北京华育物联网智慧农业案例.docx

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1、【北京华育智慧农业典型范例】智慧农业系统ITS-WSNCE/A方案学习目标1、动手搭建一个完整的智慧农业系统的环境；2、全面了解智慧农业所涉及的各式传感器；3、系统性的学习和掌握无线传感网的建设、管理与应用；4、学习传感器数据记录和操作方法；5、掌握物联网智慧农业设计与实施的具体方法。本章重点1、掌握物联网智慧农业设计与实施的具体方法；2、动手搭建一个完整的智慧农业系统的环境。一、项目背景北京市延庆县经济菜种植基地是基于北京华育迪赛信息系统 有限公司的远程监测、数据采集系统，为实现农业现代化，科技 兴农起到了重要作用。北京华育物联网智慧农业系统，对大棚里的温度、湿度进行 采集，并进行上传，蔬菜

2、大棚里的温度、湿度对农作物的生长起 到关键作用，农业专家可通过视频图象判断植株生长情况、检查 是否有病虫害、大棚的温湿度是否合适，并可结合土壤酸碱度等 信信息，对农户进行相应指导。该系统很大程度上缓解了我国农 业专家短缺、农民专业种植知识匮乏的现状，使专家足不出户， 就可以为农民实时提供种植指导，极大节约了专家“出诊”成本， 提高工作效率。系统的施行，使得以往很多需农业专家亲自下到田间地头的工作可以足不出户完成，一天可为身处不同区域的多 个农户提供种植指导，颠覆了传统农业专家的工作模式。同时系 统采集的数据也可以作为产量预测的依据，为国家宏观调控提供依据。智慧农业蔬菜大棚我国是一个农业大国，又

3、是一个自然灾害多发的国家，农作 物种植在全国范围内都非常广泛，农作物病虫害防治工作的好坏、 及时与否对于农作物的产量、质量影响至关重要。农作物出现病 虫害时能够及时诊断对于农业生产具有重要的指导意义，而农业 专家又相对匮乏，不能够做到在灾害发生时及时出现在现场，因 此农作物无线远程监控产品在农业领域就有了用武之地。上世纪九十年代后，无线技术的广泛应用使得它在许多国民 经济领域的应用研究获得迅速发展。尤其以Zibgee无线技术为主 的物联网系统，使得精准农业的技术体系广泛运用于生产实践成 2 / 28为可能。精准农业技术体系的实践与发展，已经引起一些国家科 技决策部门的高度重视。农业物联网建设主

4、要包括环境、动植物信息检测，温室、农 业大棚信息检测和标准化生产监控，精农业中的节水灌溉等应用 模式，例如农作物生长情况、病虫害情况、土地灌溉情况、土壤 空气变更、畜禽的环境状况以及大面积的地表检测，收集温度、 湿度、风力、大气、降雨量，有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤 pH值等信息的监测。同时农业信息化建设还应包括农村远程医疗、 农村党员远程教育、农业知识远程教育等方面的内容。根据最新研究结果显示，我国实施精准农业的近期目标，一 方面是总结国外发展经验，根据中国的国情找准自己的切入点， 另一方面切实做好有关基于Zigbee无线技术的物联网应用与研 究开发，力求走出适合中国国情的精确农业的发展道

5、路。古诗有云：草长莺飞二月天，拂堤杨柳醉春烟。以往，只有 在春天这样适宜的温度下，万物才能充分的抽枝发芽，直至日后 的开花结果。而现在，在物联无线温度湿度传感器的帮助下，即 使是在白雪皑皑的冬季，我们也可以在温室大棚中欣赏到与夏日 媲美的姹紫嫣红。这仅仅是物联网在智慧农业中的一个简单应用。北京华育智 慧农业系统将互联网从桌面延伸到田野，让温室实时在线，从而 实现蔬菜大棚与数据世界的融合。实时采集的传感器数据与传统 的种植经验相结合，可以使得农业专家在远程就可以随时查看农 田内的各种数据（温度、湿度、光照、水量）判断是否是适合作 物生长的最佳条件，可以由专家根据自身经验和知识设定关键值，3 /

6、28当某种数据偏离设定值时，大棚自动做出反应（温度偏低，则打 开供暖设施，温度偏高，则开门通风；水量不足，则自动打开喷 淋装置）可同时监测和控制控几十万座蔬菜大棚的正常运行，从 而使得农作物始终处在最佳的生长环境中。另外，还可实现对蔬 菜病虫害的早期预警和对蔬菜产量、交易价格的早期预测。智慧 农业是充分发挥农业生产效率、减少农业资源浪费和农田污染的 现代农业生产方式。北京华育迪赛信息系统有限公司是中国领先的物联网设备和 解决方案提供商。他们基于客户需求持续创新，在物联网传感器、 物联网模块、移动物联网和云计算等几大领域都确定了行业领先 地位。凭借在物体感知、数据传输等领域的综合优势，北京华育

7、迪赛信息系统有限公司已经成为物联网时代的领导者。1、温室大棚发展历史我国是应用温室栽培历史最悠久的国家，在2000多年前就已 经能利用保护实施（温室的雏形）栽培多种蔬菜，20世纪50年 代，我国从苏联引进的保护地栽培技术是简易的设施农业。60年 代末，我国北方地区基本形成了保护地生产技术体系。70年代， 地膜覆盖技术得到引进推广。80年代，以日光温室、塑料大棚和 遮阳网覆盖栽培为代表的设施园艺得到发展，设施栽培发展得到 新的一个阶段。90年代，我国大规模引进国外大型连栋温室及配 套栽培技术，中国设施农业逐步向规模化、集约化和科学化方向 发展。温室大棚在现代中国农业得到迅速发展，建过初期的面积

8、不足2万亩，到2006年设施园艺面积已经发展到250多万亩，成 为全世界设施园艺面积最大的国家，约占世界设施栽培总面积的85%。预计到2030年，园艺设施面积有望达到320万亩。然而，在我国的温室大棚发展中，存在着许多问题，诸如设 施技术水平低，环境调控能力差，机械化程度低，相关标准和规 范滞后，理论和技术研究较落后。与现在智能农业，机械农业的 理念相差较大，在人力、成本等因素上严格制约着温室大棚的发 展。带有传感器的现代温室国外温室栽培的起源以罗马最早，罗马的哲学家塞内卡（公 元前3年至公元69年）记载了应用云母片作覆盖物生成早熟黄瓜。 设施园艺在许多发达国家发展较早，至今已经达到很高水平。

9、荷 兰是世界著名的设施园艺生成大国，温室面积达1.2万亩，玻璃 温室占全世界总量的1/4,且多为连栋温室，其温室生成过程全 部实现机械化。德国以玻璃温室为主，有少量塑料温室，温室面 积约占蔬菜和花卉种植总面积的30%和70%。日本温室面积1997 年就达到了5万亩，其温室生成整体水平居世界领先水平。以色 列国土面积只有278万亩，现有温室3000亩，多数是大型现代化 温室。韩国1997年园艺产值占农业生成总值的47.4%，设施栽培 面积达到4.4万亩，人均10平方米，生成规模及技术已接近国际 先进水平。以上国家温室机械化生成水平都很高，在加热、保湿、 整地、灌水、施肥、植保等生成环节上基本实现

10、了机械化。由于当今科学技术的高度发展，采用现有的机械化、工程化、 自动化技术，国外已实现设施内部环境因素（如温度、湿度、光 照、CO2浓度等）的调控，由过去单因素控制向利用环境计算机 多因子动态控制系统发展；温室环境控制和作物栽培管理向智能 化、网络化方向发展，而且温室产业向节约能源、低成本的地区 转移，节能技术成为研究的重点。智慧农业温室大棚2、智能温室的发展方向智能温室系统是一种结合了计算机自控技术、智能传感技术 等高科技手段的资源节约型高效设施农业技术，它主要是根据环 境的温度、湿度、二氧化碳含量、光照、雨量以及土壤状况等因 素，来控制温室内的各项指标和各种营养元素配方，以创造出适 合作

11、物生长的最佳环境。很显然如何能够准确、稳定、方便的得 到这些环境信息就成为整套系统的关键。随着近几年短距离无线 通信的发展，新兴的无线传感网技术为智能温室系统中的传感环 节提供了有力的技术保障。未来，智能温室的发展方向将主要围 绕以下几个方面：高科技种植。目前国内温室整体的科技含量远低于国外，可 以说我国高科技智能温室刚刚起步但其发展速度相当迅速，主要 原因是国内对于智能温室的需求。生态餐厅。目前在国内已逐步兴起，符合现代人绿色、环保、 健康的生活理念。带有温湿度传感器的花卉大棚花卉市场。智能温室与花卉市场的结合，在过外早已形成规 模，在国内也开始兴建，未来10年，智能温室花卉市场将在国内 也

12、形成逐步规模。3、智慧农业系统建设目的智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动 互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场 的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等） 和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能 决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、 可视化管理、智能化决策。建设智慧农业系统的目的在于：1）承担计算机科学与技术、电子信息工程、通信工程、应用 电子技术等专业的单片机实验、电子实训、课程设计、毕业设计、 电子竞赛的任务，提升学生动手能力，从而提高学生的就业率。2）承担无线传感网络、物联网技术的应用试验，提高学生

13、对 于新技术的掌握。3）给学生在物联网应用方面提供一个现实案例，抛砖引玉， 激发学生对其他应用的探究。4）提供学生的科研能力，间接的促进中国温室大棚的发展， 减少成本，提高农产品质量。二、需求分析根据与北京市延庆县经济菜种植基地的沟通和调研提出以下 需求1）、高精度测量温室大棚生产过程中的参数，智能控制温室 内温度、湿度通风状况等，自动实现保温、保湿和历史数据的记 录，视频监测温室内部环境。2）、需要远程访问与控制。使用PC机能够进行远程访问温室 内的相关数据，实时观察植物的长势，还可以远程控制温室内部 的执行器件（风扇、加湿器、加热器）来改变温室内部环境；使 用手机同样可以远程访问温室内部环

14、境的各项数据指标，远程控 制温室内部的执行器件。3）、对温湿度进行监测：实时监测温室内部空气的温度和湿 度。要使得测湿精度可达4.5%RH，测温精度可达0.5C（在 25C）。4）、对光照度进行监测：要求实时对温室内部光照情况进行 检测，其实时性强，应用电路要求简单，便于实验。5）、具备安防监测功能：当温室周边有人出现时，安防信息 采集节点能够向主控中心发送信号，同时光报警。要求检测的最 远距离为7米，角度在100左右。6）、视频监测功能：要求工作人员既可以在触屏液晶显示器 上看到温室内部的实时画面，又可以通过PC机远程访问的方式来 观看温室内部的实时画面。7）、需具备控制风扇功能：系统能自动

15、开启风扇加强通风， 为植物提供充足的二氧化碳。8）、需要具备控制加湿器功能：如果温室内空气湿度小于设 定值，系统需要自动启动加湿器，达到设定值后便停止加湿。9）、能够控制加热器给环境升温功能：当温室内温度低于设 定值时，系统能自动启动加热器来升温，直到温度达到设定值为 止。10）、具有局域网远程访问与控制功能：用户便可以使用PC 机访问物联网数据，通过操作界面远程控制温室内的执行器件， 维护系统稳定。11）、需要具备GPRS网络访问功能：用户能够用手机来访问 物联网数据，了解温室内部环境的各项数据指标（温度、湿度、 光照度和安防信息）。12）、需要具备控制参数设定及浏览功能：客户要求对所要实

16、现自动控制的参数（温度、湿度）进行设置，以满足自动控制的 要求。三、系统设计1、智慧农业控制系统工作原理物联网智慧农业项目采用无线传感网技术实现对数据的采集 和控制，项目采用zigbee协议组建无线传感网络，采用linux 操作系统的嵌入式网关技术实现Internet的远程访问与控制功 能，GPRS网的远程访问与控制功能、视频监测功能和数据显示功 能。原理图和整体方案如下图所示：视频监测UARTJARr网关无限传感器I湿度采集节点无限传感器网络路由器WirJc浴W加温度采集节点j采集节点控制节点加热;信息采集节点GPRS 模块ARM嵌入式 系统USB无线网卡Wireless路由器协调器-远程访

17、问和控制 用户/加湿器物联网智慧农业实训系统ITS-WSNCE/A原理图物联网智慧农业实训系统ITS-WSNCE/A结构图2、智慧农业控制系统功能描述物联网智能温室控制系统采用当前比较热门的无线传感器网 络技术、ARM嵌入式技术和传感器技术相结合的方式，精准采集 温室内部环境的各项指标，驱动相应执行器件（风扇、加湿器、 加热器）平稳控制温室内部环境的变化。实现了如下18项功能:1）、空气温湿度监测功能：工作人员可根据温湿度采集节点 配有温湿度传感器SHT10，实时监测温室内部空气的温度和湿度。测湿精度可达4.5%RH，测温精度可达0.5C（在25C）。2）、土壤湿度监测功能：土壤湿度采集节点配

18、有土壤湿度传 感器，实时监测温室内部土壤的湿度。3）、光照度监测功能：光照度采集节点采用光敏电阻来实现 对温室内部光照情况的检测，其实时性强，应用电路简单，便于 学生实验。4）、土壤PH监测功能：土壤PH采集节点采用土壤PH传感器 来实现对温室内部土壤PH情况的检测。5）、鱼池氧气溶度监测功能：鱼池氧气溶度采集节点采用氧 气溶度传感器来实现对鱼池水中氧气溶度鱼池氧气溶度的检测。6）、安防监测功能：当温室周边有人出现时，安防信息采集 节点便向主控中心发送信号，同时光报警。安防信息采集节点采 用的传感器为人体红外感应模块，它检测的最远距离为7米，角 度在100左右。7）、视频监测功能：摄像头实时捕

19、获温室内部的画面，而后 通过USB接口将画面数据传输给网关处理。我们既可以在触屏液 晶显示器上看到温室内部的实时画面，又可以通过PC机远程访问 的方式来观看温室内部的实时画面。8）、控制风扇促进植物光合作用功能：植物光合作用需要光 照和二氧化碳。当光照度达到系统设定值时，系统会自动开启风 扇加强通风，为植物提供充足的二氧化碳。9）、控制加湿器给空气加湿功能：如果温室内空气湿度小于 设定值，系统会启动加湿器，达到设定值后便停止加湿。10）、控制喷淋装置给土壤加湿功能：当土壤湿度低于设定值 时，系统便启动喷淋装置来喷水，直到湿度达到设定值为止。11）、控制加热器给环境升温功能：当温室内温度低于设定

20、值 时，系统便启动加热器来升温，直到温度达到设定值为止。12）、控制喷水装置给鱼池增氧功能：当鱼池氧气溶度低于 设定值时，系统便启动喷水装置来增氧，直到氧气浓度达到设定 值为止。13）、局域网远程访问与控制功能：物联网通过网关加入局 域网。这样用户便可以使用PC机访问物联网数据，通过操作界面 远程控制温室内的执行器件，维护系统稳定。14）、GPRS网络访问功能：物联网通过网关接入GPRS网络。 用户便可以手机来访问物联网数据，了解温室内部环境的各项数 据指标（温度、湿度、光照度和安防信息）。15）、控制参数设定及浏览：对所要实现自动控制的参数（温 度、湿度、氧气浓度等）进行设置，以满足自动控制

21、的要求。用 户既可以直接操作网关界面上的按钮来完成系统平衡参数的设置， 又可以通过PC机或手机远程访的方式完成参数的设置。16）、显示实时数据曲线：实时趋势数据曲线可将系统采集到 的温室内的数据以实时变化曲线的形式显示出来，便于观察系统 某时间段内整体的检测状况。17）、显示历史数据曲线：可显示出温室内各测量参数的日、 月、年参数变化曲线，根据该曲线可合理的设置参数，可分析环 境的变化对植物生长的影响。3、智慧农业控制系统节点原理图温度采集节点加热器温度节点工作原理图湿度采集节点湿度采集节点工作原理图光照度采集节点光照度采集节点工作原理图AUA RT发送短信启动风扇发送11,关闭风扇发送10;

22、GPRS模块接收短信启动加湿器发送 21,关闭加湿器发送 20 ； 启动加热器发送 31 ,关闭加热器发送 30 ； 恢复默认设置发送 00。手机远程控制原理图四、系统结构组成智慧农业系统ITS-WSNE/A由仿真沙盘（仅限于教学使用）、 传感设备、传输控制设备与控制台等四部分组成，各部分的设计 要求如下：1）、仿真沙盘：沙盘总面积为3mX4m、平面高度为0.7m，沙 盘由温室大棚区、鱼池区组成。沙盘底座由角钢件连接，底部用 高密板封装，上部基围用1 mm不锈钢拉丝面板装饰；温室大棚区面积约3mX2m，大棚高度为0.8m，由蔬菜地、大 棚组成。蔬菜地布设4个土壤参数检测点，地面安装各种蔬菜模

23、型，地面有回水沟。大棚区采用中25不锈钢管设计制作顶棚支架、 复盖尼龙薄膜。顶棚支架安装喷淋装置（4个喷头）。喷淋水从鱼池中抽取，并回流到鱼池中去。鱼池区面积约3mX2m，设计制作体积约为2 mX 1.5 mX0.4m 的水池，采用玻璃钢整体成型或不锈钢焊接成型。底部设排水管 和阀门。池面固定喷水增氧装置。物联网智慧农业实训系统ITS-WSNCE/A示意图2）、传感器 温室大棚内安装空气温湿度传感器节点2个，温度计2个， 湿度计2个，检测温室大棚内的温度和湿度值。 温室大棚内安装土壤湿度传感器节点2个，土壤湿度计2 个，检测温室大棚内土壤湿度值。 温室大棚内安装土壤PH传感器节点2个，检测温室

24、大棚内 的土壤PH值。 温室大棚内设置光照度传感器节点1个，检测温室大棚内 的光照度值。 温室大棚内设置热释红外传感器节点1个，检测温室大棚 内人员非法入侵情况。 鱼池内安装氧气传感节点1个，含氧计1个，检测鱼池水 份中的氧气值。 智慧农业沙盘安装摄像头1个，监控智慧农业沙盘运行情 况。上述传感节点组成无线自组网，通过协调器与网关通信，与 PC机通信。3）、传输控制设备 设计制作嵌入式网关设备一套，能通过网关设备采集显示 传感信息，并对执行器进行控制。 安装喷淋设备一套，喷淋设备由一套微型水泵与4个喷头组成，当传感节点检测到温室大棚土壤湿度值未达规定值，则由 喷淋设备启动从鱼池中抽水喷淋，喷淋

25、水从回流到鱼池中去。 安装通风设备一套，通风设备由风机、加热与控制执行机 构组成，当传感节点检测到温室大棚气温达到或超过规定值，则 启动通风设备进行降温处理，温度低于规定值时，则进行加热处 理。 安装增氧设备一套，增氧设备由增氧机（喷水循环）与控 制执行机构组成，当传感节点检测到渔池内氧气低于规定值，则 启动增氧设备增氧。4）、控制台专门设计智慧农业控制台一套，控制 台安装电脑设备与嵌入式网关等设备，电 脑、网关与协调器进行通信，电脑与嵌入 式网关设备分别采集与记录温湿度、土壤 养份、光照度、含氧量等传感信息，并显 示传感数据变化曲线，对传感数据与规定 值进行比较，当超过规定值时发出控制指 令

26、，控制喷淋、通风、加热、增氧设备工 作。控制台能视频监测温室内部环境，显 示智慧农业沙盘现场工作情况。上位机存储采集到的温度、湿度、光照度、含氧量、土壤养份等数据值，并对数据值进行统计分析， 以直方图方式显示日、月、年统计分析报表。执行效果：当通风、加热、增氧设备启动后，温度、湿度、 含氧量等传感器能实时将温度、湿度、含氧量数据信息传送给网 关与上位机，屏幕能在2秒内显示温度、湿度、含氧量变化值与 变化曲线，屏幕显示值应与现场安装的温度计、湿度计、含氧计 一致，能显示数据统计分析报表。控制台采用冷轧钢板表面喷塑，17 口寸触摸屏液晶显示器操控。 控制台内安装网关、开关电源，漏电保护等设备，台面

27、布置协调 器、路由器、GPRS模块等设备。系统为linux操作系统，控制台 软件用QT软件进行界面编程。控制台内电脑、网关与协调器进行通信，能视频监测温室内 部环境，显示智慧农业沙盘现场工作情况。数据采集：控制台作为上位机将采集到的各种传感器信息进 行存储并实时显示在控制台屏幕上，并将信息数值进行统计分析， 以直方图方式显示日、月、年统计分析报表。信息处理：将传感数据通过比对发现超出规定值时，立即向 喷淋、温湿度等控制设备发出工作指令；回到规定值后，向控制 设备发出停止工作指令。信息回馈：当通风、加热、增氧设备启动后，温湿度、二氧 化碳浓度、含氧量等传感器能实时将感应数据传送给网关与上位 机，

28、控制台屏幕能在2秒内显示各数据的变化曲线。五、设备配置清单硬件资源嵌入式 网关CPUARM Cortex-A8, 1GHz,支持 2D VG/3D 加速引擎，支持 1080p30fps MFC,H.263/H.264 /MPEG4Codec,MPEG2/VC-1/Divx Decoder,JPEG Codec,DDR RAM： 1G Bytes,Flash： 1G Bytes。视频17 寸 TFT LCD； 16： 9 显示，分辨率：1280 X 1024, 带有电阻触摸屏，HDMI 1.3 Video 1080p高清数字视频 输出，标准VGA输出，CVBS接口（TV-OUT输出）。红外接口1

29、路红外IrDA接口音频AC 97 WM8580声卡，立体声内置喇叭输出，5.1环绕立 体声输出（3.5mm 插座），1x3.5mm MIC/LineIn 输入， S/PDIF 5.1 Channel 数字音频接口，可传输 PCM、Dolby Digital、DTS等环绕立体声压缩音频信号。GPRS模块支持 EGSM900M，DCS1800M，PCS1900M 三种频段；兼容 GSM Phase 2/2+；集成PAP协议，可供PPP连接使用；集成TCP/IP协议，支持包交换广播控制通道（PBCCH），无限制的辅助服务数据支持（USSD）；单电源供电：3.4V4.5V；GSM 等级：Small M

30、S；发射功率：Class 4 （2W） at EGSM900Class 1 （1W） atDCS1800 and PCS 1900；温度范围：-20C+55C （正常工作）-40C+80C（存 储温度）；上行数据速率：85.6kbps，下行数据速率：42.8kbps；通信方式： 标准串行UART接口（2.4 kbps，4.8 kbps，9.6 kbps， 14.4kbps）；zigbee1）米用CC2530主芯片，符合ZigBee 2007或ZigBee PRO规范；核心板（12 块）2）集成符合IEEE802.15.4标准的2.4 GHz的RF无线电收发机；3）超低功耗，休眠模式时不大于0.

31、9 UA的流耗，待机模式时少于 0.6 uA流耗；4）使用SMA接口 2db增益放大天线，提高Zigbee的通讯距离。Zigbee 主板（12 块）1）预留USB转UART接口，方便用户使用USB调试串口数据；2）可以使用电池、5V直流电源、实验箱等直接供电；3）预留TI Debug标准调试接口；4）预留标准传感器接口。CC2530USB调 试器（1个）1）与IAR for MCS-51集成开发环境无缝连接；2）USB接口，可米用USB供电（供电电流500mA）仿真时省去外接 电源麻烦；3）在线调试、断点、单步、变量/寄存器观察等功能；4）可通过IAR直接对目标芯片下载程序，亦可使用IAR生成

32、HEX文件后采用SmartRF烧录程序；5）板上带有总线芯片，防止误烧片子，传感器 节点（9个）更加安全可靠。温湿度传感器2个采用SHT10温湿度传感器芯片；2.45.5V超 宽电源供电；超低功耗，自动休眠功能；相对 湿度和温度的测量兼有露点输出；全部校准， 数字输出；土壤湿度传感器2个土壤PH传感器2个光照传感器节点1个采用高灵敏度光感应传感器。热释红外传感器1个用于探测红外特征辐射，可感知人体、小动物 的热源；适合做热释红外物体运动检测。氧气浓度传感器1个执行节 继电器控制执行;点八、ZigBee1个ZigBee协调器1个无线路1台无线网卡1块USB摄像1套，含摄像头支架报警灯1个温度计2

33、个湿度计2个土壤湿2个含氧计1个度计 喷淋装置1个微型水泵，4个喷头。通风加热装置电加热风扇。增氧装 置喷水加氧装置控制台（1套）控制台采用冷轧钢板表面喷塑，17 口寸触摸屏液晶显示器操控。控制台 内安装网关、开关电源，漏电保护等设备，台面布置协调器、路由器、 GPRS模块等设备。温室大 棚仿真 沙盘（1个）沙盘总面积为3mX4m、平面高度为0.7m，沙盘由温室大棚区、鱼池 区组成。沙盘底座由角钢件连接，底部用高密板封装，上部基围用1mm 不锈钢拉丝面板装饰；软件资源开发环境软 件1）IDE正版开发环境的系统1套；2）语音节点开发环境unsp IDEv2.4.01套；嵌入式网关 软件linux

34、2.6的操作系统软件、Bootloader vivi （支持USB烧写）、Kernel linux2.6.29、Rootfs Busybox- 1.15.1）六、主要设备选型1、设备选型原则本项目的系统识别设备选用所遵守的依据如下：北京华育迪赛信息系统有限公司对该项目的招标书为主要依 据，嵌入式网关、zigbee核心板、zigbee主板、传感器节点的功 能与性能要求应满足标书要求；传感器安装简单、方便；有较高 的产品性价比和完善的产品技术支持；充分考虑系统扩展需要， 为系统扩容和功能丰富奠定可靠的物质基础；遵循先进的设计理 念，提供合理详尽的智慧农业解决方案。2、系统主要设备选型1）、ZigB

35、ee核心板：采用 CC2530 主芯片，CC2530采用该性能和低功耗的80511GHz；支持2D VG/3D加速引擎；支持MPEG2/VC-1/Divx Decoder；微控制器内核;2）嵌入式网关：CPU： ARM Cortex-A8,1080p30fps MFC； H.263/H.264/MPEG4 Codec；JPEG Codec ； DDR RAM1GB;ytes； Flash： 1G Bytes。3）温湿度传感器：采用SHT10温湿度传感器芯片；2.45.5V超宽电源供电；超低功耗，自动休眠功能;相对湿度和温度的测量兼有露点输出;全部校准，数字输出。4）热释红外传感器节点：用于探测

36、红 外特征辐射，可感知人体、小动物的热源； 适合做热释红外物体运动检测。感应传感器。5）光照传感器节点：采用高灵敏度光6）GPRS通信 模块：支持EGSM900M， DCS1800M，PCS1900M 三种频段；集成 TCP/IP 协议，支持包交换广播控制通道（PBCCH）， 无限制的辅助服务数据支持（USSD）；上行数据速率：85.6kbps，下行数据速率：42.8kbps。七、控制项目1）智慧农业系统认识实习;2）简易智慧农业项目方案设计：介绍智慧农业项目组成，进 行简易智慧农业项目规划设计。3）传感设备装调：安装调试传感设备，进行智慧农业项目无 线自组网的安装、调试与故障排除。以若干传感

37、节点（温度传感 器、湿度传感器、光照度传感器、人体红外感应传感器等）与协 调器构成无线自主网，传感节点可以高精度测量温室大棚环境中 的参数，智能控制温室内温度、湿度通风状况等。4）嵌入式网关设备配置与装调：安装调试嵌入式网关设备， 进行智慧农业项目嵌入式网关的安装、调试与故障排除。包含LINUX操作系统定制，包括屏幕、USB 口、网口、串口、WIFI等 配置，并制作成为内核文件；用QT编译调试温湿度、红外、光照 等环境信息，并进行显示和控制应用程序编制。5）传输控制设备装调：安装喷淋、通风、加热、增氧等设备， 进行综合布线，电源设备连接等工作。6）应用软件编制与调测：安装调试应用软件，进行智慧

38、农业 项目应用软件的安装、调试与故障排除，并编写部分程序代码。 实现计算机和协调器串行通信环境调测;实时显示ZigBee网络信 息，监测ZigBee网络故障；编制并调试传感信息监测程序，显示 传感器数据信息，监测节点和传感器故障;编制并调试控制程序， 显示执行设备状态，监测节点和受控设备故障；自动实现保温、 保湿和历史数据的记录，视频监测温室内部环境，该系统还具有 远程访问与控制功能。八、特点优势北京华育为延庆经济菜种植基地建造的智慧农业项目通过实 时采集温室内温度、土壤温度、CO2浓度、湿度信号以及光照、 叶面湿度、露点温度等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。 根据用户需求，随时进行处理，

39、为实施农业综合生态信息自动监 测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。该系统具 有以下特点：1）、可在线实时7*24小时连续的采集和记录监测点位的温度、 湿度、风速、二氧化碳、光照等各项参数情况，以数字、图形和 图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，监测点位可 扩充多达上千个点；2）、系统可设定各监控点位的温湿度报警限值，当出现被监 控点位数据异常时可自动发出报警信号，报警方式包括：现场多 媒体声光报警、网络客户端报警、手机短信息报警等。上传报警 信息并进行本地及远程监测，系统可在不同的时刻通知不同的值 班人员；3）、系统可对传感器采集的温湿度、光照等数据在后台实现 自动处理，

40、与设定阈值比对，并根据结果自动调节大棚内温湿度、 光照控制设备，实现大棚的全自动化管理。4、具有强大的数据处理与通讯能力，采用计算机网络通讯技 术，局域网内的任何一台电脑都可以访问监控电脑，在线查看监 控点位的温湿度变化情况，实现远程监测。此外，还可将监测信 息实时发送到用户个人手机上。思考与练习题1、结合智慧农业系统，试分析如何进行远程农作物的控制？2、无线传感网络在智慧农业系统中的应有情况分析？参考文献I COLLIER T C, KIRSCHEL A, TAYLOR C E. Acoustic localization of antbirds in a Mexican rainfores

41、t using a wireless sensor networkJ. JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA, 2010,128(1):182-189.2 LOPEZ RIQUELME J A, SOTO F, SUARDIAZ J, et al. Wireless Sensor Networks for precision horticulture in Southern SpainJ. Computers and Electronics in Agriculture, 2009,68(1):25-35.3 NADIMI E S, SOGA

42、ARD H T, BAK T, et al. ZigBee-based wireless sensor networks for monitoring animal presence and pasture time in a strip of new grassJ. COMPUTERS AND ELECTRONICS IN AGRICULTURE, 2008,61(2):79-87.4 CAMILLI A, CUGNASCA C E, SARAIVA A 虬 et al. From wireless sensors to field mapping: Anatomy of an applic

43、ation for precision agricultureJ. COMPUTERS AND ELECTRONICS IN AGRICULTURE, 2007,58(1):25-36.5 金攀.用物联网提升现代设施农业J.农机市场，2010(3):27-28.6 赵静，王岩，杨淼，等.物联网在农业病虫灾害中的应 用J.通信技术，2010(11).7 孙忠富，杜克明，尹首一，等.物联网发展趋势与农业 应用展望J.农业网络信息，2010(5):5-8.8 高峰，卢尚琼，徐青香，等.无线传感器网络在设施农 业中的应用进展J.浙江林学院学报，2010(05).9 蔡镔，袁超，顿文涛，等.无线传感器网

44、络在农业生产 中的应用研究J.江西农业学报，2010(09).10 陶梦江，赵继聪，秦魏.无线传感器网络技术及其在农 业自动化中的应用J.科技传播，2010(09).II 吴仲城，徐珍玉.农业物联网关键技术及其在农产品质 量追溯系统中应用J.中国科技投资，2010(10).12 肖克辉，肖德琴，罗锡文，等.基于无线传感器网络的 精细农业智能节水灌溉系统(英文)J.农业工程学报， 2010(11).13 向西西，黄宏光，李予东，等.基于粒子群算法的混合 无线传感网覆盖优化J.计算机应用研究， 2010(6):2273-2275.14 金攀.“物联网”在设施农业方面的应用J.农业工程 技术:农产品

45、加工业，2010(5):40-41.15 杜晓明，陈岩，Chen Yan.无线传感器网络在温室农业 监测中的应用J.农机化研究，2009,31(6):141-144.16 林元乖，王龙，吴蒋，等.ZigBee无线传感器网络在精 准农业中的应用J.琼州学院学报，2009(5):32-34.17 柳桂国，应义斌.蓝牙技术在温室环境检测与控制系统 中的应用J.浙江大学学报：农业与生命科学版， 2003,29(3):329-334.18 高峰.基于无线传感器网络的设施农业环境自动监控系 统研究D., 2009.19 曹明华.基于无线传感器网络的环境监测系统设计与应 用D.兰州理工大学，2009.20 谢志超.基于数据压缩的温室无线传感器网络数据传输 技术D.江苏大学，2009.21 李栋.基于无线传感器网络的温室监测系统的设计与研 究D.江南大学，2008.22 李克伟.时延与丢包对温室WSN测控系统稳定性的影 响D.江苏大学，2008.23 张晓峻.基于ZigBee温室大棚监控系统的应用研究D. 哈尔滨工程大学，2007.24 陈玉兰.基于CC2420的无线传感器网络的硬件节点设 计D.东南大学，2009.