農業物聯網監控系統解決方案

項目背景

物聯網應用是將采集數據經行分析后進行的全自動監控灌溉、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點數據采集器構成兩級分布式計算機控制網絡，具有分散采集，集中操作管理的特點，系統配置可以根據要求靈活增加或減少。通過傳感器實時采集溫度、濕度、光照等環境參數，并傳到各個節點，數各個節點實現和上位機的通訊，在計算機軟件界面上可顯示所采集到環境參數的值，可進行數據設定、存貯、報警。具體如下：

物聯網在農業領域中有著廣泛的應用。從農產品生產不同的階段來看，無論是從種植的培育階段和收獲階段，都可以用物聯網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，實時采集當前狀態下土壤信息，來選擇合適的農作物并提供科學的種植信息及其數據經驗。

（2）在種植和培育階段，可以用物聯網的技術手段進行實時的溫度、濕度、CO2等的信息采集，且可以根據信息采集情況進行自動的現場控制，以達到的管理和實時監控的目標，從而應對環境的變化，保證植物育苗在良好環境中生長。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整，而不需要人工去實施現場操作，從而節省了大量的人力。

（3）在農作物生長階段，可以利用物聯網實時監測作物生長的環境信息、養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、環境溫濕度、光照等情況，通過實時的數據監測和物定作物的專家經驗相結合，配合控制系統調理作物生長環境，改善作物營養狀態，及時發現作物的病蟲害爆發時期，維持作物良好生長條件，對作物的生長管理及其為農業提供科學的數據信息等方面有著非常重要的作用。

（4）在農產品的收獲階段，我們也同樣可以利用物聯網的信息，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，物聯網農業智能測控系統能大大的提高生產管理效率，節省人工（例如：對于大型農場來說，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，如果應用了物聯網技術，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業各個領域研究等方面提供強大的科學數據理論支持，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、物聯網農業智能測控系統所技術特點：

（1）監控功能系統：根據無線網絡獲取的植物實時的生長環境信息，如通過各個類型的傳感器可監測土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、植物養分含量等參數。其它參數也可以選配，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點發來的數據、存儲、顯示和數據管理，實現所有基地測試點信息的獲取、管理、動態顯示和分析處理以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶，并根據以上各類信息的反饋對農業園區進行自動灌溉、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）監測功能系統：在農業園區內實現自動信息檢測與控制，通過配備無線傳感節點，太陽能供電系統、信息采集和信息路由設備、配備無線傳感傳輸具系統，每個基點配置無線傳感節點，每個無線傳感節點可監測土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、植物養分含量等參數。其它參數也可以選配，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點發來的數據、存儲、顯示和數據管理，實現所有基地測試點信息的獲取、管理、動態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）實時圖像與視頻監控功能：農業物聯網的基本概念是實現農業上作物與環境、土壤及肥力間的物物相聯的關系網絡，通過多方位信息與多層次處理實現農作物的良好生長環境調理及施肥管理。但是作為管理農業生產的人員而言，僅僅數值化的物物相聯并不能*營造作物良好生長條件。視頻與圖像監控為物與物之間的關聯提供了更直觀的表達方式。比如：哪塊地缺水了，在物聯網單層數據上看僅僅能看到水分數據偏低。應該灌溉到什么程度也不能死搬硬套地僅僅根據這一個數據來作決策。因為農業生產環境的不均勻性決定了農業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。視頻監控的引用，直觀地反映了農作物生產的實時狀態，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，也可以側面反映出作物生長的整體狀態及營養水平。可以從整體上給農戶提供更加科學的種植決策理論依據。

三、主要監測參數（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

1、數據采集點 無線發射模塊、太陽能電池板、支架、蓄電池

2、數據采集傳感器 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、數據分析及顯示部分 電腦、軟件、無線接收模塊、報警系統

備注：數據采集節點數可根據客戶需求或實際分析確定數據采集節點數（建議以大棚或每塊田地為單位根據實際大小確定每個大棚或田地的節點數量），其中每個節點附帶一個該類型的數據采集傳感器，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的實際情況及其用戶要求作出良好配置選擇。

（二）、無線控制部分


備注：其中控制柜具體數量根據控制點的數量而定；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的實際情況及其用戶要求作出良好配置選擇。

（三）、實時圖像與監控部分



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的實際情況及其用戶要求作出良好配置選擇。

（四）、系統整體功能部分

1、氣象站及聯動棚內各項數據能統計分析，并實時在控制室電腦顯示、分析；

2、監控圖像、數據分析等圖像同時在多臺液晶屏上顯示；

3、數據及監控圖像通過GPRS傳到網絡，用戶可在任何有網絡的地方查看，并可根據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、收集的數據能設定警戒值，如果超出警戒值可發送警報到控制室或者手機上，以免發生意外情況；

6、根據用戶需求，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，可滿足后續創新園建設中的監控、數據收集、田間灌溉的提升需求并預留接口，可對現有系統進行大規模的升級；

8、大棚可完成自動灌溉、自動噴藥、自動施肥（液態肥）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，而且系統可設定自動模式，例如：根據當前自動采集的水分來判定是否需要灌溉等動作，實現系統的自動化。

五、1、系統設計方案：

A、在辦公室及鋼構房控制室內各安裝一臺液晶顯示器，實時顯示收集的數據及監控畫面，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，保證設備在任何氣候環境下都能持續工作。

C、傳輸方式：模式1 無線傳感器網絡（WSN）

　模式2 移動通信系統（GSM）

　模式3 無線傳感器網絡+移動通信系統+互聯網（WSN+GSM+Internet）

　模式4 無線傳感器網絡+噴滴灌或只能作業等控制終端（WSN+作業終端）

　模式5 無線傳感器網絡+WebGIS（WSN+WebGIS）

D、通訊接口：無線自組織網絡傳輸協議，串口通信接口等。

E、數據采集傳輸部分軟件的功能：可在線實時連續的采集和記錄監測點位的各項參數情況，可成表格顯示，曲線顯示，柱狀圖顯示，有報
警功能，數據可隨時調出查看。可擴充多達65536個點。可設定各監測點位的報警限值，當出現被監測點位數據異常時可自動發出聲光報警信號，并發送警報到控制室或者手機上。

2、系統控制部分實施方案：

在控制工程方面，項目采用工業控制技術，嚴格遵循工業控制標準。采用現在已穩定應用于工業控制系統的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、節能、長時間無人值守的自動控制。控制柜與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，好一起放在控制室內，以便直接根據當前數據進行系統控制。

（1）系統設計：

A、PLC主控制部分

B、供水，供肥，噴藥系統：采用上先進的變頻控制系統（變頻的優點：自動恒壓輸出，能對電機的過載、發熱、爆管等情況進行自動控制，安全可靠并可延長整個系統的使用周期），根據現有場地或客戶要求定做。

C、連接系統：需無線大功率遠程通信系統，中間繼電系統數臺，高壓、防雷系統、過流、過熱、超壓、欠壓保護保護系統，供水，供肥，噴藥系統（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水壓。

（2）可達到的功能：

通過采集信息部分發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，因為本系統沒有不同作物的施肥專家庫）。遠程控制監控攝像頭，可通過GPRS遠程查看當地情況，但其流暢程度據當地網速情況而定。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，所有的遠程訪問都有記錄保存。

系統上位機數據采集及其控制顯示界面


系統數據采集監測部分                                           系統控制部分

七、系統總示意圖：

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