智慧农业大棚环境测控物联网系统

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目录

智慧农业温室大棚环境测控 .. 1

物联网系统 .. 1

第一部分:客户需求 .. 4

1 )智能温室大棚控制系统 .. 4

第二部分:系统建设概况 .. 6

1 )系统建设背景 .. 6

2 )系统建设目标 .. 7

第三部分:系统设计原则 .. 8

1 )易用性原则 .. 8

2 )经济实用性原则 .. 8

3 )稳定性原则 .. 8

4 )安全性原则 .. 9

5 )可扩展升级原则 .. 9

6 )先进性原则 .. 9

第四部分:系统结构及控制模式 .. 10

1 )系统组成结构 .. 10

2 )选择合适的控制方式 .. 11

第五部分:大棚温室现场数据采集控制 .. 12

1 )温湿度监测 .. 12

2 )光照度监测 .. 12

3 C02,02 浓度监测 .. 13

4 )分区域监测 .. 13

5 )报警控制 .. 13

6 )备用冗余功能 .. 14

第六部分:物联网视频监控系统 .. 15

1 )视频采集系统 .. 15

2 )通信传输系统 .. 16

3 )视频远程访问 .. 16

4 )视频处理系统 .. 16

第七部分:农业气象站环境监测系统 .. 17

1 )农业气象综合监控站 .. 17

第八部分:农业集中视频数据控制云平台 .. 20

1 )管理中心远程展示发布 .. 20

2 )环境参数在线监管平台 .. 20

3 )远程控制 .. 21

4 )监控终端 .. 21

第九部分:农业手机APP 终端平台 .. 22

第一部分:客户需求

1 )智能温室大棚控制系统

随着国民经济的迅速发展,现代农业得到了长足的进步,全国各地根据需要普遍建设了日光温室,塑料大棚等农业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。

福州众创群升科技有限公司自主研发集中视频数据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控制和管理系统。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。

充分利用物联网技术和集中视频数据控制平台实时远程获取温室大棚内部的空气温度、空气湿度、光照强度、土壤水分温度、土壤水分湿度、二氧化碳浓度、叶面温度、露点温度等环境参数和视频图像叠加。或者大棚外的风速、风向、PM2.5 、雨量等小气象数据环境和视频图像叠加。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、APP 、计算机等信息终端向农户推送实时监测信息、预警信息、农业知识等,实现温室大棚智能化、集约化、网络化远程管理。


第二部分:系统建设概况

1 )系统建设背景

近年来,全省坚持用科学发展谋划指导农业,不断改善农业基础条件,大力调整农业产业结构,努力推进农业机械化、科技化、产业化、市场化建设,全省农业综合效益和竞争力不断提高,现代农业发展取得一定成效。随着中央和省、市一系列强农惠农政策的实施,全省农业保障能力得到加强,农业现代化水平得到提升,农村经济实现加工转换率第,现代农业组织化程度不够,推进现代农业发展进程任重而道远。

今年,我省对现代农业配套改革实施方案,为全省现代农业发展提供了历史机遇和强大动力。为此,全省要进一步创新体制机制,破解制约现代农业发展的瓶颈障碍,加强财政对农业投入的保障,提高农业基础设施水平,加快发展大龙头,大链条,大产业,大品牌,全力打造全产业链现代农业体系,提升龙头企业和产业基地发展实力。

2 )系统建设目标

智慧大棚是基于物联网、大数据信息系统技术,通过各种传感器设备对空气温度、空气湿度、光照强度、土壤水分温度、土壤水分湿度、二氧化碳浓度、叶面温度、露点温度等环境参数进行采集,利用有线网络,4G wifi 等网络信号传输采集到数据控制中心,控制中心会根据人工经验所设置的各种参数来进行比较,判断实时的数据是否符合预制参数要求,并通过手机APP 或电脑端查看大棚内的实况,并进行远程控制。

控制中心还能将设备采集的数据进行智能数据处理,形成直观的曲线图表且远程设备自检,若出现任何问题,系统会自动发生多样化报警,以保证问题及时发现和处理。

智慧大棚整体功能实现了网络化,自动化种植,大大提高了种植过程中的效率,并节省了人力和时间,使农作物在最适宜的环境生长,使农民增产增收。


 

第三部分:系统设计原则

1 )易用性原则

易用性是指 集中视频数据控制平台使用的方便程度。由于本系统的使用者比较多,上到职能主管部门,下到应用企业的工作人员。使用者的行业知识水平,对智慧大棚系统的了解程度都大不相同。这就要系统界面需要尽量简洁易懂,使系统使用者能够在短期内接受,了解,熟知并应用农业物联网系统。

2 )经济实用性原则

系统使用的经济实用性是指系统使用成本经济,并且在使用功能上能够满足实际工作要求。在系统开发时,需要对系统进行合理规划,确保系统在满足用户的业务同时,以简单、方便、快捷、经济实用为目标,面向具体的工作应用需求。在系统使用技术上,使用成熟经济的技术,而不是单纯考虑技术的先进性。在系统数据显示深度上,根据实际需要确定,而不是越深越好,应该注重实用性。

 

3 )稳定性原则

集中视频数据控制平台系统稳定性是指系统保持正常运行的能力。由于系统一旦建立,将嵌入到日常农业生产活动中。一旦系统出现不稳定的情况,将会对农业生产管理活动造成很大的影响。因此系统配置的各类硬件设备必须安全、稳定、可靠。系统应该采用容错性设计,使得系统局部出现问题不会影响到整个系统的使用。

4 )安全性原则

系统安全性是指保护系统内重要机密信息不泄露,防御外部恶意攻击的能力。此系统设计时需要考虑使用多重的安全体系,对于数据的安全和保密应该进行相应的处理,提高系统对于恶意攻击的防护能力,并保证与其他应用系统或异构系统间数据传输的安全可靠和一致性,确保不会有非授权和意外的非正常的操作,保证系统数据的安全完整。

5 )可扩展升级原则

可扩展升级是指系统在使用过程中,随着实际的需要进行进一步功能扩展或升级的能力。一是随着系统覆盖面的扩大,参与企业数量的增加,系统在信息存储计算能力上的扩展升级;二是随着农业物联网技术要求的发展,此工程可能会承担更多的管理功能,因此在系统功能上需要进一步扩展。数据量的增加和服务功能的扩展,都需要硬件和系统软件的升级或增加,为了保护用户的原有系统平台在升级过程中能够平滑过渡,就要求系统在最初设计时就要考虑系统软硬件的可扩展性

6 )先进性原则

采用先进的设计思想,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。

 

 

 

第四部分:系统结构及控制模式

1 )系统组成结构

集中视频数据控制平台系统主要包括:上位机中心服务器控制平台和下位机现场控制节点。

l   中心服务器控制平台可选用物联网感知应用平台或者是为客户专门定制的操作监测平台。能够实现监测、查询、运算、建模、统计、控制、存储、分析、报警等多项功能。

l   现场控制节点由测控传感器与中心服务器控制平台可通过有线、无线、4G WIFI 的网络信号方式连接到一起。根据温室大棚内空气温湿度、土壤温湿度、光照强度及二氧化碳浓度等参数,对环境调节设备进行控制,包括内遮阳,外遮阳,风机,温帘水泵,顶部通风,电磁阀等设备

2 )选择合适的控制方式

l   有线监控---------- 通过现场布线方式进行数据传输。

l   无线Zigbee---------- 利用Zigbee 模块,对0-20KM 范围为的数据监测传输。

l   4G 网络测控---------- 利用通信网络形式,可监测传输距离无限远

l   WIFI 的网络信号---------- 利用WIFI 的网络信号,可监测传输距离无限远。

l   有线和无线的结合--------- 根据实际现场环境,灵活结合。

第五部分:大棚温室现场数据采集控制

智能温度大棚内外的各参数传感器,对温室环境进行多点实时动态采集,进过AD 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,光照度等数值和温室外温湿度,光照,风速,风向等数值,能够更加一目了然地展示温室大棚内外数据全貌。

1 )温湿度监测

通过温湿度监控传感器监测大棚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。

2 )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,遮阳系统等设备相联,必要时自动打开相关设备。通过通讯方式将相关数据传送到用户监控终端。


 
3 C02,02 浓度监测

在温室大棚内部署二氧化碳浓度传感器,实时监测传感器的含量,当浓度超过系统设定阀值范围时,通过通过通讯方式将相关数据传送到用户监控终端,由相关工作人员作出相应调整。

4 )分区域监测

同一棚内划区域控制管理,可实现每个种植区不同温湿度,不同气体配置等环境技术指标。用户可以通过上位机来监测,查询各区域的数据。也可以对个分块进行单独控制和整体协调控制。

5 )报警控制

用户可设定某些参数指标的上限和下限。比如大棚温度应在15-30 摄氏度之间,低于或高于这个温度范围都会产生报警信息,并在上位机中控平台和现场控制节点显示出来。




6 )备用冗余功能

为了避免设备故障及异常带来不便,影响作物的生长。设备可进行扩展冗余,当设备出现故障时,辅助设备进行0 切换。从而实现连续无故障运行,增加系统稳定性和可靠性。


第六部分:物联网视频监控系统

1 )视频采集系统

视频采集系统主要由各观测点的摄像机组成,主要完成作业现场的视频图像信号采集。主要实现对每个采集点的视频采集。按照摄像机是否能移动等要求配置云台装置,主要可实现较广泛区域的监控。通过平台设置联动报警功能,当设备感应到人员作业时,自动启动视频录制,随时录下除草,施肥,打药,修剪,采摘画面,并开发给消费者,远程查看。



2 )通信传输系统

在系统中信号传输系统主要包括电源信号的传输,视频信号的传输和控制信号的传输和数据信号的传输四部分组成。在项目实施中现场施工允许下尽量所有传输都能用有线传输去施工的方案来建设信号传输系统。

3 )视频远程访问

将视频监控系统进行整合,使管理人员可以对生产区域进行生产实时监控,消费者也可以通过远程访问视频系统,为管理人员和消费者提供查看和监管农场生产环境的平台,可以进行园区基础信息查询,生产区环境视频监控。



4 )视频处理系统

视频处理系统主要完成对视频信号的数字化处理,图像信号显示,视频叠加数据显示,及数据和视频的远程传输。本系统中采用高容量硬盘录像及远程传输系统实现对所有采集点的显示,录像和回放以及远程浏览。

 

第七部分:农业气象站环境监测系统

1 )农业气象综合监控站

农业气象环境观测站是针对农业生态环境(如农田,果园,温室,畜舍等,和农业生产活动环境,如晒场,喷药,农产品存储等小环境内的气候与农业生物和农业生产关支架的能量和物质交换)监测设计的一款自动气象站。



l   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;

-- 可对接市面所有传感器与扩展要数灵活组配;

-- 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,支持4G 无线数据传输;

-- 支持交流| 太阳能供电方式;

-- 大容量数据和视频存储,支持本地存储和云存储;

--LED 屏幕输出和展示数据;

-- 数据可叠加在视频上进行传输(数据显示在视频的左上角);

l   产品功能

-- 可以接风速、风向、雨量、温度、湿度、气压、辐射、PM2.5 、等气象传感器;

-- 工业级模块, 使用STM32高配低功耗处理器 支持8路标准模拟量输入(4~20ma、0~5V混合测量);

-- 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;

-- 采集仪具有实际校准功能;

-- 与上位机通讯可采用RS232,RS485,GPRS5,USB,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;

l   主机可以实时显示采集数据,包括:土壤墒情,土壤温度,空气温度,空气相对湿度,辐射,风向,风速,降水量,户外光照强度,PM2.5

-- 土壤墒情测量范围:0-100% ,分辨率0.1%, 准确度:±2%

-- 土壤温度测量范围:-40 -80 ℃,分辨率0.1 , 准确度:±0.2

-- 空气温度测量范围:-40 -100 ℃,分辨率0.1 , 准确度:±0.1

-- 空气相对湿度测量范围:0-100% ,分辨率0.1%, 准确度:±2%

-- 辐射测量范围:0-2000W/m2 ,分辨率1w/m2, 准确度:±2%

-- 风向测量范围:0-360 °,分辨率1 °, 准确度:±1

-- 风速测量范围:0-30ms ,分辨率0.1ms, 准确度:±0.1ms

-- 降水量测量范围:0-10mm/min ,分辨率1 mm/min, 准确度:± 1 mm/min

-- 户外光照强度测量范围:0-200000LUX, 分辨率0.1 LUX, 准确度:± 0.1LUX

--PM2.5 测量范围:0-6000ug/m3 ,分辨率0.01 ug/m3, 准确度±0.01 ug/m3

 

 

第八部分:农业集中视频数据控制云平台

1 )管理中心远程展示发布

管理中心远程展示发布系统,配备液晶大屏幕 LED 或高清液晶显示屏,进行集中控制与显示。系统集成了多画面处理显示,视频运动检测,图像压缩编码 / 恢复解码,数字录像 / 即时回放,影像资料管理,资料备份 / 还原,云台 / 镜头控制,视频服务等功能。通过集中管理展示系统将大棚的温湿度环境信息,通风换气状态,灌溉状态,视频语音监控进行统一管理和展示,并可通过网络进行远程数据服务。

2 )环境参数在线监管平台

在办公室内安装工控机和显示器,能够实现在线显示大棚内和大棚外气象站采集到的数据信息,并以实时曲线的方式显示给用户,并根据需要日,月,季,年参数变化曲线生成历史报表。便于对温度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

3 )远程控制

现场采集设备将采集到的数据通过网络传输到中控数据平台,用户从终端可以查看温室大棚现场的实时数据,并使用远程控制功能通过继电器控制设备或模拟输出模块对温室大棚自动化设备进行控制操作,如自动喷洒系统,自动换气系统,自动灌溉系统。

远程控制可以通过鼠标操作可以切换本机上的监控画面和控制本机上的高速球旋转,放大等功能 。数字矩阵主要是对电视墙上的监控器里的监控图像进行切换,可设置监控图像在监控器里自由切换,程序切换,定时切换等操作。高速球控制键盘主要是配合高速球使用的。控制键盘用来控制高速球比鼠标更方便,通过控制键盘还可调出高速球的菜单,实现高速球的两点扫描,巡航,花样扫描,设置预置点,调用预置点等功能。

4 )监控终端

监控终端通过可视化,多媒体的人机界面实现以下主要功能:①温室大棚内植物生长环境状况全面显示,查询,包括各种参数,光照强度以及历史数据等;②向温室大棚内监控系统发调度命令,调整设备运转状况,确保温室内植物生长最适宜环境;③温室大棚外农业气象站的各种参数以及历史数据等。


第九部分:农业手机APP 终端平台

基于Android ,和ios 智能手机端的物联网远程监控系统,重点设计有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,视频叠加数据,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。

用户可以通过农业温室智能监控数据系统手机客户端,随时随地查看自己负责温室的环境参数。能够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。




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