智慧農(nóng)業(yè)解決方案的報告書

1、.wd.wd.wd.智慧農(nóng)業(yè)解決方案目錄前言 - 3方案整體示意圖 - 5方案概述 - 6系統(tǒng)功能總體描述 - 8網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺設(shè)備配置清單 - 9信息精準(zhǔn)采集 - 11 數(shù)據(jù)可靠傳輸 - 12智能遠(yuǎn)程控制 - 14前言“物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟(jì)效益，大大節(jié)約成本；另一方面可以為全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇提供技術(shù)動力。目前，美國、歐盟、中國等都在投入巨資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)。我國也正在高度重視物聯(lián)網(wǎng)的研究，工業(yè)和信息化部會同有關(guān)部門，在新一代信息技術(shù)方面正在開展研究，以形成支持新一代信息技術(shù)開展的政策措施。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，又是一個自

2、然災(zāi)害多發(fā)的國家，農(nóng)作物種植在全國范圍內(nèi)都非常廣泛，農(nóng)作物病蟲害防治工作的好壞、及時與否對于農(nóng)作物的產(chǎn)量、質(zhì)量影響至關(guān)重要。農(nóng)作物出現(xiàn)病蟲害時能夠及時診斷對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義，而農(nóng)業(yè)專家又相對匱乏，不能夠做到在災(zāi)害發(fā)生時及時出現(xiàn)在現(xiàn)場，因此農(nóng)作物無線遠(yuǎn)程監(jiān)控產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域就有了用武之地。農(nóng)業(yè)信息化，智慧化是國民經(jīng)濟(jì)和社會信息化的重要組成局部，是農(nóng)業(yè)開展的必然階段，是新時期農(nóng)業(yè)和農(nóng)村開展的一項重要任務(wù)，是實現(xiàn)國民生計的大事。以農(nóng)業(yè)信息化帶動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和社會持續(xù)、協(xié)調(diào)開展具有重大意義。進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)，通過信息技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、裝備現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，通過信息服務(wù)實現(xiàn)小農(nóng)

3、戶生產(chǎn)與大市場的對接，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)開展的一項重要任務(wù)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)主要包括環(huán)境、植物信息檢測，溫室、農(nóng)業(yè)大棚信息檢測和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)監(jiān)控，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的節(jié)水灌溉等應(yīng)用模式，例如農(nóng)作物生長情況、病蟲害情況、土地灌溉情況、土壤空氣變更等環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測，收集溫度、濕度、風(fēng)力、大氣、降雨量，有關(guān)土地的濕度、氮濃縮量和土壤pH值等信息的監(jiān)測。智能農(nóng)業(yè)控制通過實時采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤水分等環(huán)境參數(shù)，自動開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備?？梢愿鶕?jù)用戶需求，隨時進(jìn)展處理，為農(nóng)業(yè)生態(tài)信息自動監(jiān)測、對設(shè)施進(jìn)展自動控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)。大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過光照、溫度

4、、濕度等無線傳感器，對農(nóng)作物溫室內(nèi)的溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)展實時采集，自動開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備(如遠(yuǎn)程控制澆灌、開關(guān)卷簾等)。方案整體示意圖方案概述方案概述本方案針對智能農(nóng)業(yè)大棚，采用目前先進(jìn)的無線傳感技術(shù)，ZigBee技術(shù)，WiFi技術(shù)，無線智能控制終端和控制軟件等，分為三個組成局部：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，光載無線WiFi傳輸，智能控制系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的ZigBee傳感器件，以到達(dá)無線，低功耗，自適應(yīng)組網(wǎng)等要求。光載無線WiFi傳輸系統(tǒng)采用飛瑞敖電子科技自行研發(fā)和生產(chǎn)的光載無線交換機(jī)，配合遠(yuǎn)端天線模塊，通過模擬光纖傳輸WiFi信

5、號，到達(dá)安全，可靠，遠(yuǎn)距離覆蓋的目的。智能控制系統(tǒng)通過采用智能控制終端如無線智能電源插座，無線智能水泵等，配合控制中心的智能控制軟件，對遠(yuǎn)端采集的各種信號進(jìn)展分析和匯總，自動控制和開啟相關(guān)設(shè)備，對農(nóng)作物的生長環(huán)境進(jìn)展準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，以到達(dá)智能，自控，高效，高產(chǎn)的目的。通過實施本方案，智能化農(nóng)業(yè)大棚將具備如下功能：1空氣溫濕度監(jiān)測功能：系統(tǒng)可根據(jù)配置的溫濕度無線傳感器，實時監(jiān)測大棚內(nèi)部空氣的溫度和濕度。2 土壤濕度監(jiān)測功能：配有土壤濕度無線傳感器，實時監(jiān)測溫室內(nèi)部土壤的濕度。3光照度監(jiān)測功能：采用光敏無線傳感器來實現(xiàn)對溫室內(nèi)部光照情況的檢測，實時性強(qiáng)。4安防監(jiān)測功能：采用無線入侵探測器，啟動后當(dāng)溫室里

6、面有人出現(xiàn)時，探測器便向主控中心發(fā)送信號，同時啟動光報警。5視頻監(jiān)測功能：通過部署無線WiFi攝像頭實時捕獲大棚內(nèi)部的畫面，通過光載無線交換機(jī)傳輸給網(wǎng)關(guān)處理。用戶既可以在控制中心的顯示器上看到溫室內(nèi)部的實時畫面，又可以通過PC機(jī)遠(yuǎn)程訪問的方式來觀看溫室內(nèi)部的實時畫面。6促進(jìn)植物光合作用功能：植物光合作用需要光照和二氧化碳。當(dāng)光照度到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動開啟風(fēng)扇加強(qiáng)通風(fēng)，為植物提供充足的二氧化碳。7空氣加濕功能：如果溫室內(nèi)空氣濕度小于設(shè)定值，系統(tǒng)會啟動加濕器，到達(dá)設(shè)定值后便停頓加濕。8土壤加濕功能：當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定值時，系統(tǒng)便啟動噴淋裝置來噴水，直到濕度到達(dá)設(shè)定值為止。9環(huán)境升溫功能：當(dāng)

7、溫室內(nèi)溫度低于設(shè)定值時，系統(tǒng)便啟動加熱器來升溫，直到溫度到達(dá)設(shè)定值為止。10)局域網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問與控制功能：物聯(lián)網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)參加局域網(wǎng)。這樣用戶便可以使用PC機(jī)訪問物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過操作界面遠(yuǎn)程控制溫室內(nèi)的執(zhí)行器件，維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定。11)GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)訪問功能：物聯(lián)網(wǎng)通過無線網(wǎng)關(guān)接入GPRS或者3G網(wǎng)絡(luò)。用戶便可以手機(jī)來訪問物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，了解大棚內(nèi)部環(huán)境的各項數(shù)據(jù)指標(biāo)溫度、濕度、光照度和安防信息。12) 控制參數(shù)設(shè)定及瀏覽：對所要實現(xiàn)自動控制的參數(shù)溫度、濕度、光照度等進(jìn)展設(shè)置，以滿足自動控制的要求。用戶既可以直接操作網(wǎng)關(guān)界面上的按鈕來完成系統(tǒng)平衡參數(shù)的設(shè)置，又可以通過PC機(jī)或手機(jī)遠(yuǎn)程訪的方式完成參數(shù)的

8、設(shè)置。13) 顯示實時數(shù)據(jù)曲線：實時趨勢數(shù)據(jù)曲線可將系統(tǒng)采集到的大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)以實時變化曲線的形式顯示出來，便于觀察系統(tǒng)某時間段內(nèi)整體的檢測狀況。14) 顯示歷史數(shù)據(jù)曲線：可顯示出大棚內(nèi)各測量參數(shù)的日、月、年參數(shù)變化曲線，根據(jù)該曲線可合理的設(shè)置參數(shù)，可分析環(huán)境的變化對植物生長的影響。系統(tǒng)功能總體描述溫室災(zāi)害性氣候無線預(yù)警：通過密集分布的ZigBee無線溫度，濕度，光照度，CO2等傳感器，定期實時采集大棚內(nèi)和土壤的溫濕度，棚內(nèi)光照度，空氣中的CO2含量等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實施通過WIFI傳輸?shù)娇刂浦行?。控制中心的軟件中已?jīng)預(yù)設(shè)各種數(shù)據(jù)的臨界范圍值，一旦某個參數(shù)超出范圍，系統(tǒng)將發(fā)出預(yù)警信號，通過聲光裝置

9、進(jìn)展報警，同時也可以發(fā)出控制指令，啟動智能插座令各種設(shè)施如加溫器，加濕器，進(jìn)/排氣扇，遮陽棚，噴淋器等進(jìn)展工作，用以對抗西部地區(qū)常見的低溫，干旱，光照度過強(qiáng)，晝夜溫差大等氣候影響。溫室節(jié)水高效滴灌控制：采用土壤濕度傳感器對土壤的濕度進(jìn)展實時監(jiān)測并將數(shù)據(jù)上傳到控制中心，一旦土壤濕度低于預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)將發(fā)出指令啟動噴淋滴灌系統(tǒng)，做到精準(zhǔn)控制；當(dāng)土壤濕度回復(fù)到農(nóng)作物生長的正常值之后，系統(tǒng)又可發(fā)出指令讓噴淋滴灌系統(tǒng)停頓工作，以最大限度地到達(dá)高效滴灌，節(jié)約用水的目的。分布式日光溫室群監(jiān)測：通過在每個大棚中部署光照度傳感器以及CO2濃度傳感器，并將數(shù)據(jù)聚集到控制中心，實現(xiàn)集群式的光照度和CO2環(huán)境數(shù)據(jù)采集和

10、控制。通過手動或者自動控制遮陽棚，進(jìn)/排氣扇的啟動和關(guān)閉，可以有效地成片控制溫室大棚內(nèi)的光照度和空氣，以到達(dá)農(nóng)作物最為適宜的光照和CO2濃度。專家遠(yuǎn)程生產(chǎn)指導(dǎo)：通過無線傳感器收集了大棚中農(nóng)作物的實時生長環(huán)境參數(shù)：溫度、濕度、光照強(qiáng)度等。這些環(huán)境實時信息，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行目刂剖也⒈４嬖跀?shù)據(jù)庫中，可以隨時供專家系統(tǒng)軟件調(diào)用分析。同時，系統(tǒng)軟件中還預(yù)置了專家經(jīng)歷數(shù)據(jù)庫，給出了各種參數(shù)值的范圍和理想值，以及針對各種問題的指導(dǎo)意見和解決問題的詳細(xì)操作指導(dǎo)。另外，用戶可以在大棚現(xiàn)場通過手機(jī)拍照，將圖片通過WiFi上網(wǎng)直接發(fā)送給專家進(jìn)展診斷。部署在現(xiàn)場的無線視頻頭也可以提供實時的大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長態(tài)勢照片

11、及視頻圖像，通過系統(tǒng)傳輸并存儲在控制中心，隨時供專家調(diào)用和分析，實現(xiàn)遠(yuǎn)程指導(dǎo)。網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺設(shè)備配置清單按照一個標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)大棚單體大棚的尺寸150m*10m*6m(長*寬*高)，要實現(xiàn)無縫的無線WIFI覆蓋，飛瑞敖建議采用如下的覆蓋方式，即用4個AP覆蓋1個大棚，覆蓋半徑大約為18米，802.11b所能支持的最大速率可以到達(dá)11Mbit/s，而802.11g在此覆蓋距離下速率可以到達(dá)48Mbit/s。本工程按照5個標(biāo)準(zhǔn)大棚來進(jìn)展配置，設(shè)備組網(wǎng)如以以下圖所示。按五個標(biāo)準(zhǔn)大棚的設(shè)備配置清單：設(shè)備清單及技術(shù)參數(shù)序號系統(tǒng)名稱系統(tǒng)設(shè)備名稱數(shù)量單位主要技術(shù)參數(shù)1物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺套件主機(jī)箱3臺支持射頻交換和

12、信道重構(gòu)支持遠(yuǎn)距離傳輸，即一組本地WiFi無線信號源通過模擬光纖分到遠(yuǎn)端天線，模擬光纖傳輸距200-3000米信號箱3臺支持802.11b/g本地化管理，即本地可對所有wifi信號集中和統(tǒng)一管理 實現(xiàn)可管、可控、可測維護(hù)性高，AP數(shù)量可更改，可擴(kuò)展遠(yuǎn)端射頻單元20臺 HYPERLINK mailto:帶寬54M802.11g，室內(nèi)覆蓋半徑50米，室外覆蓋半徑100米；*支持信號分路，即可將射頻信號分為多路；*支持遠(yuǎn)端信號發(fā)射與接收 帶寬54M802.11g，室內(nèi)覆蓋半徑50米，室外覆蓋半徑100米支持信號分路，即可將射頻信號分為多路，支持遠(yuǎn)端信號發(fā)射與接收交換機(jī)3臺背板帶寬：1.6Gbps；端

13、口描述：8個10/100M自適應(yīng)RJ45端口包轉(zhuǎn)發(fā)率：10Mbps：14800pps 100Mbps:148800pps傳輸模式：全雙工/半雙工自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.3,IEEE 802.3u,IEEE 802.3x工作電壓：9VDC光載無線網(wǎng)絡(luò)管理軟件1套信息平臺射頻參數(shù)管理和控制，頻道設(shè)置，安全密碼設(shè)置，網(wǎng)段管理，無線網(wǎng)絡(luò)管理，信號強(qiáng)度和防干擾管理，接入設(shè)置管理，射頻交換管理可實現(xiàn)光載無線傳輸鏈路按需選擇信息精準(zhǔn)采集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由具備各種感知功能的ZigBee無線傳感器，ZigBee中心節(jié)點，ZigBee無線網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)WiFi等組成，主要負(fù)責(zé)大棚內(nèi)部光照、溫度、濕度和土壤含水量等

14、數(shù)據(jù)的采集和控制命令的轉(zhuǎn)發(fā)。傳感器的數(shù)據(jù)上傳通過Zigbee通信方式發(fā)送模塊傳送到Zigbee中心節(jié)點上，省去了通訊線纜的部署工作。ZigBee中心節(jié)點再經(jīng)過ZigBee網(wǎng)關(guān)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)上傳到WiFi遠(yuǎn)端天線模塊，通過光纖將數(shù)據(jù)傳回中心控制室的光載無線交換機(jī)，進(jìn)入本地的控制和管理局域網(wǎng)。用戶可以通過有線網(wǎng)絡(luò)/無線網(wǎng)絡(luò)訪問系統(tǒng)業(yè)務(wù)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(guān)設(shè)備。ZigBee模式具有部署靈活、功耗極低、擴(kuò)展方便等優(yōu)點。無線溫濕度傳感器 無線光照度傳感器無線土壤溫度傳感器無線土壤濕度傳感器無線光照度傳感器數(shù)據(jù)可靠傳輸數(shù)據(jù)傳輸包括通過ZigBee網(wǎng)關(guān)采集到的大棚內(nèi)各

15、種數(shù)據(jù)如空氣溫度，濕度，土壤溫度，濕度，棚內(nèi)光照度，以及通過無線視頻頭捕獲的大棚內(nèi)照片截圖和視頻圖像等，這些信息將通過ZigBee無線網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成WiFi信號，通過無線的方式發(fā)送到飛瑞敖光載無線交換機(jī)的遠(yuǎn)端天線模塊，進(jìn)而通過光纖傳輸?shù)街行目刂剖遥ㄟ^光載交換機(jī)進(jìn)入本地有線局域網(wǎng)，實現(xiàn)信息的上傳。另外，系統(tǒng)自動產(chǎn)生的控制命令以及人工發(fā)出的控制命令，如自動開啟加溫器/加濕機(jī)，自動開啟遮光/透光卷簾，自動開啟土壤噴淋系統(tǒng)等。這些指令也通過光載交換機(jī)+ZigBee網(wǎng)關(guān)進(jìn)展傳輸并準(zhǔn)確下發(fā)到基于ZigBee組網(wǎng)的各個智能控制終端如無線智能電源插座，無線智能電磁閥等，進(jìn)而實現(xiàn)大棚的自動控制和智能化。廣州飛瑞敖

16、電子科技北京郵電大學(xué)聯(lián)合研發(fā)第三代WiFi網(wǎng)絡(luò)工業(yè)無線局域網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)信息平臺無線信號源本地化混合傳輸WiFi與2G3G網(wǎng)絡(luò)帶寬可重構(gòu)三大核心優(yōu)勢光載無線交換機(jī)是由廣州飛瑞敖電子科技與北京郵電大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的第三代WiFi網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。該產(chǎn)品將WiFi信號的產(chǎn)生、處理集中于內(nèi)部中央機(jī)房，以光纖實現(xiàn)大范圍200到5000米分布，通過遠(yuǎn)端天線完成信號覆蓋及雙向傳輸。該產(chǎn)品可混合傳輸WiFi與2G3G4G以及其他無線信號，可為使用者節(jié)省大量的無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，防止重復(fù)施工，并極大地提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度。無線信號源本地化的優(yōu)勢光載無線交換機(jī)典型應(yīng)用組網(wǎng)智能遠(yuǎn)程控制智能遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)主要由一體化控制平臺與軟件、智