智慧农业大棚物联网智能系统.doc

word智慧农业建设果蔬大棚物联网项目方案前言3一、农业物联网在现代设施农业应用的意义3二、果蔬大棚物联网方案概述52.1 系统设计原如此52.2 系统功能特点62.3 系统组成73.4 系统示意图8三、各子系统介绍83.1 环境参数采集子系统83.2 自动控制系统93.3 视频监控子系统123.4 信息发布系统12四、中央控制室与管理软件平台13144.2 数据采集功能154.3 设备控制174.4 视频植物生长态势监控功能19五、项目的需求22前言物联网信息技术在 2006 年被评为未来改变世界的十大技术之一，是继互联网之后的又一次产业升级，是十年一次的产业机会总体来说，物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的新技术，物物相连，相互感知，假如干年后，地球上的每一粒沙子都有可能分配到一个确定地址，它的各种状态、参数可被感知2009 年 8 月温家宝总理在某某提出"感知中国"，物联网开始在中国受到政府的重视和政策牵引2010 年国家发布了"十二五"开展规划纲要，其中第十三章“全面提高信息化水平‘第一节’构建下一代信息根底设施〞中明确提到：推动物联网关键技术研发和在重点领域的应用示X。

在第五章“加快开展现代农业‘第二节’推进农业结构战略性调整〞中提出：加快开展设施农业，推进蔬菜、果蔬、茶叶、果蔬等园艺作物标准化生产提升畜牧业开展水平促进水产健康养殖推进农业产业化经营，促进农业生产经营专业化、标准化、规模化、集约化推进现代农业示X区建设第三节“加快农业科技创新〞中提出：推进农业技术集成化、劳动过程机械化、生产经营信息化加快农业生物育种创新和推广应用，做大做强现代种业加强高效栽培、疫病防控、农业节水等领域的科技集成创新和推广应用，实施水稻、小麦、玉米等主要农作物病虫害专业化统防统治加快推进农业机械化，促进农机农艺融合开展农业信息技术，提高农业生产经营信息化水平 2013 年国家一号文件更是着重讲述物联网技术在农业中的应用物联网信息技术与现代农业的结合更加是国家重点推动的关键示X应用 一、农业物联网在现代设施农业应用的意义我国是农业大国，而非农业强国近 30 年来果蔬高产量主要依靠农药化肥的大量投入，大局部化肥和水资源没有被有效利用而随地弃置，导致大量养分损失并造成环境污染我国农业生产仍然以传统生产模式为主，传统耕种只能凭经验施肥灌溉，不仅浪费大量的人力物力，也对环境保护与水土保持构成严重威胁，对农业可持续性开展带来严峻挑战。

本项目针对上述问题，利用实时、动态的农业物联网信息采集系统，实现快速、多维、多尺度的果蔬信息实时监测，并在信息与种植专家知识系统根底上实现农田的智能灌溉、智能施肥与智能喷药等自动控制突破果蔬信息获取困难与智能化程度低等技术开展瓶颈目前，我国大多数果蔬生产主要依靠人工经验尽心管理，缺乏系统的科学指导设施栽培技术的开展，对于农业现代化进程具有深远的影响设施栽培为解决我国城乡居民消费结构和农民增收，为推进农业结构调整发挥了重要作用，大棚种植已在农业生产中占有重要地位要实现高水平的设施农业生产和优化设施生物环境控制，信息获取手段是最重要的关键技术之一物联网技术的开展，为农业大棚的产生创造了条件基于智能传感技术、无线传输技术、智能处理技术与智能控制等农业物联网应用的智能果蔬大棚种植系统，集数据实时采集、无线传输、智能处理和预测预警信息发布、辅助决策等功能于一体，通过对大棚环境参数的准确检测、数据的可靠传输、信息的智能处理以与设备的智能控制，实现农业生产的高效管理网络由数量众多的低能源、低功耗的智能传感器节点所组成，能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进展处理，获得详尽而准确的信息，通过无线传输网络传送到基站主机以与需要这些信息的用户，同时用户也可以将指令通过网络传送到目标节点使其执行特定任务。

物联网在农业领域中有着广泛的应用我们从农产品生产不同的阶段来看，无论是从种植的培育阶段和收获阶段，都可以用物联网的技术来提高它工作的效率和精细管理例如：〔1〕在种植准备的阶段 我们可以通过在大棚里布置很多的传感器，实时采集当前状态下土壤信息，来选择适宜的农作物并提供科学的种植信息与其数据经验〔2〕在种植和培育阶段 可以用物联网的技术手段进展实时的温度、湿度、CO2 等的信息采集，且可以根据信息采集情况进展自动的现场控制，以达到高效的管理和实时监控的目标，从而应对环境的变化，保证植物育苗在最优环境中生长例如：通过远程温度采集，可了解实时温度情况然后手动或自动的在办公室对其进展温度调整，而不需要人工去实施现场操作，从而节省了大量的人力〔3〕在农作物生长阶段 可以利用物联网实时监测作物生长的环境信息、养分信息和作物病虫害情况利用相关传感器准确、实时地获取土壤水分、环境温湿度、光照等情况，通过实时的数据监测和物定作物的专家经验相结合，配合控制系统调理作物生长环境，改善作物营养状态，与时发现作物的病虫害爆发时期，维持作物最优生长条件，对作物的生长管理与其为农业提供科学的数据信息等方面有着非常重要的作用。

〔4〕在农产品的收获阶段 我们也同样可以利用物联网的信息，把它传输阶段、使用阶段的各种性能进展采集，反应到前端，从而在种植收获阶段进展更精准的测算总而言之，物联网农业智能测控系统能大大的提高生产管理效率，节省人工〔例如：对于大型农场来说，几千亩的土地如果用人力来进展浇水施肥，手工加温，手工卷帘等工作，其工作量相当庞大且难以管理，如果应用了物联网技术，手动控制也只需点击鼠标的微小的动作，前后不过几秒，完全替代了人工操作的繁琐〕，而且能非常便捷的为农业各个领域研究等方面提供强大的科学数据理论支持，其作用在当今的高度自动化、智能化的社会中是言而谕的二、果蔬大棚物联网方案概述2.1 系统设计原如此从以上需求情况分析本系统，制订设计原如此，以指导我们的方案设计： 1、先进性：采用先进的设计理念，选用先进的软硬件设备，保证项目整体在未来一定时期内的技术领先性 2、开放性：方案的设计与选型遵从国际标准与工业标准，使项目具有高度的开放性和所提供设备在技术上的兼容性 3、可扩展性：项目设计在充分考虑当前情况的同时，必须考虑到今后较长时期内业务开展的需要，留有充分的升级和扩大的可能性 4、可靠性：项目的设计必须贯彻可靠性原如此，使系统具有很高的可用性。

5、经济适用性：先进的设计理念、先进的技术必须考虑其信价，不要用高科技高价格吓到用户，把实际应用门槛提高，要让农户用得起的物联网技术 2.2 系统功能特点采集采用超低功耗，节能环保，低功耗设计，采用太阳能供电的方式完全可以满足大局部设备的需要 网络采用现代网络——物联网新技术，采用最先进的物联网技术，具有自组网、自愈合、云端计算等全新功能 无线技术采用 Zigbee、3G、Wlan 等无线技术，安装方便，携带方便，无基建本钱、无改造本钱，防止了布线带来的火灾隐患，突破了有线只能在本地计算机进展查看和浏览的劣势，用户可以突破时间和地域的限制，随时随地的了解生产现场状况 显示方式采用 LED 显示屏，液晶电视，电脑，等不同的显示方式，适合在示X基地不同地方使用，充分表现现代农业与现代光电信息技术的融合 图像与视频采用彩色高清〔1080P〕摄像机，通过多维信息与多层次处理实现农作物的最优生长环境调理与施肥管理图像与视频的引用，直观地反映了农作物生产的实时态势，可以侧面反映出作物生长的整体状态与营养水平可以从整体上给农户提供更加科学的种植决策理论依据 多种形式的报警，适合不同场合需要可设定各监控点位的温湿度报警限值，当出现数据异常时可自动发出报警信号,并根据系统设定的控制方式触发相应自动控制动作。

报警方式有现场多媒体声光报警、网络客户端报警、短信息报警等，不同故障与时通知不同的值班人员远程控制管理/故障诊断系统：远程通过 internet 网登录平台，监测相关信息〔环境信息与管理信息〕，同时可以参与设备控制扩展性强：在系统设计时预留有相应的接口，可以随时增加监测项目，如增加局部温度测试端口、湿度测试端口等，甚至大规模增加测试探头，系统的改良也可以在很短的时间内完成友好的控制软件界面：简单、明了大棚模型与真实大棚相对应，可以更直观地控制各系统，通过调节所需要的环境参数，软件会启动相应的设备实现用户设定的环境要求自动分析整理室内外环境因子数据，以图表形式得出分析结果 每个节点数据传到云端服务器，远程专家可以根据实际情况进展分析〔特殊情况要参考当地土质情况〕，也可以远程专家经行会诊，进而经行相应的控制作业现有大型农业生产企业、农业示X基地的信息化改造，用自动化的技术手段替代了用户现有的定期数据采集工作，提升了数据采集的准确度和可靠性，让用户可以将精力专注在数据的分析和管理上2.3 系统组成针对现代农业示X基地需求而开发的物联网信息技术整体解决方案，主要包括三局部：一、基地环境信息采集局部：包括大棚空气温湿度信息监测，土壤信息监测，气象信息监测，视频信息采集等。

二、基地设备自动控制局部：包括大棚的温度控制，遮阳控制，风机，补光，加热，开窗灌溉水肥控制等 三、基地信息发布与智能处理局部：包括 LED 信息发布系统，中央控制室的管理平台，意外信息的报警处理等功能2.4 系统示意图为示X基地信息化技术的示意图在感知层，对基地的的各种信息进展全面的采集与监测；在传输层，通过光纤，以太网，无线的传输方式对信息进展传输与聚集；在应用层，对信息进展处理，智能决策，信息发布，对基地大棚设备进展管控三、各子系统介绍3.1 环境参数采集子系统每一栋大棚配置一套种植环境多参数组合采集器，它包括环境温度、环境湿度、光照度、CO2、土壤温度、土壤水分七参数，通过Wlan无线传感网组成一个智能无线网络，多个大棚群将各自环境参数适时上传给云端服务器 3.2 自动控制系统根据环境参数采集系统获取的数据，以与各类作物适宜环境参数，驱动各类监控器和湿帘降温系统、通风系统等构成整个自动化控制网络6.2.1 温度控制子系统 自动降温原理：夏季采用自然和强制通风降温的方式进展降温由应用平台根据目标温度与实际室温的偏差以与室温的变化率进展模糊计算先开启顶开窗系统进展自然通风调整大棚内的温度，经过时间判断后，如果温度值还不能降低，再开启侧窗系统。

如自然通风不能降低大棚内的温度值，再采用强制通风的方式来控制室内湿度强制通风原理：通过延时计算关闭天窗，其次关闭侧窗开启湿帘外翻窗，然后开启风机，进展温度判断，如果温度还下不来，如此开启湿帘水泵，如温度还降不下来，如此计算机会开启温度过高报警，提示用户需增加降温设备〔说明：上面所有的控制过程都配有延时和稳定判断时间和动作稳定时间，以保证大棚设备不频繁进展开启关闭动作更好的保护大棚〕自动升温原理：冬季采用暖气加温或地源热泵中央空调系统的方式，由应用平台根据目标温度与实际室温的偏差以与室温的变化率进展模糊计算，通过调节暖气恒温阀的开合度来控制室内温度6.2.2 通风控制子系统 自动控制原理：由室内传感器采集大棚内部的温度值来进展模糊计算出大棚内的温差值，如果温差值过大，如此自动开启循环风机同时采集大棚内的湿度值，如果湿度值偏差过大，也自动开启循环风机，以平衡大棚内的湿度偏差值手动控制：新风换气机可由电脑操作人员通过控制进展人工操作，也。