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農業溫室大棚監控系統設計方案

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農業溫室大棚監控系統設計方案

發布日期:2018-11-09 作者: 點擊:

一、概述

近年來,溫室大棚種植為提高人們的生活水平帶來極大的便利,得到了迅速的推廣和應用。種植環境中的溫度、濕度、光照度、CO2濃度等環境因子對作物的生產有很大的影響。傳統的人工控制方式難以達到科學合理種植的要求,目前國內可以實現上述環境因子自動監控的系統還不多見,而引進國外具有多功能的大型連棟溫室控制系統價格昂貴,不適合國情。

針對目前大棚發展的趨勢,提出了一種大棚智能監控系統的設計。根據大棚智能監控的特殊性,需要傳輸大棚現場參數給管理者,并把管理者的命令下發到現場執行設備,同時又要使上級部門可隨時通過互連網或者手機信息了解區域大棚的實時狀況?;贕PRS的智能大棚監控系統使這些成為可能。

農業溫室大棚監控系統通過實時采集農業大棚內空氣溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤水分等環境參數,根據農作物生長需要進行實時智能決策,并自動開啟或者關閉指定的環境調節設備。通過該系統的部署實施,可以為農業生態信息自動監測、對設施進行自動控制和智能化管理提供科學依據和有效手段。

開拓者的農業溫室大棚監控及智能控制解決方案是通過可在大棚內靈活部署的各類無線傳感器和網絡傳輸設備,對農作物溫室內的溫度,濕度、光照、土壤溫度、土壤含水量、CO2濃度等與農作物生長密切相關環境參數進行實時采集,在數據服務器上對實時監測數據進行存儲和智能分析與決策,并自動開啟或者關閉指定設備(如遠程控制澆灌、開關卷簾等)。

二、項目需求

在每個智能農業大棚內部署無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等,分別用來監測大棚內空氣溫濕度、土壤溫度、土壤水分、光照度、CO2濃度等環境參數。為了方便部署和調整位置,所有傳感器均應采用電池供電、無線數據傳輸。大棚內僅需在少量固定位置提供交流220V市電(如:風機、水泵、加熱器、電動卷簾)。

每個農業大棚園區部署1套采集傳輸設備(包含路由節點、長距離無線網關節點、Wi-Fi無線網關等),用來覆蓋整個園區的所有農業大棚,傳輸園區內各農業大棚的傳感器數據、設備控制指令數據等到Internet上與平臺服務器交互。

在每個需要智能控制功能的大棚內安裝智能控制設備(包含一體化控制器、擴展控制配電箱、電磁閥、電源轉換適配設備等),用來接受控制指令、響應控制執行設備。實現對大棚內的電動卷簾、智能噴水、智能通風等行為的實現。

三、系統架構設計

(1)總體架構

系統的總體架構分為現場數據采集、網絡傳輸、智能數據處理平臺和遠程控制四部分。

(2)系統有兩種典型配置結構

■兩層網絡,系統由兩類點構成:

無線傳感器節點,包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等;

無線網關節點,包括Wi-Fi無線網關或GPRS無線網關。

該結構適用于園區已經有Wi-Fi局域網覆蓋,或是可以采用GPRS直接上傳數據的場景。在此結構中,只需要在合適的區域部署無線網關,即可實現傳感器數據的采集和上傳。

■三層網絡,系統由三類點構成:

無線傳感器節點,包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等;

無線網關節點;

數據路由器。

該結構適用于園區沒有Wi-Fi局域網覆蓋,也不準備采用GPRS直接上傳數據的場景。在此結構中,需要部署數據路由節點和無線網關,無線網關與數據路由節點之間以長距離無線通信方式進行數據的交換,在區域較大,節點間通信距離不足時,無線網關還可以相互之間進行自動數據中繼,擴大監控網絡的覆蓋范圍。

五、平臺軟件

系統平臺軟件共由以下4個部分組成:

(1)數據收集、存儲服務軟件

完成傳感器數據的獲取、解析、分類,最后按預設的格式存入數據庫。

(2)展示、決策軟件

圖形化界面,從數據庫中讀取相應數據,以表格和曲線的方式將傳感器數據顯示出來,支持多種查詢顯示方式??勺远x決策系統控制對象及決策算法,與對象控制軟件互聯實現自動化控制。

(3)遠程控制軟件

完成現場控制對象的操作,圖形化操作界面,支持重定義遠端開關名稱等信息,可與決策軟件進行對接,實現自動化控制?! ?/span>

1、傳感模塊:即環境傳感監測系統。它依據各類傳感設備可以完成整個園區或完成對異地園區所需數據監測的功能。

2、終端模塊:即終端智能控制系統。它可以完成整個園區或遠程控制異地園區進行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風機,自動補光及遮陽,自動卷簾,自動開窗關窗,自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農業生產所需的自動控制。

3、視頻監控模塊:即實時視頻監控系統。主要是通過監控中心實時得到植物生長信息,在監控中心或異地互聯網上既可隨時看到作物的實時生長狀況。

4、預警模塊:即遠程植保預警系統??梢酝ㄟ^聲光報警、短信報警、語音報警等方式進行預警。

5、溯源模塊:即農產品安全溯源系統。該系統對農產品從種植準備階段、種植和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環境、噴藥施肥情況、病蟲害狀況等實施實時信息自動記錄,有據可查,在儲藏、運輸、銷售階段采用二維碼或者RFID射頻技術對各個階段數據記錄,這樣就能實現消費者拿到農產品時通過終端設備或網絡就能查看到各類信息,才能放心食用。

6、作業模塊:即中央控制室??赏ㄟ^總控室對整個區域情況進行監測,包括各個區域采集點參數、控制作業狀態、實時視頻圖像、施肥噴藥狀況、報警信息等。

光照度變送器

1、產品介紹

KITOZER系統光照度變送器采用對弱光也有較高靈敏度的硅蘭光伏探測器作為傳感器;具有測量范圍寬、線形度好、防水性能好、使用方便、便于安裝、傳輸距離遠等特點,適用于各種場所,尤其適用于農業大棚、城市照明等場所。根據不同的測量場所,配合不同的量程,線性度好、 防水性能好 、可靠性高、 結構美觀、安裝使用方便、抗干擾能力強。

2、使用標準

1個單位的照度大約為1個燭光在1米距離的光亮度。

夏日晴天強光下照度為10萬 Lux(3~30萬Lux);

陰天光照度為1萬 Lux;

日出、日落光照強度為 300~400Lux;

室內日光燈照度為 30~50Lux;

夜里 0.3~0.03 Lux(明亮月光下);

0.003~0.0007 Lux(陰暗的夜晚)

以上參數公供參考

3、技術參數:

供電電壓: 12VDC~30VDC

感光體: 帶濾光片的硅藍光伏探測器;

波長測量范圍: 380nm~730nm;

準 確 度: ±7%

重復測試: ±5%;

溫度特性: ±0.5%/℃;

測量范圍: 0~200000Lux

輸出形式: 二線制4~20mA電流輸出

三線制0~5V電壓輸出

液晶顯示輸出

232/485網絡輸出

使用環境: 

0℃~40℃、0%RH~70%RH(帶液晶);

0℃~70℃、0%RH~70%RH(不帶液晶)

大氣壓力: 80~110kPa

(3)傳感信息采集

在監控網絡中,無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等傳感器均支持低功耗運行,可使用廉價的干電池供電長期工作。同時,所有的無線傳感器節點均運行低功耗多跳自組網協議,可為其它節點提供數據的自動中繼轉發,以擴大監測網絡的覆蓋范圍,增加部署靈活性。

低功耗多跳自組網協議是在IEEE802.15.4協議的基礎上建立的,無線通信的頻率選擇可以是2.4GHz或780MHz。

傳感器數據通過協議傳送到無線網關節點上,無線網關節點再經過數據路由節點或直接將傳感器數據發送到數據平臺的服務器上。用戶可以通過有線網絡/無線網絡訪問數據平臺,實時監測大棚現場的傳感器參數,控制大棚現場的相關設備。

四、大棚現場布點

大棚現場主要負責大棚內部環境參數的采集和控制設備的執行,采集的數據主要包括農業生產所需的光照、空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤水分、CO2濃度等參數。

傳感器的數據上傳采用低功耗無線傳輸模式,傳感器數據通過無線發送模塊,采用協議將數據無線傳送到無線網關節點上,用戶終端和一體化控制器間傳送的控制指令也通過無線發送模塊傳送到中心節點上,省卻了通訊線纜的部署工作。中心節點再經過邊緣網關將傳感器數據、控制指令封裝并發送到位于internet上的系統業務平臺。用戶可以通過有線網絡/無線網絡訪問系統業務平臺,實時監測大棚現場的傳感器參數,控制大棚現場的相關設備。低功耗無線傳輸模式使得大棚現場內各傳感器部署靈活、擴展方便。

控制系統主要由一體化控制器、執行設備和相關線路組成,通過一體化控制器可以自由控制各種農業生產執行設備,包括噴水系統和空氣調節系統等,噴水系統可支持噴淋、滴灌等多種設備,空氣調節系統可支持卷簾、風機等設備。

采集傳輸部分主要將設備采集到的數值傳送到服務器上,現有大棚設備支持Wi-Fi、GPRS、長距離無線傳輸等多種數據傳輸方式,在傳輸協議上支持IPv4聯網協議。

業務平臺負責對用戶提供智能大棚的所有功能展示,主要功能包括環境數據監測、數據空間/時間分布、歷史數據、超閾值告警和遠程控制五個方面。用戶還可以根據需要添加視頻設備實現遠程視頻監控功能。數據空間/時間分布將系統采集到的數值通過直觀的形式向用戶展示時間分布狀況(折線圖)和空間分布狀況(場圖)、歷史數據可以向用戶提供歷史一段時間的數值展示;超閾值告警則允許用戶制定自定義的數據范圍,并將超出范圍的情況反映給用戶。

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