智能農業大棚環境遠程監控係統

智能農(nong) 業(ye) 大棚環境遠程監控係統

一、概述

　　近年來，溫室大棚種植為(wei) 提高人們(men) 的生活水平帶來極大的便利，得到了迅速的推廣和應用。種植環境中的溫度、濕度、光照度、CO2濃度等環境因子對作物的生產(chan) 有很大的影響。傳(chuan) 統的人工控製方式難以達到科學合理種植的要求，目前國內(nei) 可以實現上述環境因子自動監控的係統還不多見，而引進國外具有多功能的大型連棟溫室控製係統價(jia) 格昂貴，不適合國情。

　　針對目前大棚發展的趨勢，提出了一種大棚智能監控係統的設計。根據大棚智能監控的特殊性，需要傳(chuan) 輸大棚現場參數給管理者，並把管理者的命令下發到現場執行設備，同時又要使上級部門可隨時通過互連網或者手機信息了解區域大棚的實時狀況。

二、係統組成

1、大棚現場采集控製終端

　　大棚現場采集控製終端負責24小時采集溫室內(nei) 溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤濕度、CO2濃度、葉麵濕度、露點溫度等環境參數。

2、無線傳(chuan) 輸設備

　　四信IP MODEM F2103采用標準的232/485通信接口，隻要內(nei) 置一張GPRS數據卡就能和互聯網進行通信，和大棚現場采集終端通過232/485連接後，將采集終端送上來的數據原封不動的通過網絡傳(chuan) 輸到數據管理中心。F2103的通用性強，即插即用，體(ti) 積小巧安裝使用簡單便捷，無需太多專(zhuan) 業(ye) 技能，而且針對不同的工程情況可選擇不同的網絡IP MODEM，型號規格為(wei) F2X03。

3、數據管理中心

　　數據中心對現場實時采集的溫室內(nei) 溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤濕度、CO2濃度、葉麵濕度、露點溫度等環境參數進行分析處理，不僅(jin) 進行完成的統計做出相應的統計報表，並做出趨勢分析，且以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶，並根據種植作物的需求提供各種聲光報警信息。當溫濕度超過設定值的時候，自動開啟或者關(guan) 閉設備。

三、係統總架構

　　首先用232/485先將大棚數據采集終端和F2103連接起來，將SIM卡插進F2103中，給F2103上電即可，此時F2103會(hui) 自動連接到數據中心。數據中心服務器一般通過固定IP、ADSL、APN的形式接入網絡。無線傳(chuan) 輸設備F2103通過GPRS網絡連接到遠程數據中心服務器主機，與(yu) 中心建立TCP/IP連接後開啟透明數據通道。當采集終端需要上報數據的時候將數據直接送往串口，此時F2103就會(hui) 把收到的數據原封不動地發送到數據中心服務器主機。當數據中心下發的命令或數據通過通道傳(chuan) 輸到F2103後，F2103通過串口送到采集終端，從(cong) 而實現了數據雙向透明傳(chuan) 輸。

四、係統實現功能

　　1、可在線實時24小時連續的采集和記錄監測點位的溫度、濕度、風速、二氧化碳、光照、空氣潔淨度、供電電壓電流等各項參數情況，以數字、圖形和圖像等多種方式進行實時顯示和記錄存儲(chu) 監測信息，監測點位可擴充多達上千個(ge) 點。

　　2、可設定各監控點位的溫濕度報警限值，當出現被監控點位數據異常時可自動發出報警信號，報警方式包括：現場多媒體(ti) 聲光報警、網絡客戶端報警、語音報警、手機短信息報警等。上傳(chuan) 報警信息並進行本地及遠程監測，係統可在不同的時刻通知不同的值班人員;

　　3、數據集中器提供USB接口，在沒有配監控電腦或監控電腦損壞、癱瘓，可隨時用U盤導出將數據轉至其它電腦。

　　4、數據集中器端提供具有信號輸出協議的端口，可接通信設備(GPRS IP MODEM等)進行無線傳(chuan) 輸。

　　5、溫濕度監控軟件采用標準windows 98/2000/XP全中文圖形界麵，實時顯示、記錄各監測點的溫濕度值和曲線變化，統計溫濕度數據的曆史數據、大值、小值及平均值，累積數據，報警畫麵。

　　6、監控主機端利用監控軟件可隨時打印每時刻的溫濕度數據及運行報告。

　　7、強大的數據處理與(yu) 通訊能力，采用計算機網絡通訊技術，局域網內(nei) 的任何一台電腦都可以訪問監控電腦，在線查看監控點位的溫濕度變化情況，實現遠程監測。係統不但能夠在值班室監測，領導在自己辦公室可以非常方便地觀看和監控。

　　8、係統可擴充多種記錄數據分析處理軟件，能進行繪製棒圖、餅圖，進行曲線擬合等處理，可按TEXT格式輸出，也能進入EXCEL電子表格等office的軟件進行數據處理。

　　9、控製軟件的編製采用軟件工程管理，開放性與(yu) 可擴充性*，由於(yu) 采用硬件功能的軟件化的係統設計思想及係統硬件的模塊化、通訊網絡化設計，係統可根據需要升級軟件功能與(yu) 擴展硬件種類。

　　10、係統設計時預留有接口，可隨時增加減硬軟件設備，係統隻要做少量的改動即可，可以在很短的時間內(nei) 完成。可根據政策和法規的改變隨時增加新的內(nei) 容。

　　11、設備改進、檢修過程中及檢修完成後，均不需要停止或重新啟動機房監控係統。

　　12、係統都均做可靠行接地，以防靜電。

五、項目架構實施

1、F2103與(yu) 大棚現場數據采集終端的連接

　　一個(ge) 大棚裏麵會(hui) 有多個(ge) 傳(chuan) 感器采集點，通過485將采集數據統一匯聚到集成采設備，工業(ye) 集采設備采用232/485通信方式與(yu) 無線通信模塊F2103進行連接，對傳(chuan) 感器數據進行集中輪詢後將數據通過串口送往F2103。

2、數據中心網絡接入方式分析

　　1）專(zhuan) 線接入

　　中心采用APN專(zhuan) 線， 所有點都采用內(nei) 網固定IP客戶中心通過一條2M APN專(zhuan) 線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與(yu) 移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。為(wei) 客戶分配的APN，普通用戶不得申請該APN。用於(yu) GPRS專(zhuan) 網的SIM卡才能進入專(zhuan) 網APN，防止其他非法用戶的進入。

　　用戶在內(nei) 部建立RADIUS服務器，作為(wei) 內(nei) 部用戶接入的遠程認證服務器(或在APN路由器內(nei) ，啟用路由器本地認證功能)。隻有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nei) 部安全。

　　用戶在內(nei) 部建立DHCP服務器(或在APN路由器內(nei) ，啟用DHCP功能)，為(wei) 通過認證的用戶分配用戶內(nei) 部地址。移動終端和服務器平台之間采用端到端加密，避免信息在整個(ge) 傳(chuan) 輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火牆進行隔離，並在防火牆上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高，適合於(yu) 安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之優(you) 組網方式。

　　2）ADSL撥號連接(動態公網IP地址)

　　中心采用ADSL等INNET公網連接，采用公網動態IP+DNS解析服務的。客戶先與(yu) DNS服務商開通動態域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受製於(yu) DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。

　　3）通過固定公網IP連接

　　中心采用ADSL等INNET公網連接，采用公網固定IP服務的。此種方案先向INT ERNET運營商申請ADSL等寬帶業(ye) 務，中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。

3、數據中心軟件平台構建

　　中心端軟件的構建有多種方式，對於(yu) 傳(chuan) 入數據的方式的不同，我們(men) 提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現中心端的數據接收和現場設備的管理。

　　目前四信提供三種方式的中心接口：

　　1）首先是對於(yu) 組態軟件，目前很多組態軟件廠家已經集成了我們(men) 的驅動了，可以直接配置使用;

　　2）對於(yu) 後台中心軟件隻讀串口數據的情況，提供一個(ge) 虛擬串口軟(TCP2COM)，利用虛擬串口軟件可以將以太網數據轉化為(wei) 串口數據，從(cong) 而實現利用無線公網傳(chuan) 輸數據且又對現有係統不做修改的結合。

　　3）在客戶想要開發自己的數據中心是，此時我公司會(hui) 提供一個(ge) 動態鏈接庫，利用動態鏈接庫客戶可以很輕鬆的與(yu) 傳(chuan) 輸通道進行對接，同時會(hui) 提供一個(ge) 的數據中心DEMO軟件，不僅(jin) 開放源碼還全程協助客戶進行自己數據中心軟件和功能的開發。客戶可能通過動態鏈接庫快速開發一個(ge) 靈活的，穩定的，功能齊全的終端管理和數據交互的中心軟件。

後台中心管理軟件

六、方案特點

　　1、大棚基地基本位於(yu) 偏遠地區，因此采用覆蓋廣泛的GPRS網絡，而且F2103的高信號捕捉，必要是采用高增益天線，可確保網絡的正常運行。

　　2、一般大棚種植者卻是專(zhuan) 業(ye) 的網絡管理員，如果監控網絡出現問題則會(hui) 帶來許多不便，四信IP MODEM采用高性能工業(ye) 級處理器以及看門狗等安全機製設計，保證IP MODEM 萬(wan) 一通信中斷也會(hui) 自行檢測然後自動斷電重啟，保證IP MODEM 永遠在線，通信鏈路永遠正常。

　　3、IP MODEM 采用標準的工業(ye) 串口通信，即插即用，且高規格的模具設計，體(ti) 積小巧方便維護，工程人員無需太多專(zhuan) 業(ye) 知識，在短時間內(nei) 即可是係統運行。

　　4、在國家大力推行三農(nong) 政策的環境下，市場對大棚種植的需求迅猛增長，且規模也在不斷的擴大，采用F2103GPRS或者APN組網可靈活解決(jue) 項目點不斷增加的需求，可隨時對現有的係統新增監控點而且對現有係統部產(chan) 生任何影響。

　　5、多中心設計，可同時設置5個(ge) 中心監控采集現場，避免因某個(ge) 中心網絡不穩定或者關(guan) 閉導致無法對礦井現場進行監控而產(chan) 生安全隱患。

　　6、如果大棚監測參數需要臨(lin) 時修改的話，如果每次都要去現場那是一件非常費時費力的事情，在此F2103進行人性化工程設計，可是工程人員無需到現場就可以遠程直接對網絡參數進行相應的配置，達到時間和人力的合理利用。

　　7、四信F2103采用高規格材料選配，可在 -25~+65oC、 相對濕度 95%(無凝結)環境下正常工作。

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