智能农业信息化管控系统解决方案

智能农业信息化管控系统解决方案

一、 项目功能及目标

　　在传统农业中。人们获取农田信息的方式非常有限，主要手段是人工测量，获取过程需要消耗大量的人力物力。同时传统农业中，大量农田设施的操作也多凭借经验、依靠人工完成，这样的方式不但操作不便，而且无法实现大规模地、准确地、标准化地操作。

　　本项目将通过应用无线传感器网络技术，使用大量的传感器节点构成监控和执行网络， 通过各种传感器采集各种相关农业信息， 以帮助人们及时发现问题、准确地确定发生问题的位置并及时远程处置。这样农业将有可能逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。

　　具体地，本项目将针对一定区域农田监控及管理的应用，通过ZigBee、wifi等无线传感器网络技术，将大量的无线传感器节点构成大型监控和执行网络，通过各种传感器采集诸如温度、空气湿度、光照度、土壤湿度、pH值等相关农业信息，以帮助管理人员及时发现问题并确定发生问题的位置，并通过无线节点控制执行机构远程完成相应的农田管理功能。此外，本系统还具有实时视频采集、传输的功能，能根据管理人员需要在远程随时查看农田现场视频信息，以获得直观、准确的现场情况。本项目采用标准化、模块化、可裁剪的思想进行研发，研发的技术和产品可用于农田、温室、苗圃等的远程监控和管理，并在数据采集和自动远程控制上具有很好的适用性和推广性。

二、系统构成

　　该系统主要由无线传感网络、监控中心、农业环境调控设备网组成：

　　无线传感网络：该网主要由土壤水分自动检测仪、温湿度传感器、光照度传感器、CO2浓度传感器、土壤养分分析仪等多种传感器及音视频设备组成，主要对作物生长所需的综合环境的数据信息进行采集。

示范系统网络结构图

　　无线传感器网络是系统的基础，传感器网络采用无线组网技术。其中协调器充当某块农田区域现场总控制器，管理该区域内的无线网络，负责区域网络的建立和维护，接收区域内传感器数据以及设备状态等信息，同时发送控制命令，管理区域内的执行机构。协调器还具有路由功能，负责转发其他区域协调器发往网关的数据信息。传感器网络中的终端设备包括无线传感器节点和无线执行器控制节点，它们分别负责采集、发送传感器数据并发送给本区域网络协调器并接收来自协调器的控制命令驱动控制本节点执行机构完成控制任务。多协议网关作为本地无线传感器网络的汇聚节点，将来自各区域协调器的传感数据信息汇总并通过Ethernet或串口或USB口上传至本地控制中心计算机。

　　监控中心：本地监控中心是一台集成专家系统的管理计算机(工控机)，它通过远程传输网络(可以是Internet或GPRS或3G等公共固定或移动网络)将数据传送到远程服务器。本地控制中心还可以给用户提供数据管理、专家咨询和辅助决策等处理功能。远程用户则可通过Internet远程访问本地控制中心，了解温室群的相关情况。在视频监控网络中，带有无线传输功能的摄像头将采集到的实时视频数据通过星形的WIFI网络传输至多协议网关，再由网关上传至本地控制主机，实现视频监控功能。远程主机同样可以通过网络访问获得实时视频数据。

　　监控软件是监控中心的核心组成部分，可实现如下功能：

　　1、界面友好，操作方便;

　　2、实现对相关环境检测数据的存储;

　　3、实现对相关环境检测数据的历史查询;

　　4、实时显示检测参数的曲线图;

　　5、实现Internet远程查看、传递数据及显示检测参数;

　　6、对采集的数据进行专家分析，并根据分析判断结果发送控制命令。

　　农业环境调控设备网：该网主要实现监控中心根据数据分析的结果对设备进行智能控制，其主要由调节土壤含水量、空气湿度、光照度、CO2浓度、土壤养分的相关设备组成，如自动灌溉装置、水帘装置、通风机、光帘装置、自动加肥器等。

　　该系统网络结构示意图如下：

　　1、传感器节点在采集传感器数据的同时通过无线或者有线的通信网络将数据传输到物联网网关。

　　2、物联网网关可根据实际情况选择有线或者无线的方式连接监控中心，监控中心将汇总数据进行处理.

　　3、监控中心将根据处理信息传输给interent网或者根据需要控制调控设备。

三、系统功能

　　该系统主要实现的是对农业的智能感知和控制功能，其主要功能就是通过传感网络采集农业信息数据并对采集到的数据进行分析处理，根据处理后的结果由系统的智能控制器对其调控设备进行智能控制，该系统除主要功能外还需具备演示功能，以满足农业示范中特殊环境的演示以满足该项目的示范演示作用。

1、智能控制功能

农业控制系统框架图

　　(1)温度控制模块

　　降温功能：夏季采用自然和强制通风降温的方式进行降温。由控制器根据目标温度与实际室温的偏差以及室温的变化率进行模糊计算。首先开启顶开窗系统进行自然通风调整温室内的温度，经过时间判断后，如果温度值还不能降低，再开启侧窗系统。如自然通风不能降低温室内的温度值，则由电脑关闭自然通风，采用强制通风的方式来控制室内温度。如果温度还下不来，则开启湿帘水泵，如温度还降不下来，则计算机会开启温度过高报警，提示用户需增加降温设备。

　　自动升温功能：冬季采用暖气加温的方式，由控制器根据目标温度与实际室温的偏差以及室温的变化率进行模糊计算，通过调节暖气恒温阀的开合度来控制室内温度。

　　温度控制范围及精度分别为 20-30℃，±1℃。

　　(2)通风控制模块

　　由室内传感器采集室内部的上，中，下三部温度值来进行模糊计算出室内的温差值，如果温差值过大，则自动开启循环风机。同时采集室内的湿度值，如果湿度值偏差过大，也自动开启循环风机，以平衡室内的湿度偏差值。还可以根据二氧化碳浓度选择开启或者关闭循环风机。

　　新风换气机可由电脑操作人员通过控制进行人工操作，也可以进行定时通风来达到通风换气的目的。

　　(3)光照控制模块

　　遮光控制功能：在光照较高时，计算机通过室外气象站系统采集的高灵敏度光照值，与计算机设定的控制目标进行对比，如高于计算机设定目标值，则自动展开外拉幕，进行遮光。如低于计算机设定目标值，则自动收拢外拉幕。也可以由控制器定时进行遮阳，或者由工作人员通过控制器操作。

　　补光控制功能：计算机通过室内数据采集器传回来的高灵敏度的光照值，与设定目标值进行对比，如高于设定目标值，则自动关闭补光灯。如低于设定目标值，则自动打开补光灯。同时，内部有一个光照累积时间的设置值，如累积时间不够的话，则补光灯会在选定时间打开补光灯，进行补光。可通过 30组定时器，来设置不同时间，开启补光灯，开多长时间。

　　(4)水分控制模块

　　自动控制：计算机内部有一套根据土壤湿度传感器采集的值，与设定目标值进行对比，如高于设定目标值，则自动关闭灌溉阀门。如低于设定目标值，则自动打开灌溉阀门。

　　定时控制：轮灌方式，可设定在某个时间段，进行灌溉的方式，可每个小时，灌溉一次，同时也可设定灌溉的次数。有效的保护了水泵，同时也使土壤更好的吸收水分。

　　(5)湿度控制模块

　　自动控制：计算机内部有一套根据室内湿度传感器的值，与设定目标值进行对比，如高于设定目标值，则自动关闭喷雾阀门。如低于设定目标值，则自动打开喷雾阀门，将其湿度调整到佳状态。

　　定时控制：轮灌方式，可设定在某个时间段，进行喷灌的方式，可每个小时喷灌一次，同时也可设定喷灌的次数。有效的保护了水泵，同时也使土壤更好的吸收水分。

　　(6)视频监控模块

　　该功能模块可用于探测农作物的生长情况，病虫害情况，并可以监管其他环境调控设备是否在正常执行命令等。

　　(7)其他控制模块

　　该系统设计了多个节点，以便随时可以添加所需的传感器和调控设备，从而完成多种功能融合。

　　说明：上面所有的控制过程都配有延时和稳定判断时间和动作稳定时间，以保证设备不频繁进行开启关闭动作。更好的保护设备。

2、演示功能

　　演示设备包括降水演示、自然风演示、光强度演示等;

　　降水演示：由喷灌设备完成，在实验区配置带支架的喷嘴，模拟降雨，提供道面状况监测仪，土壤水分自动监测仪、雨量计、湿度传感器的演示;

　　自然风演示：配备小型高度可调移动设备架和小型鼓风机，模拟不同大小、方向的自然风;

　　光强度演示：利用小型高度可调移动设备架加遮光帘完成光照强度大小调节，供光照强度传感设备的演示。

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