智慧农业解决方案.docx

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智慧农业解决方案

智慧农业解决方案

前言--------------------------------------------------------------3

方案整体示意图---------------------------------------------------5

方案概述----------------------------------------------------------6

系统功能总体描述-------------------------------------------------8

网络传输平台设备配置清单----------------------------------------9

信息精准采集------------------------------------------------------11

数据可靠传输------------------------------------------------------12

智能远程控制------------------------------------------------------14

“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业第三次浪潮。

业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济复苏提供技术动力。

目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。

我国也正在高度重视物联网研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展政策措施。

我国是一个农业大国，又是一个自然灾害多发国家，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好坏、及时及否对于农作物产量、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。

农业信息化，智慧化是国民经济和社会信息化重要组成部分，是农业发展必然阶段，是新时期农业和农村发展一项重要任务，是实现国民生计大事。

以农业信息化带动农业现代化，对于促进国民经济和社会持续、协调发展具有重大意义。

进一步加强农业信息化建设，通过信息技术改造传统农业、装备现代农业，通过信息服务实现小农户生产及大市场对接，已经成为农业发展一项重要任务。

农业物联网建设主要包括环境、植物信息检测，温室、农业大棚信息检测和标准化生产监控，精准农业中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、土壤空气变更等环境状况以及大面积地表检测，收集温度、湿度、风力、大气、降雨量，有关土地湿度、氮浓缩量和土壤pH值等信息监测。

智能农业控制通过实时采集农业大棚内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤水分等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。

可以根据用户需求，随时进行处理，为农业生态信息自动监测、对设施进行自动控制和智能化管理提供科学依据。

大棚监控及智能控制解决方案是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农作物温室内温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、二氧化碳浓度等环境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备（如远程控制浇灌、开关卷帘等）。

方案概述

本方案针对智能农业大棚，采用目前先进无线传感技术，ZigBee技术，WiFi技术，无线智能控制终端和控制软件等，分为三个组成部分：

无线传感器网络，光载无线WiFi传输，智能控制系统。

无线传感器网络采用适合物联网应用ZigBee传感器件，以达到无线，低功耗，自适应组网等要求。

光载无线WiFi传输系统采用飞瑞敖电子科技有限公司自行研发和生产光载无线交换机，配合远端天线模块，通过模拟光纤传输WiFi信号，达到安全，可靠，远距离覆盖目。

智能控制系统通过采用智能控制终端（如无线智能电源插座，无线智能水泵等），配合控制中心智能控制软件，对远端采集各种信号进行分析和汇总，自动控制和开启相关设备，对农作物生长环境进行精确调节，以达到智能，自控，高效，高产目。

通过实施本方案，智能化农业大棚将具备如下功能：

1）空气温湿度监测功能：

系统可根据配置温湿度无线传感器，实时监测大棚内部空气温度和湿度。

2）土壤湿度监测功能：

配有土壤湿度无线传感器，实时监测温室内部土壤湿度。

3）光照度监测功能：

采用光敏无线传感器来实现对温室内部光照情况检测，实时性强。

4）安防监测功能：

采用无线入侵探测器，启动后当温室里面有人出现时，探测器便向主控中心发送信号，同时启动光报警。

5）视频监测功能：

通过部署无线WiFi摄像头实时捕获大棚内部画面，通过光载无线交换机传输给网关处理。

用户既可以在控制中心显示器上看到温室内部实时画面，又可以通过PC机远程访问方式来观看温室内部实时画面。

6）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，为植物提供充足二氧化碳。

7）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。

8）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。

9）环境升温功能：

当温室内温度低于设定值时，系统便启动加热器来升温，直到温度达到设定值为止。

10）局域网远程访问及控制功能：

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执行器件，维护系统稳定。

11）GPRS/3G网络访问功能：

物联网通过无线网关接入GPRS或者3G网络。

用户便可以手机来访问物联网数据，了解大棚内部环境各项数据指标（温度、湿度、光照度和安防信息）。

12）控制参数设定及浏览：

对所要实现自动控制参数（温度、湿度、光照度等）进行设置，以满足自动控制要求。

用户既可以直接操作网关界面上按钮来完成系统平衡参数设置，又可以通过PC机或手机远程访方式完成参数设置。

13）显示实时数据曲线：

实时趋势数据曲线可将系统采集到大棚内数据以实时变化曲线形式显示出来，便于观察系统某时间段内整体检测状况。

14）显示历史数据曲线：

可显示出大棚内各测量参数日、月、年参数变化曲线，根据该曲线可合理设置参数，可分析环境变化对植物生长影响。

（1）温室灾害性气候无线预警：

通过密集分布ZigBee无线温度，湿度，光照度，CO2等传感器，定期实时采集大棚内和土壤温湿度，棚内光照度，空气中CO2含量等数据，并将数据实施通过WIFI传输到控制中心。

控制中心软件中已经预设各种数据临界范围值，一旦某个参数超出范围，系统将发出预警信号，通过声光装置进行报警，同时也可以发出控制指令，启动智能插座令各种设施如加温器，加湿器，进/排气扇，遮阳棚，喷淋器等进行工作，用以对抗西部地区常见低温，干旱，光照度过强，昼夜温差大等气候影响。

（2）温室节水高效滴灌控制：

采用土壤湿度传感器对土壤湿度进行实时监测并将数据上传到控制中心，一旦土壤湿度低于预设值，系统将发出指令启动喷淋滴灌系统，做到精准控制；当土壤湿度回复到农作物生长正常值之后，系统又可发出指令让喷淋滴灌系统停止工作，以最大限度地达到高效滴灌，节约用水目。

（3）分布式日光温室群监测：

通过在每个大棚中部署光照度传感器以及CO2浓度传感器，并将数据汇集到控制中心，实现集群式光照度和CO2环境数据采集和控制。

通过手动或者自动控制遮阳棚，进/排气扇启动和关闭，可以有效地成片控制温室大棚内光照度和空气，以达到农作物最为适宜光照和CO2浓度。

（4）专家远程生产指导：

通过无线传感器收集了大棚中农作物实时生长环境参数：

温度、湿度、光照强度等。

这些环境实时信息，通过网络传输到中心控制室并保存在数据库中，可以随时供专家系统软件调用分析。

同时，系统软件中还预置了专家经验数据库，给出了各种参数值范围和理想值，以及针对各种问题指导意见和解决问题详细操作指导。

另外，用户可以在大棚现场通过手机拍照，将图片通过WiFi上网直接发送给专家进行诊断。

部署在现场无线视频头也可以提供实时大棚内农作物生长态势照片及视频图像，通过系统传输并存储在控制中心，随时供专家调用和分析，实现远程指导。

按照一个标准农业大棚（单体大棚）尺寸150m*10m*6m（长*宽*高），要实现无缝无线WIFI覆盖，

飞瑞敖建议采用如下覆盖方式，即用4个AP覆盖1个大棚，覆盖半径大约为18米，802.11b所能支持最大速率可以达到11Mbit/s，而802.11g在此覆盖距离下速率可以达到48Mbit/s。

本项目按照5个标准大棚来进行配置，设备组网如下图所示。

按五个标准大棚设备配置清单：

设备清单及技术参数

序号

系统

名称

系统设备名称

数量

单位

主要技术参数

1

物联网工程信息平台套件

主机箱

3

台

支持射频交换和信道重构

支持远距离传输，即一组本地WiFi无线信号源通过模拟

光纤分到远端天线，模拟光纤传输距200-3000米

信号箱

3

台

支持802.11b/g

本地化管理，即本地可对所有wifi信号集中和统一管理实现可管、可控、可测

维护性高，AP数量可更改，可扩展

远端射频单元

20

台

带宽54M@802.11g，室内覆盖半径50米，室外覆盖半径100米

支持信号分路，即可将射频信号分为多路，支持远端信号发射及接收

交换机

3

台

背板带宽：

1.6Gbps；端口描述：

8个10/100M自适应RJ45端口

包转发率：

10Mbps：

14800pps100Mbps:

148800pps

传输模式：

全双工/半双工自适应

网络标准：

IEEE802.3,IEEE802.3u,IEEE802.3x

工作电压：

9VDC

光载无线网络管理软件

1

套

信息平台射频参数管理和控制，频道设置，安全密码设置，网段管理，无线网络管理，信号强度和防干扰管理，接入设置管理，射频交换管理可实现光载无线传输链路按需选择

无线传感器网络由具备各种感知功能ZigBee无线传感器，ZigBee中心节点，ZigBee无线网关（转WiFi）等组成，主要负责大棚内部光照、温度、湿度和土壤含水量等数据采集和控制命令转发。

传感器数据上传通过Zigbee通信方式发送模块传送到Zigbee中心节点上，省去了通讯线缆部署工作。

ZigBee中心节点再经过ZigBee网关将传感器采集到数据上传到WiFi远端天线模块，通过光纤将数据传回中心控制室光载无线交换机，进入本地控制和管理局域网。

用户可以通过有线网络/无线网络访问系统业务平台，实时监测大棚现场传感器参数，控制大棚现场相关设备。

ZigBee模式具有部署灵活、功耗极低、扩展方便等优点。

无线温湿度传感器无线光照度传感器

无线土壤温度传感器无线土壤湿度传感器无线光照度传感器

数据传输包括通过ZigBee网关采集到大棚内各种数据如空气温度，湿度，土壤温度，湿度，棚内光照度，以及通过无线视频头捕获大棚内照片截图和视频图像等，这些信息将通过ZigBee无线网关转换成WiFi信号，通过无线方式发送到飞瑞敖光载无线交换机远端天线模块，进而通过光纤传输到中心控制室，通过光载交换机进入本地有线局域网，实现信息上传。

另外，系统自动产生控制命令以及人工发出控制命令，如自动开启加温器/加湿机，自动开启遮光/透光卷帘，自动开启土壤喷淋系统等。

这些指令也通过光载交换机+ZigBee网关进行传输并准确下发到基于ZigBee组网各个智能控制终端（如无线智能电源插座，无线智能电磁阀等），进而实现大棚自动控制和智能化。

光载无线交换机是由广州飞瑞敖电子科技有限公司及北京邮电大学联合研发第三代WiFi网络