農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一、概述溫室大棚智能控制系統(tǒng)是利用環(huán)境數(shù)據(jù)與作物信息，指導(dǎo)用戶進(jìn)行正確的栽培管理。物聯(lián)網(wǎng)溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、園藝、畜牧業(yè)等領(lǐng)域，在需要特殊環(huán)境要求的場(chǎng)所實(shí)施監(jiān)控和管理，為實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)作物的健康成長(zhǎng)和及時(shí)調(diào)整栽培、管理等措施提供及時(shí)的科學(xué)的依據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)監(jiān)管自動(dòng)化。農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)空氣溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤水分等環(huán)境參數(shù)，根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)智能決策，并自動(dòng)開啟或者關(guān)閉指定的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備。通過該系統(tǒng)的部署實(shí)施，可以為農(nóng)業(yè)生態(tài)信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)、對(duì)設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)和有效手段。大棚監(jiān)控及智能控

2、制解決方案是通過可在大棚內(nèi)靈活部署的各類無線傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，對(duì)農(nóng)作物溫室內(nèi)的溫度，濕度、光照、土壤溫度、土壤含水量、 CO2 濃度等與農(nóng)作物生長(zhǎng)密切相關(guān)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，在數(shù)據(jù)服務(wù)器上對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和智能分析與決策，并自動(dòng)開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備（如遠(yuǎn)程控制澆灌、開關(guān)卷簾等）。二、工程需求在每個(gè)智能農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部署無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2 傳感器等，分別用來監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫度、土壤水分、光照度、CO2 濃度等環(huán)境參數(shù)。為了方便部署和調(diào)整位置，所有傳感器均應(yīng)采用電池供電、無線數(shù)據(jù)傳輸。大棚內(nèi)僅需在少量固定

3、位置提供交流220V 市電（如：風(fēng)機(jī)、水泵、加熱器、電動(dòng)卷簾）。每個(gè)農(nóng)業(yè)大棚園區(qū)部署 1 套采集傳輸設(shè)備（包含路由節(jié)點(diǎn)、長(zhǎng)距離無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、 Wi-Fi 無線網(wǎng)關(guān)等），用來覆蓋整個(gè)園區(qū)的所有農(nóng)業(yè)大棚，傳輸園區(qū)內(nèi)各農(nóng)業(yè)大棚的傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備控制指令數(shù)據(jù)等到 Internet 上與平臺(tái)服務(wù)器交互。在每個(gè)需要智能控制功能的大棚內(nèi)安裝智能控制設(shè)備（包含一體化控制器、擴(kuò)展控制配電箱、電磁閥、電源轉(zhuǎn)換適配設(shè)備等），用來接受控制指令、響應(yīng)控制執(zhí)行設(shè)備。實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)的電動(dòng)卷簾、智能噴水、智能通風(fēng)等行為的實(shí)現(xiàn)。三、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)（ 1）總體架構(gòu)系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和遠(yuǎn)程控制四

4、部分。（ 2）系統(tǒng)有兩種典型配置結(jié)構(gòu)兩層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)由兩類點(diǎn)構(gòu)成：無線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線 CO2 傳感器等；無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，包括 Wi-Fi 無線網(wǎng)關(guān)或 GPRS無線網(wǎng)關(guān)。該結(jié)構(gòu)適用于園區(qū)已經(jīng)有 Wi-Fi 局域網(wǎng)覆蓋，或是可以采用 GPRS 直接上傳數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。在此結(jié)構(gòu)中，只需要在合適的區(qū)域部署無線網(wǎng)關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集和上傳。三層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)由三類點(diǎn)構(gòu)成：無線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線 CO2 傳感器等；無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)路由器。

5、該結(jié)構(gòu)適用于園區(qū)沒有 Wi-Fi 局域網(wǎng)覆蓋，也不準(zhǔn)備采用 GPRS 直接上傳數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。在此結(jié)構(gòu)中，需要部署數(shù)據(jù)路由節(jié)點(diǎn)和無線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)路由節(jié)點(diǎn)之間以長(zhǎng)距離無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，在區(qū)域較大，節(jié)點(diǎn)間通信距離不足時(shí)，無線網(wǎng)關(guān)還可以相互之間進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)中繼，擴(kuò)大監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。（ 3）傳感信息采集在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2 傳感器等傳感器均支持低功耗運(yùn)行，可使用廉價(jià)的干電池供電長(zhǎng)期工作。同時(shí)，所有的無線傳感器節(jié)點(diǎn)均運(yùn)行 SleepTree 低功耗多跳自組網(wǎng)協(xié)議，可為其它節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)的自動(dòng)中繼轉(zhuǎn)發(fā)，以

6、擴(kuò)大監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，增加部署靈活性。SleepTree 低功耗多跳自組網(wǎng)協(xié)議是在協(xié)議的基礎(chǔ)上建立的，無線通信的頻率選擇可以是2.4GHz 或 780MHz 。傳感器數(shù)據(jù)通過SleepTree協(xié)議傳送到無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上，無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)再經(jīng)過數(shù)據(jù)路由節(jié)點(diǎn)或直接將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)平臺(tái)的服務(wù)器上。用戶可以通過有線網(wǎng)絡(luò) /無線網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚現(xiàn)場(chǎng)的傳感器參數(shù)，控制大棚現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)設(shè)備。四、大棚現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)大棚現(xiàn)場(chǎng)主要負(fù)責(zé)大棚內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的采集和控制設(shè)備的執(zhí)行，采集的數(shù)據(jù)主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的光照、空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤水分、 CO2 濃度等參數(shù)。傳感器的數(shù)據(jù)上傳采用低功耗無線傳輸

7、模式，傳感器數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送模塊，采用 SleepTree協(xié)議將數(shù)據(jù)無線傳送到無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上，用戶終端和一體化控制器間傳送的控制指令也通過無線發(fā)送模塊傳送到中心節(jié)點(diǎn)上，省卻了通訊線纜的部署工作。中心節(jié)點(diǎn)再經(jīng)過邊緣網(wǎng)關(guān)將傳感器數(shù)據(jù)、控制指令封裝并發(fā)送到位于 internet 上的系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)。用戶可以通過有線網(wǎng)絡(luò) /無線網(wǎng)絡(luò)訪問系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚現(xiàn)場(chǎng)的傳感器參數(shù)，控制大棚現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)設(shè)備。低功耗無線傳輸模式使得大棚現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)各傳感器部署靈活、擴(kuò)展方便。控制系統(tǒng)主要由一體化控制器、執(zhí)行設(shè)備和相關(guān)線路組成，通過一體化控制器可以自由控制各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行設(shè)備，包括噴水系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，噴水系統(tǒng)可支

8、持噴淋、滴灌等多種設(shè)備，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)可支持卷簾、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。采集傳輸部分主要將設(shè)備采集到的數(shù)值傳送到服務(wù)器上，現(xiàn)有大棚設(shè)備支持Wi-Fi 、GPRS、長(zhǎng)距離無線傳輸?shù)榷喾N數(shù)據(jù)傳輸方式，在傳輸協(xié)議上支持 IPv4 聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。業(yè)務(wù)平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)用戶提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)空間/時(shí)間分布、歷史數(shù)據(jù)、超閾值告警和遠(yuǎn)程控制五個(gè)方面。用戶還可以根據(jù)需要添加視頻設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能。數(shù)據(jù)空間/時(shí)間分布將系統(tǒng)采集到的數(shù)值通過直觀的形式向用戶展示時(shí)間分布狀況（折線圖）和空間分布狀況（場(chǎng)圖）、歷史數(shù)據(jù)可以向用戶提供歷史一段時(shí)間的數(shù)值展示；超閾值告警則允許用戶制定自定義的數(shù)據(jù)范圍，

9、并將超出范圍的情況反映給用戶。五、平臺(tái)軟件系統(tǒng)平臺(tái)軟件共由以下4 個(gè)部分組成：（ 1）數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)服務(wù)軟件完成傳感器數(shù)據(jù)的獲取、解讀、分類，最后按預(yù)設(shè)的格式存入數(shù)據(jù)庫。（ 2）展示、決策軟件圖形化界面，從數(shù)據(jù)庫中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)，以表格和曲線的方式將傳感器數(shù)據(jù)顯示出來，支持多種查詢顯示方式?？勺远x決策系統(tǒng)控制對(duì)象及決策算法，與對(duì)象控制軟件互聯(lián)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。（ 3）遠(yuǎn)程控制軟件完成現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象的操作，圖形化操作界面，支持重定義遠(yuǎn)端開關(guān)名稱等信息，可與決策軟件進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。（ 4）SDK 二次開發(fā)包通過 SDK 開發(fā)包，用戶可以完全用自己熟悉的開發(fā)平臺(tái)開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)展示和決策

10、平臺(tái)。通過 SDK 開發(fā)包，使用戶無需了解本系統(tǒng)的硬件等底層信息的前提下，完成一套環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。我們的 SDK 提供了：數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)服務(wù)軟件的詳細(xì)編程接口及說明對(duì)象控制軟件的編程接口及說明曲線顯示界面例程數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)檢索例程設(shè)備對(duì)象控制例程上述 4 個(gè)組成軟件中，數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)服務(wù)軟件和對(duì)象控制軟件是與底層硬件直接聯(lián)系的，用戶無需對(duì)該部分軟件進(jìn)行任何的編程開發(fā)，只需要通過 SDK 開發(fā)自己的展示、決策軟件，與我們的數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)服務(wù)軟件和對(duì)象控制軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互即可。托普物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要工程。浙江托普儀器是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)

11、業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力，和自主研發(fā)的配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、 GIS 信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個(gè)層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺(tái)。）托

12、普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng)托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個(gè)園區(qū)或完成對(duì)異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個(gè)園區(qū)或遠(yuǎn)程控制異地園區(qū)進(jìn)行自動(dòng)灌溉、自動(dòng)降溫、自動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)，自動(dòng)補(bǔ)光及遮陽，自動(dòng)卷簾，自動(dòng)開窗關(guān)窗，自動(dòng)液體肥料施肥、自動(dòng)噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動(dòng)控制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實(shí)時(shí)得到植物生長(zhǎng)信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時(shí)看到作物的實(shí)時(shí)生長(zhǎng)狀況。4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報(bào)警、短信報(bào)警、語音報(bào)警等方式進(jìn)行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從種植準(zhǔn)備階段、種植和培育階段、生長(zhǎng)階段、