智慧農(nóng)業(yè)實訓方案

1、智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)方案V1.0版2014年3月 7日上海企想信息技術有限公司.目錄1. 前言.31.1方案背景 .31.2設計內(nèi)容 .42. 系統(tǒng)結(jié)構 .52.1軟件結(jié)構 .52.2硬件結(jié)構 .62.2.1采集傳感器 .62.2.2遠程視頻監(jiān)控 .72.2.3小型氣象站 .72.2.4 ZigBee 無線傳輸 .72.2.5智慧農(nóng)業(yè)管理平臺 .73. 功能描述 .83.1棚內(nèi)環(huán)境采集模塊 .83.1.1模塊功能 .83.1.2模塊配置 .93.2棚外氣象采集模塊 .103.2.1模塊功能 .103.2.2模塊配置 .113.3實時視頻采集模塊 .113.3.1模塊功能 .113.3.2模塊配置 .1

2、13.4集成控制模塊 .123.4.1模塊功能 .123.4.2模塊配置 .134. 實驗列表 .131. 前言1.1 方案背景.鞏固農(nóng)業(yè)基礎、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，一直是我國現(xiàn)代化建設的重要目標和重點任務。加快發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，既是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、全面建設小康社會的重要內(nèi)容，也是提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、增加農(nóng)民收入、建設社會主義新農(nóng)村的必然要求。黨和國家高度重視農(nóng)村農(nóng)業(yè)信息化建設，中央 1號文件連續(xù) 6年明確指出，要加快推進農(nóng)村信息化建設工作。 2012年 4月，國務院發(fā)布全國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，這是新中國成立以來的首次，具有重要標志性意義：標志著黨中央、國務院在“三化同步 ”中高度重視農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化；標志

3、著發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)從理念要求變成了實際舉措；。 “十二五 ”將成為推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要時期。 規(guī)劃從加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的關鍵環(huán)節(jié)入手，明確提出了完善現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系和改善農(nóng)業(yè)基礎設施和裝備條件等事關現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展全局的八項重點任務。完善現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，最突出的標志之一就是大力發(fā)展設施農(nóng)業(yè)。而引領現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的智能溫室的建設成為推動和持續(xù)發(fā)展現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)最有效的途徑之一。智能溫室的建設引入集物聯(lián)網(wǎng)、計算機科學、信息處理、控制工程、農(nóng)業(yè)生物學、環(huán)境科學等于一體的多元化綜合性技術和自動化控制設備，通過傳感器實時采集、監(jiān)測和分析溫室內(nèi)溫度濕度、光照強度、土壤水分、二氧化碳等影響作物生長的環(huán)境信息，建立

4、溫室智能化管理系統(tǒng)，調(diào)整溫室大棚內(nèi)生長因子達到作物最佳生長狀態(tài)，提高作物品質(zhì)，增加作物產(chǎn)量。實現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的重要支撐， 進一步加速農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代集約型、智能型農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，有效提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營和管理的水平。同時也為農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟轉(zhuǎn)型、社會發(fā)展提供 “智慧 ”支撐。 智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級階段，是集新興的互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術為一體，依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感節(jié)點（環(huán)境溫濕度、土壤水分、二氧化碳、圖像等）和無線通信網(wǎng)絡實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析、專家在線指導，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準化種植、可視化管理、智能化決策?；?Zig

5、bee 技術的智慧農(nóng)業(yè)解決方案，成本低廉，是一般人都能負擔的價格；控制更簡單，讓每一位剛接觸的人都能輕松使用；功耗更低、組網(wǎng)更方便、網(wǎng)絡更健壯，給您帶來高科技的全新感受。您的溫室大棚規(guī)模越大，基于Zigbee 技術的智慧農(nóng)業(yè)解決方案在使用中，要準確及時地操控所有設備，最值得關注的應該就是網(wǎng)絡信號的穩(wěn)定性。鑒于溫室大棚的網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域比較廣泛，我們貼心為您呈現(xiàn)物聯(lián)無線組網(wǎng)！智慧農(nóng)業(yè)能有效連接物聯(lián) Internet 通信網(wǎng)關和超出物聯(lián) Internet 通信網(wǎng)關有效控制區(qū)域的其它 Zigbee 網(wǎng)絡設備，實現(xiàn)中繼組網(wǎng)，擴大覆蓋區(qū)域，并傳輸網(wǎng).關的控制命令到相關網(wǎng)絡設備，達到預期傳輸和控制的效果?；?/p>

6、先進的Zigbee 技術，物聯(lián)無線中繼器無需接入網(wǎng)線，就可自行中繼組網(wǎng)，擴散網(wǎng)絡信號，讓您的網(wǎng)絡靈活順暢運行，保障您的所有設備正常運行。1.2 設計內(nèi)容農(nóng)業(yè)作為關系著國計民生的基礎產(chǎn)業(yè)，其信息化、智慧化的程度尤為重要。物聯(lián)網(wǎng)技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研中的引入與應用，將是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)依托新型信息化應用上邁出的一大步，可以改變粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，從而引領現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。通過物聯(lián)網(wǎng)智能溫室的應用，可實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變、有效提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、強化農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理、提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平、提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化程度。2. 系統(tǒng)結(jié)構2.1 軟件結(jié)構圖2-1智慧農(nóng)業(yè)軟件系統(tǒng)結(jié)構圖智慧

7、農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)是利用各類傳感器采集溫室內(nèi)光照、溫度、濕度、土壤含水量、二氧化碳等作物生長所必須的環(huán)境因子的數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)街悄軠厥夜芾砜刂破脚_，進行數(shù)據(jù)的存儲、分析比對系統(tǒng)設定的數(shù)據(jù)閥值，自動控制溫室的卷簾、通風、澆灌等設備，使溫室內(nèi)環(huán)境保持在適宜作物生長的條件下；視頻系統(tǒng).是利用溫室內(nèi)安裝的高清變焦智能球機， 對溫室內(nèi)作物進行全方位視頻采集和監(jiān)測，農(nóng)業(yè)專家利用溫室內(nèi)視頻圖像根據(jù)溫室大棚內(nèi)作物生長情況，遠程對溫室作物科學施肥、病蟲害防治等進行指導和幫助，實現(xiàn)園區(qū)溫室種植的集約化、科技化、現(xiàn)代化。2.2 硬件結(jié)構圖2-2智慧農(nóng)業(yè)硬件系統(tǒng)結(jié)構圖采集傳感器農(nóng)業(yè)生物與環(huán)境信息的采集和農(nóng)業(yè)設施的智

8、能化、自動化，是設施農(nóng)業(yè)有別于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的核心技術之一。智能溫室控制的基礎首先要通過傳感器進行環(huán)境參數(shù)的采集，傳感器的選擇對于獲取數(shù)據(jù)的準確性和功能性非常關鍵。溫室控制對于傳感器的精度要求不高，但是溫室特殊的高溫、高濕度和培養(yǎng)液的高腐蝕性對于傳感器的功能性要求很高，既需要能長期耐高溫、耐高濕、耐腐蝕.的傳感器。遠程視頻監(jiān)控現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的一個突出表現(xiàn)是智能化培育控制。 隨著溫室種植規(guī)模的不斷發(fā)展和擴大， 無線網(wǎng)絡技術和遠程視頻信號技術發(fā)展，視頻監(jiān)控圖像信息作為溫室內(nèi)數(shù)據(jù)信息的有效補充， 對溫室內(nèi)作物進行全方位視頻采集和監(jiān)測， 農(nóng)業(yè)專家利用溫室內(nèi)視頻圖像根據(jù)溫室大棚內(nèi)作物生長情況， 遠程對溫室作物科學

9、施肥、 病蟲害防治進行指導和幫助，為溫室的安全、管理、效益提供有力的保障。小型氣象站天氣預報是重要和首要的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息之一。小型氣象站能夠?qū)厥覉@區(qū)小環(huán)境的風速、風向空氣溫度、 空氣濕度等氣象要素進行全天候現(xiàn)場監(jiān)測。 智慧農(nóng)業(yè)管理平臺根據(jù)氣象站提供的天氣環(huán)境，提前調(diào)節(jié)控制溫室設備，做到科學管理、防災減災。無線傳輸溫室種植是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一種重要方式， 提高其信息化、 自動化水平對加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐具有重要意義。隨著網(wǎng)絡和通信技術的發(fā)展，無線網(wǎng)絡憑著功耗低、安全可靠、建設成本低廉等眾多優(yōu)點成為各種控制的首選網(wǎng)絡， 在農(nóng)業(yè)自動化得到廣泛的應用。 智能溫室采用混合組網(wǎng)， 底層為多個 ZigBee 監(jiān)測網(wǎng)

10、絡， 負責監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。 每監(jiān)測網(wǎng)絡采用星型結(jié)構， 網(wǎng)關節(jié)點作為每個監(jiān)測網(wǎng)絡的基站。 網(wǎng)關節(jié)點具有雙重功能： 一是充當網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的角色， 負責網(wǎng)絡的自動建立和維護、 數(shù)據(jù)匯集； 二是作為監(jiān)測網(wǎng)絡與監(jiān)控中心的接口， 與監(jiān)控中心傳遞信息。 此系統(tǒng)具有自動組網(wǎng)功能， 無線網(wǎng)關一直處于監(jiān)聽狀態(tài)，新添加的無線傳感器節(jié)點會被網(wǎng)絡自動發(fā)現(xiàn)， 這時無線路由會把節(jié)點的信息送給無線網(wǎng)關，由無線網(wǎng)關進行編址并計算其路由信息，更新數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表和設備關聯(lián)表等。智慧農(nóng)業(yè)管理平臺智慧農(nóng)業(yè)管理平臺是溫室智能化控制系統(tǒng)的核心， 對溫室內(nèi)各類信息進行存儲、 管理；提供閥值設置功能；提供智能分析、檢索、告警功能；提供溫室大棚內(nèi)視頻

11、的展示插件和管理接口；提供控制溫室大棚設備的命令管理。工作人員可以通過人機交互系統(tǒng)了解溫室大棚內(nèi)的情況， 并可以通過人機交互系統(tǒng)對控制系統(tǒng)發(fā)人工指令， 遠程控制溫室大棚的控制系統(tǒng)， 設定控制主機的智能控制工作實現(xiàn) 24小時無人值守； 智慧農(nóng)業(yè)管理軟件系統(tǒng)界面直觀人性化、信息全面操作簡單。3. 功能描述.一般情況下，智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)包含以下模塊：棚內(nèi)環(huán)境采集模塊棚外氣象采集模塊實時視頻采集模塊集成控制模塊后文將以每個子系統(tǒng)的方式，逐個進行介紹。3.1 棚內(nèi)環(huán)境采集模塊模塊功能1. 空氣溫濕度光照采集棚內(nèi)配有多個溫濕度光照傳感器節(jié)點，并且將這些節(jié)點進行編號和注釋。傳感器會按照指定間隔采集溫度、濕度、光

12、照值， 并通過 Zigbee 網(wǎng)絡主動上傳到中央服務器上去。2. 土壤溫濕度采集通過傳感器節(jié)點上配有的傳感器插針插入到土壤中， 對土壤的溫度、 濕度（含水量）進行采集，并通過 Zigbee 網(wǎng)絡主動上傳到中央服務器上去。3. CO2 濃度采集棚內(nèi)均勻分布有 CO2濃度傳感器， 對 CO2濃度進行采集， 并通過 Zigbee 網(wǎng)絡主動上傳到中央服務器上去。4. 實時曲線對于系統(tǒng)采集到的各種環(huán)境參量， 在管理平臺上進行查看。 查看方式有實時值查看、實時曲線查看。5.歷史數(shù)據(jù)存儲對于采集到的各種數(shù)值，在服務器上都會在數(shù)據(jù)庫中進行存儲，以便后期進行搜索查看（可通過列表，曲線等方式進行查看）。查詢結(jié)果還

13、支持Excel 、報表導出等。6.參量超閾值預警用戶可在系統(tǒng)中對各種參量的一個正常范圍進行設置， 當采集到的參量持續(xù)超出這個范圍時，系統(tǒng)會進行報警操作，以及進行一些自動調(diào)節(jié)控制。.3.1.2 模塊配置序號設備名稱設備參數(shù)數(shù)量1A8網(wǎng)關 CPU 處理器： Samsung S5PV210，基于 CortexTM-A81運行主頻 1GHzDDR2 RAM： 512MB， 32bit 數(shù)據(jù)總線，單通道，運行頻率 200MHz FLASH 閃存 SLC NAND Flash: 512MB( 標配 )/1GB( 可選 )操作系統(tǒng)支持： Superboot-210 Android 2.3 +Linux-2.

14、6.35 Android 4.0(基于 Linux-3.0.8內(nèi)核 )Linux-3.0.8 + Qt2/4.8.5 WindowsCE 6.0）2智能溫濕度溫度傳感器測量精度：±0.5 （ 25）；溫度傳感器2傳感控制模測量范圍： -40 +123.8 ；濕度傳感器測量精度：±塊4.5%RH；溫度傳感器測量范圍： 0 100%RH；工作濕度： 80%（不結(jié)露） 。內(nèi)置智能傳感器處理器： MSP430F5638，基于 IEEE1451協(xié)議與通信模塊通信，開放軟、硬件設計資源；直流工作電源： 3 10V/0 100mA；3智能光照傳測量范圍： 0300Klux ；測量精度：&

15、#177; 5%；光照傳感器2感控制模塊工作溫度： -25 +80； 工作濕度： 80%（不結(jié)露） 。內(nèi)置智能傳感器處理器：MSP430F5638，基于 IEEE1451協(xié)議與通信模塊通信，開放軟、硬件設計資源；直流工作電源： 3 10V/0 100mA；4智能 CO2傳感量程： 0 50000ppm，分度： 1 ppm。內(nèi)置智能傳感器處2控制模塊理器： MSP430F5638，基于 IEEE1451協(xié)議與通信模塊通信，開放軟、 硬件設計資源； 直流工作電源：3 10V/0 100mA；5智能土壤溫溫度傳感器測量精度：±0.2 （ 25）；溫度傳感器2度傳感控制測量范圍： 30+70

16、；內(nèi)置智能傳感器處理器：模塊MSP430F5638，基于 IEEE1451協(xié)議與通信模塊通信，開放軟、硬件設計資源； 直流工作電源： 3 10V/0 100mA；6智能土壤濕濕度傳感器測量精度： ± 4.5%RH；溫度傳感器測量范圍：2度傳感控制0 100%RH；工作濕度：80%（不結(jié)露）。內(nèi)置智能傳模塊感器處理器： MSP430F5638，基于 IEEE1451協(xié)議與通信模塊通信， 開放軟、 硬件設計資源； 直流工作電源： 310V/0 100mA；7無線通信控采用 ABS塑料外殼。通信協(xié)議符合國際標準智能傳感器10制器協(xié)議 IEEE1451-2 。通信模塊芯片 TICC2530，

17、 2.4GHz，陶瓷天線；主控處理器低功耗ENERGY MICRO處理器EFM32GXX,軟件： IEEE1451.2 國際智能傳感協(xié)議，協(xié)議棧：符合 ZigBee2007 或 ZigBeePRO規(guī)范，套件提供的樣例程序?qū)崿F(xiàn)了無線通信節(jié)點的動態(tài)組網(wǎng)及傳感數(shù)據(jù)采集傳輸。無線通信控制器與智能傳感控制器通過可靠的歐式插座互聯(lián)，配上電源模塊組成完整的智能傳感器節(jié).點。外型：開模具塑料產(chǎn)品外殼，帶電池倉，可4節(jié)干電池供電或鋰電池供電。3.2 棚外氣象采集模塊模塊功能1. 風速風向采集棚外配有建議氣象站，可對棚外即時風速和風向進行較準確的測量，此值被定時地主動地通過Zigbee 網(wǎng)絡主動上傳到中央服務器上

18、去。2. 溫濕度采集棚外配有溫濕度傳感器節(jié)點。傳感器會按照指定間隔采集溫度、濕度值， 并通過Zigbee 網(wǎng)絡主動上傳到中央服務器上去。3. 惡劣天氣播報在用戶設置好大棚所在地后，系統(tǒng)會通過Web服務到中央氣象局提供的接口中讀取天氣預報。 當遇到惡劣天氣環(huán)境時，系統(tǒng)會通過本地氣象站進行確認，然后將相關控制對象關閉，并通知給用戶。3.2.2 模塊配置序號設備名稱設備參數(shù)數(shù)量1簡易氣象站測量范圍 0 70m/s 0 360° 精 度 ±（ 0.3+0.03V ）m/s ±16°（± 3 °） 最大回轉(zhuǎn)半徑90mm 365mm 分辨率 0.

19、1m/s5.6 °（ 2.8 °） 起動風速 0.5m/s 0.5m/s 工作電壓5V 12V 5V 12V 工作電流 10mA 20mA （或 2 3mA） 工作環(huán)境 溫度 -60 50 濕 度 100%RH2智能溫濕度傳感溫度傳感器測量精度：± 0.5 （ 25）；溫度傳感器測量范2控制模塊圍： -40 +123.8 ；濕度傳感器測量精度：±4.5%RH；溫度傳感器測量范圍： 0 100%RH；工作濕度：80%（不結(jié)露）。內(nèi)置智能傳感器處理器： MSP430F5638，基于 IEEE1451協(xié)議與通信模塊通信，開放軟、硬件設計資源；直流工作電源：31

20、0V/0 100mA；3無線通信控制器采用 ABS塑料外殼。通信協(xié)議符合國際標準智能傳感器協(xié)議2IEEE1451-2 。通信模塊芯片 TICC2530，2.4GHz，陶瓷天線；主控處理器低功耗 ENERGY MICRO處理器 EFM32GXX,軟件：IEEE1451.2 國際智能傳感協(xié)議，協(xié)議棧：符合ZigBee2007 或ZigBeePRO規(guī)范，套件提供的樣例程序?qū)崿F(xiàn)了無線通信節(jié)點的動態(tài)組網(wǎng)及傳感數(shù).3.3 實時視頻采集模塊模塊功能1.遠程視頻監(jiān)控棚內(nèi)配有 24個帶云臺可進行360°旋轉(zhuǎn)的網(wǎng)絡攝像機，其視頻清晰度為720P。用戶不管在個人電腦旁，還是使用智能手機均可方便地通過視頻查

21、看現(xiàn)場情況；農(nóng)業(yè)專家也可通過該視頻觀察現(xiàn)場作物情況，獲取作物長勢、 植物病蟲害外觀等信息。2. 定時自動截圖在系統(tǒng)中，用戶可設置網(wǎng)絡攝像頭每隔一段時間或在固定時間點進行自動截圖。通過自動截圖，可將作物每過一段時間的情況保留下來，可留作統(tǒng)計分析之用。3. 安全偵測當用戶不在大棚內(nèi)時，攝像機可設置為布放模式。當有人意外進入或進行惡意破壞時，系統(tǒng)將通知到用戶，并截留報警時的視頻以作為證據(jù)。模塊配置序號設備名稱設備參數(shù)數(shù)量1網(wǎng)絡攝像頭ARM ：W90N745；sensor ： OV7725；操作系統(tǒng)：嵌入式操2作系統(tǒng)；壓縮方式：Motion-JPEG-N ；幀頻率： 25fps ；分辨率：VGA(64

22、0*480), QVGA(320*240) ,QQVGA(160*120)；圖象調(diào)整：亮度，對比度可調(diào). 最低照度： 0.3LUX； 信噪比： >48DB ( 自動增益關 ) ；快門：1/50s(1/60s） -1/100 ， 000s；白平衡：自動白平衡；背光補償：自動背光補償；夜視：5mm11顆 LED燈 夜視 10米 ,ir cut自動切換。標配：F1.8/3.6mm 90 ° M12接口；處理器：雙向語音（內(nèi)置MIC或者外接）；音頻增益：自動音頻增益控制（AGC）；云臺控制： 內(nèi)置 RS485控制水平 270度，垂直 90度；網(wǎng)絡接口： RJ-45 10/100Mb自適

23、以太網(wǎng)接口；支持網(wǎng)絡協(xié)議： TCP/IP 、HTTP、ICMP、DHCP、 FTP、 SMTP、 PPPoE等；無線： WIFI ， 802.11B/G ；支持 IP 地址：靜態(tài) IP 地址、動態(tài) IP 地址、 PPPOE撥號，支持 P2P技術3.4 集成控制模塊模塊功能1. 各控制對象控制系統(tǒng)集成了棚內(nèi)各種控制對象。 在自動控制功能未開啟時， 用戶在系統(tǒng)中可進行手動控制， 并通過實時反饋回來的數(shù)據(jù)查看效果； 而在自動控制功能開啟時， 系統(tǒng)會根據(jù)各種參量的實時值，比對用戶在系統(tǒng)中設置的閾值，如果超出閾值范圍，.則進行一些既定控制。2. 溫濕度自動控制棚內(nèi)溫濕度的變化對植物的生長起著至關重要的作用。系統(tǒng)通過安裝在空中的溫濕度傳感器的實時感測棚內(nèi)溫濕度值， 然后通