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(jì)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(jiǎn)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(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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(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， 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。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(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(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(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、CO2濃度等與農(nóng)作物生長(zhǎng)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(gè)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(cè)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(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)距離無線網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)、Wi-Fi無線網(wǎng)關(guān)等），用來覆蓋整個(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I

5、nternet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)。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(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:無線傳感器節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)，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(chǎng)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(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：無線傳感器節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)；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(chǎng)景。在此結(jié)構(gòu)中，需要部署數(shù)據(jù)路由節(jié)點(diǎn)和無線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)路 由節(jié)點(diǎn)之間以長(zhǎng)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(diǎn)問通信距 離不足時(shí)，無線網(wǎng)關(guān)還可以相互之間進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)中繼，

7、 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(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(diǎn)上，無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)再經(jīng)過數(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

8、通過有線網(wǎng)絡(luò)/無線網(wǎng)絡(luò)訪問數(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。五大棚監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)分布大棚現(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(diǎn)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(diǎn)上，省卻了通訊線纜的部署工作。中心節(jié)點(diǎn)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(tái)。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(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?？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(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)備支持 Wi-Fi、GPRS、長(zhǎng)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(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

10、/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。六系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)平臺(tái)軟件共由以下部分組成：(1)數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)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(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，支持多種查詢顯示方式。可自定義決策系統(tǒng)

11、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)化控制七常用的傳感器 1、空氣溫濕度傳感器用于檢測(cè)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(yáng)處，一般根據(jù)溫室、大棚或畜禽舍長(zhǎng)度 安裝14個(gè)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(cè)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(cè)

12、量 作物的生長(zhǎng)、發(fā)育的土壤溫度及澆水后土壤溫度變動(dòng)情況。 根據(jù)溫室 或大棚長(zhǎng)度安裝24個(gè)不等，安裝時(shí)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(cè)土壤中水分含量，便于及時(shí)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(huì)有不同。根據(jù)溫室或大棚長(zhǎng)度安裝 24個(gè)不等，安裝時(shí)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(cè)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?？梢杂?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(cè)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(cè)密封環(huán)境下 CO2濃度是否超出影響畜禽能 生長(zhǎng)發(fā)育的最大濃度，以便于及時(shí)通風(fēng)換氣。獨(dú)棟溫室、大棚或畜禽 舍安裝1個(gè)即可。5、NH3含量傳感器用于檢測(cè)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(chǎng)應(yīng)用居多，尤其是蛋雞場(chǎng)，因?yàn)殡u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)