智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)用背景:
智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控管理系統(tǒng)是集現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)之大成的產(chǎn)物，它體現(xiàn)了現(xiàn)代電子技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，其特點(diǎn)在于它所采用的多元信息采集、傳輸、監(jiān)控、記錄、管理以及一體化集成等一系列技術(shù)。實(shí)踐證明，利用這一技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱安防系統(tǒng)），能為建設(shè)環(huán)境提供一個(gè)穩(wěn)定、便利、舒適的受保護(hù)空間。監(jiān)控系統(tǒng)是安防系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分，它不僅可以對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可通過存儲(chǔ)媒體將監(jiān)控內(nèi)容清晰地記錄下來以備查證。
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到了長足的進(jìn)步，溫室工程已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要組成部分。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室自問世以來，已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的比較重要的措施。它的功能在于以現(xiàn)代的技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)施，人為控制作物生長的環(huán)境條件，使作物生長不受自然氣候的影響，做到常年工廠化的生產(chǎn)。
近年來，農(nóng)業(yè)溫室大棚種植為提高人們的生活水平帶來便利，得到了較快的推廣和應(yīng)用。種植環(huán)境中的溫度、濕度、光照度、CO2濃度等環(huán)境對(duì)作物的生產(chǎn)有很大的影響。傳統(tǒng)的人工控制方式比較難達(dá)到科學(xué)合理種植的要求，目前可以實(shí)現(xiàn)上述環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)還不多見，而引進(jìn)國外具有多功能的大型連棟溫室控制系統(tǒng)價(jià)格比較貴，不適合國情。
針對(duì)目前農(nóng)業(yè)大棚發(fā)展的趨勢(shì)，我公司提出了一種大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)大棚監(jiān)控的需求性，需要傳輸大棚現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)給管理者，并把管理者的命令下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備，同時(shí)又要使上級(jí)部門可通過互連網(wǎng)或者手機(jī)信息了解區(qū)域大棚的實(shí)時(shí)狀況?；贕PRS的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使這些成為可能。
章：大棚物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)概述
大棚監(jiān)控系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、溫室環(huán)境控制器以及傳感器（溫濕度傳感器、CO2傳感器、光照傳感器等）、外圍設(shè)備（加熱器、加濕器、風(fēng)機(jī)、濕簾水泵、遮陽網(wǎng)、天窗、CO2發(fā)生器等）構(gòu)成。溫室環(huán)境控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所設(shè)參數(shù)自動(dòng)控制外圍設(shè)備工作，計(jì)算機(jī)和控制器之間采用RS485總線通訊，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以連接多個(gè)控制器。計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)讀取各控制器的數(shù)據(jù)（溫度、濕度、CO2、光照等）以及外圍設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，相關(guān)數(shù)據(jù)能夠顯示、存貯。系統(tǒng)具有采集間隔設(shè)置功能、遙控功能，采集功能、報(bào)警功能、查詢功能、統(tǒng)計(jì)功能、打印功能等。
1.1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程獲取溫室大棚內(nèi)部的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度及圖像，通過模型分析，遠(yuǎn)程或自動(dòng)控制濕簾風(fēng)機(jī)、噴淋滴灌、內(nèi)外遮陽、頂窗側(cè)窗、加溫補(bǔ)光等設(shè)備，達(dá)到溫室大棚內(nèi)環(huán)境比較適宜作物生長，為作物生長制造條件。同時(shí)，該系統(tǒng)還可以通過手機(jī)、PDA、計(jì)算機(jī)等信息終端向農(nóng)戶推送實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、預(yù)警信息、農(nóng)技知識(shí)等，實(shí)現(xiàn)溫室大棚集約化、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程管理，發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。本系統(tǒng)適用于日光溫室、連棟溫室等溫室。
1.2、系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)包括：傳感終端、通信終端、無線傳感網(wǎng)、控制終端、監(jiān)控中心和應(yīng)用軟件平臺(tái)。
（1）傳感終端
溫室大棚環(huán)境信息感知單元由無線采集終端和環(huán)境信息傳感器組成。環(huán)境信息傳感器監(jiān)測(cè)空氣溫濕度、土壤水分溫度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等多點(diǎn)環(huán)境參數(shù)，通過無線采集終端以GPRS方式將采集數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，以指導(dǎo)生產(chǎn)。
（2）通信終端及傳感網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
溫室大棚無線傳感通信網(wǎng)絡(luò)主要由如下兩部分組成：溫室大棚內(nèi)部感知節(jié)點(diǎn)間的自組織網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；溫室大棚間及溫室大棚與農(nóng)場(chǎng)監(jiān)控中心的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。前者主要實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集及傳感器與執(zhí)行控制器間的數(shù)據(jù)交互。溫室大棚環(huán)境信息通過自組織網(wǎng)絡(luò)在中繼節(jié)點(diǎn)匯聚后，將通過溫室大棚間及溫室大棚與農(nóng)場(chǎng)監(jiān)控中心的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)各溫室大棚環(huán)境信息的監(jiān)控。
（3）控制終端
溫室大棚環(huán)境控制單元由測(cè)控模塊、電磁閥、配電控制柜及安裝附件組成，通過GPRS模塊與管理監(jiān)控中心連接。根據(jù)溫室大棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫度水分、光照強(qiáng)度及二氧化碳濃度等參數(shù)，對(duì)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行控制，包括內(nèi)遮陽、外遮陽、風(fēng)機(jī)、濕簾水泵、頂部通風(fēng)、電磁閥等設(shè)備。
（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
作為數(shù)據(jù)信息的補(bǔ)充，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和監(jiān)控信號(hào)傳輸技術(shù)，對(duì)溫室大棚內(nèi)部作物生長狀況進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)型服務(wù)器、高分辨率攝像頭組成，網(wǎng)絡(luò)型服務(wù)器主要用以提供信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳輸，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在已有Internet上，只要能夠上網(wǎng)就可以根據(jù)用戶權(quán)限進(jìn)行遠(yuǎn)程的圖像訪問、實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、在線、便捷的監(jiān)測(cè)方式。
（5）監(jiān)控中心
監(jiān)控中心由服務(wù)器、多業(yè)務(wù)綜合光端機(jī)、大屏幕顯示系統(tǒng)、UPS及配套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，是整個(gè)系統(tǒng)的重要部分。建設(shè)管理監(jiān)控中心的目的是對(duì)整個(gè)示范園區(qū)進(jìn)行信息化管理并進(jìn)行成果展示。
農(nóng)業(yè)溫室大棚管理系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程獲取溫室大棚內(nèi)部的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度及圖像，通過模型分析，遠(yuǎn)程或自動(dòng)控制濕簾風(fēng)機(jī)、噴淋滴灌、內(nèi)外遮陽、頂窗側(cè)窗、加溫補(bǔ)光等設(shè)備，達(dá)到溫室大棚內(nèi)環(huán)境比較適宜作物生長，為作物生長制造條件。同時(shí)，該系統(tǒng)還可以通過手機(jī)、PDA、計(jì)算機(jī)等信息終端向農(nóng)戶推送實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、預(yù)警信息、農(nóng)技知識(shí)等，實(shí)現(xiàn)溫室大棚集約化、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程管理，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。本系統(tǒng)適用于日光溫室、連棟溫室等溫室。
第二章：大棚監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)及功能：
農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由前端部分來完成對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的含量的監(jiān)測(cè)與匯總、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)裙ぷ?，監(jiān)測(cè)包括溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤濕度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)，這些監(jiān)測(cè)由數(shù)據(jù)采集終端使用不同的方法進(jìn)行測(cè)量獲得一個(gè)準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，此結(jié)果通過數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換后經(jīng)由GPRS網(wǎng)絡(luò)向在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、過濾、存儲(chǔ)、處理、統(tǒng)計(jì)分析并提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢等任務(wù)，當(dāng)溫濕度超過設(shè)定值的時(shí)候，自動(dòng)開啟或者關(guān)閉相關(guān)設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)可達(dá)到準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的將真實(shí)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境信息展現(xiàn)在管理人員的面前。
2.1、系統(tǒng)特點(diǎn):
穩(wěn)定性：選用數(shù)字傳感器、通信技術(shù)和軟件平臺(tái)穩(wěn)定性成熟。系統(tǒng)的軟硬件經(jīng)過大量實(shí)際應(yīng)用和嚴(yán)格測(cè)試，具有良好的穩(wěn)定性。
易用性：硬件設(shè)備安裝維護(hù)方便，軟件平臺(tái)界面友好，操作方便，易學(xué)易用。
擴(kuò)展性：軟硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，可擴(kuò)充結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)化模塊結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)適應(yīng)不同規(guī)范和功能要求的監(jiān)控系統(tǒng)。
◆ 農(nóng)業(yè)大棚基地基本位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，因此采用覆蓋GPRS網(wǎng)絡(luò)高信號(hào)捕捉，是采用高增益天線，可達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。
◆ 可擴(kuò)充性，支持主站設(shè)備、采集終端、傳感器等規(guī)模數(shù)量的平滑增加，不用修改應(yīng)用程序。
◆ 易維護(hù)性，系統(tǒng)可對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端執(zhí)行相應(yīng)的遠(yuǎn)程操作命令，包括遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)抄收、遠(yuǎn)程終端復(fù)位、遠(yuǎn)程終端軟件升級(jí)等。
◆ 操作簡(jiǎn)易性：系統(tǒng)軟件功能完善，模塊化、圖形化設(shè)計(jì)，全過程全中文幫助，操作簡(jiǎn)單方便。
◆ 價(jià)格相對(duì)比較低，該系統(tǒng)為大棚遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控量身定制，考慮到農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境各個(gè)環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)需求，整體價(jià)格相對(duì)較低。
2.2、系統(tǒng)功能:
l 無線采集：運(yùn)用當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溫度傳感設(shè)備的無線采集，通過遠(yuǎn)程電腦獲取數(shù)據(jù)，并通過監(jiān)控軟件進(jìn)行分析、預(yù)警、自動(dòng)打印。
l 組網(wǎng)傳輸：信號(hào)采用組網(wǎng)無線傳輸技術(shù)，克服距離障礙、信號(hào)無衰減，無串?dāng)_，穩(wěn)定性好。
l 遠(yuǎn)程訪問：B/S架構(gòu)，純.NET開發(fā)技術(shù)，遠(yuǎn)程查看、操作控制，錄入可實(shí)現(xiàn)訪問。
l 實(shí)時(shí)監(jiān)控：采用自動(dòng)化無線監(jiān)控功能，每天24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控，減少了人工監(jiān)控可能出現(xiàn)的監(jiān)控不及時(shí)、不準(zhǔn)確，設(shè)備長時(shí)間非正常運(yùn)轉(zhuǎn)等問題。
l 報(bào)警功能：超過預(yù)設(shè)值系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，報(bào)警方式主要有聲音報(bào)警、手機(jī)短信報(bào)警、聲光報(bào)警等。各監(jiān)控點(diǎn)報(bào)警方式配置靈活，同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以分時(shí)段、分人員報(bào)警，便于交接班管理。
l 測(cè)溫準(zhǔn)確、安裝簡(jiǎn)單：測(cè)溫范圍在-50℃ ～ 100℃內(nèi)可任設(shè)，測(cè)量精度達(dá)±0.1℃，測(cè)量溫度準(zhǔn)確度±0.2℃。數(shù)據(jù)無線上傳，不用單獨(dú)穿墻布線，安裝方便簡(jiǎn)單。
l 自動(dòng)開關(guān)控制：遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)開關(guān)，遠(yuǎn)程調(diào)試設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)。實(shí)現(xiàn)水泵、冷風(fēng)機(jī)等設(shè)備啟停歷史記錄的查詢及頻率分析。
l 查詢簡(jiǎn)單：系統(tǒng)提供歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、圖表顯示、報(bào)表生成和打印等。
l 整體成本偏低：比傳統(tǒng)有線監(jiān)控成本較低，不用布線；克服傳統(tǒng)有線溫度監(jiān)控線路經(jīng)常斷線、查線的麻煩問題，傳輸效率高。
l LCD顯示：控制顯示儀采用LCD大屏幕觸摸屏顯示，使顯示結(jié)果清晰明了。
l 管理靈活：系統(tǒng)支持多部門、多角色、自定義靈活管理。不僅可使每個(gè)部門管理自己部門的設(shè)備，也可使具有權(quán)限的人員來同時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，使管理靈活方便。
第三章： 智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成
農(nóng)業(yè)—溫室大棚無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)影響農(nóng)作物生長的環(huán)境傳感數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)節(jié)，采集現(xiàn)場(chǎng)的傳感信號(hào)包括：空氣溫濕度、光照、土壤溫度、CO2濃度、土壤水分等，并實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的輸出指令控制包括大棚風(fēng)機(jī)、微噴罐、滴灌、卷簾機(jī)、補(bǔ)光燈、CO2發(fā)生器、CO2風(fēng)機(jī)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。同時(shí)支持遠(yuǎn)程無線信息傳輸功能，可配攝像裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)農(nóng)作物和環(huán)境真實(shí)狀況呈現(xiàn)。
本系統(tǒng)采用GPRS無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)可自由擴(kuò)展，節(jié)點(diǎn)上電可加入網(wǎng)絡(luò)，而不會(huì)對(duì)現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)造成影響。無線傳感器數(shù)據(jù)通過GPRS移動(dòng)基站網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)端任一臺(tái)計(jì)算機(jī)，亦可傳送到Web服務(wù)器提供網(wǎng)頁呈現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)測(cè)。
本系統(tǒng)安裝、調(diào)試、使用便捷，用戶可以像搭積木一樣部署物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)便攜式，無線化，規(guī)?；?。
支持遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)桌面軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、控制、存儲(chǔ)、數(shù)字可視化呈現(xiàn)。
支持網(wǎng)頁（WEB）頁面實(shí)施監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)大棚環(huán)境，實(shí)現(xiàn)ANY TIME、ANY WHERE、ANY SYSTEM。
農(nóng)業(yè)監(jiān)控—溫室大棚無線監(jiān)控系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)典型三層架構(gòu)設(shè)計(jì)：
Sensors + ZigBee/WSN + GPRS + 3G + Internet + PC/MP
系統(tǒng)架構(gòu)說明：
溫室大棚無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含四層架構(gòu)：傳感層、控制層、手機(jī)/互聯(lián)網(wǎng)層、應(yīng)用層。
傳感層：包括 空氣溫濕度、光照、土壤溫度、CO2濃度、土壤水分等在內(nèi)的多種傳感器信號(hào)的采集，支持多類型傳感器多接口外置，支持節(jié)點(diǎn)顯示屏呈現(xiàn)傳感器采集值。
控制層：根據(jù)服務(wù)器或手機(jī)端下達(dá)的控制指令，實(shí)時(shí)準(zhǔn)備的控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，包括大棚風(fēng)機(jī)、微噴罐、滴灌、卷簾機(jī)、補(bǔ)光燈、CO2發(fā)生器、CO2風(fēng)機(jī)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
手機(jī)/互聯(lián)網(wǎng)層：該系統(tǒng)與中國移動(dòng)手機(jī)基站連接，同時(shí)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)以TCP/IP方式連接互聯(lián)網(wǎng)（GPRS網(wǎng)關(guān)作為TCP/IP協(xié)議的客戶端，監(jiān)控端計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器端）。
應(yīng)用層：計(jì)算機(jī)端應(yīng)用軟件。支持WinForm版與Web版。數(shù)字化、可視化監(jiān)測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟停狀況。監(jiān)控端計(jì)算機(jī)可以通過局域網(wǎng)、3G、Wi-Fi、廣域網(wǎng)等方式，只要能連接上互聯(lián)網(wǎng)就行。本系統(tǒng)標(biāo)配的上位機(jī)監(jiān)控軟件支持多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)和以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)同時(shí)連接。若采用Web系統(tǒng)，則支持網(wǎng)頁可視化、數(shù)字化呈現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)狀況，且支持手機(jī)等移動(dòng)終端實(shí)時(shí)查看傳感器數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)發(fā)出控制指令。
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