智慧农业物联网综合测控管理系统设计方案.pdf

石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-1-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：“物联网物联网+智慧农业智慧农业”综合测控管理综合测控管理系统系统设计方案圣启科技 河北石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-2-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：目目录录第一部分：第一部分：农业物联网前景广阔大有可为农业物联网前景广阔大有可为（1）农业物联网系统概述04第第二二部分：部分：现代农业物联网的技术支撑现代农业物联网的技术支撑（1）全球定位系统 GPS05第第三三部分：部分：农业物联网系统包含主要层面农业物联网系统包含主要层面（1）智能温室环境数据测控部分06（2）视频图像监控部分07（3）田间/棚内气象观测站 08（4）农业病虫害专家诊断系统10（5）手机 APP 终端平台11（6）中央管理室电脑软件部分13第第四四部分：部分：温室温室数据采集控制数据采集控制部分部分（1）空气温湿度监测14（2）土壤温湿度监测14（3）光照度监测15（4）CO2、O2浓度监测15（5）灌溉及设备联动控制15第第五五部分：部分：人机触摸屏操作界面人机触摸屏操作界面15第第六六部分：部分：图像数据视频监控图像数据视频监控1 16 6第第七七部分：部分：感知层传感器的选择感知层传感器的选择1 17 7第第八八部分：部分：农业物联网信息中心软件农业物联网信息中心软件（1）管理中心远程发布服务器18（2）环境参数在线管理软件设备18（3）图像视频管理软件设备19（4）大屏信息显示发布设备20石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-3-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：第一部分：第一部分：农业物联网前景广阔大有可为农业物联网前景广阔大有可为（1 1）农业物联网系统概述农业物联网系统概述随着农业科技的发展，国家对于农业的关注度日益增加，农业自动化、精细化、国际化发展已提上日程。国家科技园、各大农业园区、农场等农业机构企业积极寻求在良种培育、节本降耗、节水灌溉、农机装备、新型肥药、疫病防控、加工贮运、循环农业、海洋农业、农村民生等方面的高新技术，力求突破现存的农业技术瓶颈，真正实现现代化农业。物联网技术在农业中的应用，既能改变粗放的农业经营管理方式，又能提高动植物疾情疾病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展。物联网农业应用是将采集数据经行分析后进行的全自动监控灌溉、施肥、喷药、降温和补光等一系列操作，它由中央控制柜与多节点数据采集器构成两级分布式计算机控制网络，具有分散采集，集中操作管理的特点，系统配置可以根据要求灵活增加或减少。通过传感器实时采集温度、湿度、光照等环境参数，并传到各个节点，数各个节点实现和上位机的通讯，在计算机软件界面上可显示所采集到环境参数的值，可进行数据设定、存贮、报警。第二部分：第二部分：现代农业物联网的技术支撑现代农业物联网的技术支撑（1 1）全球定位系统全球定位系统 GPSGPSGPS 是利用地球上空的通讯卫星、地面上的接收系统和用户设备等组成的高精度、全石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-4-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：天候、全球性的精确定位系统。GPS 是智能农业的基础,主要用于实时、快速地进行田间信息的采集和田间操作的精确定位，在智能农业中发挥了重要作用，为农田信息定位，指挥农机行走和农机作业，同时对周边环境进行不定期监测定位，为农业专家系统提供有益的空间信息。第第三三部分：部分：农业物联网系统包含主要层面农业物联网系统包含主要层面（1 1）智能温室环境数据测控部分智能温室环境数据测控部分近年，全国各地根据需要普遍建设了日光温室、塑料大棚等为农作物创造出良好的生长环境。温室工程成为高效农业的重要组成部分。温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度、湿度等对生物生长的限制。能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，部分或完全的摆脱农作物对自然条件的依赖。智能温室大棚控制系统是针对温室大棚正常有效运转的控制要求配置的远程监控与管理系统。采用传感器技术、依托传统温室大棚生产工艺、设计的具有高可靠性、安全性、可扩展性的软硬件系统。石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-5-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：充分利用物联网技术和组态软件实时远程获取温室大棚内部的空气温度、湿度、光照强度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数及视频图像，通过模型分析，远程或自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，保证温室大棚内的环境最适宜作物生长；同时，该系统还可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向农户推送实时监测信息、预警信息、农技知识等，实现温室大棚集约化、网络化远程管理。（2 2）视频图像监控部分视频图像监控部分基于网络技术和视频信号传输技术，对温室大棚内部作物生长状况进行全天候视频监控。该系统由网络型视频服务器、高分辨率摄像头组成，网络型视频服务器主要用以提供视频信号的转换和传输，并实现远程的网络视频服务。在已有 Internet 上，只要能够上网就可以根据用户权限进行远程的图像访问、实现多点、在线、便捷的监测方式。在温室大棚的内部安装摄像头及控制云台和各类数据传感器，通过摄像头云台和传感器对温室大棚内部农作物的生长情况和温度、湿度、二氧化碳浓度各类数据进行监控。通过云台的控制，劳作者在室内即可对摄像头的方向进行控制，全方位的实时查看温室大棚内作物的生长情况，以便及时提出决策和采取正确的处理措施。通过在温室大棚外部安装摄像头对整个大棚外部周围环境情况进行监控，防治各类不法分子对大棚的偷盗，切实起到安全防范作用。能够减轻农户的劳动力，为温室大棚 24 小时无人职守。为温室大棚的安全保驾护航。为农业基地生产提供安防保障，督促生产员工规范化操作。（3 3）田间田间/棚内气象观测站棚内气象观测站SQ-NYZ 农田小气候观测站是针农业生态环境（如农田、果园、温室、畜舍等，和农业生产活动环境，如晒场、喷药、农产品储存等小环境内的气候与农业生物和农业生产关之间的能量和物质交换）监测设计的一款小型自动气象站。石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-6-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-7-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：3.3.1 产品特点-完整的农业气象系统，适合农业生产与科研等用途；-智能微气象多合一传感器与扩展要素灵活组配；-集数据采集和无线通讯于一体，采集密度可自行设置；-可单站应用也可组网布点，无线数据传输；-支持交流/太阳能供电方式；-大容量数据存储器。3.3.2 产品功能-可以接风速、风向、雨量、温度、湿度、气压、辐射等气象传感器；-内核采用 16 位微处理器，系统时钟最高可达 36MHz，执行速度超快；-可远程烧写程序，方便系统改进与升级；-友好的人机界面，可直接在盘面上进行参数设定；-输入、输出采用光电隔离，抗干扰能力强；-采集仪具有时间校准功能，-与上位机通讯可采用 RS232、RS48、GPRS5、USB、数传电台等多种方式；-可定制 U 盘外部数据存储器，实现数据的海量存储；-工作电源：AC220V、DC12V-36V、太阳能蓄电池；（4 4）农业病虫害专家诊断系统农业病虫害专家诊断系统是以农业专家和农业知识为核心，建设专家远程服务系统，重点建设专家视频咨询、预约专家咨询、远程视频培训、信箱咨询服务，为示范区主要农作物病虫草害诊断、防治提供更好的专家技术服务。利用智能手机用户采集未知的病虫害图片，上传到系统中，与信箱咨询服务实时数据交互，由专家进行诊断和指导，用户可以利用智能手机查看专家回复内容。石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-8-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：（5 5）手机）手机 APPAPP 终端平台终端平台建设基于 Android 智能手机端的物联网远程监控系统，重点建设基于电子地图的试点基地、温室分布展示，环境实时数据、环境数据趋势、环境预警信息，利用移动终端统一展现示范区农业物联网示范大棚、温室、大田等基地生产信息、环境信息。石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-9-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-10-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-11-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：用户可以通过圣启科技-农业温室智能监控系统手机客户端，随时随地查看自己负责温室的环境参数。用户可以使用手机端及时接受、查看温室环境报警信息。通过手机端，用户可以远程自动控制温室环境设备，如自动灌溉系统、风机、顶窗等。（6 6）中央管理室电脑软件部分）中央管理室电脑软件部分圣启科技农业物联网解决方案结合了最先进的网络通信、自动控制及软件技术,包括温室大棚智能监控系统、农场品安全质量追溯系统、农业专家知识库、农产品电子商务平台等。农产品物联网平台深度集成环境监控系统、产品溯源系统、冷库环境监控系统，将农产品实时环境信息直观呈现到平台，并提供统一平台查询接口，随时随地知晓产品全过程溯源信息；石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-12-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：同时平台集结专业的农业专家为农业领域常见农作物疾病等信息进行快速、远程诊断，真正实现全面感知、智能农业的最终目标。第第四四部分：部分：温室数据采集控制部分温室数据采集控制部分智能温室大棚内的各参数传感器，对温室环境进行多点实时动态采集，经过 A/D 转换送入单片机处理，驱动执行装置从而实现温室环境的自动智能调节。显示装置实时显示温室内的温湿度、光照度等数值，能够更加一目了然地展示温室大棚数据全貌。（1）空气温湿度监测通过温湿度传感器监测大棚室外空气环境温湿度、室内空气环境温湿度、地表温湿度、土壤温湿度等，并能对数据进行采集、分析运算、控制、存储、发送等。石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-13-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：（2）土壤温湿度监测通过温湿度传感器监测大棚内土壤的温度数值和土壤水分含量，并能对数据进行采集、分析运算、控制、存储、发送等。（3）光照度监测通过光感和光敏传感器监测记录温室大棚内光线的强度，可以直接与相关的补光系统、遮阳系统等设备相连，必要时自动打开相关设备。通过无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端。（4）CO2、O2浓度监测在温室大棚内部署二氧化碳浓度传感器，实时监测温室中二氧化碳的含量，当浓度超过系统设定阙值范围时，通过无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端，由相关工作人员做出相应调整。（5）灌溉及设备联动控制水灌溉与农药喷洒采用一套管线系统，根据植物生长模式，可通过自动、手动方式进行操作。石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-14-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：第第五五部分：部分：人机触摸屏操作界面人机触摸屏操作界面人机界面(也叫 HMI)触摸屏主要用于系统的数据显示和参数设置，并提供了数据查看，数据修改的功能，它安装在温室主控柜的面板上。显示包括了温室内部的温度、湿度、光照强度、风机状态、土壤湿度、土壤温度、空气含氧量、co2 含量，以及配套设备的状态显示，如水箱水位、施肥水的浓度等参数都能一目了然，这样一个温室只需一个工作人员就可对整个温室的状态和数据信息完全的掌握，节省了人力资源。另外对于系统的异常状况在屏幕上也能及时的显示，并声光报警提醒工作人员及时的处理信息和排除故障。人机触摸屏主要能实现以下几种功能：实时的资料趋势显示把读取的数据资料立即显示在屏幕上。自动记录资料自动将资料储存至数据库中，以便日后查看。历史资料趋势显示把数据库中的资料作可视化的呈现。报表的产生与打印能把资料转换成报表的格式，并能够打印出来。图形接口控制操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。警报的产生与记录使用者可以定义一些警报产生的条件。调取系统运行参数使用管理员身份可调取系统运行参数进行查看和修改。独特的管理员权限具有管理员操作界面，提高系统安全性。第第六六部分：部分：图像数据视频监控图像数据视频监控农业物联网的基本概念是实现农业上作物与环境、土壤及肥力间的物物相联的关系网络，通过多维信息与多层次处理实现农作物的最佳生长环境调理及施肥管理。但是作为管理农业生产的人员而言，仅仅数值化的物物相联并不能完全营造作物最佳生长条件。石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-15-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：视频与图像监控为物与物之间的关联提供了更直观的表达方式。比如：哪块地缺水了，在物联网单层数据上看仅仅能看到水分数据偏低。应该灌溉到什么程度也不能死搬硬套地仅仅根据这一个数据来作决策。因为农业生产环境的不均匀性决定了农业信息获取上的先天性弊端，而很难从单纯的技术手段上进行突破。视频监控的引用，直观地反映了农作物生产的实时状态，引入视频图像与图像处理，既可直观反映一些作物的生长长势，也可以侧面反映出作物生长的整体状态及营养水平。可以从整体上给农户提供更加科学的种植决策理论依据。第第七七部分：部分：感知层传感器的选择感知层传感器的选择传感器是系统检测环节的重要组成部分，用于将温室环境因子等非电物理量转变为控制系统可识别的电信号，为系统管理控制提供判断和处理的依据。传感器的主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、漂移、精度等。常用传感器主要有温度传感器、湿度传感器、光照传感器、co2(二氧化碳)传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器以及营养液的盐分(EC)和酸度(PH)传感器等。(1)空气温湿度传感器温湿度传感器主要分为室内和室外温湿度的采集单元，室外一般使用轻型百叶型温湿度，可防太阳辐射和防雨。而室内一般采用带显示型和不带显示型的温湿度传感器。大多数作物的生长适宜温度在 1233之间，而温室内温度测量范围一般在 050，湿度测量范围为 0%100%RH,供电电压采用工业标准 24VDC,标准工业输出信号为(420)mA，精度为温度0.5，湿度3%RH，输出信号线性很好，可远距离传输。石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-16-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：(2)光照度传感器的选取光是植物进行光合作用的主要能源，与光照强度和光照时间有关系，其采用高灵敏度的硅蓝光伏探测器作为传感器，具有测量范围宽，使用方便，便于安装，传输距离远等特点。其供电电压为 24VDC，精度为7%，测量范围：0200KLux，输出信号为(420)mA，操作环境温度为 070，湿度为 070%RH。光照传感器主要用于对太阳光照检测，并送达到控制器，由控制器通过内部的计算和逻辑判断决定是否启用温室的遮阳网。(3)风速传感器风速传感器主要使用到室外，用于组建气象风速的检测采集使用，温室中普遍使用遮阳网和卷膜来进行遮光和保温使用，当遮阳网或是卷膜展开时，风速如果过大，将对遮阳网和卷膜造成损害，而系统会根据风速送回的风速信息做计算处理，用于在高风速的情况下及时地收回遮阳网和卷膜，防止大风对遮阳网和卷膜的破坏。(4)风向传感器主要用于对于做环境检测以及科研单位记录气象信息使用。同时天窗和侧窗工作状态与其有关。(5)雨雪传感器主要用于对于检测室外的雨雪情况，用作遮阳网和天窗以及侧窗的自动控制，即使的检测雨雪环境变化可即使的开启或收纳外遮阳、天窗和侧窗，防止雨水或下雪对室内温度、湿度环境的破坏以及防止对外遮阳幕布的寿命造成影响。(6)CO2 传感器用于高标准要求的二氧化碳变送器，传感器采用硅基的非散射红外传感器带独特的内置参比;先进的单光束双波长测量，无移动部件，卓越的长期稳定性。传感器实时监测室内的co2 浓度大小，通过调节 co2 气体的补充来保证室内植物光合作用下所需的二氧化碳的浓度要求。第第八八部分：部分：农业物联网信息中心软件农业物联网信息中心软件中央管理室电脑软件部分主要包含管理中心远程发布服务器，环境参数在线管理软件设备，图像视频管理软件设备，和大屏信息显示发布设备。（1）管理中心远程发布服务器能够对外发布并进行管理，可以在线农业问题答疑等。（2）环境参数在线管理软件设备石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-17-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：在办公室内安装工控机和显示器，能够实时在线显示大棚内采集到的数据信息，并以实时曲线的方式显示给用户，并根据需要按照日、月、季、年参数变化曲线生成历史报表。便于对温室大棚运转情况进行分析做出改进，提高温室大棚的生产效率。石家庄圣启科技有限公司地址：河北省石家庄市新华区石获路 41 号-18-网址：http:/电话：0311-80773718邮箱：（3）图像视频管理软件设备在办公室内安装工控机和显示器，能够实时在线清晰监控大棚内的作物生长。（4）大屏信息显示发布设备大型 LED 显示屏主要在展览厅内作实时数据的显示与设备动作的指示使用，提升基地项目整体形象和观赏性与实用性，同时也方便了管理员的日常数据检查和实时信息参考。大型LED 显示屏有落地式和吊挂式两种，并且分为数码管显示和点阵显示两种类型。数码管显示直观的数字变化且显示模式固定，对于不需要做显示界面修改的地方比较适用。而点阵显示屏的显示比较细腻，并且可以自由定制显示界面，可实现分页显示，定时刷新和显示图片和动画等功能。