物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控方案

（物聯(lián)網(wǎng)）物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控方案

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)方案北京旗碩基業(yè)科技有限責任公司5月

目錄前言-3-1中國農(nóng)業(yè)發(fā)呈現(xiàn)狀-3-2物聯(lián)網(wǎng)技術于農(nóng)業(yè)應用中的意義-4-3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計方案概述-7-3.1系統(tǒng)設計原則-7-3.2系統(tǒng)功效特點-7-3.3系統(tǒng)構成-8-3.4系統(tǒng)示意圖-8-4物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功效-9-4.1環(huán)境信息采集系統(tǒng)-9-4.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)-11-4.3液晶拼接大屏幕系統(tǒng)-11-4.4智能控制系統(tǒng)-13-4.4．1溫度控制-14-4.4．2通風控制-14-4.4．3噴霧控制-14-4.4．4肥水自動澆灌控制系統(tǒng)-15-4.5物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理平臺-16-5項目需求及方案設計-20-5.1項目需求-20-

前言物聯(lián)網(wǎng)信息技術于被評為將來變化世界的十大技術之壹，是繼互聯(lián)網(wǎng)之后的又壹次產(chǎn)業(yè)升級，是十年壹次的產(chǎn)業(yè)機會?？傮w來說，物聯(lián)網(wǎng)是指各類傳感器和現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)互相銜接的新技術，物物相連，互相感知，若干年后，地球上的每壹粒沙子都有可能分派到壹個擬定地址，它的多個狀態(tài)、參數(shù)可被感知。8月溫家寶總理于無錫提出“感知中國”，物聯(lián)網(wǎng)開始于中國受到政府的重視和政策牽引。國家公布了“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要，其中第十三章“全方面提高信息化水平”第壹節(jié)“構建下壹代信息基礎設施”中明確提到：推動物聯(lián)網(wǎng)核心技術研發(fā)和于重點領域的應用示范。于第五章“加緊發(fā)呈當代農(nóng)業(yè)”第二節(jié)“推動農(nóng)業(yè)構造戰(zhàn)略性調節(jié)”中提出：加緊發(fā)展設施農(nóng)業(yè)，推動蔬菜、水果、茶葉、花卉等園藝作物原則化生產(chǎn)。提高畜牧業(yè)發(fā)展水平。增進水產(chǎn)健康養(yǎng)殖。推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化運行，增進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)運行專業(yè)化、原則化、規(guī)模化、集約化。推動當代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設。第三節(jié)“加緊農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新”中提出：推動農(nóng)業(yè)技術集成化、勞動過程機械化、生產(chǎn)運行信息化。加緊農(nóng)業(yè)生物育種創(chuàng)新和推廣應用，做大做強當代種業(yè)。加強高效栽培、疫病防控、農(nóng)業(yè)節(jié)水等領域的科技集成創(chuàng)新和推廣應用，實施水稻、小麥、玉米等重要農(nóng)作物病蟲害專業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治。加緊推動農(nóng)業(yè)機械化，增進農(nóng)機農(nóng)藝融合。發(fā)展農(nóng)業(yè)信息技術，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)運行信息化水平。物聯(lián)網(wǎng)信息技術和當代農(nóng)業(yè)的結合更加是國家重點推動的核心示范應用。1中國農(nóng)業(yè)發(fā)呈現(xiàn)狀我國是農(nóng)業(yè)大國，而非農(nóng)業(yè)強國。近30年來農(nóng)業(yè)高產(chǎn)量重要依靠農(nóng)藥化肥的大量投入，大部分化肥和水資源沒有被有效運用而隨處棄置，造成大量養(yǎng)分損失且造成環(huán)境污染。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然以傳統(tǒng)生產(chǎn)模式為主，傳統(tǒng)耕種只能憑經(jīng)驗施肥澆灌，不僅浪費大量的人力物力，也對環(huán)保和水土保持構成嚴重威脅，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展帶來嚴峻挑戰(zhàn)。我國人口占世界總人口的22%，耕地面積只占世界耕地面積的7%，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人民生活水平不停提高，資源短缺，環(huán)境惡化和人口劇增的矛盾越來越突出。特別是我國加入世貿組織后，國外價格低廉的優(yōu)質農(nóng)副產(chǎn)品源源不停的流入我國，這對我國的農(nóng)產(chǎn)品市場構成極大威脅。因此，如何提高我國農(nóng)產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)效率，如何對大面積土地的規(guī)?；N實時信息技術指導下科學的精確管理，是壹個即前沿又當務之急的科研課題。而現(xiàn)狀是，粗放的管理和濫用化肥，其低效益和環(huán)境污染令人驚嘆。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的物質技術手段落后，重要依靠人力、畜力和多個手工工具以及壹些簡樸機械。于現(xiàn)實中重要存于的問題是：農(nóng)業(yè)科技含量、裝備水平相對滯后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存于污染和浪費，據(jù)農(nóng)業(yè)、水利部門測算，我國每年農(nóng)業(yè)所消耗化肥、農(nóng)藥和水資源量均于飛速增加，數(shù)據(jù)驚人，農(nóng)業(yè)的污染問題困擾著不少鄉(xiāng)村，不少農(nóng)民群眾飲水安全受到影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)出少、農(nóng)民收入低農(nóng)產(chǎn)品的品種少2物聯(lián)網(wǎng)技術于農(nóng)業(yè)應用中的意義現(xiàn)在，我國大多數(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要依靠人工經(jīng)驗管理，缺少系統(tǒng)的科學指導。設施栽培技術的發(fā)展，對于農(nóng)業(yè)當代化進程含有深遠的影響。設施栽培為解決我國城鄉(xiāng)居民消費構造和農(nóng)民增收，為推動農(nóng)業(yè)構造調節(jié)發(fā)揮了重要作用，溫室種植已于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。要實現(xiàn)高水平的設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和優(yōu)化設施生物環(huán)境控制，信息獲取手段是最重要的核心技術之壹。物聯(lián)網(wǎng)信息技術于農(nóng)業(yè)領域中有著廣泛的應用。我們從農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)不同的階段來見，無論是從種植的哺育階段和收獲階段，均能夠用物聯(lián)網(wǎng)的技術來提高它工作的效率和精細管理。具體有以下社會經(jīng)濟效益。1、增進農(nóng)業(yè)三個方面的發(fā)展：增產(chǎn)增收關聯(lián)資料表明，于可自動控制室內的溫度、濕度、澆灌、通風、二氧化碳濃度和光照的溫室中，每㎡溫室壹季可產(chǎn)番茄30kg~50kg，黃瓜40kg，相稱于露地栽培產(chǎn)量10倍之上。其它各類作物于這種環(huán)境下的產(chǎn)量也將得到明顯的提高。節(jié)省能源無線傳感器網(wǎng)絡能夠精確采集溫室、葉溫、地溫、濕度、土壤含水量、溶液濃度、二氧化碳濃度、風向、風速壹季作物生長狀況等參數(shù)，且將室內問、光、水、肥、氣等諸多因素綜合直接協(xié)調到最佳狀態(tài)，據(jù)計算，可有效節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥，使整體能耗減少15%~50%。作物多樣化無線傳感器對室溫生產(chǎn)環(huán)境的改善，能夠使得壹些于以前的耕作條件下較難種植的作物得以生長，且為新品種作物的哺育提供更加好的條件，這有利利于推廣高附加值得經(jīng)濟作物，提高單位面積的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)值，增進農(nóng)門增產(chǎn)增收。2、社會經(jīng)濟效益：（1）合理施用化肥，減少生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染采用因土、因作物、因時全方面平衡施肥、徹底扭轉傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中因經(jīng)驗施肥而造成的三多三少（化肥多，有機肥少；N肥多，P、K肥少；三要素肥多，微量元素少），N、P、K比例失調的狀況，因此有明顯的經(jīng)濟和環(huán)境效益。（2）減少和節(jié)省水資源現(xiàn)在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)因大水漫灌和溝渠漏對澆灌水的運用率只有40%左右，而物聯(lián)網(wǎng)技術可自由作物動態(tài)監(jiān)控技術定時定量供應水分，可通過滴灌微灌等壹系列新型澆灌技術，使水的消耗量減少到最低程度，且能獲取盡量高的產(chǎn)量。（3）節(jié)本增效，省工省時，優(yōu)質高產(chǎn)采用精確播種，精確收獲技術，且將精確種子工程和精確播種技術有機的結合起來，使農(nóng)業(yè)低耗、優(yōu)質、高效成為現(xiàn)實。于壹般狀況下，精確播種比傳統(tǒng)播種增產(chǎn)18%~30%，省工2~3個小時。（4）使農(nóng)作物的物質營養(yǎng)得到合理運用，確保了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質量通過各類傳感器和智能控制設備，對農(nóng)作物的生產(chǎn)過程進行動態(tài)監(jiān)測和控制，且根據(jù)其成果采用對應的方法?？偠灾锫?lián)網(wǎng)信息技術能大大的提高生產(chǎn)管理效率，節(jié)省人工（例如：對于大型農(nóng)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，其工作量相稱龐大且難以管理，如果應用了物聯(lián)網(wǎng)技術，手動控制也只需點擊鼠標的微小的動作，前后但是幾秒，完全替代了人工操作的繁瑣；），并且能非常便捷的為農(nóng)業(yè)各個領域研究等方面提供強大的科學數(shù)據(jù)理論支持，其作用于當今的高度自動化、智能化的社會中是不言而諭的。農(nóng)業(yè)示范園區(qū)作為最新的農(nóng)業(yè)技術的應用和推廣載體，是當代農(nóng)業(yè)的集中體現(xiàn)，是當代信息技術的于農(nóng)業(yè)中最先應用的場合。將來的工作愿景3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計方案概述3.1系統(tǒng)設計原則從需求狀況分析系統(tǒng)，制訂設計原則，以指導我們的方案設計：先進性原則采用先進的設計思想，選用先進的軟硬件設備，確保項目整體于將來壹定時期內的技術領先性。開放性原則方案的設計及選型遵從國際原則及工業(yè)原則，使項目含有高度的開放性和所提供設備于技術上的兼容性?？蓴U展性原則項目設計于充足考慮現(xiàn)在狀況的同時，必須考慮到此后較長時期內業(yè)務發(fā)展的需要，留有充足的升級和擴充的可能性?？煽啃栽瓌t項目的設計必須貫徹可靠性原則，使系統(tǒng)含有很高的可用性。經(jīng)濟合用性原則于考慮必要的擴展性原則下，使用功效適度的軟硬件產(chǎn)品。3.2系統(tǒng)功效特點超低功耗，節(jié)能環(huán)保低功耗設計，采用太陽能供電的方式完全能夠滿足大部分設備的需要。采用下壹代網(wǎng)絡——物聯(lián)網(wǎng)新技術采用最先進的物聯(lián)網(wǎng)技術，含有自組網(wǎng)、自愈合、云端計算等全新功效。采用無線技術采用Zigbee,3G等無線技術，安裝方便，攜帶方便，減少建設成本、減少改造成本，避免了布線帶來的火災隱患，突破了有線只能于本地計算機進行查見和瀏覽的劣勢，顧客能夠突破時間和地區(qū)的限制，隨時隨處的理解生產(chǎn)現(xiàn)場狀況。多個顯示方式采用LED顯示屏，液晶電視，電腦，手機等不同的顯示方式，適合于示范園區(qū)不同地方使用，充足體現(xiàn)當代農(nóng)業(yè)和當代光電信息技術的融合。完全自動化現(xiàn)有大型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)公司、農(nóng)業(yè)示范園區(qū)的信息化改造，用自動化的技術手段替代了顧客現(xiàn)有的定時數(shù)據(jù)采集工作，提高了數(shù)據(jù)采集的精確度和可靠度，讓顧客能夠將精力專注于數(shù)據(jù)的分析和整頓上。3.3系統(tǒng)構成針對當代農(nóng)業(yè)需求而開發(fā)的自動化系統(tǒng)整體解決方案，重要涉及三個部分：信息采集、設備的自動控制、信息的公布和智能解決構成。信息采集涉及溫室空氣溫濕度信息監(jiān)測、土壤信息監(jiān)測、視頻信息采集等。設備控制涉及溫室的風機控制、濕簾電機控制和遮陽板電機控制等。信息的公布和數(shù)據(jù)解決涉及LED信息公布系統(tǒng)、中央控制室的管理平臺和意外信息的手機報警解決等功效。3.4系統(tǒng)示意圖下列為示范園區(qū)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓撲構造圖：4物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功效4.1環(huán)境信息采集系統(tǒng)重要是前端的傳感器、采集儀等硬件設備，通過后端的蔬菜生長環(huán)境信息監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息的于線管理和控制。工作原理圖以下：農(nóng)用通（壹體化采集儀）采集系統(tǒng)提供的功效涉及：環(huán)境監(jiān)測空氣溫度空氣濕度土壤溫度土壤濕度光照強度二氧化碳濃度報警功效短信報警郵件報警實時抓拍圖片（可選）……以育苗智能溫室為例，以下圖：4.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)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)且不能完全營造作物最佳生長條件。視頻和圖像監(jiān)控提供了更直觀的體現(xiàn)方式。例如：哪塊地缺水了，于物聯(lián)網(wǎng)單層數(shù)據(jù)上見僅僅能見到水分數(shù)據(jù)偏低。應當澆灌到什么程度也不能死搬硬套地僅僅根據(jù)這壹個數(shù)據(jù)來作決策。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的不均勻性決定了農(nóng)業(yè)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(jiān)控的引用，直觀地反映了農(nóng)作物生產(chǎn)的實時狀態(tài)，引入視頻圖像和圖像解決，既可直觀反映壹些作物的生長長勢，也能夠側面反映出作物生長的整體狀態(tài)及營養(yǎng)水平。能夠從整體上給農(nóng)戶提供更加科學的種植決策理論根據(jù)。監(jiān)控界面4.3液晶拼接大屏幕系統(tǒng)液晶拼接大屏幕系統(tǒng)涉及拼接單元組合墻體、圖形控制器、大屏控制管理軟件、接口設備、專用線纜等單元。隨著農(nóng)業(yè)示范園區(qū)、生產(chǎn)公司規(guī)?；l(fā)展，依賴普通液晶顯示屏已不能滿足管理者對區(qū)域內進行多方位、多點監(jiān)控，各類農(nóng)業(yè)信息也無法實現(xiàn)有效的匯聚和展示。而液晶拼接大屏幕系統(tǒng)通過超窄邊液晶拼接技術，能夠做到不同尺寸液晶單元的組合，解決這類問題，同時也對農(nóng)業(yè)園區(qū)和公司本身形象的宣傳有著重要意義。實例圖4.4智能控制系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，以及各類作物適宜環(huán)境參數(shù)，驅動各類監(jiān)控器和濕簾降溫系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等構成整個自動化控制網(wǎng)絡。具體涉及下列設備：實現(xiàn)遠程自動（手動）澆灌實現(xiàn)遠程自動（手動）排風實現(xiàn)遠程自動（手動）加濕實現(xiàn)遠程自動（手動）遮陽簾控制（可選）實現(xiàn)遠程自動（手動）溫度控制實現(xiàn)溫室、路燈等多個燈光的遠程控制其它設備的控制……系統(tǒng)拓撲圖4.4．1溫度控制自動降溫：夏季采用自然和強制通風降溫的方式進行降溫。由監(jiān)控儀根據(jù)目的溫度和實際室溫的偏差以及室溫的變化率進行含糊計算。先啟動頂開窗系統(tǒng)進行自然通風調節(jié)溫室內的溫度，通過時間判斷后，如果溫度值仍不能減少，再啟動側窗系統(tǒng)。如自然通風不能減少溫室內的溫度值，則由電腦關閉自然通風，采用強制通風的方式來控制室內濕度。強制通風：通過延時計算關閉天窗，另首先關閉側窗。啟動濕簾外翻窗，然后啟動風機，進行溫度判斷，如果溫度仍下不來，則啟動濕簾水泵，如溫度仍降不下來，則計算機會啟動溫度過高報警，提示顧客需增加降溫設備。闡明：上面全部的控制過程均配有延時和穩(wěn)定判斷時間和動作穩(wěn)定時間，以確保溫室設備不頻繁進行啟動關閉動作。更加好的保護溫室。自動升溫：冬季采用暖氣加溫或地源熱泵中央空調系統(tǒng)的方式，由監(jiān)控儀根據(jù)目的溫度和實際室溫的偏差以及室溫的變化率進行含糊計算，通過調節(jié)暖氣恒溫閥的開合度來控制室內溫度。4.4．2通風控制自動控制：由室內傳感器采集溫室內部的上、中、下三部溫度值來進行含糊計算出溫室內的溫差值，如果溫差值過大，則自動啟動循環(huán)風機。同時采集溫室內的濕度值，如果濕度值偏差過大，也自動啟動循環(huán)風機，以平衡溫室內的濕度偏差值。手動控制：新風換氣機可由電腦操作人員通過控制進行人工操作，也能夠進行定時通風來達成通風換氣的目的。4.4．3噴霧控制自動控制：計算機內部有壹套根據(jù)室內濕度傳感器的值，和設定目的值進行對比，如高于設定目的值，則自動關閉噴霧閥門。如低于設定目的值，則自動打開噴霧閥門。定時控制：輪灌方式，可設定于某個時間段，進行澆灌的方式，可每個小時，澆灌壹次，同時也可設定澆灌的次數(shù)。有效的保護了水泵，同時也使土壤更加好的吸取水分。4.4．4肥水自動澆灌控制系統(tǒng)于控制工程方面，采用穩(wěn)定工業(yè)PLC作為控制核心，采用高性能矢量變頻器作為水路恒壓控制核心，對澆灌、施肥、噴藥實施調節(jié)控制，實現(xiàn)節(jié)能、長時間無人值守的安全全自動控制，計算機內部有壹套根據(jù)土壤濕度傳感器采集的值，和設定目的值進行對比，如高于設定目的值，則自動關閉澆灌閥門。如低于設定目的值，則自動打開澆灌閥門。輪灌方式，可設定于某個時間段進行澆灌的方式，可每個小時澆灌壹次，同時也可設定澆灌的次數(shù)。有效的保護了水泵，同時也使土壤更加好的吸取水分。4.5物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理平臺重要功效模塊以下：1、首頁視圖首頁視圖展示了環(huán)境監(jiān)控平臺整體操作界面和使用環(huán)境。2、功效欄：通過顧客名和密碼進入到平臺后，可見到“實時監(jiān)測”、“智能決策”、“數(shù)據(jù)報表”、“系統(tǒng)管理”、“系統(tǒng)告知”和“視頻監(jiān)控”功效欄。3、實時監(jiān)測：于實時監(jiān)測部分，客戶能夠集中式的查見現(xiàn)場最新的環(huán)境參數(shù)。且可于現(xiàn)在頁面進行控制調節(jié)，極大地方便了顧客的操作。4、智能決策顧客能夠對室內環(huán)境進行上下