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

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)控澆灌、施肥、噴藥、降溫柔補(bǔ)光等一系列操作，它由中心限制柜與多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集器構(gòu)成兩級(jí)分布式計(jì)算機(jī)限制網(wǎng)絡(luò)，具有分散采集，集中操作管理的特點(diǎn)，系統(tǒng)配置可以依據(jù)要求敏捷增加或削減。通過(guò)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。詳細(xì)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(lái)看，無(wú)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(lái)提高它工作的效率和精細(xì)管理。例如：

（1）在種植打算的階段，我們可以通過(guò)在溫室里布置許多的傳感器，實(shí)時(shí)采集當(dāng)前狀態(tài)下土壤信息，來(lái)選擇合適的農(nóng)作物并供應(yīng)科學(xué)的種植信息及其數(shù)據(jù)閱歷。

（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，且可以依據(jù)信息采集狀況進(jìn)行自動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)限制，以達(dá)到高效的管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的目標(biāo)，從而應(yīng)對(duì)環(huán)境的改變，保證植物育苗在最佳環(huán)境中生長(zhǎng)。例如：通過(guò)遠(yuǎn)程溫度采集，可了解實(shí)時(shí)溫度狀況然后手動(dòng)或自動(dòng)的在辦公室對(duì)其進(jìn)行溫度調(diào)整，而不須要人工去實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)操作，從而節(jié)約了大量的人力。

（3）在農(nóng)作物生長(zhǎng)階段，可以利用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)的環(huán)境信息、養(yǎng)分信息和作物病蟲害狀況。利用相關(guān)傳感器精確、實(shí)時(shí)地獲得土壤水分、環(huán)境溫濕度、光照等狀況，通過(guò)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和物定作物的專家閱歷相結(jié)合，協(xié)作限制系統(tǒng)調(diào)理作物生長(zhǎng)環(huán)境，改善作物養(yǎng)分狀態(tài)，剛好發(fā)覺(jué)作物的病蟲害爆發(fā)時(shí)期，維持作物最佳生長(zhǎng)條件，對(duì)作物的生長(zhǎng)管理及其為農(nóng)業(yè)供應(yīng)科學(xué)的數(shù)據(jù)信息等方面有著特別重要的作用。

（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、運(yùn)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)行更精準(zhǔn)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)約人工（例如：對(duì)于大型農(nóng)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，幾千畝的土地假如用人力來(lái)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)浩大且難以管理，假如應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，手動(dòng)限制也只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)的微小的動(dòng)作，前后不過(guò)幾秒，完全替代了人工操作的繁瑣），而且能特別便捷的為農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域探討等方面供應(yīng)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)：依據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲得的植物實(shí)時(shí)的生長(zhǎng)環(huán)境信息，如通過(guò)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(wú)線傳感匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、顯示和數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)全部基地測(cè)試點(diǎn)信息的獲得、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，并依據(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)澆灌、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)限制。

（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)與限制，通過(guò)配備無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、信息采集和信息路由設(shè)備、配備無(wú)線傳感傳輸具系統(tǒng)，每個(gè)基點(diǎn)配置無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，每個(gè)無(wú)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(wú)線傳感匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、顯示和數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)全部基地測(cè)試點(diǎn)信息的獲得、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，并依據(jù)種植作物的需求供應(yīng)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(guò)多維信息與多層次處理實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的最佳生長(zhǎng)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)并不能完全營(yíng)造作物最佳生長(zhǎng)條件。視頻與圖像監(jiān)控為物與物之間的關(guān)聯(lián)供應(yīng)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)當(dāng)澆灌到什么程度也不能死搬硬套地僅僅依據(jù)這一個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)作決策。因?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的不勻稱性確定了農(nóng)業(yè)信息獲得上的先天性弊端，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(zhǎng)長(zhǎng)勢(shì)，也可以側(cè)面反映出作物生長(zhǎng)的整體狀態(tài)及養(yǎng)分水平?？梢詮恼w上給農(nóng)戶供應(yīng)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)（可按自身的要求隨意選擇）：

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(wú)線放射模塊、太陽(yáng)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(wú)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)可依據(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依據(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、特別精度、數(shù)量和品牌等要求請(qǐng)?jiān)谡f(shuō)明一欄中說(shuō)明。若無(wú)特別說(shuō)明將按系統(tǒng)的實(shí)際狀況及其用戶要求作出最佳配置選擇。

（二）、無(wú)線限制部分

備注：其中限制柜詳細(xì)數(shù)量依據(jù)限制點(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），如需特別要求請(qǐng)?jiān)谡f(shuō)明一欄中說(shuō)明。若無(wú)特別說(shuō)明將按系統(tǒng)的實(shí)際狀況及其用戶要求作出最佳配置選擇。

（三）、實(shí)時(shí)圖像與監(jiān)控部分

備注：如需特別要求請(qǐng)?jiān)谡f(shuō)明一欄中說(shuō)明。若無(wú)特別說(shuō)明將按系統(tǒng)的實(shí)際狀況及其用戶要求作出最佳配置選擇。

（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)在限制室電腦顯示、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(guò)GPRS傳到網(wǎng)絡(luò)，用戶可在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方查看，并可依據(jù)其用戶權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)的操作；

4、可遠(yuǎn)程限制田間電磁閥，并設(shè)定不同的澆灌施肥方案；遠(yuǎn)程限制監(jiān)控?cái)z像頭。以上遠(yuǎn)程限制及訪問(wèn)須要設(shè)定不同的權(quán)限，遠(yuǎn)程訪問(wèn)都須要有記錄保存；

5、收集的數(shù)據(jù)能設(shè)定警戒值，假如超出警戒值可發(fā)送警報(bào)到限制室或者手機(jī)上，以免發(fā)生意外狀況；

6、依據(jù)用戶需求，若須要和原有的電磁閥、施肥機(jī)等設(shè)備進(jìn)行連接，在用戶供應(yīng)原有設(shè)備接口和通信協(xié)議的狀況下可進(jìn)行有效連接，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(guò)程造成困難；

7、能供應(yīng)足夠的升級(jí)空間，可滿意后續(xù)創(chuàng)新園建設(shè)中的監(jiān)控、數(shù)據(jù)收集、田間澆灌的提升需求并預(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)澆灌、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困難動(dòng)作，而且系統(tǒng)可設(shè)定自動(dòng)模式，例如：依據(jù)當(dāng)前自動(dòng)采集的水分來(lái)判定是否須要澆灌等動(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)房限制室內(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：采納兩種供電模式，即市電與太陽(yáng)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）

模式2全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）

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

模式4無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)+噴滴灌或只能作業(yè)等限制終端（WSN+作業(yè)終端）

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

D、通訊接口：無(wú)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)狀況，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)異樣時(shí)可自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并發(fā)送警報(bào)到限制室或者手機(jī)上。

2、系統(tǒng)限制部分實(shí)施方案：

在限制工程方面，項(xiàng)目采納工業(yè)限制技術(shù)，嚴(yán)格遵循工業(yè)限制標(biāo)準(zhǔn)。采納現(xiàn)在已穩(wěn)定應(yīng)用于工業(yè)限制系統(tǒng)的PLC作為限制核心，采納變頻水泵及其電磁閥等限制對(duì)澆灌、施肥實(shí)施恒壓、節(jié)能、長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人值守的自動(dòng)限制。限制柜與限制室之間通過(guò)無(wú)線連接。限制室與限制柜之間的最大距離在5KM。建議限制柜安放與室內(nèi)，最好一起放在限制室內(nèi)，以便干脆依據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)限制。

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

A、PLC主限制部分

B、供水，供肥，噴藥系統(tǒng)：采納國(guó)際上先進(jìn)的變頻限制系統(tǒng)（變頻的優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)恒壓輸出，能對(duì)電機(jī)的過(guò)載、發(fā)熱、爆管等狀況進(jìn)行自動(dòng)限制，平安牢靠并可延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)用壽命），依據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)地或客戶要求定做。

C、連接系統(tǒng)：需無(wú)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(guò)流、過(guò)熱、超壓、欠壓愛護(hù)愛護(hù)系統(tǒng)，供水，供肥，噴藥系統(tǒng)（詳細(xì)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)到剛好自動(dòng)限制管道內(nèi)水壓。

（2）可達(dá)到的功能：

通過(guò)采集信息部分發(fā)來(lái)的指令可完成自動(dòng)澆灌、自動(dòng)施肥、自動(dòng)噴藥、能遠(yuǎn)程限制田間電磁閥，并依據(jù)設(shè)定不同的澆灌施肥方案進(jìn)行澆灌施肥

（通過(guò)電腦手動(dòng)開啟或