農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)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(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、CO濃度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實時采集，自動開啟或者關(guān)閉設(shè)備(如遠(yuǎn)程控制澆灌、開關(guān)卷簾等)。同時在溫室現(xiàn)場布置攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，實時采集視頻信號。

一、背景情況

    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，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被譽(yù)為一個新的經(jīng)濟(jì)增長點，國家和政府部分非常重視物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，*報道，在各省啟動的十二五規(guī)劃中，有23個省份將物聯(lián)網(wǎng)作為重要發(fā)展目標(biāo)。

    物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofthings）是指通過射頻識別（RFID）、傳感器、定位系統(tǒng)、二維碼等信息感知設(shè)備，按約定的協(xié)議連接起來，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、數(shù)據(jù)采集、智能控制、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

    物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，既能改變粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式，也能提高動植物疫情疫病防控能力，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

 二、需求分析

    根據(jù)建三江前進(jìn)農(nóng)場農(nóng)業(yè)信息化需求，經(jīng)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(nóng)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(nóng)戶提供農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)的農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺；三是通過語音、短信、彩信等多種通信方式的農(nóng)業(yè)專家；四是提供農(nóng)商在線貿(mào)易服務(wù)平臺。

    1、水稻育秧大棚監(jiān)控及智能控制

    目前，建三江前進(jìn)農(nóng)場主要種植水稻，在每年的春天需要提前在大棚內(nèi)進(jìn)行水稻育秧，水稻育秧對溫度、濕度、光照、通風(fēng)、灌溉等都有嚴(yán)格的要求，以往都是通過人工憑經(jīng)驗來操作。不僅效率低，并且度不夠。

    通過傳感器對大棚環(huán)境指標(biāo)各項數(shù)據(jù)的采集，統(tǒng)一集中到數(shù)據(jù)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(shè)置，實現(xiàn)自動通風(fēng)、光照、灌溉等自動化管理。

    2、農(nóng)業(yè)信息化服務(wù)平臺

    主要是為農(nóng)戶提供豐富的信息內(nèi)容和服務(wù)，包括了農(nóng)業(yè)法規(guī)、農(nóng)產(chǎn)品交易、勞務(wù)信息、價格查詢、農(nóng)業(yè)科技、市場動態(tài)、氣象信息等。

    3、農(nóng)業(yè)專家

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

    4、農(nóng)商在線貿(mào)易服務(wù)平臺

    主要是服務(wù)用農(nóng)戶，提供農(nóng)產(chǎn)品的網(wǎng)上宣傳、推廣，網(wǎng)上在線實物展示、交易撮合服務(wù)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(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、CO濃度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實時采集，自動開啟或者關(guān)閉設(shè)備(如遠(yuǎn)程控制澆灌、開關(guān)卷簾等)。同時在溫室現(xiàn)場布置攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，實時采集視頻信號。用戶通過電腦或3G手機(jī)，隨時隨地觀察現(xiàn)場情況、查看現(xiàn)場溫濕度等數(shù)據(jù)和控制遠(yuǎn)程智能調(diào)節(jié)設(shè)備。

    2、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

    （1）總體架構(gòu)

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

（2）技術(shù)架構(gòu)

（3）系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。主要負(fù)責(zé)溫室內(nèi)部光照、溫度、濕度和土壤含水量以及視頻等數(shù)據(jù)的采集和控制。數(shù)據(jù)傳感器的上傳采用ZigBee和Rs485兩種模式。根據(jù)傳輸方式的不同，溫室現(xiàn)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(shù)值傳送到zigBee節(jié)點上；有線版采用電纜方式將數(shù)據(jù)傳送到Rs485節(jié)點上。無線版具有部署靈活，擴(kuò)展方便等優(yōu)點；有線版具有高速部署，數(shù)據(jù)穩(wěn)定等優(yōu)點。

    視頻采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高精度網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，系統(tǒng)的清晰度和穩(wěn)定性等參數(shù)均符合國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

    控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由控制設(shè)備和相應(yīng)的繼電器控制電路組成，通過繼電器可以自由控制各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，包括：噴淋、滴灌等噴水系統(tǒng)和卷簾、風(fēng)機(jī)等空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。

    無線傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要將設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，通過3G網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器上，在傳輸協(xié)議上支持*4現(xiàn)網(wǎng)協(xié)議及下一代互聯(lián)網(wǎng)*6協(xié)議。

    數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和信息處理，為用戶提供分析和決策依據(jù)，用戶可隨時隨地通過電腦和手機(jī)等終端進(jìn)行查詢。

    （4）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>

    系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)方面采取了多種制式，遠(yuǎn)程通訊采用3G無線網(wǎng)絡(luò)，近距離傳輸采取無線ZigBee模式和有線Rs485模式相結(jié)合，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

    （5）系統(tǒng)功能介紹

    數(shù)據(jù)采集

    溫室內(nèi)溫度、濕度、光照度、土壤含水量等數(shù)據(jù)通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如果傳感器上報的參數(shù)超標(biāo)，系統(tǒng)出現(xiàn)闌值告警，并可以自動控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。

    數(shù)據(jù)采集設(shè)備列表

視頻監(jiān)控

    用戶隨時隨地通過3G手機(jī)或電腦可以觀看到溫室內(nèi)的實際影像，對農(nóng)作物生長進(jìn)程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

    數(shù)據(jù)存儲

    系統(tǒng)可對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，形成知識庫，以備隨時進(jìn)行處理和查詢。

    數(shù)據(jù)分析

    系統(tǒng)將采集到的數(shù)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(yuǎn)程控制

    用戶在任何時間、任何地點通過任意能上網(wǎng)終端，均可實現(xiàn)對溫室內(nèi)各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制?？梢蕴峁┕喔?、卷簾等操作。

    錯誤報警

    系統(tǒng)允許用戶制定自定義的數(shù)據(jù)范圍，超出范圍的錯誤情況會在系統(tǒng)中進(jìn)行標(biāo)注，以達(dá)到報警的目的。

統(tǒng)一認(rèn)證

    系統(tǒng)允許用戶制定自定義的數(shù)據(jù)范圍，超出范圍的錯誤情況會在系統(tǒng)中進(jìn)行標(biāo)注，以達(dá)到報警的目的。

    手機(jī)監(jiān)測

    3G手機(jī)可以實現(xiàn)與電腦終端同樣的功能，實時查看各種由傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并能調(diào)節(jié)溫室內(nèi)噴淋、卷簾、風(fēng)機(jī)等各種設(shè)備。

GIS地圖

系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)結(jié)合，提供對設(shè)備所在位置的查詢。