智慧農業(yè)監(jiān)控管理系統(tǒng)應用背景:
智慧農業(yè)監(jiān)控管理系統(tǒng)是集現(xiàn)代科學技術之大成的產物，它體現(xiàn)了現(xiàn)代電子技術、現(xiàn)代通信技術、現(xiàn)代控制技術與現(xiàn)代計算機技術的結合，其特點在于它所采用的多元信息采集、傳輸、監(jiān)控、記錄、管理以及一體化集成等一系列技術。實踐證明，利用這一技術構成的系統(tǒng)（簡稱安防系統(tǒng)），能為建設環(huán)境提供一個穩(wěn)定、便利、舒適的受保護空間。監(jiān)控系統(tǒng)是安防系統(tǒng)中一個重要組成部分，它不僅可以對監(jiān)控現(xiàn)場進行不間斷實時監(jiān)控，還可通過存儲媒體將監(jiān)控內容清晰地記錄下來以備查證。
隨著國民經濟的發(fā)展，現(xiàn)代農業(yè)得到了長足的進步，溫室工程已成為農業(yè)生產的一個重要組成部分。計算機自動控制的溫室自問世以來，已成為現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的比較重要的措施。它的功能在于以現(xiàn)代的技術和現(xiàn)代化設施，人為控制作物生長的環(huán)境條件，使作物生長不受自然氣候的影響，做到常年工廠化的生產。
近年來，農業(yè)溫室大棚種植為提高人們的生活水平帶來便利，得到了較快的推廣和應用。種植環(huán)境中的溫度、濕度、光照度、CO2濃度等環(huán)境對作物的生產有很大的影響。傳統(tǒng)的人工控制方式比較難達到科學合理種植的要求，目前可以實現(xiàn)上述環(huán)境自動監(jiān)控的系統(tǒng)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(tǒng)價格比較貴，不適合國情。
針對目前農業(yè)大棚發(fā)展的趨勢，我公司提出了一種大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計。根據大棚監(jiān)控的需求性，需要傳輸大棚現(xiàn)場參數給管理者，并把管理者的命令下發(fā)到現(xiàn)場執(zhí)行設備，同時又要使上級部門可通過互連網或者手機信息了解區(qū)域大棚的實時狀況?；贕PRS的農業(yè)大棚環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)使這些成為可能。
章：大棚物聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)概述
大棚監(jiān)控系統(tǒng)由計算機、溫室環(huán)境控制器以及傳感器（溫濕度傳感器、CO2傳感器、光照傳感器等）、外圍設備（加熱器、加濕器、風機、濕簾水泵、遮陽網、天窗、CO2發(fā)生器等）構成。溫室環(huán)境控制器實時監(jiān)測數據，并根據所設參數自動控制外圍設備工作，計算機和控制器之間采用RS485總線通訊，一臺計算機可以連接多個控制器。計算機實時讀取各控制器的數據（溫度、濕度、CO2、光照等）以及外圍設備的運行狀態(tài)，相關數據能夠顯示、存貯。系統(tǒng)具有采集間隔設置功能、遙控功能，采集功能、報警功能、查詢功能、統(tǒng)計功能、打印功能等。
1.1、系統(tǒng)簡介
智慧農業(yè)系統(tǒng)利用物聯(lián)網技術，可實時遠程獲取溫室大棚內部的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強度及圖像，通過模型分析，遠程或自動控制濕簾風機、噴淋滴灌、內外遮陽、頂窗側窗、加溫補光等設備，達到溫室大棚內環(huán)境比較適宜作物生長，為作物生長制造條件。同時，該系統(tǒng)還可以通過手機、PDA、計算機等信息終端向農戶推送實時監(jiān)測信息、預警信息、農技知識等，實現(xiàn)溫室大棚集約化、網絡化遠程管理，發(fā)揮物聯(lián)網技術在設施農業(yè)生產中的作用。本系統(tǒng)適用于日光溫室、連棟溫室等溫室。
1.2、系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)包括：傳感終端、通信終端、無線傳感網、控制終端、監(jiān)控中心和應用軟件平臺。
（1）傳感終端
溫室大棚環(huán)境信息感知單元由無線采集終端和環(huán)境信息傳感器組成。環(huán)境信息傳感器監(jiān)測空氣溫濕度、土壤水分溫度、光照強度、二氧化碳濃度等多點環(huán)境參數，通過無線采集終端以GPRS方式將采集數據傳輸至監(jiān)控中心，以指導生產。
（2）通信終端及傳感網絡建設
溫室大棚無線傳感通信網絡主要由如下兩部分組成：溫室大棚內部感知節(jié)點間的自組織網絡建設；溫室大棚間及溫室大棚與農場監(jiān)控中心的通信網絡建設。前者主要實現(xiàn)傳感器數據的采集及傳感器與執(zhí)行控制器間的數據交互。溫室大棚環(huán)境信息通過自組織網絡在中繼節(jié)點匯聚后，將通過溫室大棚間及溫室大棚與農場監(jiān)控中心的通信網絡實現(xiàn)監(jiān)控中心對各溫室大棚環(huán)境信息的監(jiān)控。
（3）控制終端
溫室大棚環(huán)境控制單元由測控模塊、電磁閥、配電控制柜及安裝附件組成，通過GPRS模塊與管理監(jiān)控中心連接。根據溫室大棚內空氣溫濕度、土壤溫度水分、光照強度及二氧化碳濃度等參數，對環(huán)境調節(jié)設備進行控制，包括內遮陽、外遮陽、風機、濕簾水泵、頂部通風、電磁閥等設備。
（4）遠程監(jiān)控系統(tǒng)
作為數據信息的補充，基于網絡技術和監(jiān)控信號傳輸技術，對溫室大棚內部作物生長狀況進行監(jiān)控。該系統(tǒng)由網絡型服務器、高分辨率攝像頭組成，網絡型服務器主要用以提供信號的轉換和傳輸，并實現(xiàn)遠程的網絡服務。在已有Internet上，只要能夠上網就可以根據用戶權限進行遠程的圖像訪問、實現(xiàn)多點、在線、便捷的監(jiān)測方式。
（5）監(jiān)控中心
監(jiān)控中心由服務器、多業(yè)務綜合光端機、大屏幕顯示系統(tǒng)、UPS及配套網絡設備組成，是整個系統(tǒng)的重要部分。建設管理監(jiān)控中心的目的是對整個示范園區(qū)進行信息化管理并進行成果展示。
農業(yè)溫室大棚管理系統(tǒng)利用物聯(lián)網技術，可實時遠程獲取溫室大棚內部的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強度及圖像，通過模型分析，遠程或自動控制濕簾風機、噴淋滴灌、內外遮陽、頂窗側窗、加溫補光等設備，達到溫室大棚內環(huán)境比較適宜作物生長，為作物生長制造條件。同時，該系統(tǒng)還可以通過手機、PDA、計算機等信息終端向農戶推送實時監(jiān)測信息、預警信息、農技知識等，實現(xiàn)溫室大棚集約化、網絡化遠程管理，充分發(fā)揮物聯(lián)網技術在設施農業(yè)生產中的作用。本系統(tǒng)適用于日光溫室、連棟溫室等溫室。
第二章：大棚監(jiān)控系統(tǒng)特點及功能：
農業(yè)大棚環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)由前端部分來完成對環(huán)境監(jiān)測的含量的監(jiān)測與匯總、轉換、傳輸等工作，監(jiān)測包括溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤濕度、CO2濃度等環(huán)境參數，這些監(jiān)測由數據采集終端使用不同的方法進行測量獲得一個準確的測量數據，此結果通過數據處理轉換后經由GPRS網絡向在線監(jiān)測數據平臺傳輸數據，在線監(jiān)測數據傳輸平臺來實現(xiàn)數據的接收、過濾、存儲、處理、統(tǒng)計分析并提供實時數據查詢等任務，當溫濕度超過設定值的時候，自動開啟或者關閉相關設備。整個系統(tǒng)可達到準確、實時的將真實的水產養(yǎng)殖環(huán)境信息展現(xiàn)在管理人員的面前。
2.1、系統(tǒng)特點:
穩(wěn)定性：選用數字傳感器、通信技術和軟件平臺穩(wěn)定性成熟。系統(tǒng)的軟硬件經過大量實際應用和嚴格測試，具有良好的穩(wěn)定性。
易用性：硬件設備安裝維護方便，軟件平臺界面友好，操作方便，易學易用。
擴展性：軟硬件采用模塊化設計，可擴充結構及標準化模塊結構，便于系統(tǒng)適應不同規(guī)范和功能要求的監(jiān)控系統(tǒng)。
◆ 農業(yè)大棚基地基本位于偏遠地區(qū)，因此采用覆蓋GPRS網絡高信號捕捉，是采用高增益天線，可達到網絡的正常運行。
◆ 可擴充性，支持主站設備、采集終端、傳感器等規(guī)模數量的平滑增加，不用修改應用程序。
◆ 易維護性，系統(tǒng)可對遠程數據采集終端執(zhí)行相應的遠程操作命令，包括遠程參數設置，遠程控制、遠程數據抄收、遠程終端復位、遠程終端軟件升級等。
◆ 操作簡易性：系統(tǒng)軟件功能完善，模塊化、圖形化設計，全過程全中文幫助，操作簡單方便。
◆ 價格相對比較低，該系統(tǒng)為大棚遠程環(huán)境監(jiān)控量身定制，考慮到農業(yè)大棚環(huán)境各個環(huán)節(jié)的業(yè)務需求，整體價格相對較低。
2.2、系統(tǒng)功能:
l 無線采集：運用當今的物聯(lián)網技術，實現(xiàn)了溫度傳感設備的無線采集，通過遠程電腦獲取數據，并通過監(jiān)控軟件進行分析、預警、自動打印。
l 組網傳輸：信號采用組網無線傳輸技術，克服距離障礙、信號無衰減，無串擾，穩(wěn)定性好。
l 遠程訪問：B/S架構，純.NET開發(fā)技術，遠程查看、操作控制，錄入可實現(xiàn)訪問。
l 實時監(jiān)控：采用自動化無線監(jiān)控功能，每天24小時實時監(jiān)控，減少了人工監(jiān)控可能出現(xiàn)的監(jiān)控不及時、不準確，設備長時間非正常運轉等問題。
l 報警功能：超過預設值系統(tǒng)自動報警，報警方式主要有聲音報警、手機短信報警、聲光報警等。各監(jiān)控點報警方式配置靈活，同一監(jiān)測點可以分時段、分人員報警，便于交接班管理。
l 測溫準確、安裝簡單：測溫范圍在-50℃ ～ 100℃內可任設，測量精度達±0.1℃，測量溫度準確度±0.2℃。數據無線上傳，不用單獨穿墻布線，安裝方便簡單。
l 自動開關控制：遠程自動控制系統(tǒng)開關，遠程調試設備狀態(tài)及參數。實現(xiàn)水泵、冷風機等設備啟停歷史記錄的查詢及頻率分析。
l 查詢簡單：系統(tǒng)提供歷史數據查詢、數據導出、圖表顯示、報表生成和打印等。
l 整體成本偏低：比傳統(tǒng)有線監(jiān)控成本較低，不用布線；克服傳統(tǒng)有線溫度監(jiān)控線路經常斷線、查線的麻煩問題，傳輸效率高。
l LCD顯示：控制顯示儀采用LCD大屏幕觸摸屏顯示，使顯示結果清晰明了。
l 管理靈活：系統(tǒng)支持多部門、多角色、自定義靈活管理。不僅可使每個部門管理自己部門的設備，也可使具有權限的人員來同時監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，使管理靈活方便。
第三章： 智慧農業(yè)大棚系統(tǒng)結構及組成
農業(yè)—溫室大棚無線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對影響農作物生長的環(huán)境傳感數據實時監(jiān)控調節(jié)，采集現(xiàn)場的傳感信號包括：空氣溫濕度、光照、土壤溫度、CO2濃度、土壤水分等，并實時準確的輸出指令控制包括大棚風機、微噴罐、滴灌、卷簾機、補光燈、CO2發(fā)生器、CO2風機等現(xiàn)場設備。同時支持遠程無線信息傳輸功能，可配攝像裝置，實現(xiàn)對現(xiàn)場農作物和環(huán)境真實狀況呈現(xiàn)。
本系統(tǒng)采用GPRS無線傳感網絡技術，擴展節(jié)點可自由擴展，節(jié)點上電可加入網絡，而不會對現(xiàn)行網絡造成影響。無線傳感器數據通過GPRS移動基站網絡實時傳輸到互聯(lián)網端任一臺計算機，亦可傳送到Web服務器提供網頁呈現(xiàn)數字化監(jiān)測。
本系統(tǒng)安裝、調試、使用便捷，用戶可以像搭積木一樣部署物聯(lián)網系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)便攜式，無線化，規(guī)?；?。
支持遠程計算機桌面軟件系統(tǒng)數據分析、控制、存儲、數字可視化呈現(xiàn)。
支持網頁（WEB）頁面實施監(jiān)測現(xiàn)場大棚環(huán)境，實現(xiàn)ANY TIME、ANY WHERE、ANY SYSTEM。
農業(yè)監(jiān)控—溫室大棚無線監(jiān)控系統(tǒng)采用物聯(lián)網典型三層架構設計：
Sensors + ZigBee/WSN + GPRS + 3G + Internet + PC/MP
系統(tǒng)架構說明：
溫室大棚無線監(jiān)測系統(tǒng)包含四層架構：傳感層、控制層、手機/互聯(lián)網層、應用層。
傳感層：包括 空氣溫濕度、光照、土壤溫度、CO2濃度、土壤水分等在內的多種傳感器信號的采集，支持多類型傳感器多接口外置，支持節(jié)點顯示屏呈現(xiàn)傳感器采集值。
控制層：根據服務器或手機端下達的控制指令，實時準備的控制現(xiàn)場的設備，包括大棚風機、微噴罐、滴灌、卷簾機、補光燈、CO2發(fā)生器、CO2風機等現(xiàn)場設備。
手機/互聯(lián)網層：該系統(tǒng)與中國移動手機基站連接，同時通過GPRS無線網絡以TCP/IP方式連接互聯(lián)網（GPRS網關作為TCP/IP協(xié)議的客戶端，監(jiān)控端計算機作為服務器端）。
應用層：計算機端應用軟件。支持WinForm版與Web版。數字化、可視化監(jiān)測傳感器節(jié)點及現(xiàn)場設備的啟停狀況。監(jiān)控端計算機可以通過局域網、3G、Wi-Fi、廣域網等方式，只要能連接上互聯(lián)網就行。本系統(tǒng)標配的上位機監(jiān)控軟件支持多個移動網關和以太網網關同時連接。若采用Web系統(tǒng)，則支持網頁可視化、數字化呈現(xiàn)現(xiàn)場狀況，且支持手機等移動終端實時查看傳感器數據并實時發(fā)出控制指令。
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