農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)方案

1、農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計單位：廣州萊安智能化系統(tǒng)開發(fā)有限公司網(wǎng)站2 11宣區(qū)，ww. laih/din. cn用戶服務(wù)中心；Tel: 020-855746188557462885574638聯(lián)系人：周先生；139222899572014.9一簡介 3二農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控概述 3三背景與需求 4四系統(tǒng)的組成 41)總體架構(gòu) 4(2)系統(tǒng)有兩種典型配置結(jié)構(gòu) 4(3)傳感信息采集 5五大棚監(jiān)測點現(xiàn)場分布 6六系統(tǒng)的軟件 7七常用的傳感器 81、空氣溫濕度傳感器 82、土壤溫度傳感器 83、土壤水分傳感器 84、CO2含量傳感器 95、NH3含量傳感器 96、光照度傳感器 9一簡介近年來，溫室大棚種

2、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(yīng)用。種植環(huán)境中的溫度、濕度、光照度、 CO 2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(dá)到科學(xué)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(jìn)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(shè)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) 到現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)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。二農(nóng)業(yè)大棚

3、環(huán)境監(jiān)控概述農(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(jìn)行實時智能決策， 并自動 開啟或者關(guān)閉指定的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)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(shè)施進(jìn)行自動控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)和有效手段。開拓者kitozer系列的農(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(luò)傳輸設(shè)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、CO2濃度等與農(nóng)作物生長密切相關(guān)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實時采集，在數(shù)據(jù)服務(wù)器上對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和智能分析與決策，并自動開啟或者關(guān)閉指定

4、設(shè)備（如遠(yuǎn)程控制澆灌、開關(guān)卷簾等）。三背景與需求在每個智能農(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 CO2傳感器等，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、CO2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(yīng)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(fēng)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(shè)備（包含路由節(jié)點、長距離無線網(wǎng)關(guān) 節(jié)點、Wi-Fi無線網(wǎng)關(guān)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(shè)備控制指令數(shù)據(jù)等到I

5、nternet上與平臺服務(wù)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(shè)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(shè)備等），用來接受控制指令、響應(yīng)控 制執(zhí)行設(shè)備。實現(xiàn)對大棚內(nèi)的電動卷簾、智能噴水、智能通風(fēng)等行為的實現(xiàn)。四系統(tǒng)的組成1）總體架構(gòu)系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、 網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能數(shù)據(jù)處理平臺和遠(yuǎn)程控 制四部分。（2）系統(tǒng)有兩種典型配置結(jié)構(gòu)兩層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)由兩類點構(gòu)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 CO2傳感器等；無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點，包括 Wi-Fi無線網(wǎng)關(guān)或GPRS無線網(wǎng)關(guān)。該結(jié)構(gòu)適用于園區(qū)

6、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(gòu)中，只需要在合適的區(qū)域部署無線網(wǎng)關(guān)，即可實現(xiàn)傳感器 數(shù)據(jù)的采集和上傳。三層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)由三類點構(gòu)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 CO2傳感器等；無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點；數(shù)據(jù)路由器。該結(jié)構(gòu)適用于園區(qū)沒有 Wi-Fi局域網(wǎng)覆蓋，也不準(zhǔn)備采用GPRS直接上傳數(shù) 據(jù)的場景。在此結(jié)構(gòu)中，需要部署數(shù)據(jù)路由節(jié)點和無線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)路 由節(jié)點之間以長距離無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換， 在區(qū)域較大，節(jié)點問通信距 離不足時，無線網(wǎng)關(guān)還可以相互之間進(jìn)行自動數(shù)據(jù)中繼，

7、 擴大監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范 圍。(3)傳感信息采集在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)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CO2傳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(luò)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(chǔ)上建立的，無線通信 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(guān)節(jié)點上，無線網(wǎng)關(guān)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(wù)器上。用戶可以

8、通過有線網(wǎng)絡(luò)/無線網(wǎng)絡(luò)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(guān) 設(shè)備。五大棚監(jiān)測點現(xiàn)場分布大棚現(xiàn)場主要負(fù)責(zé)大棚內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的采集和控制設(shè)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，采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議將數(shù)據(jù)無線傳送到無線網(wǎng)關(guān)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(guān)將傳感器數(shù)據(jù)、控制指令封裝并發(fā)送到位于 internet上的系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺。用戶可以通過有線網(wǎng)絡(luò) /無

9、線網(wǎng)絡(luò)訪問系統(tǒng)業(yè)務(wù)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(guān)設(shè)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?？刂葡到y(tǒng)主要由一體化控制器、執(zhí)行設(shè)備和相關(guān)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(shè)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(shè)備，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)可支持卷簾、風(fēng)機等設(shè)備。采集傳輸部分主要將設(shè)備采集到的數(shù)值傳送到服務(wù)器上， 現(xiàn)有大棚設(shè)備支持 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(wù)平臺負(fù)責(zé)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

10、/時間分布、歷史數(shù)據(jù)、超閾值告警和遠(yuǎn)程控制五個方面。用戶 還可以根據(jù)需要添加視頻設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)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。六系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)平臺軟件共由以下部分組成：(1)數(shù)據(jù)收集、存儲服務(wù)軟件完成傳感器數(shù)據(jù)的獲取、解析、分類，最后按預(yù)設(shè)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(yīng)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)

11、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(yuǎn)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(yuǎn)端開關(guān)名稱等信 息，可與決策軟件進(jìn)行對接，實現(xiàn)自動化控制七常用的傳感器 1、空氣溫濕度傳感器用于檢測設(shè)施農(nóng)業(yè)的空氣環(huán)境溫濕度，一般使用的有效溫度范圍 在050 C ,有效濕度范圍在3090%。大部分安裝在溫室、大棚或 畜禽舍中空氣流通較好的遮陽處，一般根據(jù)溫室、大棚或畜禽舍長度 安裝14個不等，以避免空氣流通差導(dǎo)致的局部小氣候效應(yīng)。2、土壤溫度傳感器用于檢測土壤溫度，一般使用的有效溫度范圍在1040 C （土壤熱容積較大，溫度變化不很明顯），安裝在作物根部土壤中，以測

12、量 作物的生長、發(fā)育的土壤溫度及澆水后土壤溫度變動情況。 根據(jù)溫室 或大棚長度安裝24個不等，安裝時根據(jù)不同作物根系深度確定埋 土深度。3、土壤水分傳感器用于檢測土壤中水分含量，便于及時和適量澆灌。目前有兩種表 示方式，其一為容積含水量，即V/V%，其二為質(zhì)量含水量，即M/M% , 大部分產(chǎn)品以容積含水量表示，一般有效范圍在1070%。因不同土質(zhì)能容納水量不同，故不同土質(zhì)在澆灌等量水后，所顯示的容積含水 量會有不同。根據(jù)溫室或大棚長度安裝 24個不等，安裝時根據(jù)不 同作物根系深度確定埋土深度。4、CO2含量傳感器用于檢測環(huán)境中CO2含量，便于決定是否增施氣肥或需通風(fēng)換 氣。一般以ppm 為單位

13、，有效范圍在1001000Ppm 之間。可以用 在溫室、大棚中，也可以用在密封/半密封的畜禽舍中。溫室、大鵬 中主要檢測有光照情況下CO2含量是否低于作物光和作用的最佳濃 度，在畜禽舍中主要檢測密封環(huán)境下 CO2濃度是否超出影響畜禽能 生長發(fā)育的最大濃度，以便于及時通風(fēng)換氣。獨棟溫室、大棚或畜禽 舍安裝1個即可。5、NH3含量傳感器用于檢測畜禽舍環(huán)境中NH3的含量，以決定是否需要通風(fēng)換氣和 清除糞便。一般以ppm為單位，有效范圍在0100ppm 之間。養(yǎng) 雞場應(yīng)用居多，尤其是蛋雞場，因為雞的消化系統(tǒng)不能完全消化飼料， 大量蛋白質(zhì)通過糞便排出后，經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3,而NH3又是影響雞蛋產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，一旦 NH3濃度超過一定值，蛋 雞產(chǎn)