物联网监控方案样本.doc

农业物联网监控系统方案

北京旗硕基业科技有限责任公司
5月

目录
前言 - 3 -
1 中华人民共和国农业发呈现状 - 3 -
2 物联网技术在农业应用中意义 - 4 -
3 物联网系统设计方案概述 - 7 -
3.1 系统设计原则 - 7 -
3.2 系统功能特点 - 7 -
3.3 系统构成 - 8 -
3.4 系统示意图 - 8 -
4 物联网系统功能 - 9 -
4.1 环境信息采集系统 - 9 -
4.2 视频监控系统 - 11 -
4.3 液晶拼接大屏幕系统 - 11 -
4.4 智能控制系统 - 13 -
4.4．1 温度控制 - 14 -
4.4．2 通风控制 - 14 -
4.4．3 喷雾控制 - 14 -
4.4．4 肥水自动灌溉控制系统 - 15 -
4.5 物联网监控管理平台 - 16 -
5 项目需求及方案设计 - 20 -
5.1项目需求 - 20 -

前言
物联网信息技术在被评为将来变化世界十大技术之一，是继互联网之后又一次产业升级，是十年一次产业机会。总体来说，物联网是指各类传感器和既有互联网互相衔接新技术，物物相连，互相感知，若干年后，地球上每一粒沙子均有也许分派到一种拟定地址，它各种状态、参数可被感知。
8月温家宝总理在无锡提出“感知中华人民共和国”，物联网开始在中华人民共和国受到政府注重和政策牵引。
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“构建下一代信息基本设施”中明确提到：推动物联网核心技术研发和在重点领域应用示范。
在第五章“加快发呈当代农业”第二节“推动农业构造战略性调节”中提出：加快发展设施农业，推动蔬菜、水果、茶叶、花卉等园艺作物原则化生产。提高畜牧业发展水平。增进水产健康养殖。推动农业产业化经营，增进农业生产经营专业化、原则化、规模化、集约化。推动当代农业示范区建设。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，做大做强当代种业。加强高效栽培、疫病防控、农业节水等领域科技集成创新和推广应用，实行水稻、小麦、玉米等重要农作物病虫害专业化统防统治。加快推动农业机械化，增进农机农艺融合。发展农业信息技术，提高农业生产经营信息化水平。
物联网信息技术与当代农业结合更加是国家重点推动核心示范应用。

1 中华人民共和国农业发呈现状
国内是农业大国，而非农业强国。近30年来农业高产量重要依托农药化肥大量投入，大某些化肥和水资源没有被有效运用而随处弃置，导致大量养分损失并导致环境污染。国内农业生产依然以老式生产模式为主，老式耕种只能凭经验施肥灌溉，不但挥霍大量人力物力，也对环保与水土保持构成严重威胁，对农业可持续性发展带来严峻挑战。
国内人口占世界总人口22%，耕地面积只占世界耕地面积7%，随着经济飞速发展，人民生活水平不断提高，资源短缺，环境恶化与人口剧增矛盾越来越突出。特别是国内加入世贸组织后，国外价格低廉优质农副产品源源不断流入国内，这对国内农产品市场构成极大威胁。因而，如何提高国内农产品质量和生产效率，如何对大面积土地规模化耕种实时信息技术指引下科学精准管理，是一种即前沿又当务之急科研课题。而现状是，粗放管理与滥用化肥，其低效益和环境污染令人惊叹。
老式农业产生物质技术手段落后，重要依托人力、畜力和各种手工工具以及某些简朴机械。在现实中重要存在问题是：
（1） 农业科技含量、装备水平相对滞后
（2） 农业生产存在污染和挥霍，据农业、水利部门测算，国内每年农业所消耗化肥、农药和水资源量都在飞速增长，数据惊人，农业污染问题困扰着不少乡村，不少农民群众饮水安全受到影响
（3） 农业产出少、农民收入低
（4） 农产品品种少
2 物联网技术在农业应用中意义
当前，国内大多数农业生产重要依托人工经验管理，缺少系统科学指引。设施栽培技术发展，对于农业当代化进程具备深远影响。设施栽培为解决国内城乡居民消费构造和农民增收，为推动农业构造调节发挥了重要作用，温室种植已在农业生产中占有重要地位。要实现高水平设施农业生产和优化设施生物环境控制，信息获取手段是最重要核心技术之一。物联网信息技术在农业领域中有着广泛应用。咱们从农产品生产不同阶段来看，无论是从种植哺育阶段和收获阶段，都可以用物联网技术来提高它工作效率和精细管理。详细有如下社会经济效益。
1、增进农业三个方面发展：
l 增产增收
有关资料表白，在可自动控制室内温度、湿度、灌溉、通风、二氧化碳浓度和光照温室中，每平方米温室一季可产番茄30kg~50kg，黄瓜40kg，相称于露地栽培产量10倍以上。其她各类作物在这种环境下产量也将得到明显提高。

l 节约能源
无线传感器网络可以精确采集温室、叶温、地温、湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧化碳浓度、风向、风速一季作物生长状况等参数，并将室内问、光、水、肥、气等诸多因素综合直接协调到最佳状态，据计算，可有效节水、节肥、节药，使整体能耗减少15%~50%。

l 作物多样化
无线传感器对室温生产环境改进，可以使得某些在此前耕作条件下较难种植作物得以生长，并为新品种作物哺育提供更好条件，这有利利于推广高附加值得经济作物，提高单位面积农业经济产值，增进农门增产增收。
2、社会经济效益：
（1）合理施用化肥，减少生产成本，减少环境污染
采用因土、因作物、因时全面平衡施肥、彻底扭转老式农业中因经验施肥而导致三多三少（化肥多，有机肥少；N肥多，P、K肥少；三要素肥多，微量元素少），N、P、K比例失调状况，因而有明显经济和环境效益。
（2） 减少和节约水资源
当前老式农业因大水漫灌和沟渠漏对灌溉水运用率只有40%左右，而物联网技术可自由作物动态监控技术定期定量供应水分，可通过滴灌微灌等一系列新型灌溉技术，使水消耗量减少到最低限度，并能获取尽量高产量。
（3） 节本增效，省工省时，优质高产
采用精准播种，精准收获技术，并将精准种子工程与精准播种技术有机结合起来，使农业低耗、优质、高效成为现实。在普通状况下，精准播种比老式播种增产18%~30%，省工2~3个小时。
（4） 使农作物物质营养得到合理运用，保证了农产品产量和质量
通过各类传感器和智能控制设备，对农作物生产过程进行动态监测和控制，并依照其成果采用相应办法。
综上所述，物联网信息技术能大大提高生产管理效率，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，其工作量相称庞大且难以管理，如果应用了物联网技术，手动控制也只需点击鼠标微小动作，先后但是几秒，完全代替了人工操作繁琐；），并且能非常便捷为农业各个领域研究等方面提供强大科学数据理论支持，其作用在当今高度自动化、智能化社会中是不言而谕。农业示范园区作为最新农业技术应用与推广载体，是当代农业集中体现，是当代信息技术在农业中最先应用场合。

将来工作愿景

3 物联网系统设计方案概述
3.1 系统设计原则
从需求状况分析系统，制定设计原则，以指引咱们方案设计：
l 先进性原则
采用先进设计思想，选用先进软硬件设备，保证项目整体在将来一定期期内技术领先性。
l 开放性原则
方案设计及选型遵从国际原则及工业原则，使项目具备高度开放性和所提供设备在技术上兼容性。
l 可扩展性原则
项目设计在充分考虑当前状况同步，必要考虑到此后较长时期内业务发展需要，留有充分升级和扩充也许性。
l 可靠性原则
项目设计必要贯彻可靠性原则，使系统具备很高可用性。
l 经济合用性原则
在考虑必要扩展性原则下，使用功能适度软硬件产品。
3.2 系统功能特点
l 超低功耗，节能环保
低功耗设计，采用太阳能供电方式完全可以满足大某些设备需要。
l 采用下一代网络——物联网新技术
采用最先进物联网技术，具备自组网、自愈合、云端计算等全新功能。
l 采用无线技术
采用Zigbee,3G等无线技术，安装以便，携带以便，减少建设成本、减少改导致本，避免了布线带来火灾隐患，突破了有线只能在本地计算机进行查看和浏览劣势，顾客可以突破时间和地区限制，随时随解决解生产现场状况。
l 各种显示方式
采用LED显示屏，液晶电视，电脑，手机等不同显示方式，适合在示范园区不同地方使用，充分体现当代农业与当代光电信息技术融合。
l 完全自动化
既有大型农业生产公司、农业示范园区信息化改造，用自动化技术手段代替了顾客既有定期数据采集工作，提高了数据采集精确度和可靠度，让顾客可以将精力专注在数据分析和整顿上。
3.3 系统构成
针对当代农业需求而开发自动化系统整体解决方案，重要涉及三个某些：信息采集、设备自动控制、信息发布与智能解决构成。信息采集涉及温室空气温湿度信息监测、土壤信息监测、视频信息采集等。设备控制涉及温室风机控制、湿帘电机控制和遮阳板电机控制等。信息发布与数据解决涉及LED信息发布系统、中央控制室管理平台和意外信息手机报警解决等功能。
3.4 系统示意图
如下为示范园区物联网系统拓扑构造图：

4 物联网系统功能
4.1 环境信息采集系统
重要是前端传感器、采集仪等硬件设备，通过后端蔬菜生长环境信息监测管理系统软件，实现农业环境信息在线管理与控制。工作原理图如下：

农用通（一体化采集仪）
采集系统提供功能涉及：
Ø 环境监测
ü 空气温度
ü 空气湿度
ü 土壤温度
ü 土壤湿度
ü 光照强度
ü 二氧化碳浓度
Ø 报警功能
ü 短信报警
ü 邮件报警
Ø 实时抓拍图片（可选）
Ø ……
以育苗智能温室为例，如下图：

4.2 视频监控系统
作为管理农业生产人员而言，仅仅数值化物物相联并不能完全营造作物最佳生长条件。视频与图像监控提供了更直观表达方式。例如：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。应当灌溉到什么限度也不能死搬硬套地仅仅依照这一种数据来作决策。由于农业生产环境不均匀性决定了农业信息获取上先天性弊端，而很难从单纯技术手段上进行突破。视频监控引用，直观地反映了农作物生产实时状态，引入视频图像与图像解决，既可直观反映某些作物生长长势，也可以侧面反映出作物生长整体状态及营养水平。可以从整体上给农户提供更加科学种植决策理论根据。

监控界面
4.3 液晶拼接大屏幕系统
液晶拼接大屏幕系统涉及拼接单元组合墙体、图形控制器、大屏控制管理软件、接口设备、专用线缆等单元。
随着农业示范园区、生产公司规模化发展，依赖普通液晶显示屏已不能满足管理者对区域内进行多方位、多点监控，各类农业信息也无法实既有效汇聚和展示。而液晶拼接大屏幕系统通过超窄边液晶拼接技术，可以做到不同尺寸液晶单元组合，解决此类问题，同步也对农业园区和公司自身形象宣传有着重要意义。

实例图
4.4 智能控制系统
依照环境参数采集系统获取数据，以及各类作物适当环境参数，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控制网络。详细涉及如下设备：
1、 实现远程自动（手动）灌溉
2、 实现远程自动（手动）排风
3、 实现远程自动（手动）加湿
4、 实现远程自动（手动）遮阳帘控制（可选）
5、 实现远程自动（手动）温度控制
6、 实现温室、路灯等各种灯光远程控制
7、 其他设备控制……

系统拓扑图
4.4．1 温度控制
自动降温：
夏季采用自然和强制通风降温方式进行降温。由监控仪依照目的温度与实际室温偏差以及室温变化率进行模糊计算。
先启动顶开窗系统进行自然通风调节温室内温度，通过时间判断后，如果温度值还不能减少，再启动侧窗系统。
如自然通风不能减少温室内温度值，则由电脑关闭自然通风，采用强制通风方式来控制室内湿度。
强制通风：通过延时计算关闭天窗，另一方面关闭侧窗。
启动湿帘外翻窗，然后启动风机，进行温度判断，如果温度还下不来，则启动湿帘水泵，如温度还降不下来，则计算机会启动温度过高报警，提示顾客需增长降温设备。
阐明：上面所有控制过程都配有延时和稳定判断时间和动作稳定期间，以保证温室设备不频繁进行启动关闭动作。更好保护温室。
自动升温：
冬季采用暖气加温或地源热泵中央空调系统方式，由监控仪依照目的温度与实际室温偏差以及室温变化率进行模糊计算，通过调节暖气恒温阀开合度来控制室内温度。
4.4．2 通风控制
自动控制：由室内传感器采集温室内部上、中、下三部温度值来进行模糊计算出温室内温差值，如果温差值过大，则自动启动循环风机。
同步采集温室内湿度值，如果湿度值偏差过大，也自动启动循环风机，以平衡温室内湿度偏差值。
手动控制：新风换气机可由电脑操作人员通过控制进行人工操作，也可以进行定期通风来达到通风换气目。
4.4．3 喷雾控制
自动控制：计算机内部有一套依照室内湿度传感器值，与设定目的值进行对比，如高于设定目的值，则自动关闭喷雾阀门。如低于设定目的值，则自动打开喷雾阀门。
定期控制：轮灌方式，可设定在某个时间段，进行灌溉方式，可每个小时，灌溉一次，同步也可设定灌溉次数。有效保护了水泵，同步也使土壤更好吸取水分。
4.4．4 肥水自动灌溉控制系统
在控制工程方面，采用稳定工业PLC作为控制核心，采用高性能矢量变频器作为水路恒压控制核心，对灌溉、施肥、喷药实行调节控制，实现节能、长时间无人值守安全全自动控制，计算机内部有一套依照土壤湿度传感器采集值，与设定目的值进行对比，如高于设定目的值，则自动关闭灌溉阀门。如低于设定目的值，则自动打开灌溉阀门。

轮灌方式，可设定在某个时间段进行灌溉方式，可每个小时灌溉一次，同步也可设定灌溉次数。有效保护了水泵，同步也使土壤更好吸取水分。

4.5 物联网监控管理平台
重要功能模块如下：
1、首页视图
首页视图展示了环境监控平台整体操作界面和使用环境。

2、功能栏：
通过顾客名和密码进入到平台后，可看到“实时监测”、“智能决策”、“数据报表”、“系统管理”、“系统告知”和“视频监控”功能栏。

3、实时监测：
在实时监测某些，客户可以集中式查看现场最新环境参数。并可在当前页面进行控制调节，极大地以便了顾客操作。

4、智能决策
顾客可以对室内环境进行上下限设立，并可以选取响应方式，并可在平台查看各种报警数据。

5、远程控制
通过管理平台，可以对现场设备实现远程手动控制。

6、变化曲线
在变化曲线某些，客户可以看到设备相应时间段历史数据生成曲线图，更直观反映监测环境变化。

7、历史数据
通过事先设定好采集发送时间间隔，可查看以往所有采集时间点环境信息记录。

8、系统管理

9、系统告知

10、视频监控

5 项目需求及方案设计
5.1项目需求
运用各种传感器，通过无线、有线网络等技术，实现远程实时监测温室内作物生长环境变化和动态状况，为管理者提供各类数据根据，有效改进作物生长环境，提高作物产量和品质，提高公司管理效率和水平。以一种温室为例，布置如下：