物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)集成和應(yīng)用（初級(jí)）課件 項(xiàng)目四 集成和應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)

集成和應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)任務(wù)一安裝智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)CONTENTS目錄任務(wù)描述01任務(wù)分析02任務(wù)實(shí)施03知識(shí)鏈接04思考與練習(xí)05任務(wù)描述根據(jù)智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的需求完成系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，包括傳感器的選擇，系統(tǒng)的組成。實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤墑情的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及灌溉設(shè)備的遠(yuǎn)程及智能控制。01任務(wù)分析我國(guó)土地面積廣闊，南北差異較大，適合種植的作物種類繁多，不同的作物和同一種作物的不同時(shí)期的灌溉需求差別比較大。以往的灌溉方法技術(shù)陳舊，無(wú)法滿足作物的灌溉需求，亟待改進(jìn)。隨著傳統(tǒng)灌溉技術(shù)的不斷改進(jìn)和現(xiàn)代灌溉技術(shù)的不斷成熟，我國(guó)的農(nóng)業(yè)灌溉已經(jīng)取得了些許成效。但是，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)程的推進(jìn)，當(dāng)前的農(nóng)業(yè)灌溉已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的市場(chǎng)需求。監(jiān)控方面主要大量的人力投入，不僅投資成本大，農(nóng)作物品質(zhì)和產(chǎn)量受到嚴(yán)重制約。為了全面提升智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的整體水平，不但需要硬件設(shè)備做支撐，而且智能的感知節(jié)點(diǎn)、現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和現(xiàn)代化的控制策略也很有必要。02任務(wù)實(shí)施設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)采用了LoRa無(wú)線擴(kuò)頻通信、無(wú)線WiFi和有線通信網(wǎng)作為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。遠(yuǎn)程智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)從功能結(jié)構(gòu)上可以分為四部分：傳感器采集系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、云平臺(tái)系統(tǒng)和移動(dòng)監(jiān)控端部分。03智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖（1）工具與器材工具：螺絲刀*1套、斜口鉗*1、剝線鉗*1。器材：智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)*1、土壤PH傳感器*1、傳感器節(jié)點(diǎn)、M4螺絲+螺母若干、M3螺絲+螺母若干、M2螺絲+螺母若干、M3螺柱若干、線材若干、扎帶若干。（2）傳感器參數(shù)工作電壓：12VDC最大功耗：0.5W量程：3-9PH精度：0.3PH響應(yīng)時(shí)間：≤10s任務(wù)實(shí)施03步驟一：安裝土壤PH傳感器（3）殼體尺寸及外觀圖 土壤PH傳感器尺寸圖及實(shí)物圖如圖所示。任務(wù)實(shí)施03土壤PH傳感器尺寸圖土壤PH傳感器實(shí)物圖任務(wù)實(shí)施03（4）導(dǎo)線安裝電源：棕色接12VDC、黑色接GND、通信線：黃色接DATA1、藍(lán)色接DATA2

1.使用剝線鉗將一體式的4根線上的絕緣膠去掉，如圖所示。絕緣膠剝除

2.使用一字螺絲刀將剝好的線按照下圖接在傳感器節(jié)點(diǎn)的端子上，如圖所示。任務(wù)實(shí)施03傳感器節(jié)點(diǎn)端子連接（6）設(shè)備安裝LORA節(jié)點(diǎn)安裝見項(xiàng)目二任務(wù)一中一體式氣象站節(jié)點(diǎn)安裝，任務(wù)實(shí)施03數(shù)據(jù)上傳（6）注意事項(xiàng)1.測(cè)量時(shí)探針必須全部插入土壤里。野外使用注意防雷擊。2.勿暴力折彎探針，勿用力拉拽傳感器引出線，勿摔打或猛烈撞擊傳感器。3.傳感器防護(hù)等級(jí)IP68，可以將傳感器整個(gè)泡在水中。4.由于在空氣中存在射頻電磁輻射，不宜長(zhǎng)時(shí)間在空氣中處于通電狀態(tài)。任務(wù)實(shí)施03（7）常見問(wèn)題

1.傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)線DATA1、DATA2線請(qǐng)勿接反；

2.傳感器節(jié)點(diǎn)電源線請(qǐng)勿接反；

3.傳感器節(jié)點(diǎn)不要使用超過(guò)12VDC電源進(jìn)行供電。 4.設(shè)備數(shù)量過(guò)多或布線太長(zhǎng)，應(yīng)就近供電，加485增強(qiáng)器，同時(shí)增加120Ω終端電阻。

6.設(shè)備安裝螺絲緊固盡量以對(duì)角進(jìn)行緊固。

7.布線保持橫平豎直，設(shè)備布局保持上下對(duì)稱，左右對(duì)齊。

8.安裝設(shè)備時(shí)必須斷電。任務(wù)實(shí)施03（1）工具與器材

工具：螺絲刀*1套、斜口鉗*1、剝線鉗*1。

器材：智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)*1、土壤三合一肥力傳感器*1、傳感器節(jié)點(diǎn)、M4螺絲+螺母若干、M3螺絲+螺母若干、M2螺絲+螺母若干、M3螺柱若干、線材若干、扎帶若干。（2）傳感器參數(shù)

1.工作電壓：12VDC

2.最大功耗：≤0.15W

3.量程：1-1999mg/kg(mg/l)

4.精度：2%FS

5.工作溫度：0℃~55℃任務(wù)實(shí)施03步驟二：安裝土壤氮磷鉀三合一肥力傳感器（3）殼體尺寸及外觀圖 土壤氮磷鉀三合一肥力傳感器尺寸圖及實(shí)物圖如圖所示。任務(wù)實(shí)施03土壤三合一肥力傳感器尺寸圖土壤三合一肥力傳感器實(shí)物圖任務(wù)實(shí)施03（4）導(dǎo)線安裝電源：棕色接12VDC、黑色接GND、通信線：黃色接DATA1、藍(lán)色接DATA2

1.使用剝線鉗將一體式的4根線上的絕緣膠去掉，如圖所示。絕緣膠剝除

2.使用一字螺絲刀將剝好的線按照下圖接在傳感器節(jié)點(diǎn)的端子上，如圖所示。任務(wù)實(shí)施03傳感器節(jié)點(diǎn)端子連接（5）設(shè)備安裝LORA節(jié)點(diǎn)安裝見項(xiàng)目二任務(wù)一中一體式氣象站節(jié)點(diǎn)安裝任務(wù)實(shí)施03數(shù)據(jù)上傳（6）注意事項(xiàng)1.測(cè)量時(shí)鋼針必須全部插入土壤里。2.避免強(qiáng)烈陽(yáng)光直接照射到傳感器上而導(dǎo)致溫度過(guò)高。野外使用注意防雷擊。3.勿暴力折彎鋼針，勿用力拉拽傳感器引出線，勿摔打或猛烈撞擊傳感器。4.傳感器防護(hù)等級(jí)IP68，可以將傳感器整個(gè)泡在水中。5.由于在空氣中存在射頻電磁輻射，不宜長(zhǎng)時(shí)間在空氣中處于通電狀態(tài)。任務(wù)實(shí)施03（7）常見問(wèn)題1.傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)線DATA1、DATA2線請(qǐng)勿接反；2.傳感器節(jié)點(diǎn)電源線請(qǐng)勿接反；3.傳感器節(jié)點(diǎn)不要使用超過(guò)12VDC電源進(jìn)行供電。4.設(shè)備數(shù)量過(guò)多或布線太長(zhǎng)，應(yīng)就近供電，加485增強(qiáng)器，同時(shí)增加120Ω終端電阻。5.設(shè)備安裝螺絲緊固盡量以對(duì)角進(jìn)行緊固。6.布線保持橫平豎直，設(shè)備布局保持上下對(duì)稱，左右對(duì)齊。7.安裝設(shè)備時(shí)必須斷電。任務(wù)實(shí)施03（1）工具與器材

工具：螺絲刀*1套、斜口鉗*1、剝線鉗*1。

器材：智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)*1、投入式液位傳感器*1、傳感器節(jié)點(diǎn)、M4螺絲+螺母若干、M3螺絲+螺母若干、M2螺絲+螺母若干、M3螺柱若干、線材若干、扎帶若干。（2）傳感器參數(shù)1.工作電壓：12VDC2.工作溫度：-20℃~80℃3.溫度漂移：0.03%FS/℃4.測(cè)量范圍：0-300m5.測(cè)量介質(zhì)：對(duì)不銹鋼無(wú)腐蝕的油、水等任務(wù)實(shí)施03步驟三：安裝投入式液位傳感器（3）殼體尺寸及外觀圖 投入式液位傳感器尺寸圖及實(shí)物圖如圖所示。任務(wù)實(shí)施03投入式液傳感器尺寸圖投入式液位傳感器實(shí)物圖任務(wù)實(shí)施03（5）導(dǎo)線安裝電源：紅色接12VDC、藍(lán)色接GND、通信線：黃色接DATA1.黑（白）色接DATA21. 使用剝線鉗將一體式的4根線上的絕緣膠去掉絕緣膠剝除

2.使用一字螺絲刀將剝好的線按照下圖接在傳感器節(jié)點(diǎn)的端子上，如圖所示。任務(wù)實(shí)施03傳感器節(jié)點(diǎn)端子連接（6）設(shè)備安裝LORA節(jié)點(diǎn)安裝見項(xiàng)目二任務(wù)一中一體式氣象站節(jié)點(diǎn)安裝任務(wù)實(shí)施03電源線走線示意圖（6）常見問(wèn)題1.傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)線DATA1、DATA2線請(qǐng)勿接反；2.傳感器節(jié)點(diǎn)電源線請(qǐng)勿接反；3.傳感器節(jié)點(diǎn)不要使用超過(guò)12VDC電源進(jìn)行供電。4.設(shè)備數(shù)量過(guò)多或布線太長(zhǎng)，應(yīng)就近供電，加485增強(qiáng)器，同時(shí)增加120Ω終端電阻。5.設(shè)備安裝螺絲緊固盡量以對(duì)角進(jìn)行緊固。6.布線保持橫平豎直，設(shè)備布局保持上下對(duì)稱，左右對(duì)齊。7.安裝設(shè)備時(shí)必須斷電。任務(wù)實(shí)施031.安裝直流水泵（1）工具與器材

工具：螺絲刀*1套、斜口鉗*1、剝線鉗*1。

器材：智慧農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)*1、噴霧靜音電機(jī)*1、傳感器節(jié)點(diǎn)*1、可調(diào)霧化噴頭*1、水泵進(jìn)水口過(guò)濾網(wǎng)*1、9/12mmPVC軟管*1、連通接頭*1、M4螺絲+螺母若干、M3螺絲+螺母若干、M2螺絲+螺母若干、M3螺柱若干、線材若干、扎帶若干。任務(wù)實(shí)施03步驟四：安裝直流水泵（2）直流水泵功能特點(diǎn)1.電機(jī)的定子和電路板部分采用環(huán)氧樹脂灌封并與轉(zhuǎn)子完全隔離，解決了電機(jī)式直流水泵長(zhǎng)期潛水產(chǎn)生的漏水問(wèn)題，可以水下安裝而且完全防水2.同一電壓可以做出很多種參數(shù)，比如24V水泵可以做成揚(yáng)程2米，也可以做成揚(yáng)程7米。水泵可以寬電壓運(yùn)行，比如24V的水泵可以在電壓24V以下運(yùn)行。3.水泵的軸心采用高性能陶瓷軸，精度高，抗震性好，由于水泵采用陶瓷軸套與陶瓷軸的精密配合，噪音低于35分貝，功率小一點(diǎn)的甚至可以達(dá)到30分貝以下，幾乎達(dá)到靜音效果。4.水泵中的三相無(wú)霍爾程序驅(qū)動(dòng)直流水泵可以實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速，模擬信號(hào)輸入調(diào)速，電位器手動(dòng)調(diào)速，這樣就可以調(diào)節(jié)流量及揚(yáng)程，可以訂做音樂(lè)噴泉。三相直流水泵具有卡死保護(hù)，反接保護(hù)。5.水泵已根據(jù)需求配置4分管螺紋或6分管螺紋，滿足特殊的需求。6.多功能設(shè)計(jì)，可以潛水使用也可以放在外面（安裝位置低于液面）。任務(wù)實(shí)施03（3）參數(shù)1.工作電壓：12VDC2.最大功能：60W3.開口流量：5L/min4.吸程：1.5米5.揚(yáng)程：50米6.射程：7米7.通信協(xié)議：RS485(Modbus協(xié)議)任務(wù)實(shí)施03任務(wù)實(shí)施03（4）外觀圖 直流水泵實(shí)物圖如圖所示。直流水泵外觀圖（5）導(dǎo)線安裝電源：紅色接12VDC、綠色接GND

1.使用剝線鉗將一體式的2根線上的絕緣膠去掉，如圖所示。任務(wù)實(shí)施03絕緣膠剝除

2.使用一字螺絲刀將剝好的線按照下圖接在傳感器節(jié)點(diǎn)的端子上，如圖所示。任務(wù)實(shí)施03直流水泵傳感器節(jié)點(diǎn)端子連接3.將9/12mmPVC軟管分別接在入水口和出水口，如圖所示。任務(wù)實(shí)施03流水泵進(jìn)出水口示意圖（6）設(shè)備安裝LORA節(jié)點(diǎn)安裝見項(xiàng)目二任務(wù)一中一體式氣象站節(jié)點(diǎn)安裝任務(wù)實(shí)施03數(shù)據(jù)上傳（7）注意事項(xiàng)1.不可以在水中浸泡。2.壓力調(diào)整螺絲不可以隨意調(diào)整3.進(jìn)水口必須干燥過(guò)濾裝置，否則容易造成水泵堵塞。造成壓力降低。任務(wù)實(shí)施03（8）常見問(wèn)題1.傳感器節(jié)點(diǎn)電源線請(qǐng)勿接反；2.傳感器節(jié)點(diǎn)不要使用超過(guò)12VDC電源進(jìn)行供電。3.設(shè)備數(shù)量過(guò)多或布線太長(zhǎng)，應(yīng)就近供電，加485增強(qiáng)器，同時(shí)增加120Ω終端電阻。4.設(shè)備安裝螺絲緊固盡量以對(duì)角進(jìn)行緊固。5.布線保持橫平豎直，設(shè)備布局保持上下對(duì)稱，左右對(duì)齊。6.安裝設(shè)備時(shí)必須斷電。任務(wù)實(shí)施03LoRa無(wú)線技術(shù)1.什么是LoRa LoRa（LongRangeRadio，遠(yuǎn)距離無(wú)線電）是一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸技術(shù)，是LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）通信技術(shù)中的一種，是Semtech公司創(chuàng)建的低功耗局域網(wǎng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。這一方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低功耗、大容量的無(wú)線通信系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。它最大特點(diǎn)就是在同樣的功耗條件下比其他無(wú)線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無(wú)線射頻通信距離擴(kuò)大3-5倍。知識(shí)鏈接04LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.闡述智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的組成。思考與練習(xí)05集成和應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)任務(wù)二調(diào)試智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)CONTENTS目錄任務(wù)描述01任務(wù)分析02任務(wù)實(shí)施03知識(shí)鏈接04思考與練習(xí)05任務(wù)描述完成傳感器節(jié)點(diǎn)和灌溉設(shè)備的調(diào)試。01任務(wù)分析傳感器主要有土壤PH傳感器、土壤氮磷鉀三合一肥力傳感器和投入式液位傳感器。灌溉設(shè)備采用直流吸水泵。完成對(duì)上述傳感器及灌溉設(shè)備的調(diào)試。02任務(wù)實(shí)施 SH-Config支持直接配置傳感器，將SmartNE傳感器接口掛載485傳感器，使用SH-Config即可配置。

以下以新拆封的二氧化碳傳感器為例，演示配置485通信傳感器03步驟一：傳感器配置開啟傳感器調(diào)試任務(wù)實(shí)施1. 開啟傳感器調(diào)試在SH-Config的節(jié)點(diǎn)配置控件【傳感器設(shè)置】中，在【傳感器調(diào)試開關(guān)】區(qū)域點(diǎn)擊【開】，打開傳感器調(diào)試見圖03開啟傳感器調(diào)試2. 查詢當(dāng)前傳感器配置信息

當(dāng)不知道傳感器當(dāng)前的配置信息（通訊波特率、設(shè)備地址）時(shí)，可以通過(guò)SH-Config查詢配置信息。

注意：485傳感器需要先做好配線，并將二氧化碳傳感器掛載到SmartNE的傳感器接口。點(diǎn)擊【連接傳感器】，SmartNE會(huì)自動(dòng)查詢傳感器的參數(shù)信息，并將查詢結(jié)果返回見圖4-2-2任務(wù)實(shí)施03查詢配置信息返回信息中，就包含傳感器的通訊波特率和通訊設(shè)備地址。任務(wù)實(shí)施03返回信息并且SH-Config會(huì)顯示當(dāng)前傳感器的波特率和設(shè)備地址。任務(wù)實(shí)施03當(dāng)前波特率和設(shè)備地址任務(wù)實(shí)施033. 配置波特率

新拆封的485傳感器波特率為4800，不能直接被節(jié)點(diǎn)識(shí)別，需要修改波特率。SmartNE用作485采集節(jié)點(diǎn)時(shí)，485接口波特率為9600，需要將485傳感器的通訊波特率額設(shè)置為9600。

在SH-Config輸入波特率9600，點(diǎn)擊【設(shè)置波特率】，SmartNE會(huì)將傳感器通訊波特設(shè)置為9600,配置波特率4. 配置設(shè)備地址 SmartNE通過(guò)485傳感器的設(shè)備地址，識(shí)別具體掛載的傳感器類型。在SmartNE系統(tǒng)中，預(yù)先對(duì)每一種485傳感器指定了固定的設(shè)備地址，用戶需要將設(shè)備地址與傳感器類型定義。

本例使用的二氧化碳傳感器，設(shè)備地址為17，其他傳感器設(shè)備地址可在SH-Config中查看。

在SH-Config選擇【（17）二氧化碳】，點(diǎn)擊【設(shè)置地址】，SmartNE會(huì)將傳感器設(shè)備地址設(shè)置為17，即二氧化碳，任務(wù)實(shí)施03配置設(shè)備地址5. 檢查設(shè)置

設(shè)置好傳感器波特率和設(shè)備地址后，需要檢查配置信息是否正確。點(diǎn)擊【連接傳感器】，SmartNE會(huì)自動(dòng)查詢傳感器的參數(shù)信息，并將查詢結(jié)果返回。任務(wù)實(shí)施03檢查設(shè)置如果查詢結(jié)果波特率為9600，設(shè)備地址為17，即代表二氧化碳傳感器配置成功。任務(wù)實(shí)施03檢查是否配置成功國(guó)內(nèi)外高效節(jié)水灌溉技術(shù)1、微灌灌溉技術(shù)2、噴灌灌溉技術(shù)3、灌溉渠道防滲技術(shù)4、步行式灌溉技術(shù)5、雨水集蓄與利用知識(shí)鏈接041.農(nóng)業(yè)灌溉工程，作為方案設(shè)計(jì)方，應(yīng)該收集哪些信息？2.智慧農(nóng)業(yè)灌溉工程中，有哪些節(jié)水措施是適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的？思考與練習(xí)05集成和應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)任務(wù)三應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)云平臺(tái)CONTENTS目錄任務(wù)描述01任務(wù)分析02任務(wù)實(shí)施03知識(shí)鏈接04思考與練習(xí)05任務(wù)描述阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供安全可靠的設(shè)備連接通信能力，支持設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云，支持物模型定義，和數(shù)據(jù)的監(jiān)控運(yùn)維。在智慧農(nóng)業(yè)中，通常使用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上云。通過(guò)獲取阿里云產(chǎn)品的設(shè)備證書，我們可以將智慧農(nóng)業(yè)中的傳感器節(jié)點(diǎn)與阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接。通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，可以掌握獲取阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)創(chuàng)建產(chǎn)品的設(shè)備證書。在本任務(wù)中，我們將學(xué)會(huì)如何獲取阿里云設(shè)備產(chǎn)品獲取其三元組信息01任務(wù)分析在本任務(wù)中，我們將學(xué)習(xí)：獲取阿里云產(chǎn)品的三元組信息。SmartSF可以直連阿里云，直接將數(shù)據(jù)上傳至阿里物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，也可以接收阿里物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)下發(fā)的指令。如果要使用SmartSF連接阿里云，需要在阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)創(chuàng)建項(xiàng)目，并將項(xiàng)目的設(shè)備證書（三元組），錄入SmartSF。02任務(wù)實(shí)施SmartSF可以直連阿里云，