連棟農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 一、概述2 二、項(xiàng)目需求2 三、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 3 四、大棚現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn) 4 五、平臺(tái)軟件5 一、概述 近年來(lái)，溫室大棚種植為提高人們的生活水平帶來(lái)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、C02濃度等環(huán)境因子對(duì)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(guó)內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)上述環(huán)境因子自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)還不多見(jiàn)， 而引進(jìn)國(guó)外具有多功能的 大型連棟溫室控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴，不適合國(guó)情。 針對(duì)目前大棚發(fā)展的趨勢(shì)，提出了一種大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)大 棚智能監(jiān)控的特殊性，需要傳輸大棚現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)給管理者，并把管理者的命令下發(fā) 到

2、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備，同時(shí)又要使上級(jí)部門可隨時(shí)通過(guò)互連網(wǎng)或者手機(jī)信息了解區(qū)域 大棚的實(shí)時(shí)狀況?；贕PRS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(guò)實(shí)時(shí)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(zhǎng)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)智能決策， 并自動(dòng) 開(kāi)啟或者關(guān)閉指定的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備。通過(guò)該系統(tǒng)的部署實(shí)施，可以為農(nóng)業(yè)生態(tài)信 息自動(dòng)監(jiān)測(cè)、對(duì)設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)和有效手段。 開(kāi)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(guò)可在大棚內(nèi)靈活部 署的各類無(wú)線傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，對(duì)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(zhǎng)

3、密切相關(guān)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集， 在數(shù)據(jù)服務(wù)器上對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和智能分析與決策，并自動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān) 閉指定設(shè)備（如遠(yuǎn)程控制澆灌、開(kāi)關(guān)卷簾等）。 二、項(xiàng)目需求 在每個(gè)智能農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部署無(wú)線空氣溫濕度傳感器、無(wú)線土壤溫度傳感器、 無(wú)線土壤含水量傳感器、無(wú)線光照度傳感器、無(wú)線C02專感器等，分別用來(lái)監(jiān)測(cè) 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(yīng)采用電池供電、 無(wú)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(jī)、水泵、加熱器、電動(dòng)卷簾）。 每個(gè)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(diǎn)、長(zhǎng)距離無(wú)線網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)

4、、Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)關(guān)等），用來(lái)覆蓋整個(gè)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In ternet上與平臺(tái)服務(wù)器交互。 在每個(gè)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(kuò)展控制配電箱、電磁閥、電源轉(zhuǎn)換適配設(shè)備等），用來(lái)接受控制指令、響應(yīng)控 制執(zhí)行設(shè)備。實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)的電動(dòng)卷簾、智能噴水、智能通風(fēng)等行為的實(shí)現(xiàn)。 三、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) （1）總體架構(gòu) 系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、 網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能數(shù)據(jù)處理平臺(tái)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(diǎn)構(gòu)成： 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括無(wú)線空氣溫濕度傳感器、無(wú)線土壤溫度傳感器

5、、無(wú)線 土壤含水量傳感器、無(wú)線光照度傳感器、無(wú)線 C02傳感器等； 無(wú)線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，包括 Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)關(guān)或GPR就線網(wǎng)關(guān)。 該結(jié)構(gòu)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(chǎng)景。在此結(jié)構(gòu)中，只需要在合適的區(qū)域部署無(wú)線網(wǎng)關(guān)，即可實(shí)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(diǎn)構(gòu)成： 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括無(wú)線空氣溫濕度傳感器、無(wú)線土壤溫度傳感器、無(wú)線 土壤含水量傳感器、無(wú)線光照度傳感器、無(wú)線 C02專感器等； 無(wú)線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)； 數(shù)據(jù)路由器。 該結(jié)構(gòu)適用于園區(qū)沒(méi)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(chǎng)景。在此結(jié)構(gòu)中，需要部署數(shù)據(jù)路由節(jié)

6、點(diǎn)和無(wú)線網(wǎng)關(guān)，無(wú)線網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)路 由節(jié)點(diǎn)之間以長(zhǎng)距離無(wú)線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換， 在區(qū)域較大，節(jié)點(diǎn)間通信距 離不足時(shí)，無(wú)線網(wǎng)關(guān)還可以相互之間進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)中繼， 擴(kuò)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(wú)線空氣溫濕度傳感器、無(wú)線土壤溫度傳感器、無(wú)線土壤含 水量傳感器、無(wú)線光照度傳感器、無(wú)線 C02專感器等傳感器均支持低功耗運(yùn)行， 可使用廉價(jià)的干電池供電長(zhǎng)期工作。同時(shí)，所有的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)均運(yùn)行低功耗 多跳自組網(wǎng)協(xié)議，可為其它節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)的自動(dòng)中繼轉(zhuǎn)發(fā)， 以擴(kuò)大監(jiān)測(cè)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(wú)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(guò)協(xié)議傳送到無(wú)線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上，無(wú)線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)路由 節(jié)點(diǎn)或直接將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)平臺(tái)的服務(wù)器上。用戶可以通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)/ 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚現(xiàn)場(chǎng)的傳感器參數(shù)，控制大棚現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān) 設(shè)備。 四、大棚現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn) 大棚現(xiàn)場(chǎng)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(wú)線傳輸模式，傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線發(fā)送模 塊，采用協(xié)議將數(shù)據(jù)無(wú)線傳送到無(wú)線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上，用戶終端和一體化控制器間傳 送的控制指令也通過(guò)無(wú)線

8、發(fā)送模塊傳送到中心節(jié)點(diǎn)上，省卻了通訊線纜的部署工 作。中心節(jié)點(diǎn)再經(jīng)過(guò)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 in ternet上的系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)。用戶可以通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)平 臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚現(xiàn)場(chǎng)的傳感器參數(shù)， 控制大棚現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)設(shè)備。低功耗無(wú)線傳 輸模式使得大棚現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)各傳感器部署靈活、擴(kuò)展方便。 控制系統(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(guò)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(jī)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

9、持 Wi-Fi、GPRS長(zhǎng)距離無(wú)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(tái)負(fù)責(zé)對(duì)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(cè)、數(shù)據(jù)空間/時(shí)間分布、歷史數(shù)據(jù)、超閾值告警和遠(yuǎn)程控制五個(gè)方面。用戶 還可以根據(jù)需要添加視頻設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能。數(shù)據(jù)空間 /時(shí)間分布將系 統(tǒng)采集到的數(shù)值通過(guò)直觀的形式向用戶展示時(shí)間分布狀況 （折線圖）和空間分布 狀況（場(chǎng)圖）、歷史數(shù)據(jù)可以向用戶提供歷史一段時(shí)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(tái)軟件 系統(tǒng)平臺(tái)軟件共由以下4個(gè)部分組成： （1）數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)服務(wù)軟件

10、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(kù)。 （2）展示、決策軟件 圖形化界面，從數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)，支持多種查詢顯示方式?？勺远x決策系統(tǒng)控制對(duì)象及決策算法， 與 對(duì)象控制軟件互聯(lián)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 （3）遠(yuǎn)程控制軟件 完成現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象的操作，圖形化操作界面，支持重定義遠(yuǎn)端開(kāi)關(guān)名稱等信 息，可與決策軟件進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 設(shè)計(jì)單位：廣州萊安智能化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有限公司 網(wǎng)站：http: / w陋 lairu com, cn 用戶服務(wù)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(cè)系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個(gè)園區(qū)或 完成對(duì)異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)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(gè)園區(qū)或遠(yuǎn)程控制異地園區(qū) 進(jìn)行自動(dòng)灌溉、自動(dòng)降溫、自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，自動(dòng)補(bǔ)光及遮陽(yáng)，自動(dòng)卷簾，自動(dòng)開(kāi) 窗關(guān)窗，自動(dòng)液體肥料施肥、自動(dòng)噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動(dòng)控制。 3、視頻監(jiān)控模塊：即實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過(guò)監(jiān)控中心實(shí)時(shí)得到植物生 長(zhǎng)信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時(shí)看到作物的實(shí)時(shí)生長(zhǎng)狀況。 4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^(guò)聲光報(bào)警、短信報(bào)警、語(yǔ)音報(bào)警 等方式進(jìn)行預(yù)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(duì)農(nóng)產(chǎn)品從種植準(zhǔn)備階段、種植 和培育階段、生長(zhǎng)階段、收獲階段等對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲(chóng)害狀 況等實(shí)施實(shí)時(shí)信息自動(dòng)記錄，有據(jù)可查，在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、銷售階段采用二維碼或 者RFID射頻技術(shù)對(duì)各個(gè)階段數(shù)據(jù)記錄，這樣就能實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者拿到農(nóng)產(chǎn)品時(shí)通過(guò) 終端設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)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^(guò)總控室對(duì)整個(gè)區(qū)域情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括各 個(gè)區(qū)域采集點(diǎn)參數(shù)、控制作業(yè)狀態(tài)、實(shí)時(shí)視頻圖像、施肥噴藥狀況、報(bào)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(duì)弱光也有較高靈敏度的硅蘭光伏探測(cè)器作為 傳感器；具有測(cè)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(yuǎn)等特點(diǎn)，適用于各種場(chǎng)所。尤其適用于農(nóng)業(yè)大棚、 城市照明等場(chǎng)所。 光照度傳感器技術(shù)參數(shù) 測(cè)量范圍：200200000Lux 光譜范圍：400 700 (nm可見(jiàn)光 電源電壓：24VDC (12VD(30VDC 輸出信號(hào)：420mA或 05 測(cè)量誤差：小于士 7% 工作環(huán)境溫濕度:040C、070%RH 儲(chǔ)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(yīng)原理，感應(yīng)元件采用繞線電鍍式多接點(diǎn)熱電堆， 其表面涂有高吸收率的黑色涂層。熱接點(diǎn)在感應(yīng)面上，而冷結(jié)點(diǎn)則位 于機(jī)體內(nèi)，冷熱接點(diǎn)產(chǎn)生溫差電勢(shì)。在線性范圍內(nèi)，輸出信號(hào)與太陽(yáng) 輻照度成正比。為減小溫度的影響則配有溫度補(bǔ)償線路，為了防止環(huán) 境對(duì)其性能的影響，則用兩層石英玻璃罩，罩是經(jīng)過(guò)精密的光學(xué)冷加 工磨制而成的。 3、光照度傳感器安裝與使用 該表應(yīng)安裝在四周空曠，感應(yīng)面以上沒(méi)有任何障礙物的地方。 然 后將輻射表電纜插頭正對(duì)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(cè)。最好將電纜牢固地 固定在安裝架上，以減少斷裂或在有風(fēng)天發(fā)生間歇中斷現(xiàn)象。 光照度傳感器注意事項(xiàng) 1. 玻璃罩應(yīng)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