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1、才智农业建设果蔬大棚物联网项方前言3一、农业物联网在现代设施农业应用的意义4二、果蔬大棚物联网方案概述62.1 系统设计原则62.2 系统功能特点72.3 系统组成82.4 系统示意图9三、各子系统介绍93.1 环境参数采集子系统93.2 自动限制系统IO3.3 视频监控子系统133.4 信息发布系统14四、中心限制室及管理软件平台154.1 系统平台功能154.2 数据采集功能174.3 设备限制194.4 视频植物生长态势监控功能20五、项目的需求23前百物联网信息技术在2006年被评为将来变更世界的十大技术之一，是继互联网之后的又一次产业升级，是十年一次的产业机会。总体来说，物联网是指各
2、类传感器和现有的互联网相互连接的新技术，物物相连，相互感知，若干年后，地球上的每一粒沙子都有可能安排到一个确定地址,它的各种状态、参数可被感知。2009年8月温家宝总理在无锡提出感知中国，物联网起先在中国受到政府的重视和政策牵引。2010年国家发布了十二五发展规划纲要，其中第十三章“全面提高信息化水平第一节构建下一代信息基础设施”中明确提到：推动物联网关键技术研发和在重点领域的应用示范。在第五章“加快发呈现代农业其次节推动农业结构战略性调整”中提出：加快发展设施农业，推动蔬菜、果蔬、茶叶、果蔬等园艺作物标准化生产。提升畜牧业发展水平。促进水产健康养殖。推动农业产业化经营，促进农业生产经营专业化
3、、标准化、规模化、集约化。推动现代农业示范区建设。第三节“加快农业科技创新”中提出：推动农业技术集成化、劳动过程机械化、生产经营信息化。加快农业生物育种创新和推广应用，做大做强现代种业。加强高效栽培、疫病防控、农业节水等领域的科技集成创新和推广应用，实施水稻、小麦、玉米等主要农作物病虫害专业化统防统治。加快推动农业机械化，促进农机农艺融合。发展农业信息技术，提高农业生产经营信息化水平。2013年国家一号文件更是着重讲解并描述物联网技术在农业中的应用。物联网信息技术与现代农业的结合更加是国家重点推动的关键示范应用。一、农业物联网在现代设施农业应用的意义我国是农业大国，而非农业强国。近30年来果蔬
4、高产量主要依靠农药化肥的大量投入，大部分化肥和水资源没有被有效利用而随地弃置，导致大量养分损失并造成环境污染。我国农业生产仍旧以传统生产模式为主，传统耕种只能凭阅历施肥浇灌，不仅奢侈大量的人力物力，也对环境爱护与水土保持构成严峻威逼，对农业可持续性发展带来严峻挑战。本项目针对上述问题，利用实时、动态的农业物联网信息采集系统，实现快速、多维、多尺度的果蔬信息实时监测，并在信息与种植专家学问系统基础上实现农田的智能浇灌、智能施肥与智能喷药等自动限制。突破果蔬信息获得困难与智能化程度低等技术发展瓶颈。目前，我国大多数果蔬生产主要依靠人工阅历尽心管理，缺乏系统的科学指导。设施栽培技术的发展，对于农业现
5、代化进程具有深远的影响。设施栽培为解决我国城乡居民消费结构和农夫增收，为推动农业结构调整发挥了重要作用，大棚种植已在农业生产中占有重要地位。要实现高水平的设施农业生产和优化设施生物环境限制，信息获得手段是最重要的关键技术之一。物联网技术的发展，为农业大棚的产生创建了条件。基于智能传感技术、无线传输技术、智能处理技术及智能限制等农业物联网应用的智能果蔬大棚种植系统，集数据实时采集、无线传输、智能处理和预料预警信息发布、协助决策等功能于一体，通过对大棚环境参数的精确检测、数据的牢靠传输、信息的智能处理以及设备的智能限制，实现农业生产的高效管理。网络由数量众多的低能源、低功耗的智能传感器节点所组成，
6、能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理，获得详尽而精确的信息，通过无线传输网络传送到基站主机以及须要这些信息的用户，同时用户也可以将指令通过网络传送到目标节点使其执行特定任务。物联网在农业领域中有着广泛的应用。我们从农产品生产不同的阶段来看，无论是从种植的培育阶段和收获阶段，都可以用物联网的技术来提高它工作的效率和精细管理。例如：（1）在种植打算的阶段我们可以通过在大棚里布置许多的传感器，实时采集当前状态下土壤信息，来选择合适的农作物并供应科学的种植信息及其数据阅历。（2）在种植和培育阶段可以用物联网的技术手段进行实时的温度、湿度、C02等的信息采集，且可以依据
7、信息采集状况进行自动的现场限制，以达到高效的管理和实时监控的目标，从而应对环境的变更，保证植物育苗在最佳环境中生长。例如：通过远程温度采集，可了解实时温度状况然后手动或自动的在办公室对其进行温度调整，而不须要人工去实施现场操作，从而节约了大量的人力。（3）在农作物生长阶段可以利用物联网实时监测作物生长的环境信息、养分信息和作物病虫害状况。利用相关传感器精确、实时地获得土壤水分、环境温湿度、光照等状况，通过实时的数据监测和物定作物的专家阅历相结合，协作限制系统调理作物生长环境，改善作物养分状态，刚好发觉作物的病虫害爆发时期，维持作物最佳生长条件，对作物的生长管理及其为农业供应科学的数据信息等方面
8、有着特别重要的作用。（4）在农产品的收获阶段我们也同样可以利用物联网的信息，把它传输阶段、运用阶段的各种性能进行采集，反馈到前端，从而在种植收获阶段进行更精准的测算。总而言之，物联网农业智能测控系统能大大的提高生产管理效率，节约人工（例如：对于大型农场来说,几千亩的土地假如用人力来进行浇水施肥，手工加温，手工卷帘等工作，其工作量相当浩大且难以管理，假如应用了物联网技术，手动限制也只需点击鼠标的微小的动作，前后不过几秒，完全替代了人工操作的繁琐），而且能特别便捷的为农业各个领域探讨等方面供应强大的科学数据理论支持，其作用在当今的高度自动化、智能化的社会中是言而谕的。二、果蔬大棚物联网方案概述2.
9、1系统设计原则从以上需求状况分析本系统，制订设计原则，以指导我们的方案设计：1、先进性：采纳先进的设计理念，选用先进的软硬件设备，保证项目整体在将来肯定时期内的技术领先性。2、开放性：方案的设计及选型遵从国际标准及工业标准，使项目具有高度的开放性和所供应设备在技术上的兼容性。3、可扩展性：项目设计在充分考虑当前状况的同时，必需考虑到今后较长时期内业务发展的须要，留有充分的升级和扩充的可能性。4、牢靠性：项目的设计必需贯彻牢靠性原则，使系统具有很高的可用性。5、经济适用性：先进的设计理念、先进的技术必需考虑其信价，不要用高科技高价格吓到用户，把实际应用门槛提高，要让农户用得起的物联网技术。2.2
10、 系统功能特点采集采纳超低功耗，节能环保，低功耗设计，采纳太阳能供电的方式完全可以满意大部分设备的须要。网络采纳现代网络一一物联网新技术，采纳最先进的物联网技术，具有自组网、自愈合、云端计算等全新功能。无线技术采纳Zigbee.3G.Wlan等无线技术，安装便利，携带便利，无基建成本、无改造成本，避开了布线带来的火灾隐患，突破了有线只能在本地计算机进行查看和阅读的劣势，用户可以突破时间和地域的限制，随时随地的了解生产现场状况。显示方式采纳LED显示屏，液晶电视，电脑，手机等不同的显示方式，适合在示范基地不同地方运用，充分体现现代农业与现代光电信息技术的融合。图像与视频采纳彩色高清（108OP）
11、摄像机，通过多维信息与多层次处理实现农作物的最佳生长环境调理及施肥管理。图像与视频的引用，直观地反映了农作物生产的实时态势，可以侧面反映出作物生长的整体状态及养分水平。可以从整体上给农户供应更加科学的种植决策理论依据。多种形式的报警，适合不同场合须要可设定各监控点位的温湿度报警限值，当出现数据异样时可自动发出报警信号,并依据系统设定的限制方式触发相应自动限制动作。报警方式有现场多媒体声光报警、网络客户端报警、手机短信息报警等，不同故障刚好通知不同的值班人员。远程限制管理/故障诊断系统：远程通过internet网登录平台，监测相关信息（环境信息与管理信息），同时可以参加设备限制。扩展性强：在系统
12、设计时预留有相应的接口，可以随时增加监测项目，如增加部分温度测试端口、湿度测试端口等，甚至大规模增加测摸索头，系统的改进也可以在很短的时间内完成。友好的限制软件界面：简洁、明白。大棚模型与真实大棚相对应，可以更直观地限制各系统，通过调整所须要的环境参数，软件会启动相应的设备实现用户设定的环境要求。自动分析整理室内外环境因子数据，以图表形式得出分析结果。每个节点数据传到云端服务器，远程专家可以依据实际状况进行分析（特别状况要参考当地土质状况），也可以远程专家经行会诊，进而经行相应的限制作业。现有大型农业生产企业、农业示范基地的信息化改造，用自动化的技术手段替代了用户现有的定期数据采集工作，提升了
13、数据采集的精确度和牢靠性，让用户可以将精力专注在数据的分析和管理上。2.3 系统组成针对现代农业示范基地需求而开发的物联网信息技术整体解决方案，主要包括三部分：一、基地环境信息采集部分：包括大棚空气温湿度信息监测，土壤信息监测，气象信息监测，视频信息采集等。二、基地设备自动限制部分：包括大棚的温度限制，遮阳限制，风机，补光，加热，开窗浇灌水肥限制等。三、基地信息发布与智能处理部分：包括LED信息发布系统，中心限制室的管理平台，意外信息的手机报警处理等功能。2.4 系统TK意图为示范基地信息化技术的示意图在感知层，对基地的的各种信息进行全面的采集与监测；在传输层，通过光纤，以太网，无线的传输方式
14、对信息进行传输与汇合；在应用层，对信息进行处理，智能决策，信息发布，对基地大棚设备进行管控。三、各子系统介绍3.1环境参数采集子系统每一栋大棚配置一套种植环境多参数组合采集器，它包括环境温度、环境湿度、光照度、CO2、土壤温度、土壤水分七参数，通过WIan无线传感网组成一个智能无线网络，多个大棚群将各自环境参数适时上传给云端服务器。3.2自动限制系统依据环境参数采集系统获得的数据，以及各类作物相宜环境参数，驱动各类监控器和湿帘降温系统、通风系统等构成整个自动化限制网络。6.2.1温度限制子系统自动降温原理：夏季采纳自然和强制通风降温的方式进行降温。由应用平台依据目标温度与实际室温的偏差以及室温
15、的变更率进行模糊计算。先开启顶开窗系统进行自然通风调整大棚内的温度，经过时间推断后，假如温度值还不能降低，再开启侧窗系统。如自然通风不能降低大棚内的温度值，再采纳强制通风的方式来限制室内湿度。强制通风原理：通过延时计算关闭天窗，其次关闭侧窗。开启湿帘外翻窗，然后开启风机，进行温度推断，假如温度还下不来，则开启湿帘水泵，如温度还降不下来，则计算机会开启温度过高报警，提示用户需增加降温设备。（说明：上面全部的限制过程都配有延时和稳定推断时间和动作稳定时间，以保证大棚设备不频繁进行开启关闭动作。更好的爱护大棚。）自动升温原理：冬季采纳暖气加温或地源热泵中心空调系统的方式，由应用平台依据目标温度与实际
16、室温的偏差以及室温的变更率进行模糊计算，通过调整暖气恒温阀的开合度来限制室内温度。6.2.2通风限制子系统自动限制原理：由室内传感器采集大棚内部的温度值来进行模糊计算出大棚内的温差值，假如温差值过大，则自动开启循环风机。同时采集大棚内的湿度值，假如湿度值偏差过大，也自动开启循环风机，以平衡大棚内的湿度偏差值。手动限制：新风换气机可由电脑操作人员通过限制进行人工操作，也可以进行定时通风来达到通风换气的目的。6.2.3外遮阳限制爱护子系统自动限制原理：在光照较高时，计算机通过室外气象站系统采集的高灵敏度光照值，与计算机设定的限制目标进行对比，如高于计算机设定目标值，则自动绽开外拉幕，进行遮光。如低
17、于计算机设定目标值，则自动收拢外拉幕定时限制原理：可以由监控仪定时进行遮阳，也可以由工作人员通过监控仪操作。6.2.4补光限制子系统自动限制原理：计算机通过室内数据采集器传回来的高灵敏度的光照值，与设定目标值进行对比，如高于设定目标值，则自动关闭补光灯。如低于设定目标值，则自动打开补光灯。同时，内部有一个光照累积时间的设置值，如累积时间不够的话，则补光灯会在选定时间打开补光灯，进行补光。定时限制：可通过多组定时器,来设置不同时间，开启补光灯，开多长时间。LED补光灯：不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用须要的光线，波长在400720nm左右。400520nm（蓝色）的光线
18、以及610720nm（红色）对于光合作用贡献最大。520610nm（绿色）的光线，被植物色素汲取的比率很低。LED补光灯依据植物光合作用选择光性的生长机理，采纳LED做光源，依据科学的RB配比进行混色，人工合成植物生长所必需的光，光谱纯，光谱集中在440-450,650-660o跟一般植物灯相比优势明显，一般植物灯会辐射出对植物生长无用的紫外光跟红外光，奢侈大量电能，而LED植物生长灯采纳电致发光机理，在同等光强的条件下，LED植物生长灯要比一般的植物生长灯节电80%以上。一般植物灯的寿命一般只有1000-5000小时，而LED补光灯的寿命能达30000-50000小时，长效，节能，光能利用率
19、高，不产生对植物生长无效的光。6.2.5浇灌限制子系统自动限制原理：在限制工程方面，采纳稳定工业PLC作为限制核心，采纳高性能矢量变频器作为水路恒压限制核心，对浇灌、施肥、喷药实施恒压与压力调整限制，实现节能、长时间无人值守的平安全自动限制，计算机内部有一套依据土壤湿度传感器采集的值，与设定目标值进行对比，如高于设定目标值，则自动关闭浇灌阀门。如低于设定目标值，则自动打开浇灌阀门。定时限制：轮灌方式，可设定在某个时间段进行浇灌的方式，可每个小时浇灌一次，同时也可设定浇灌的次数。有效的爱护了水泵，同时也使土壤更好的汲取水分。6.2.6喷雾限制子系统自动限制原理：计算机内部有一套依据室内湿度传感器
20、的值，与设定目标值进行对比，如高于设定目标值，则自动关闭喷雾阀门。如低于设定目标值，则自动打开喷雾阀门。定时限制：轮灌方式，可设定在某个时间段，进行浇灌的方式，可每个小时，浇灌一次，同时也可设定浇灌的次数。有效的爱护了水泵，同时也使土壤更好的汲取水分。6.2.7水肥一体化限制系统水肥一体化限制子系统由水肥一体化限制算法和现场限制器组成。水肥一体化限制算法依据用户设置的浇灌施肥策略，参考相应传感采集信号值，自动运行浇灌施肥的精准限制，促进作物生长，同时省工省水。水肥一体化限制系统的限制箱，将相应传感器信号通过现场设备限制，同时将设备运行结果上传给中继器一一云端服务器，完成水肥精准限制。3.3 视
21、频监控子系统主要功能:1）大棚安防、生产无人值班大棚平安、防盗、生产状态监视、常规的病虫害监测。2）关键设备的图像监控对大棚自动限制室、关键性设备运行状态及报警信息，进行图像监控。3）远程图像视频监控系统接入平台后，用户可以通过远程视频，查看企业生产产品及生产状态（假如客户访问量大，视频多，对电脑的要求很高，否则视频阅读会有延迟）。农业专家可以通过远程视频及相关历史环境参数，进行指导科学生产。3.4 信息发布系统信息发布系统分为无线显示条屏（现场屏）和管理中心大屏幕显示或电视墙终端。显示屏用于实时显示基地各大棚的环境测量值。无线显示屏如下图所示。公司展厅LED显示屏显示屏的显示信息一目了然，便
22、于公司工作人员刚好了解状况，实行应对措施。同时基地管理中心可以通过无线信号发送通知，可以实时显示，有利于政策的下达与落实。同时管理中心也可以无线限制基地的其他电子显示屏，发布通知、政策等,大大的提高了基地的数字化管理水平。四、中心限制室及管理软件平台基地管理中心信息机房管理中心或者调度室主要应用大屏幕显示电视终端，可以实时显示系统的运行状况。大屏幕显示电视终端示意如图下所示。应用平台供应数据管理，设备管理、自动限制管理、报警信息管理、学问库管理等信息4.1系统平台功能登录平台用户可以在IE阅读器里干脆输入网址进入平台，如下图:中国农业物联网云计算应用平台ClOsM C(rc*Httng Rtf
23、or冶 IM A9feu2 IOT of C*n图一*圆窗选翻黑网霆谕凰施屈等自GgMhkmMnngltr,min做，A的ZtHg3QhtOA选择模块我们主要有：现代农业、农资农机、水利气象、电子商务、专家库、平安追溯、自然灾难等模块，用户可以依据自己的需求来选择相应的模块。MF)mve三AjIJBn)mmi哥鬣辟Z杭州同苗鸿物联网技术m公司0*ttB91WM学anm子m1*VB213$IMSBtt97J京S长窗装爪FCS子商务?mStMMCWVyyyXyVVItRACfirai*公)三ft于衣SIIa.分5T3RMWM承.UEnEtRRADf三*MR三UfiWWWHWR”用BMFlHmHHM
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25、?小金关联历史B曲温度传库TPH-SE108D33X2013-09-0202:2720C保苻iS关联35X侵4Q务关联历史JRM自动限制下，设备自动依据上下限值自动调整限制。设备关联限制功能更具人性化的设备关联限制功能此系统基于Web云计算平台，便利、好用、可移植性强4.4视频植物生长态势监控功能电子图片、视频功能，采纳高清植物生长态势摄像机拍摄植物生长过程，并时时上传到服务器，供用户视察植物生长状况、驾驭植物的生长状态。为科学化管理供应依据。种植过程管理功能:系统有种植信息、施撒信息、采摘信息等。O2OB-O33O20130726201307-01共IIM页B页E：【肉&1回 *仝MWTI1
26、201307*01王七五2O13O711，O22013-07-10无农检站王五201307-11.O32013-07-114%王五201307-11O42013-07-05：共Ifti页页io Y 族1到】天一仓储环境管理功能：系统对采摘入库、出库信息及仓储环境实时监测及限制等。平安追溯系统功能：系统依据种植过程信息、仓储环境实时监测信息及农产品包装出库信息，打印二维码标签等。二维码追溯系统登录:杭州Hit沱物*网技术的B公司一也打姮资现登录追溯码查询功能:生成打印二维码:农资农机信息功能：系统可查阅所在地旁边的生产资料供应站及农机合作社的信息，点击鼠标填写需求，对应的供应站及合作社会作出相应
27、的服务等。I农黄农Vi侬电IM彷：a发布口期：2O13-O7-C-2013-08-29:堂:AS9)MM:VWIrtJM吨：NI*ftS区)Q三JRa三VM电E注1长一场州余杭区20B08060W12用冬2ZWRSk201B070514:115001斤的可口,W6!共24页9页10回条IWl页脸物流配送管理功能：系统可查阅所在地旁边的物流公司信息，点击鼠标填写需求，对应的物流公司会刚好的上门服务等。专家查询系统功能：链接平台服务器的数据库，收索你所须要的信息，或递交相应的问题，等待回应等。五、项目的需求在项目实施的系统中主要考虑是大棚环境信息采集、环境信息数据的传输、大棚内各项运行设备的自动限
28、制、视频监控的切入、系统操作软件的形成、中心限制室的配套。大棚环境信息采集建设需求：依据基地现场大棚分布状况82个种植大棚各安装放置1套种植环境七参数一体化采集器（含环境温度、环境湿度、环境气压、光照度、CO2、土壤温度、土壤水分）基地现场限制系统建设：现场82个种植大棚都要同时达到本地和异地限制的功能效果，依据要求82个种植大棚的布局设计各1个无线限制箱，限制棉帘、滴灌、微喷、等。再在4个水泵房安装各安装1台无线水泵限制器。在信息管理中心安装一套路灯管理限制器。大棚视频监控建设需求:基地82个种植大棚各设计安装两个彩色高清（108OP）网络摄像球机，大棚外面及周界设计采纳彩色红外摄像机，分布安装6-8个球机。14-20个枪机。后台限制软件系统的建设：是我公司免费供应的一套“中国农业物联网云计算应用平台”针对项目现场的大棚布置和环境采集的数量及须要限制设备的管理应用软件平台。中心限制室平台建设：在种植基地的管理中心办公室划出一间35-40平方左右的房间，需通网络（固定IP地址）、供电。并室内环境保持通风、防潮湿。系统需配四联操作台1台、联想电脑2台、硬盘录像机7台、63寸LED电视机2台。
