智能農業信息化管控係統解決方案

智能農(nong) 業(ye) 信息化管控係統解決(jue) 方案

一、 項目功能及目標

　　在傳(chuan) 統農(nong) 業(ye) 中。人們(men) 獲取農(nong) 田信息的方式非常有限，主要手段是人工測量，獲取過程需要消耗大量的人力物力。同時傳(chuan) 統農(nong) 業(ye) 中，大量農(nong) 田設施的操作也多憑借經驗、依靠人工完成，這樣的方式不但操作不便，而且無法實現大規模地、準確地、標準化地操作。

　　本項目將通過應用無線傳(chuan) 感器網絡技術，使用大量的傳(chuan) 感器節點構成監控和執行網絡， 通過各種傳(chuan) 感器采集各種相關(guan) 農(nong) 業(ye) 信息， 以幫助人們(men) 及時發現問題、準確地確定發生問題的位置並及時遠程處置。這樣農(nong) 業(ye) 將有可能逐漸地從(cong) 以人力為(wei) 中心、依賴於(yu) 孤立機械的生產(chan) 模式轉向以信息和軟件為(wei) 中心的生產(chan) 模式，從(cong) 而大量使用各種自動化、智能化、遠程控製的生產(chan) 設備。

　　具體(ti) 地，本項目將針對一定區域農(nong) 田監控及管理的應用，通過ZigBee、wifi等無線傳(chuan) 感器網絡技術，將大量的無線傳(chuan) 感器節點構成大型監控和執行網絡，通過各種傳(chuan) 感器采集諸如溫度、空氣濕度、光照度、土壤濕度、pH值等相關(guan) 農(nong) 業(ye) 信息，以幫助管理人員及時發現問題並確定發生問題的位置，並通過無線節點控製執行機構遠程完成相應的農(nong) 田管理功能。此外，本係統還具有實時視頻采集、傳(chuan) 輸的功能，能根據管理人員需要在遠程隨時查看農(nong) 田現場視頻信息，以獲得直觀、準確的現場情況。本項目采用標準化、模塊化、可裁剪的思想進行研發，研發的技術和產(chan) 品可用於(yu) 農(nong) 田、溫室、苗圃等的遠程監控和管理，並在數據采集和自動遠程控製上具有很好的適用性和推廣性。

二、係統構成

　　該係統主要由無線傳(chuan) 感網絡、監控中心、農(nong) 業(ye) 環境調控設備網組成：

　　無線傳(chuan) 感網絡：該網主要由土壤水分自動檢測儀(yi) 、溫濕度傳(chuan) 感器、光照度傳(chuan) 感器、CO2濃度傳(chuan) 感器、土壤養(yang) 分分析儀(yi) 等多種傳(chuan) 感器及音視頻設備組成，主要對作物生長所需的綜合環境的數據信息進行采集。

示範係統網絡結構圖

　　無線傳(chuan) 感器網絡是係統的基礎，傳(chuan) 感器網絡采用無線組網技術。其中協調器充當某塊農(nong) 田區域現場總控製器，管理該區域內(nei) 的無線網絡，負責區域網絡的建立和維護，接收區域內(nei) 傳(chuan) 感器數據以及設備狀態等信息，同時發送控製命令，管理區域內(nei) 的執行機構。協調器還具有路由功能，負責轉發其他區域協調器發往網關(guan) 的數據信息。傳(chuan) 感器網絡中的終端設備包括無線傳(chuan) 感器節點和無線執行器控製節點，它們(men) 分別負責采集、發送傳(chuan) 感器數據並發送給本區域網絡協調器並接收來自協調器的控製命令驅動控製本節點執行機構完成控製任務。多協議網關(guan) 作為(wei) 本地無線傳(chuan) 感器網絡的匯聚節點，將來自各區域協調器的傳(chuan) 感數據信息統計並通過Ethernet或串口或USB口上傳(chuan) 至本地控製中心計算機。

　　監控中心：本地監控中心是一台集成專(zhuan) 家係統的管理計算機(工控機)，它通過遠程傳(chuan) 輸網絡(可以是Internet或GPRS或3G等公共固定或移動網絡)將數據傳(chuan) 送到遠程服務器。本地控製中心還可以給用戶提供數據管理、專(zhuan) 家谘詢和輔助決(jue) 策等處理功能。遠程用戶則可通過Internet遠程訪問本地控製中心，了解溫室群的相關(guan) 情況。在視頻監控網絡中，帶有無線傳(chuan) 輸功能的攝像頭將采集到的實時視頻數據通過星形的WIFI網絡傳(chuan) 輸至多協議網關(guan) ，再由網關(guan) 上傳(chuan) 至本地控製主機，實現視頻監控功能。遠程主機同樣可以通過網絡訪問獲得實時視頻數據。

　　監控軟件是監控中心的核心組成部分，可實現如下功能：

　　1、界麵友好，操作方便;

　　2、實現對相關(guan) 環境檢測數據的存儲(chu) ;

　　3、實現對相關(guan) 環境檢測數據的曆史查詢;

　　4、實時顯示檢測參數的曲線圖;

　　5、實現Internet遠程查看、傳(chuan) 遞數據及顯示檢測參數;

　　6、對采集的數據進行專(zhuan) 家分析，並根據分析判斷結果發送控製命令。

　　農(nong) 業(ye) 環境調控設備網：該網主要實現監控中心根據數據分析的結果對設備進行智能控製，其主要由調節土壤含水量、空氣濕度、光照度、CO2濃度、土壤養(yang) 分的相關(guan) 設備組成，如自動灌溉裝置、水簾裝置、通風機、光簾裝置、自動加肥器等。

　　該係統網絡結構示意圖如下：

　　1、傳(chuan) 感器節點在采集傳(chuan) 感器數據的同時通過無線或者有線的通信網絡將數據傳(chuan) 輸到物聯網網關(guan) 。

　　2、物聯網網關(guan) 可根據實際情況選擇有線或者無線的方式連接監控中心，監控中心將統計數據進行處理.

　　3、監控中心將根據處理信息傳(chuan) 輸給interent網或者根據需要控製調控設備。

三、係統功能

　　該係統主要實現的是對農(nong) 業(ye) 的智能感知和控製功能，其主要功能就是通過傳(chuan) 感網絡采集農(nong) 業(ye) 信息數據並對采集到的數據進行分析處理，根據處理後的結果由係統的智能控製器對其調控設備進行智能控製，該係統除主要功能外還需具備演示功能，以滿足農(nong) 業(ye) 示範中特殊環境的演示以滿足該項目的示範演示作用。

1、智能控製功能

農(nong) 業(ye) 控製係統框架圖

　　(1)溫度控製模塊

　　降溫功能：夏季采用自然和強製通風降溫的方式進行降溫。由控製器根據目標溫度與(yu) 實際室溫的偏差以及室溫的變化率進行模糊計算。首先開啟頂開窗係統進行自然通風調整溫室內(nei) 的溫度，經過時間判斷後，如果溫度值還不能降低，再開啟側(ce) 窗係統。如自然通風不能降低溫室內(nei) 的溫度值，則由電腦關(guan) 閉自然通風，采用強製通風的方式來控製室內(nei) 溫度。如果溫度還下不來，則開啟濕簾水泵，如溫度還降不下來，則計算機會(hui) 開啟溫度過高報警，提示用戶需增加降溫設備。

　　自動升溫功能：冬季采用暖氣加溫的方式，由控製器根據目標溫度與(yu) 實際室溫的偏差以及室溫的變化率進行模糊計算，通過調節暖氣恒溫閥的開合度來控製室內(nei) 溫度。

　　溫度控製範圍及精度分別為(wei) 20-30℃，±1℃。

　　(2)通風控製模塊

　　由室內(nei) 傳(chuan) 感器采集室內(nei) 部的上，中，下三部溫度值來進行模糊計算出室內(nei) 的溫差值，如果溫差值過大，則自動開啟循環風機。同時采集室內(nei) 的濕度值，如果濕度值偏差過大，也自動開啟循環風機，以平衡室內(nei) 的濕度偏差值。還可以根據二氧化碳濃度選擇開啟或者關(guan) 閉循環風機。

　　新風換氣機可由電腦操作人員通過控製進行人工操作，也可以進行定時通風來達到通風換氣的目的。

　　(3)光照控製模塊

　　遮光控製功能：在光照較高時，計算機通過室外氣象站係統采集的高靈敏度光照值，與(yu) 計算機設定的控製目標進行對比，如高於(yu) 計算機設定目標值，則自動展開外拉幕，進行遮光。如低於(yu) 計算機設定目標值，則自動收攏外拉幕。也可以由控製器定時進行遮陽，或者由工作人員通過控製器操作。

　　補光控製功能：計算機通過室內(nei) 數據采集器傳(chuan) 回來的高靈敏度的光照值，與(yu) 設定目標值進行對比，如高於(yu) 設定目標值，則自動關(guan) 閉補光燈。如低於(yu) 設定目標值，則自動打開補光燈。同時，內(nei) 部有一個(ge) 光照累積時間的設置值，如累積時間不夠的話，則補光燈會(hui) 在選定時間打開補光燈，進行補光。可通過 30組定時器，來設置不同時間，開啟補光燈，開多長時間。

　　(4)水分控製模塊

　　自動控製：計算機內(nei) 部有一套根據土壤濕度傳(chuan) 感器采集的值，與(yu) 設定目標值進行對比，如高於(yu) 設定目標值，則自動關(guan) 閉灌溉閥門。如低於(yu) 設定目標值，則自動打開灌溉閥門。

　　定時控製：輪灌方式，可設定在某個(ge) 時間段，進行灌溉的方式，可每個(ge) 小時，灌溉一次，同時也可設定灌溉的次數。有效的保護了水泵，同時也使土壤更好的吸收水分。

　　(5)濕度控製模塊

　　自動控製：計算機內(nei) 部有一套根據室內(nei) 濕度傳(chuan) 感器的值，與(yu) 設定目標值進行對比，如高於(yu) 設定目標值，則自動關(guan) 閉噴霧閥門。如低於(yu) 設定目標值，則自動打開噴霧閥門，將其濕度調整到優(you) 狀態。

　　定時控製：輪灌方式，可設定在某個(ge) 時間段，進行噴灌的方式，可每個(ge) 小時噴灌一次，同時也可設定噴灌的次數。有效的保護了水泵，同時也使土壤更好的吸收水分。

　　(6)視頻監控模塊

　　該功能模塊可用於(yu) 探測農(nong) 作物的生長情況，病蟲害情況，並可以監管其他環境調控設備是否在正常執行命令等。

　　(7)其他控製模塊

　　該係統設計了多個(ge) 節點，以便隨時可以添加所需的傳(chuan) 感器和調控設備，從(cong) 而完成多種功能融合。

　　說明：上麵所有的控製過程都配有延時和穩定判斷時間和動作穩定時間，以保證設備不頻繁進行開啟關(guan) 閉動作。更好的保護設備。

2、演示功能

　　演示設備包括降水演示、自然風演示、光強度演示等;

　　降水演示：由噴灌設備完成，在實驗區配置帶支架的噴嘴，模擬降雨，提供道麵狀況監測儀(yi) ，土壤水分自動監測儀(yi) 、雨量計、濕度傳(chuan) 感器的演示;

　　自然風演示：配備小型高度可調移動設備架和小型鼓風機，模擬不同大小、方向的自然風;

　　光強度演示：利用小型高度可調移動設備架加遮光簾完成光照強度大小調節，供光照強度傳(chuan) 感設備的演示。

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