溫度大棚監(jiān)測網(wǎng)絡解決方案

1、基于低功耗無線傳感網(wǎng)技術的農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)一、概述農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)通過實時采集農(nóng)業(yè)大棚內空氣溫度、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。大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過可在大棚內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(

2、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、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Internet上與平

3、臺服務器交互。在每個需要智能控制功能的大棚內安裝智能控制設備（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)有兩種典型配置結構 兩層網(wǎng)絡，系統(tǒng)由兩類點構成：n 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；n 無線網(wǎng)關節(jié)點，包括Wi-Fi無線網(wǎng)關或GPRS無線網(wǎng)關。該結構的拓撲結構如下圖所示：

4、該結構適用于園區(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：n 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；n 無線網(wǎng)關節(jié)點；n 數(shù)據(jù)路由器。該結構的拓撲結構如下圖所示：該結構適用于園區(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。在此結構中，需要部署數(shù)據(jù)路由節(jié)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，

5、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SleepTree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)的自動中繼轉發(fā)，以擴大監(jiān)測網(wǎng)絡的覆蓋范圍，增加部署靈活性。SleepTree低功耗多跳自組網(wǎng)協(xié)議是在協(xié)議的基礎上建立的，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SleepTree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

6、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SleepTree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

7、于internet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

8、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

9、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。(4)SDK二次開發(fā)包通過SDK開發(fā)包，用戶可以完全用自己熟悉的開發(fā)平臺開發(fā)自主知識產(chǎn)權的數(shù)據(jù)展示和決策平臺。通過SDK開發(fā)包，使用戶無需了解本系統(tǒng)的硬件等底層信息的前提下，完成一套環(huán)境監(jiān)測應用系統(tǒng)的開發(fā)。我們的SDK提供了： 數(shù)據(jù)收集、存儲服務軟件的詳細編程接口及說明 對象控制軟件的編程接口及說明 曲線顯示界面例程 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)檢索例程 設備對象控制例程上述4個組成軟件中，數(shù)據(jù)收集

10、、存儲服務軟件和對象控制軟件是與底層硬件直接聯(lián)系的，用戶無需對該部分軟件進行任何的編程開發(fā)，只需要通過SDK開發(fā)自己的展示、決策軟件，與我們的數(shù)據(jù)收集、存儲服務軟件和對象控制軟件進行數(shù)據(jù)交互即可。六、數(shù)據(jù)采集設備項目涉及傳感網(wǎng)絡模塊和采集傳輸模塊，各個模塊包含的主要設備如下：產(chǎn)品型號 工作電源 無線速率 發(fā)射功率 射頻頻段 功能說明外殼防護 WEMS-RHT-1/24002節(jié)5號電池250Kbps3dBm2.4GHz環(huán)境溫濕度傳感器(±0.3度，±1.8%)，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-RHT-2/24002節(jié)5號電池250Kbps3dBm2.4

11、GHz環(huán)境溫濕度傳感器(±0.4度，±3%)，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-RHT-3/24002節(jié)5號電池250Kbps3dBm2.4GHz環(huán)境溫濕度傳感器(±0.5度，±4.5%)，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-RHT-1/7802節(jié)5號電池250Kbps5dBm780MHz環(huán)境溫濕度傳感器(±0.3度，±1.8%)，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-RHT-2/7802節(jié)5號電池250Kbps5dBm780MHz環(huán)境溫濕度傳感器(±0.4度，&#

12、177;3%)，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-RHT-3/7802節(jié)5號電池250Kbps5dBm780MHz環(huán)境溫濕度傳感器(±0.5度，±4.5%)，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-CO2/24002節(jié)5號電池250Kbps3dBm2.4GHz環(huán)境CO2傳感器，精度±3%，范圍05000ppm，電池平均壽命：5分鐘采集間隔為1.5年IP52WEMS-CO2/7802節(jié)5號電池250Kbps5dBm780MHz環(huán)境CO2傳感器，精度±3%，范圍05000ppm，電池平均壽命：5分鐘采集間隔為1.5年IP

13、52WEMS-L/24002節(jié)5號電池250Kbps3dBm2.4GHz環(huán)境光照度傳感器量程：065535lux，分辨率1lux，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-L/7802節(jié)5號電池250Kbps5dBm780MHz量程：065535lux，分辨率1lux，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-ST-1/24002節(jié)5號電池250Kbps3dBm2.4GHz土壤溫度傳感器(±0.3度)，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-ST-2/24002節(jié)5號電池250Kbps3dBm2.4GHz土壤溫度傳感器(±0.5度

14、)，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-ST-1/7802節(jié)5號電池250Kbps5dBm780MHz土壤溫度傳感器(±0.3度)，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-ST-2/7802節(jié)5號電池250Kbps5dBm780MHz土壤溫度傳感器(±0.5度)，電池平均壽命：1分鐘采集間隔為1.5年IP53WEMS-SW/24002節(jié)5號電池250Kbps3dBm2.4GHz土壤含水量(精度±3%，量程0100%)，電池平均壽命：15分鐘采集間隔為1年IP53WEMS-SW/7802節(jié)5號電池250Kbps5dBm780MHz

15、土壤含水量(精度±3%，量程0100%)，電池平均壽命：15分鐘采集間隔為1年IP53WEMS-CTL-AC8/2400AC220V250Kbps3dBm2.4GHz8通道AC380V控制，單通道最大負載25AIP53WEMS-CTL-AC12/2400AC220V250Kbps3dBm2.4GHz12通道AC380V控制，單通道最大負載25AIP53WEMS-CTL-AC15/2400AC220V250Kbps3dBm2.4GHz15通道AC380V控制，單通道最大負載25AIP53WEMS-CTL-DC8/780AC220V20Kbps5dBm780MHz 8通道直流控制，支持D

16、C1248V，單通道最大負載10AIP53WEMS-CTL-DC12/780AC220V20Kbps5dBm780MHz 12通道直流控制，支持DC1248V，單通道最大負載10AIP53WEMS-CTL-DC15/780AC220V20Kbps5dBm780MHz 15通道直流控制，支持DC1248V，單通道最大負載10AIP53七、具體實施方案高清攝像機監(jiān)控環(huán)境二氧化碳環(huán)境溫濕度土壤溫度微型開關箱八、硬件配置介紹序號設備名稱設備描述單價（人民幣）智能網(wǎng)關控制器1. 采用ARM Cortex-A8 SAMSUNG S5PV210處理器，主頻1GHz2. 內存采用1GB DDR2 SDRAM，

17、Flash采用512MB NAND Flash3. 9.7寸真彩屏，帶9.7寸電容觸摸屏4. 底板自帶4路模擬視頻輸入接口，通過WIFI或3G模塊至少能實現(xiàn)1路模擬視頻無線傳輸5. 底板自帶WIFI功能，支持Wi-Fi直連(Wi-Fi Direct)50000.00云終端服務器軟件數(shù)據(jù)中心，進行數(shù)據(jù)保存，數(shù)據(jù)訪問等控制10000.00云端客戶端服務軟件對學生PC機進行團隊管理，訪問權限管理等8000.00溫室無線溫濕度傳感器PC白色塑料外殼，IP53防護；5號電池供電（2節(jié)鋰電池)；進口傳感器，超低功耗設計，15分鐘采樣頻率下連續(xù)工作1年；支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡，所有傳感器都可作為中繼設備，支持自動路由

18、發(fā)現(xiàn)；2.4GHz工作頻段，通信距離>400m(空曠環(huán)境)；溫度量程：-40+50，分辨率0.1，精度：±1；含水量量程：180%，精度：12%1500.00溫室無線CO2濃度傳感器PC白色塑料外殼，IP52防護；5號電池供電（2節(jié)鋰電池)；進口傳感器，超低功耗設計，1分鐘采樣頻率下連續(xù)工作1年；支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡，所有傳感器都可作為中繼設備，支持自動路由發(fā)現(xiàn)；2.4GHz工作頻段，通信距離>400m(空曠環(huán)境)；量程：05000ppm；精度：±30ppm/±3%6000.00溫室無線室內光照傳感器PC白色塑料外殼，IP53防護；5號電池供電（2節(jié)堿性電池)；進口傳感器，超低功耗設計，1分鐘采樣頻率下連續(xù)工作1年；支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡，所有傳感器都可作為中繼設備，支持自動路由發(fā)現(xiàn)；2.4GHz工作頻段，通信距離>400m(空曠環(huán)境)；量程：050000lux，精度±5%F.S；1200.00溫室無線土壤溫度傳感器PC白色塑料外殼，IP53防護；5號電池供電（2節(jié)堿性電池)；國產(chǎn)傳感器，超低功耗設計，1分鐘采樣頻率下連續(xù)工作1年；支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡，所有傳感器都可作為中繼設備，支持自動路由發(fā)現(xiàn)；2.4GHz工作頻段，通信距離>4