智慧校園智慧農(nóng)場解決方案

校園智慧農(nóng)場建設解決方案 校園智慧農(nóng)場建設解決方案-22-平臺簡介OneControl智能控制系統(tǒng)依托目標用戶現(xiàn)有網(wǎng)絡為通信基礎，通過云平臺，系統(tǒng)提供對OneControl智能網(wǎng)關以及通過網(wǎng)關接入的各種主流廠家的有線、無線傳感器及視頻監(jiān)控的管理控制，用戶可以通過移動終端等遠程訪問和控制智能化系統(tǒng)。本方案著重介紹基于OneControl平臺的智慧校園農(nóng)場管理。介紹如何使用OneControl物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，實現(xiàn)對校園農(nóng)場的智能管理與監(jiān)控。整體架構(gòu)OneControl系統(tǒng)是一個綜合性的控制系統(tǒng)，可涵蓋照明、門禁、空調(diào)、地暖、新風、節(jié)能等各種遠控功能，可以讓用戶通過手機、Pad、PC等多種方式進行控制和管理，也可以在環(huán)境傳感器和邏輯編程控制器的作用下，自動執(zhí)行各種任務，給用戶帶來全方位的安全舒適、健康節(jié)能的智能生活體驗。其整體架構(gòu)如下圖所示?？刂平鉀Q方案智慧農(nóng)場管理與控制近年來，全國各地校園教學的探索和實踐中，都把校園農(nóng)場作為學校教學實踐的一大重點來進行建設。尤其是一些經(jīng)濟發(fā)達、教育投入充足地區(qū)的學校，以智慧農(nóng)場為切入點，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智慧物聯(lián)網(wǎng)平臺，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、應用集成、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)應用，建設符合自身特色的智慧校園。一般學校智慧農(nóng)場具有以下特征：（1）智能化基礎設施智慧農(nóng)場基礎設施建設和選型硬件必須具有遠程控制功能。智慧農(nóng)場以鋼結(jié)構(gòu)PC板溫室為主體結(jié)構(gòu)，農(nóng)場內(nèi)可完全模擬基本的生態(tài)環(huán)境因子，具備對諸如溫度、濕度、光照強度、氣壓、土壤溫濕度、CO2濃度等參數(shù)進行調(diào)節(jié)的能力，以適應不同植物生長繁育的需要。所有的環(huán)境調(diào)節(jié)設備都應包括獨立智能監(jiān)控單元，可按照預設參數(shù)，精確測量農(nóng)場的氣候、土壤等參數(shù)，并利用手動、自動兩種方式啟動或關閉不同的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，控制卷膜、風機、濕簾、補光、灌溉施肥等環(huán)境控制設備，自動調(diào)控農(nóng)場內(nèi)環(huán)境，達到適宜植物生長的范圍，為植物生長提供最佳環(huán)境。（2）精準農(nóng)場管理模式智慧農(nóng)場具有針對當前環(huán)境與需求，對環(huán)境變量精準控制的能力。因此，需要在線監(jiān)測農(nóng)場環(huán)境的氣候因子、土壤環(huán)境因子，并結(jié)合作物生理生態(tài)特點，精準把握農(nóng)場內(nèi)植物對水，肥料，光照，CO2，以及溫濕度等的環(huán)境變量的需求，進行定向控制。如，可針對不同植物的用水量，調(diào)整灌溉時機和灌溉量，減少無效灌溉量，節(jié)約農(nóng)業(yè)用水；根據(jù)大氣環(huán)境、輻照強度等變化，及時對農(nóng)場采取升、降溫，開、關遮陽等應對措施，確保農(nóng)作物在最適宜的環(huán)境下生長。精準農(nóng)場管理模式的精準控制功能與實現(xiàn)方式，也是控制變量法的直接表現(xiàn)，在實踐操作中與課堂教學聯(lián)合起來，有助于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和綜合能力。（3）實現(xiàn)無人值守自動化運行在滿足遠程化管理模式的基礎上，實現(xiàn)農(nóng)場的無人值守自動化運行。農(nóng)場自動化運行，不僅依照科學數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)各環(huán)境變量，為植物提供一個理想的生長環(huán)境，也能有效減輕管理員老師的工作量，提高設備利用率，及時改善農(nóng)場氣候，減少病蟲害以及植物異常死亡等情況的發(fā)生。尤其是學校每年有合計長達3個月的寒暑假，實現(xiàn)無人值守的自動化運行，可有效降低假期內(nèi)的管理難度，實現(xiàn)農(nóng)場的不間斷運行。（4）銜接創(chuàng)新課程把學生的全面綜合成長放在首位，利用智慧農(nóng)場為學生提供一個學習如何把自己已經(jīng)掌握的各個方面的知識，進行融會貫通，并發(fā)揮想象力，提供解決實際問題的環(huán)境，積極推動創(chuàng)新課程的探索。在教學利用智慧農(nóng)場的現(xiàn)實條件，合理安排課程，通過教師的啟發(fā)和引導，開展語文、數(shù)學、英語、物理、生物、化學等不同科目的交叉學習與實踐，培養(yǎng)學生對于事物的洞察能力，發(fā)現(xiàn)事物之間的異同，學會利用創(chuàng)造性思維方法來解決問題，是創(chuàng)新課程的理論追求和實踐方向。校園農(nóng)場內(nèi)景示意智慧農(nóng)場設備連接結(jié)構(gòu)示意智慧校園環(huán)境下，智慧農(nóng)場可實現(xiàn)的功能有：現(xiàn)場環(huán)境實時監(jiān)控(1)通過瀏覽器或者手機遠程查看農(nóng)場的實時環(huán)境信息，包括空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度、氧氣濃度等；(2)遠程實時查看農(nóng)場視頻監(jiān)控視頻，并可以保存錄像文件，防止出現(xiàn)農(nóng)作物被盜等情況；(3)農(nóng)場環(huán)境報警記錄及時提醒，學?？芍苯犹幚韴缶?，系統(tǒng)記錄處理信息，可以遠程控制農(nóng)場設備；(4)遠程、自動化控制農(nóng)場內(nèi)環(huán)境設備，如自動灌溉系統(tǒng)、風機、頂窗等，對溫室內(nèi)環(huán)境進行控制，提高工作效率；(5)可以直觀查看農(nóng)場環(huán)境數(shù)據(jù)的實時曲線圖，及時掌握農(nóng)場農(nóng)作物生長環(huán)境。環(huán)境監(jiān)控界面示意智能報警(1)系統(tǒng)可以靈活的設置各個農(nóng)場不同環(huán)境參數(shù)的上下閥值。超出閾值時，系統(tǒng)可以根據(jù)配置信息，通過手機短信、系統(tǒng)消息等方式提醒相應管理者；(2)報警提醒內(nèi)容可根據(jù)模板靈活設置，根據(jù)不同需求可以設置不同的提醒內(nèi)容和提醒方式，滿足個性化控制的需求；(3)可依據(jù)報警記錄查看相關聯(lián)的農(nóng)場信息，更加及時、快捷地遠程控制農(nóng)場設備，高效相關問題；(4)可及時發(fā)現(xiàn)設備異常，并通過短信或系統(tǒng)消息及時提醒管理者進行排查或修理，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。遠程智能控制通過先進的遠程工業(yè)自動化控制技術(shù)，讓學校相關人員可以通過網(wǎng)絡隨時隨地控制農(nóng)場設備；學?？梢宰远x規(guī)則，讓整個農(nóng)場設備隨環(huán)境參數(shù)變化自動控制，也可以通過手機或PC端，在任意地點遠程控制農(nóng)場的所有接入設備。建設完成以后，OneControl物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺可以對智慧農(nóng)場實現(xiàn)如下遠程控制功能：遮陽控制控制設備：雙層內(nèi)遮陽保溫系統(tǒng)控制要素：光照強度值控制過程：可設定標準光照度的范圍，如上限L1，下限L2；當測量光照度值>標準光照度上限值L1時，執(zhí)行收攏遮陽開啟步驟，控制開啟遮陽卷膜收攏，進行降低光照度；當測量光照度值<標準光照度下限值L2時，執(zhí)行展開遮陽開啟步驟，控制開啟遮陽卷膜展開，進行增大光照度；降溫升溫控制控制設備：通風降溫系統(tǒng)，循環(huán)風機系統(tǒng)，雙層內(nèi)遮陽保溫系統(tǒng)，降溫加溫系統(tǒng)，采暖加溫系統(tǒng)等控制要素：溫度值控制過程：可設定標準溫度的范圍，如上限T1，下限T2；降溫過程：當測量溫度>標準溫度上限值T1時，執(zhí)行降溫設備開啟步驟，控制通風降溫系統(tǒng)，循環(huán)風機系統(tǒng)，雙層內(nèi)遮陽保溫系統(tǒng)，降溫加溫系統(tǒng)等進行通風降溫；當測量溫度值恢復到設定的標準溫度范圍時，執(zhí)行降溫設備關閉步驟，關閉以上系統(tǒng)或設備，停止降溫；升溫過程：當測量溫度<目標溫度下限值T2時，執(zhí)行升溫設備開啟步驟，控制開啟降溫加溫系統(tǒng)，采暖加溫系統(tǒng)等，進行升溫；當測量溫度值恢復到設定的標準溫度范圍時，執(zhí)行升溫設備關閉步驟，關閉以上系統(tǒng)或設備，停止升溫；灌溉控制控制設備：噴灌系統(tǒng)控制要素：土壤濕度值控制過程：可設定標準土壤濕度的范圍，如上限T1，下限T2；當土壤濕度值小于設定的土壤濕度下限值T2時，執(zhí)行灌溉設備開啟步驟，控制開啟電磁閥，開始對土壤澆水；當土壤濕度值恢復到設定的標準范圍時，執(zhí)行灌溉設備關閉步驟，控制關閉電磁閥，停止對土壤澆水；加濕控制控制設備：通風降溫系統(tǒng)，循環(huán)風機系統(tǒng)，雙層內(nèi)遮陽保溫系統(tǒng)，霧噴系統(tǒng)控制要素：溫室內(nèi)大氣濕度控制過程：可設定標準濕度的范圍，如上限T1，下限T2；加濕過程：當測量濕度<標準濕度下限值T2時，執(zhí)行加濕設備開啟步驟，控制開啟濕簾，打開循環(huán)風機，增加大氣濕度；當測量濕度恢復到設定的標準濕度范圍時，執(zhí)行加濕設備關閉步驟，控制關閉加濕設備，停止加濕；除濕過程：當測量濕度>標準濕度上限值T1時，執(zhí)行除濕設備開啟步驟，控制開啟雙層內(nèi)遮陽保溫系統(tǒng)，打開循環(huán)風機，打開通風機等，進行除濕作業(yè)；當測量濕度恢復到設定的標準濕度范圍時，執(zhí)行加濕設備關閉步驟，停止除濕。補光控制控制設備：補光燈控制要素：光照度，時間等控制過程：根據(jù)需要設置時間段，在時間段內(nèi)，補光燈直接打開，其余時間自動關閉；當出現(xiàn)異常環(huán)境，如霧霾，積雨云過厚等情況時，系統(tǒng)監(jiān)視到溫室內(nèi)部光照強度不足，進行人工或自動補光作業(yè)。歷史數(shù)據(jù)分析(1)系統(tǒng)可以通過不同條件組合查詢和對比歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，提供信息參考；(2)支持列表和圖表兩種不同方式查看，可以更直觀看到歷史數(shù)據(jù)曲線；(3)可與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，通過數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)發(fā)掘作物生長最佳環(huán)境信息，輔助決策。數(shù)據(jù)分析界面示意視頻監(jiān)控(1)視頻采集：在電腦端或手機端實時查看農(nóng)場內(nèi)的視頻影像；(2)視頻存儲：可根據(jù)需求，存儲1周甚至1月的農(nóng)場視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)；也可上傳至云端保存所有視頻資料；(3)視頻檢索及播放：可以根據(jù)時間段選擇查看視頻圖像。移動客戶端控制通過手機訪問OneControl物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，學?？梢杂檬謾C實現(xiàn)對智慧農(nóng)場的監(jiān)管和控制。(1)老師和學生可以通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺客戶端，隨時隨地查看自己負責農(nóng)場的環(huán)境參數(shù)；(2)學?？梢允褂檬謾C端實時接收、查看農(nóng)場環(huán)境報警信息；(3)通過手機端，學?？梢赃h程自動控制農(nóng)場環(huán)境設備，如自動灌溉系統(tǒng)、風機、頂窗等。移動端監(jiān)控界面示意監(jiān)控中心通過在監(jiān)控室或農(nóng)場入口等位置，配置壁掛式LED液晶拼接屏，實時監(jiān)控農(nóng)場的視頻和各設備運行情況，提供一個直觀的，高效的大屏展示和監(jiān)控功能。管理員老師可以同時監(jiān)視多個關鍵節(jié)點，可以隨時應對各類突發(fā)情況。顯示屏安裝效果如圖示：LED顯示屏信息展示示意組網(wǎng)解決方案智能農(nóng)場組網(wǎng)室內(nèi)設備一般采用ZigBee技術(shù)進行組網(wǎng)，通過室內(nèi)的ZigBee網(wǎng)關，實現(xiàn)對功能設備的信號傳輸。視頻監(jiān)控設備利用有線/4G/Wifi進行組網(wǎng)。組網(wǎng)拓撲圖如下： 建設完成后，校園農(nóng)場設備示意圖如下（因具體建設事項、階段不同，接入設備情況可能不同）：主要產(chǎn)品介紹物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關安置于適當位置，用于建設室內(nèi)無線通信環(huán)境，采用ZigBee3.0無線通訊協(xié)議。主要技術(shù)參數(shù)如下：技術(shù)參數(shù)工作電壓電流：DC5V200mA通信協(xié)議：支持通過認證的zigbee產(chǎn)品工作頻段：2405M~2480MHZ無障礙通訊距離：600m無障礙組網(wǎng)距離：300m最大發(fā)射功率：20dBm外觀尺寸：110.5mm*81mm*26mm接收靈敏度：-97dBmZigBee透傳模塊ZigBee透傳模塊是以ZigBee技術(shù)為基礎的無線模塊，采用雙ARM-32bit內(nèi)核RS485轉(zhuǎn)ZigBee模塊，性能更好，傳輸更穩(wěn)定，具有透傳，協(xié)議傳輸，AT配置等多種功能。具有成本低、安裝維護方便、繞射能力強、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活、覆蓋范圍遠的特點，適合點多而分散、地理環(huán)境復雜等場合，可與PLC，RTU等數(shù)據(jù)終端相連接。ZigBee透傳應用模式：智能遠傳水表智能遠傳水表主要用來監(jiān)控水流量信息，可以實現(xiàn)定時定量送水，用水異常監(jiān)控等功能，并通過WIFI等無線網(wǎng)絡進行通信，實現(xiàn)遠程控制與數(shù)據(jù)收集，發(fā)現(xiàn)異常。主要技術(shù)參數(shù)有：靜態(tài)電流≤3uA供電方式鋰電池使用壽命6年以上組網(wǎng)距離≤100m工作濕度最大95%RH工作溫度0℃--+40℃三相電能表用于收集特定設備特定區(qū)域用電數(shù)據(jù)，并記錄上傳至云平臺，實現(xiàn)電力能耗數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控。技術(shù)參數(shù)工作溫度：-10℃-+50℃工作濕度：≤75%參比電壓：3*220/380V工作電壓：AC181/279-300/500V工作頻率：50Hz±10%內(nèi)部功耗：≤2W/10VA端口形式：RS485互聯(lián)網(wǎng)攝像機用于對目標區(qū)域進行視頻監(jiān)視。其主要參數(shù)有：電源供應AV24V±10%功耗≤30W鏡頭參數(shù)2.8-12mm紅外夜間功能有存儲功能支持MicroSD卡存儲工作濕度≤95%工作溫度-30℃--+60℃空氣溫濕度傳感器空氣溫濕度傳感器采用高精度熱敏電阻作為感應部件，具有測量精度高、穩(wěn)定性好等特點。信號變送器采用先進的電路集成模塊，可根據(jù)用戶的不同需求將溫度轉(zhuǎn)換為相應的電壓或電流信號。技術(shù)參數(shù)工作溫度：-40℃-+60℃濕度探測精度：±2%RH（5%RH-95%RH,25℃）溫度探測精度：±0.4℃（25℃）工作電壓：DC10-30V內(nèi)部功耗：0.4W端口形式：RS485土壤溫度水分傳感器插入土壤中，通過探測土壤介電常數(shù)的變化，檢測土壤水分含量和溫度。主要參數(shù)有：技術(shù)參數(shù)工作電壓：DC5-30V工作溫度：-40℃-+80℃水分探測精度：±2%（25℃）溫度探測精度：±0.4℃（25℃）工作電壓：DC10-30V內(nèi)部功耗：＜0.4W端口形式：RS485光照度傳感器用于感知智慧農(nóng)場內(nèi)光照度情況，判定是否需要補光等。主要技術(shù)參數(shù)有：技術(shù)參數(shù)直流供電：10-30VDC最大功耗：0.4W精度：±7%(25℃)量程：0-20萬Lux；響應時間：0.1s端口形式：RS485(Modbus-RTU協(xié)議)二氧化碳傳感器用于感知室內(nèi)二氧化碳濃度。主要技術(shù)參數(shù)有：技術(shù)參數(shù)直流供電：10-30VDC最大功耗：0.4W精度：±(40ppm+3%F·S)(25℃)量程：0~5000ppm（可定制）精度：±7%(25℃)響應時間：2s端口形式：RS485(Modbus-RTU協(xié)議)水浸傳感器基于液體導電原理，用電極探測水管、特定工作區(qū)域等是否有水存在。其主要參數(shù)有：技術(shù)參數(shù)工作電壓：DC10-30V最大功耗：0.4W（RS485輸出）檢測對象：自來水、純凈水變送器電路工作溫度：‐20℃~+60℃，0%RH~80%RH端口形式：RS485電磁流量計安置于送水管道上，監(jiān)測即時用水量等。主要參數(shù)有：技術(shù)參數(shù)公稱通徑：DN15-DN1000工作電壓：220VAC±15%常規(guī)；24VDC輸出信號：4-20ma常規(guī)流速范圍：0.1~15M/S(最大)；0.5~10M/S（常規(guī)）公稱壓力：1.6MPA；1.0MPA連接方式：法蘭連接，法蘭夾持電氣接口：M20*1.5內(nèi)螺旋，Ф10電纜孔通訊方式：RS485,MODBUS協(xié)議