智慧农业解决方案.docx

智慧农业解决方案

目录
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

前言

“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。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的复苏提供技术动力。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的研究，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的政策措施。
我国是一个农业大国，又是一个自然灾害多发的国家，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的好坏、及时与否对于农作物的产量、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的指导意义，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的重要组成部分，是农业发展的必然阶段，是新时期农业和农村发展的一项重要任务，是实现国民生计的大事。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与大市场的对接，已经成为农业发展的一项重要任务。

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，精准农业中的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的地表检测，收集温度、湿度、风力、大气、降雨量，有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤pH值等信息的监测。
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，对农作物温室内的温度，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)。

方案整体示意图

方案概述

方案概述
本方案针对智能农业大棚，采用目前先进的无线传感技术，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的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的光载无线交换机，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，远距离覆盖的目的。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），配合控制中心的智能控制软件，对远端采集的各种信号进行分析和汇总，自动控制和开启相关设备，对农作物的生长环境进行精确调节，以达到智能，自控，高效，高产的目的。
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：系统可根据配置的温湿度无线传感器，实时监测大棚内部空气的温度和湿度。
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的湿度。
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的检测，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的画面，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的显示器上看到温室内部的实时画面，又可以通过PC机远程访问的方式来观看温室内部的实时画面。
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，为植物提供充足的二氧化碳。
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) 局域网远程访问与控制功能：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的执行器件，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，了解大棚内部环境的各项数据指标（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的参数（温度、湿度、光照度等）进行设置，以满足自动控制的要求。用户既可以直接操作网关界面上的按钮来完成系统平衡参数的设置，又可以通过PC机或手机远程访的方式完成参数的设置。
13) 显示实时数据曲线：实时趋势数据曲线可将系统采集到的大棚内的数据以实时变化曲线的形式显示出来，便于观察系统某时间段内整体的检测状况。
14) 显示历史数据曲线：可显示出大棚内各测量参数的日、月、年参数变化曲线，根据该曲线可合理的设置参数，可分析环境的变化对植物生长的影响。

系统功能总体描述
（1） 温室灾害性气候无线预警：通过密集分布的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的温湿度，棚内光照度，空气中的CO2含量等数据，并将数据实施通过WIFI传输到控制中心。控制中心的软件中已经预设各种数据的临界范围值，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的低温，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的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的正常值之后，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，节约用水的目的。
（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，实现集群式的光照度和CO2环境数据采集和控制。通过手动或者自动控制遮阳棚，进/排气扇的启动和关闭，可以有效地成片控制温室大棚内的光照度和空气，以达到农作物最为适宜的光照和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的实时生长环境参数：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，给出了各种参数值的范围和理想值，以及针对各种问题的指导意见和解决问题的详细操作指导。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。部署在现场的无线视频头也可以提供实时的大棚内农作物的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。

网络传输平台设备配置清单
按照一个标准的农业大棚（单体大棚）的尺寸150m*10m*6m(长*宽*高)，要实现无缝的无线WIFI覆盖，
飞瑞敖建议采用如下的覆盖方式，即用4个AP覆盖1个大棚，覆盖半径大约为18米，802.11b所能支持的最大速率可以达到11 Mbit/s，而802.11g在此覆盖距离下速率可以达到48 Mbit/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。

按五个标准大棚的设备配置清单：
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，支持远端信号发射与接收
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：14800pps 100Mbps:148800pps
传输模式：全双工/半双工自适应
网络标准：IEEE 802.3,IEEE 802.3u,IEEE 802.3x
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
信息精准采集
无线传感器网络由具备各种感知功能的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的采集和控制命令的转发。传感器的数据上传通过Zigbee通信方式发送模块传送到Zigbee中心节点上，省去了通讯线缆的部署工作。ZigBee中心节点再经过ZigBee网关将传感器采集到的数据上传到WiFi远端天线模块， 通过光纤将数据传回中心控制室的光载无线交换机，进入本地的控制和管理局域网。用户可以通过有线网络/无线网络访问系统业务平台，实时监测大棚现场的传感器参数，控制大棚现场的相关设备。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
数据可靠传输
数据传输包括通过ZigBee网关采集到的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的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，通过无线的方式发送到飞瑞敖光载无线交换机的远端天线模块，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，实现信息的上传。另外，系统自动产生的控制命令以及人工发出的控制命令，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组网的各个智能控制终端（如无线智能电源插座，无线智能电磁阀等），进而实现大棚的自动控制和智能化。
广州飞瑞敖电子科技
有限公司
北京邮电大学
联合研发

第三代WiFi网络
工业无线局域网
物联网信息平台
无线信号源
本地化
混合传输
WiFi与2G3G
网络带宽
可重构
三大核心优势

光载无线交换机是由广州飞瑞敖电子科技有限公司与北京邮电大学联合研发的第三代WiFi网络交换机。该产品将WiFi信号的产生、处理集中于内部（中央机房），以光纤实现大范围（200到5000米）分布，通过远端天线完成信号覆盖及双向传输。该产品可混合传输WiFi与2G3G4G以及其他无线信号，可为使用者节省大量的无线网络建设投资，避免重复施工，并极大地提高网络建设速度。

无线信号源本地化的优势

光载无线交换机典型应用组网

智能远程控制
智能远程自动控制系统主要由一体化控制平台与软件、智能终端执行设备和传输网络组成，通过一体化控制器可以自由控制各种农业生产执行设备，包括加热/加湿/喷淋系统/光照卷帘/风机等设备。控制软件通过对采集与记录下来的空气温湿度、土壤温湿度、光照度等传感信息做分析和统计，可动态显示传感数据变化曲线，对传感数据与规定值进行比较，当超过规定值时发出控制指令，自动控制喷淋、通风、加热、加湿、卷帘等设备工作。当大棚内相关参数值回到规定值后，控制平台会向智能终端设备发出停止工作指令。用户也可通过手机连接GPRS/3G网络进行远程控制。

无线控制智能插座 无线控制智能电磁阀

16