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农业物联网监控系统解决方案

物联网应用是将采集数据经行分析后进行的全自动监控灌溉、施肥、喷药、降温和补光等一系列操作,它由中央控制柜与多节点数据采集器构成两级分布式计算机控制网络,具有分散采集,集中操作管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)在种植准备的阶段,我们可以通过在温室里布置很多的传感器,实时采集当前状态下土壤信息,来选择合适的农作物并提供科学的种植信息及其数据经验。
理的特点,系统配置可以根据要求灵活增加或减少。通过传感器实时采集温度、湿度、光照等环境参数,并传到各个节点,数各个节点实现和上位机的通讯,在计算机软件界面上可显示所采集到环境参数的值,可进行数据设定、存贮、报警。具体如下:
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    (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、CO2等的信息采集,且可以根据信息采集情况进行自动的现场控制,以达到高效的管理和实时监控的目标,从而应对环境的变化,保证植物育苗在最佳环境中生长。例如:通过远程温度采集,可了解实时温度情况然后手动或自动的在办公室对其进行温度调整,而不需要人工去实施现场操作,从而节省了大量的人力。
    (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情况。利用相关传感器准确、实时地获取土壤水分、环境温湿度、光照等情况,通过实时的数据监测和物定作物的专家经验相结合,配合控制系统调理作物生长环境,改善作物营养状态,及时发现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提供科学的数据信息等方面有着非常重要的作用。
   (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、使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,节省人工(例如:对于大型农场来说,几千亩的土地如果用人力来进行浇水施肥,手工加温,手工卷帘等工作,其工作量相当庞大且难以管理,如果应用了物联网技术,手动控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;),而且能非常便捷的为农业各个领域研究等方面提供强大的科学数据理论支持,其作用在当今的高度自动化、智能化的社会中是不言而谕的。

     二、物联网农业智能测控系统所技术特点:
   (1)监控功能系统:根据无线网络获取的植物实时的生长环境信息,如通过各个类型的传感器可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。其它参数也可以选配,如土壤中的PH值、电导率等等。信息收集、负责接收无线传感汇聚节点发来的数据、存储、显示和数据管理,实现所有基地测试点信息的获取、管理、动态显示和分析处理以直观的图表和曲线的方式显示给用户,并根据以上各类信息的反馈对农业园区进行自动灌溉、自动降温、自动卷模、自动进行液体肥料施肥、自动喷药等自动控制。

    (2)监测功能系统:在农业园区内实现自动信息检测与控制,通过配备无线传感节点,太阳能供电系统、信息采集和信息路由设备、配备无线传感传输具系统,每个基点配置无线传感节点,每个无线传感节点可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。其它参数也可以选配,如土壤中的PH值、电导率等等。信息收集、负责接收无线传感汇聚节点发来的数据、存储、显示和数据管理,实现所有基地测试点信息的获取、管理、动态显示和分析处理以直观的图表和曲线的方式显示给用户,并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息。

    (3)实时图像与视频监控功能:农业物联网的基本概念是实现农业上作物与环境、土壤及肥力间的物物相联的关系网络,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。但是作为管理农业生产的人员而言,仅仅数值化的物物相联并不能完全营造作物最佳生长条件。视频与图像监控为物与物之间的关联提供了更直观的表达方式。比如:哪块地缺水了,在物联网单层数据上看仅仅能看到水分数据偏低。应该灌溉到什么程度也不能死搬硬套地仅仅根据这一个数据来作决策。因为农业生产环境的不均匀性决定了农业信息获取上的先天性弊端,而很难从单纯的技术手段上进行突破。视频监控的引用,直观地反映了农作物生产的实时状态,引入视频图像与图像处理,既可直观反映一些作物的生长长势,也可以侧面反映出作物生长的整体状态及营养水平。可以从整体上给农户提供更加科学的种植决策理论依据。
     三、主要监测参数(可按自身的要求任意选择):
     测定指标:温度;湿度;光照强度;光合有效辐射;CO2;土壤温度;土壤水分;土壤PH值;电导(盐份);气压;风向;风速;雨量等等。

     四、项目的需求分析:
    (一)、信息采集子系统
    1. 数据采集点  无线发射模块、太阳能电池板、支架、蓄电池
    2. 数据采集传感器  温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、光合有效辐射传感器、CO2传感器  、土壤温湿度传感器、风向、速、雨量传感器等
    3. 数据分析及显示部分  电脑、软件、无线接收模块、报警系统

   备注:数据采集节点数可根据客户需求或实际分析确定数据采集节点数(建议以大棚或每块田地为单位根据实际大小确定每个大棚或田地的节点数量),其中每个节点附带一个该类型的数据采集传感器,如有传感器及其电脑主机、显示器的尺寸、特殊精度、数量和品牌等要求请在说明一栏中说明。若无特殊说明将按系统的实际情况及其用户要求作出最佳配置选择。
   (二)、无线控制部分 控制系统需求 实际需求产品名称
PLC控制柜 控制柜 (大屏幕手触摸彩色液晶屏)         
变频器         
连接及其现场实施系统 大功率远程通信系统  
中间继电器系统      
高压、防雷系统      
过流保护系统      
过流、过热、超压、欠压保护系统
自动灌溉系统           
自动施肥系统       
自动喷药系统          
其它 反馈压力变送器      
电磁阀              
      备注:其中控制柜具体数量根据控制点的数量而定;变频器可一拖三(即一个变频器可公用与三个水泵等设备),如需特殊要求请在说明一栏中说明。若无特殊说明将按系统的实际情况及其用户要求作出最佳配置选择。
   (三)、实时图像与监控部分
实时图像与监控需求 产品需求及其数量
摄像监控设备 180度可旋转高清摄像头
360度旋转可变焦摄像头
摄像头控制设备 控制云台

 

     备注:如需特殊要求请在说明一栏中说明。若无特殊说明将按系统的实际情况及其用户要求作出最佳配置选择。
   (四)、系统整体功能部分
     1、气象站及联动棚内各项数据能统计分析,并实时在控制室电脑显示、分析;
     2、监控图像、数据分析等图像同时在多台液晶屏上显示;
     3、数据及监控图像通过GPRS传到网络,用户可在任何有网络的地方查看,并可根据其用户权限进行相应的操作;
     4、可远程控制田间电磁阀,并设定不同的灌溉施肥方案;远程控制监控摄像头。以上远程控制及访问需要设定不同的权限,远程访问都需要有记录保存;
     5、收集的数据能设定警戒值,如果超出警戒值可发送警报到控制室或者手机上,以免发生意外情况;
     6、根据用户需求,若需要和原有的电磁阀、施肥机等设备进行衔接,在用户提供原有设备接口和通信协议的情况下可进行有效衔接,但是建议尽量不适用原有设备,以免对以后系统的实施、维护和升级等过程造成困难;
     7、能提供充足的升级空间,可满足后续创新园建设中的监控、数据收集、田间灌溉的提升需求并预留接口,可对现有系统进行大规模的升级;
     8、大棚可完成自动灌溉、自动喷药、自动施肥(液态肥)等功能,且不需人工干预,只需在办公室进行鼠标操作便可轻松完成上述复杂动作,而且系统可设定自动模式,例如:根据当前自动采集的水分来判定是否需要灌溉等动作,实现系统的自动化;
五、系统设计方案:
     A、在办公室及钢构房控制室内各安装一台液晶显示器,实时显示收集的数据及监控画面,且两台显示器需同步显示。

 

B、供电方式:采用两种供电模式,即市电与太阳能双电源供电系统,保证设备在任何气候环境下都能持续工作。
     C、传输方式:模式1 无线传感器网络(WSN)
             模式2 全球移动通信系统(GSM)
             模式3 无线传感器网络+全球移动通信系统+互联网(WSN+GSM+Internet)
             模式4 无线传感器网络+喷滴灌或只能作业等控制终端(WSN+作业终端)
             模式5 无线传感器网络+WebGIS(WSN+WebGIS)

    D、通讯接口:无线自组织网络传输协议,串口通信接口等;
    E、数据采集传输部分软件的功能:可在线实时连续的采集和记录监测点位的各项参数情况,可成表格显示,曲线显示,柱状图显示,有报
警功能,数据可随时调出查看。可扩充多达65536个点。可设定各监测点位的报警限值,当出现被监测点位数据异常时可自动发出声光报警信号,并发送警报到控制室或者手机上。
    2、系统控制部分实施方案:
 在控制工程方面,项目采用工业控制技术,严格遵循工业控制标准。采用现在已稳定应用于工业控制系统的PLC作为控制核心,采用变频水泵及其电磁阀等控制对灌溉、施肥实施恒压、节能、长时间无人值守的自动控制。控制柜与控制室之间通过无线连接。控制室与控制柜之间的最大距离在5KM。建议控制柜安放与室内,最好一起放在控制室内,以便直接根据当前数据进行系统控制。
  (1)系统设计:
    A 、PLC主控制部分:
    B、供水,供肥,喷药系统:采用国际上先进的变频控制系统(变频的优点:自动恒压输出,能对电机的过载、发热、爆管等情况进行自动控制,安全可靠并可延长整个系统的使用寿命),根据现有场地或客户要求定做。
    C、连接系统:需无线大功率远程通信系统,中间继电系统数台,高压、防雷系统、过流、过热、超压、欠压保护保护系统,供水,供肥,喷药系统(具体要看客户要求)。
    D、其他:在主管道上安装反馈压力变送器,以达到及时自动控制管道内水压。
  (2)可达到的功能:
    通过采集信息部分发来的指令可完成自动灌溉、自动施肥、自动喷药、能远程控制田间电磁阀,并根据设定不同的灌溉施肥方案进行灌溉施肥(通过电脑手动开启或关闭阀门的开关来实现,因为本系统没有不同作物的施肥专家库)。远程控制监控摄像头,可通过GPRS远程查看当地情况,但其流畅程度据当地网速情况而定。以上远程控制及访问需要设定不同的权限并要通过输入密码来实现,所有的远程访问都有记录保存。
系统上位机数据采集及其控制显示界面;

            系统数据采集监测部分                                      系统控制部分

七、系统总示意图:

 


 

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