wi-Fi無線網(wǎng)關或GPR就線網(wǎng)關。 該結(jié)構適用于園區(qū)已經(jīng)有 Wi-Fi局域網(wǎng)覆蓋，或是可以采用 GPRS直接上傳 數(shù)據(jù)的場景。在此結(jié)構中，只需要在合適的區(qū)域部署無線網(wǎng)關，即可實現(xiàn)傳感器 數(shù)據(jù)的采集和上傳。 三層網(wǎng)絡，系統(tǒng)由三類點構成： 無線傳感器節(jié)點，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線 土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線 C02專感器等； 無線網(wǎng)關節(jié)點； 數(shù)據(jù)路由器。 該結(jié)構適用于園區(qū)沒有Wi-Fi局域網(wǎng)覆蓋，也不準備采用 GPRS直接上傳數(shù) 據(jù)的場景。在此結(jié)構中，需要部署數(shù)據(jù)路由節(jié)

6、點和無線網(wǎng)關，無線網(wǎng)關與數(shù)據(jù)路 由節(jié)點之間以長距離無線通信方式進行數(shù)據(jù)的交換， 在區(qū)域較大，節(jié)點間通信距 離不足時，無線網(wǎng)關還可以相互之間進行自動數(shù)據(jù)中繼， 擴大監(jiān)控網(wǎng)絡的覆蓋范 圍。 （3）傳感信息采集 在監(jiān)控網(wǎng)絡中，無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含 水量傳感器、無線光照度傳感器、無線 C02專感器等傳感器均支持低功耗運行， 可使用廉價的干電池供電長期工作。同時，所有的無線傳感器節(jié)點均運行低功耗 多跳自組網(wǎng)協(xié)議，可為其它節(jié)點提供數(shù)據(jù)的自動中繼轉(zhuǎn)發(fā)， 以擴大監(jiān)測網(wǎng)絡的覆 蓋范圍，增加部署靈活性。 低功耗多跳自組網(wǎng)協(xié)議是在IEEE802.15.4協(xié)議的基礎上建立的，無線通信

7、的頻率選擇可以是2.4GHz或780MHz 傳感器數(shù)據(jù)通過協(xié)議傳送到無線網(wǎng)關節(jié)點上，無線網(wǎng)關節(jié)點再經(jīng)過數(shù)據(jù)路由 節(jié)點或直接將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)平臺的服務器上。用戶可以通過有線網(wǎng)絡/ 無線網(wǎng)絡訪問數(shù)據(jù)平臺，實時監(jiān)測大棚現(xiàn)場的傳感器參數(shù)，控制大棚現(xiàn)場的相關 設備。 四、大棚現(xiàn)場布點 大棚現(xiàn)場主要負責大棚內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的采集和控制設備的執(zhí)行，采集的數(shù)據(jù) 主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的光照、空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤水分、CO2 濃度等參數(shù)。 傳感器的數(shù)據(jù)上傳采用低功耗無線傳輸模式，傳感器數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送模 塊，采用協(xié)議將數(shù)據(jù)無線傳送到無線網(wǎng)關節(jié)點上，用戶終端和一體化控制器間傳 送的控制指令也通過無線

8、發(fā)送模塊傳送到中心節(jié)點上，省卻了通訊線纜的部署工 作。中心節(jié)點再經(jīng)過邊緣網(wǎng)關將傳感器數(shù)據(jù)、控制指令封裝并發(fā)送到位于 in ternet上的系統(tǒng)業(yè)務平臺。用戶可以通過有線網(wǎng)絡/無線網(wǎng)絡訪問系統(tǒng)業(yè)務平 臺，實時監(jiān)測大棚現(xiàn)場的傳感器參數(shù)， 控制大棚現(xiàn)場的相關設備。低功耗無線傳 輸模式使得大棚現(xiàn)場內(nèi)各傳感器部署靈活、擴展方便。 控制系統(tǒng)主要由一體化控制器、執(zhí)行設備和相關線路組成，通過一體化控制 器可以自由控制各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行設備， 包括噴水系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，噴水 系統(tǒng)可支持噴淋、滴灌等多種設備，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)可支持卷簾、風機等設備。 采集傳輸部分主要將設備采集到的數(shù)值傳送到服務器上， 現(xiàn)有大棚設備支

9、持 Wi-Fi、GPRS長距離無線傳輸?shù)榷喾N數(shù)據(jù)傳輸方式，在傳輸協(xié)議上支持IPv4 聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。 業(yè)務平臺負責對用戶提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括環(huán)境數(shù)據(jù) 監(jiān)測、數(shù)據(jù)空間/時間分布、歷史數(shù)據(jù)、超閾值告警和遠程控制五個方面。用戶 還可以根據(jù)需要添加視頻設備實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控功能。數(shù)據(jù)空間 /時間分布將系 統(tǒng)采集到的數(shù)值通過直觀的形式向用戶展示時間分布狀況 （折線圖）和空間分布 狀況（場圖）、歷史數(shù)據(jù)可以向用戶提供歷史一段時間的數(shù)值展示；超閾值告警 則允許用戶制定自定義的數(shù)據(jù)范圍，并將超出范圍的情況反映給用戶。 五、平臺軟件 系統(tǒng)平臺軟件共由以下4個部分組成： （1）數(shù)據(jù)收集、存儲服務軟件

10、完成傳感器數(shù)據(jù)的獲取、解析、分類，最后按預設的格式存入數(shù)據(jù)庫。 （2）展示、決策軟件 圖形化界面，從數(shù)據(jù)庫中讀取相應數(shù)據(jù)，以表格和曲線的方式將傳感器數(shù)據(jù) 顯示出來，支持多種查詢顯示方式?？勺远x決策系統(tǒng)控制對象及決策算法， 與 對象控制軟件互聯(lián)實現(xiàn)自動化控制。 （3）遠程控制軟件 完成現(xiàn)場控制對象的操作，圖形化操作界面，支持重定義遠端開關名稱等信 息，可與決策軟件進行對接，實現(xiàn)自動化控制。 設計單位：廣州萊安智能化系統(tǒng)開發(fā)有限公司 網(wǎng)站：http: / w陋 lairu com, cn 用戶服務中心：Tel: 020-855746188557462885574638 聯(lián)系人：周先生：13922

11、289957 1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設備可以完成整個園區(qū)或 完成對異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能。 2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個園區(qū)或遠程控制異地園區(qū) 進行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風機，自動補光及遮陽，自動卷簾，自動開 窗關窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動控制。 3、視頻監(jiān)控模塊：即實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實時得到植物生 長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時看到作物的實時生長狀況。 4、預警模塊：即遠程植保預警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報警、短信報警、語音報警 等方式進行預警。 5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系

12、統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品從種植準備階段、種植 和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲害狀 況等實施實時信息自動記錄，有據(jù)可查，在儲藏、運輸、銷售階段采用二維碼或 者RFID射頻技術對各個階段數(shù)據(jù)記錄，這樣就能實現(xiàn)消費者拿到農(nóng)產(chǎn)品時通過 終端設備或網(wǎng)絡就能查看到各類信息，才能放心食用。 6作業(yè)模塊：即中央控制室?？赏ㄟ^總控室對整個區(qū)域情況進行監(jiān)測，包括各 個區(qū)域采集點參數(shù)、控制作業(yè)狀態(tài)、實時視頻圖像、施肥噴藥狀況、報警信息等。 光照度傳感器工作原理 1光照度傳感器 光照度傳感器采用對弱光也有較高靈敏度的硅蘭光伏探測器作為 傳感器；具有測量范圍寬、線形度好、防水性能好、使用方便、便于

13、 安裝、傳輸距離遠等特點，適用于各種場所。尤其適用于農(nóng)業(yè)大棚、 城市照明等場所。 光照度傳感器技術參數(shù) 測量范圍：200200000Lux 光譜范圍：400 700 (nm可見光 電源電壓：24VDC (12VD(30VDC 輸出信號：420mA或 05 測量誤差：小于士 7% 工作環(huán)境溫濕度:040C、070%RH 儲存環(huán)境溫濕度:-10+50C, 080%RH 大氣壓力:80IIOKPa 2、光照度傳感器工作原理 該表為熱電效應原理，感應元件采用繞線電鍍式多接點熱電堆， 其表面涂有高吸收率的黑色涂層。熱接點在感應面上，而冷結(jié)點則位 于機體內(nèi)，冷熱接點產(chǎn)生溫差電勢。在線性范圍內(nèi)，輸出信號與太陽 輻照度成正比。為減小溫度的影響則配有溫度補償線路，為了防止環(huán) 境對其性能的影響，則用兩層石英玻璃罩，罩是經(jīng)過精密的光學冷加 工磨制而成的。 3、光照度傳感器安裝與使用 該表應安裝在四周空曠，感應面以上沒有任何障礙物的地方。 然 后將輻射表電纜插頭正對北方，調(diào)整好水平位置，將其牢牢固定，再 將總輻射表輸出電纜與記錄器相連接，即可觀測。最好將電纜牢固地 固定在安裝架上，以減少斷裂或在有風天發(fā)生間歇中斷現(xiàn)象。 光照度傳感器注意事項 1. 玻璃罩應保持清潔，要經(jīng)常用軟布或毛皮擦試。 2. 玻璃罩不可拆卸或松