農業(yè)物聯網監(jiān)控及智能控制解決方案

摘要：水稻育秧大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過光照、溫度、濕度等無線傳感器，對農作物溫室內的溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度等環(huán)境參數進行實時采集，自動開啟或者關閉指定設備(如遠程控制澆灌、開關卷簾等)。同時在溫室現場布置攝像頭等監(jiān)控設備，實時采集視頻信號。

---------------------------------------------------------------------------- 

一、背景情況

    物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業(yè)的第三次浪潮，物聯網技術被譽為全球一個新的經濟增長點，國家和政府部分非常重視物聯網產業(yè)的發(fā)展，新華社報道，在各省啟動的十二五規(guī)劃中，有23個省份將物聯網作為重要發(fā)展目標。

    物聯網（TheInternetofthings）是指通過射頻識別（RFID）、傳感器、全球定位系統(tǒng)、二維碼等信息感知設備，按約定的協議連接起來，通過有線或無線網絡進行信息交換和通信，以實現智能化識別、數據采集、智能控制、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。

    物聯網技術在農業(yè)中的應用，既能改變粗放的農業(yè)經營管理方式，也能提高動植物疫情疫病防控能力，確保農產品質量安全，引領現代農業(yè)發(fā)展。

===============================================================================

 二、需求分析

    根據建三江前進農場農業(yè)信息化需求，經過討論分析主要有以下具體需求：一方面是水稻育秧大棚、農田灌溉及糧食存儲的自動監(jiān)控和智能控制；第二是面向農戶提供農業(yè)技術服務的農業(yè)信息服務平臺；三是通過語音、短信、彩信等多種通信方式的農業(yè)專家熱線；四是提供農商在線貿易服務平臺。

    1、水稻育秧大棚監(jiān)控及智能控制

    目前，建三江前進農場主要種植水稻，在每年的春天需要提前在大棚內進行水稻育秧，水稻育秧對溫度、濕度、光照、通風、灌溉等都有嚴格的要求，以往都是通過人工憑經驗來操作。不僅效率低，并且精確度不夠。

    通過傳感器對大棚環(huán)境指標各項數據的采集，統(tǒng)一集中到數據存儲平臺，一方面可以全面掌握每個大棚的環(huán)境情況，二是可以通過高清視頻查看秧苗的具體發(fā)育情況，三是可以通過閾值設置，實現自動通風、光照、灌溉等自動化管理。

    2、農業(yè)信息化服務平臺

    主要是為農戶提供豐富的信息內容和服務，包括了農業(yè)法規(guī)、農產品交易、勞務信息、價格查詢、農業(yè)科技、市場動態(tài)、氣象信息等。

    3、農業(yè)專家服務熱線

    主要是為農場和農戶之間搭建溝通的橋梁，農戶可以通過熱線電話、彩信、短信的方式，在農業(yè)生產方面遇到的問題來求助于農業(yè)專家，同時可以通過這些通信手段獲得及時的農業(yè)生產信息。

    4、農商在線貿易服務平臺

    主要是服務用農戶，提供農產品的網上宣傳、推廣，網上在線實物展示、交易撮合服務等。

================================================================================

大棚監(jiān)控及智能控制

    1、概述

    水稻育秧大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過光照、溫度、濕度等無線傳感器，對農作物溫室內的溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度等環(huán)境參數進行實時采集，自動開啟或者關閉指定設備(如遠程控制澆灌、開關卷簾等)。同時在溫室現場布置攝像頭等監(jiān)控設備，實時采集視頻信號。用戶通過電腦或3G手機，隨時隨地觀察現場情況、查看現場溫濕度等數據和控制遠程智能調節(jié)指定設備。

    2、系統(tǒng)架構設計

    （1）總體架構

    系統(tǒng)的總體架構分為傳感信息采集、視頻監(jiān)控、智能分析和遠程控制四部分。

（2）技術架構

（3）系統(tǒng)組成

數據采集系統(tǒng)。主要負責溫室內部光照、溫度、濕度和土壤含水量以及視頻等數據的采集和控制。數據傳感器的上傳采用ZigBee和Rs485兩種模式。根據傳輸方式的不同，溫室現場部署分為無線版和有線版兩種。無線版采用ZigBee發(fā)送模塊將傳感器的數值傳送到zigBee節(jié)點上；有線版采用電纜方式將數據傳送到Rs485節(jié)點上。無線版具有部署靈活，擴展方便等優(yōu)點；有線版具有高速部署，數據穩(wěn)定等優(yōu)點。

--------------------------------------------------------------------------------

    視頻采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高精度網絡攝像機，系統(tǒng)的清晰度和穩(wěn)定性等參數均符合國內相關標準。

--------------------------------------------------------------------------------

    控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由控制設備和相應的繼電器控制電路組成，通過繼電器可以自由控制各種農業(yè)生產設備，包括：噴淋、滴灌等噴水系統(tǒng)和卷簾、風機等空氣調節(jié)系統(tǒng)等。

--------------------------------------------------------------------------------

    無線傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要將設備采集到的數據，通過3G網絡傳送到服務器上，在傳輸協議上支持IPv4現網協議及下一代互聯網IPv6協議。

--------------------------------------------------------------------------------

    數據處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)負責對采集的數據進行存儲和信息處理，為用戶提供分析和決策依據，用戶可隨時隨地通過電腦和手機等終端進行查詢。

--------------------------------------------------------------------------------

    （4）網絡拓撲

    系統(tǒng)在網絡方面采取了多種制式，遠程通訊采用3G無線網絡，近距離傳輸采取無線ZigBee模式和有線Rs485模式相結合，保證網絡系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

    （5）系統(tǒng)功能介紹

    數據采集

    溫室內溫度、濕度、光照度、土壤含水量等數據通過有線或無線網絡傳遞給數據處理系統(tǒng)，如果傳感器上報的參數超標，系統(tǒng)出現闌值告警，并可以自動控制相關設備進行智能調節(jié)。

    數據采集設備列表

視頻監(jiān)控

    用戶隨時隨地通過3G手機或電腦可以觀看到溫室內的實際影像，對農作物生長進程進行遠程監(jiān)控。

    數據存儲

    系統(tǒng)可對歷史數據進行存儲，形成知識庫，以備隨時進行處理和查詢。

    數據分析

    系統(tǒng)將采集到的數值通過直觀的形式向用戶展示時間分布狀況(折線圖)和空間分布狀況(場圖)，提供日報、月報等歷史報表。

遠程控制

    用戶在任何時間、任何地點通過任意能上網終端，均可實現對溫室內各種設備進行遠程控制?？梢蕴峁┕喔取⒕砗煹炔僮?。

    錯誤報警

    系統(tǒng)允許用戶制定自定義的數據范圍，超出范圍的錯誤情況會在系統(tǒng)中進行標注，以達到報警的目的。

統(tǒng)一認證

    系統(tǒng)允許用戶制定自定義的數據范圍，超出范圍的錯誤情況會在系統(tǒng)中進行標注，以達到報警的目的。

    手機監(jiān)控

    3G手機可以實現與電腦終端同樣的功能，實時查看各種由傳感器傳來的數據，并能調節(jié)溫室內噴淋、卷簾、風機等各種設備。

GIS地圖

系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)結合，提供對設備所在位置的查詢。