四信食用菌房環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

1、食用菌廠房環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一、項目背景隨著現(xiàn)在科技發(fā)展，傳統(tǒng)食用菌的單純以提高勞動生產(chǎn)率和依靠經(jīng)驗管理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，逐漸開始有知識化、信息化和智能化定量管理為特征的信息化生產(chǎn)技術的需求?？傮w還是沒有辦法完成一體化監(jiān)控管 理生產(chǎn)，與國外一些發(fā)達國家相比還是很大的一個差距。比如：用于菌種自動化生產(chǎn)，機械化接種，自動裝瓶，機械化采收等各個階段，比較零散，不能將數(shù)據(jù)進 行綜合。尤其環(huán)境監(jiān)測的模擬研究進展緩慢，我們急需一套集成技術把生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行模擬，最大程度的提 高效率，降低風險。而現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)中可發(fā)揮極其重要的作用，不僅能監(jiān)測水、肥、溫度、濕度、空氣中的二氧化碳 含量，光照，還可結合風機、卷簾機、噴

2、灌等設備實現(xiàn)定量作業(yè)，節(jié)約增效。在產(chǎn)品內(nèi)外運輸、分級包裝、 銷售流通等環(huán)節(jié)中，物聯(lián)網(wǎng)技術還可以實現(xiàn)產(chǎn)品快捷、準確地送達客戶手中，輔助貿(mào)易業(yè)務。 則我們引入物聯(lián)網(wǎng)應用。通過物聯(lián)網(wǎng)的軟硬件技術產(chǎn)品和應用示范基地，可以促進精確食用菌生產(chǎn)的進一步發(fā)展。在作物精確 管理智能化、數(shù)據(jù)共享，信息載體和集成應用技術實現(xiàn)作物生產(chǎn)問題的實時診斷和協(xié)同決策。食用菌行業(yè)具有較高的產(chǎn)岀率和附加值，但信息集成應用還處于初級階段，遠遠落后于工業(yè)領域。在食用菌上的科技投入還存在投入明顯不足，食用菌信息人才缺乏，農(nóng)民及農(nóng)業(yè)企業(yè)家等信息技術用戶急需培 訓，信息采集處理比較落后， 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化技術落后， 缺乏信息技術裝備的價廉物

3、美的農(nóng)機及設施裝備。新興的物聯(lián)網(wǎng)技術的示范推廣剛剛開始，已經(jīng)引起各級領導及社會各界的重視。盡管如此，現(xiàn)階段食 用菌產(chǎn)業(yè)具有生產(chǎn)種類多、經(jīng)營規(guī)模小、種植模式多、產(chǎn)品種類多批量小等特點，決定了近期物聯(lián)網(wǎng)技術 的發(fā)展必須針對我國現(xiàn)代食用菌發(fā)展的現(xiàn)狀及進程，在引進、消化吸收國外體現(xiàn)信息技術的先進機械、裝 備和模式技術的基礎上，通過多專業(yè)的集成創(chuàng)新，研究探索岀一條適合現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)研究開發(fā)與示范及 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的道路，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術在農(nóng)業(yè)及相關領域取得重大突破。針對目前食用菌廠房環(huán)境發(fā)展的趨勢，提岀了一種食用菌廠房環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)的設計。根據(jù)食用菌廠房智能監(jiān)控的特殊性，需要傳輸食用菌廠房現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)給管理者

4、，并把管理者的命令下發(fā)到現(xiàn)場執(zhí)行 設備，同時又要使上級部門可隨時通過互連網(wǎng)或者手機信息了解區(qū)域食用菌廠房的實時狀況。基于zigbee與GPRS勺智能食用菌廠房環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)使這些成為可能二解決問題1.生產(chǎn)中因溫度、濕度不適宜，2水分無法定量監(jiān)測，3.滅菌時間不夠，作業(yè)不規(guī)范導致病害多發(fā)而嚴重損失。4.病害防治報警系統(tǒng)，為及時有效地進行設施作物的病害防治提供技術支持。5.建立標準化食用菌生產(chǎn)程6.記錄整個食用菌生產(chǎn)流程信息7.提高整個生產(chǎn)效率8降低人工所需成本9.一體化的遠程無線監(jiān)測管理三、項目分析2.1系統(tǒng)組成2.1.1食用菌廠房現(xiàn)場采集控制終端食用菌廠環(huán)境現(xiàn)場采集控制終端負責24小時采集溫

5、室內(nèi)溫度、濕度、光照、C02濃度、等環(huán)境參數(shù)。2.1.2無線傳輸設備前端采用四信F8914 ZigBee模塊，通過232/485（端子接口）和采集器相連接，Zigbee作為一種無線連接,可工作在2. 14 GHz（全球流行）、868 MHz （歐洲流行）和915 MHz （美國流行）3個頻段上，分別具 有最高至250 kbit/ s、20 kbit/ s、40 kbit/ s的傳輸速率。該型號設備一般為終端節(jié)點，完成信息的發(fā)送和接收。實物如圖1ZigBee中心節(jié)點采用四信F8114 ZigBee+GPRS模塊，中心節(jié)點收到的數(shù)據(jù)可以通過串口直接是輸出到服務器上（前端與服務器的距離較近）；還可有

6、通過GPRSG其收到的數(shù)據(jù)發(fā)送的遠端的服務器上，GPRS部分采用國際標準TCP/IP通信協(xié)議，且兩種方式都是實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。省去了每個終端的GPRS模塊，只需要中心節(jié)點一個，節(jié)約了成本。實物如圖22.1.3米集傳感設備1溫度采集、2濕度采集、3光照、4 C02濃度5.生產(chǎn)流程信息記錄2.1.3數(shù)據(jù)管理中心數(shù)據(jù)中心對現(xiàn)場實時采集的溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、C02濃度、等環(huán)境參數(shù)進行分析處理，不僅進行完成的統(tǒng)計做岀相應的統(tǒng)計報表，并做岀趨勢分析，且以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶，并根 據(jù)種植作物的需求提供各種報警信息。當溫濕度超過設定值的時候，自動開啟或者關閉指定設備。2.2系統(tǒng)總架構2.

7、2 0整個系統(tǒng)流程 由現(xiàn)食用菌廠現(xiàn)場。有傳感器各項環(huán)境參數(shù)與食用菌信息等數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)在無線設備發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。由數(shù)據(jù)中心對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行分析理，發(fā)送到用戶管理終端.同時對需要預警或是特殊處理， 進行用戶預警報2.2.1 F8914 - F8914組網(wǎng)F8914（前端）通過標準的232/485與食用菌廠房一級終端里的PLC連接通信，獲取的數(shù)據(jù)直接通過2.4G頻率發(fā)送到F8914（中心節(jié)點）。F8914（中心節(jié)點）通過串口與服務器連接，把數(shù)據(jù)送到后臺，后臺管理應用管理層LS客戶端數(shù)抵庫巨 服務器灤/智J |控翎( “J加濕器刁數(shù)據(jù)分析IW數(shù)據(jù)傳輸以采應用分析服務器運營商網(wǎng)絡無線轉(zhuǎn)轍1/Zig B e

8、e(1X14)ZigBee(F8X1I)軟件對數(shù)據(jù)進行分析。如圖3所示2.2.2.1原理框架F8114首先進行GPRS撥號上網(wǎng)，然后自動向數(shù)據(jù)管理中心發(fā)起TCP連接，握手成功后開始數(shù)據(jù)透明傳輸。食用菌廠房監(jiān)測終端把數(shù)據(jù)集中采集通過PLC把數(shù)據(jù)傳給F8914,F8914接到數(shù)據(jù)后即時的將數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡傳送到F8114。F8114通過GPRS數(shù)據(jù)管理中心將上傳的數(shù)據(jù)進行分析處理，得出直觀的結果和相應的指令通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送給F8114,再通過ZigBee網(wǎng)絡傳送到F8914即時通過232/485傳送給2.2.3系統(tǒng)實現(xiàn)功能1:可在線實時24小時連續(xù)的采集和記錄監(jiān)測點位的度、濕度、光照、

9、C02濃度、等各項參數(shù)情況,以數(shù)字、圖形和圖像等多種方式進行實時顯示和記錄存儲監(jiān)測信息，監(jiān)測點位可擴充多達上千個點。2:可設定各監(jiān)控點位的溫濕度報警限值，當岀現(xiàn)被監(jiān)控點位數(shù)據(jù)異常時可自動發(fā)岀報警信號，報警 方式包括：現(xiàn)場多媒體聲光報警、網(wǎng)絡客戶端報警、電話語音報警、手機短信息報警等。上傳報警信息并 進行本地及遠程監(jiān)測，系統(tǒng)可在不同的時刻通知不同的值班人員；4:數(shù)據(jù)集中器端提供具有信號輸出協(xié)議的端口，可接通信設備（GPRS IP MODE等）進行無線傳輸。5:溫濕度監(jiān)控軟件采用標準windows 98/2000/XP全中文圖形界面，實時顯示、記錄各監(jiān)測點的溫濕 度值和曲線變化，統(tǒng)計溫濕度數(shù)據(jù)的歷

10、史數(shù)據(jù)、最大值、最小值及平均值，累積數(shù)據(jù)，報警畫面。6:監(jiān)控主機端利用監(jiān)控軟件可隨時打印每時刻的溫濕度數(shù)據(jù)及運行報告。7:強大的數(shù)據(jù)處理與通訊能力，采用計算機網(wǎng)絡通訊技術，局域網(wǎng)內(nèi)的任何一臺電腦都可以訪問監(jiān) 控電腦，在線查看監(jiān)3=H14minUHwirai2.2.2F8914-F8114組網(wǎng)采集端，采集端根據(jù)指令對相應的控制處理。如圖4所示FW43ZigSHh liKMiaa?LMTERhETMTERHET控點位的溫濕度變化情況，實現(xiàn)遠程監(jiān)測。系統(tǒng)不但能夠在值班室監(jiān)測，領導在自己 辦公室可以非常方便地觀看和監(jiān)控。8:系統(tǒng)可擴充多種記錄數(shù)據(jù)分析處理軟件，能進行繪制棒圖、餅圖，進行曲線擬合等處理，

11、可按TEXT格式輸岀，也能進入EXCEL電子表格等office的軟件進行數(shù)據(jù)處理。9:控制軟件的編制采用軟件工程管理，開放性與可擴充性極強，由于采用硬件功能的軟件化的系統(tǒng) 設計思想及系統(tǒng)硬件的模塊化、通訊網(wǎng)絡化設計，系統(tǒng)可根據(jù)需要升級軟件功能與擴展硬件種類。10:系統(tǒng)設計時預留有接口，可隨時增加減硬軟件設備，系統(tǒng)只要做少量的改動即可，可以在很短的 時間內(nèi)完成。可根據(jù)政策和法規(guī)的改變隨時增加新的內(nèi)容。2.2.4數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡接入方式分析1.專線接入中心采用APN專線， 所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連

12、接，在GGS與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN普通用戶不得申請該APN用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN防 止其他非法用戶的進入。用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務器，作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部 地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防 火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，安

13、全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情 況下之最佳組網(wǎng)方式。2.ADSL撥號連接（動態(tài)公網(wǎng)IP地址）中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務的?？蛻粝扰cDNS服務商聯(lián)系開 通動態(tài)域名，IP MODE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(wǎng)動態(tài)IP，建立 連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。3.通過固定公網(wǎng)IP連接中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)

14、固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEI直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案.四、方案特點1、傳輸模塊采用無線接入GPRS網(wǎng)絡，目前GPRS網(wǎng)絡在國內(nèi)已經(jīng)運營了十幾年，網(wǎng)絡穩(wěn)定，技術 成熟，覆蓋率廣。2、 傳輸模塊采用工業(yè)級ZigBee模塊，標準頻段IEEE802.15.4 ISM2.4GHz,通信距離90m,戶外通信距離800m,發(fā)射功率22dBm，接受靈敏度-104dBm;低功耗設計，支持多級休眠和喚醒模式，最大限度降低功耗，內(nèi)置實時時鐘（RTC），支持定時開關機功能，定時關機狀態(tài)下功耗小于1mA。外接電源DC 12V/500mA（標準）；通信電流：50mA-80mA12VDC、115-150mA5VDC;待機狀態(tài)：20mA12VDC、35mA5VDC； 休眠狀：8mA12VDC、18mA5VDC工作環(huán)境溫度-25+65OC儲存溫度-40+85oC;相對濕度95% （無凝結） ;多重軟硬件看門狗設計。 適用 于戶外工作環(huán)境。3、 傳輸模塊具有可靠的網(wǎng)絡連接、智能防掉線、支持在線檢測、在線維護、掉掉線自動重拔，確保設備 永遠在線，確保通信通道正常，為數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)。4、 終端傳輸模塊支持多種激活方式，如語音電話、短信、數(shù)據(jù)等；終端設備故障或異常時，自動發(fā)短信 報警信息給維護人員。5、 傳輸