智慧农业实训方案

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1、智慧农业系统方案版2014年3月7日上海企想信息技术有限公司目录1. 前言3方案背景3设计内容42. 系统结构5软件结构5硬件结构6采集传感器6远程视频监控7小型气象站7无线传输7智慧农业管理平台73. 功能描述8棚内环境采集模块 8模块功能8模块配置9棚外气象采集模块10模块功能10模块配置11实时视频采集模块11模块功能11模块配置11集成控制模块12模块功能12模块配置134. 实验列表131. 前言方案背景巩固农业基础、实现农业现代化，一直是我国现代化建设的重要目标和重点任务。加快发展 现代农业，既是转变经济发展方式、全面建设小康社会的重要内容，也是提高农业综合生产能力、 增加农民收入

2、、建设社会主义新农村的必然要求。党和国家高度重视农村农业信息化建设，中央 1号文件连续6年明确指出，要加快推进农村信息化建设工作。2012年4月，国务院发布全国现 代农业发展规划，这是新中国成立以来的首次，具有重要标志性意义：标志着党中央、国务院 在“三化同步”中高度重视农业现代化；标志着发展现代农业从理念要求变成了实际举措；。“十二 五”将成为推进现代农业发展的重要时期。规划从加快转变农业发展方式的关键环节入手， 明确提出了完善现代农业产业体系和改善农业基础设施和装备条件等事关现代农业发展全局的 八项重点任务。完善现代农业产业体系，最突出的标志之一就是大力发展设施农业。而引领现代 农业发展的

3、智能温室的建设成为推动和持续发展现代设施农业最有效的途径之一。智能温室的 建设引入集物联网、计算机科学、信息处理、控制工程、农业生物学、环境科学等于一体的多元 化综合性技术和自动化控制设备，通过传感器实时采集、监测和分析温室内温度湿度、光照强度、 土壤水分、二氧化碳等影响作物生长的环境信息，建立温室智能化管理系统，调整温室大棚内生 长因子达到作物最佳生长状态，提高作物品质，增加作物产量。实现农业集约、高产、优质、高 效、生态、安全的重要支撑，进一步加速农业向现代集约型、智能型农业的转变，有效提升农业 产业化经营和管理的水平。同时也为农业和农村经济转型、社会发展提供“智慧”支撑。智慧农业 是农业

4、生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联、云计算和物联网技术为一体，依托部署 在农业生产现场的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等）和无线通信网络 实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提 供精准化种植、可视化管理、智能化决策。基于Zigbee技术的智慧农业解决方案，成本低廉，是一般人都能负担的价格；控制更简单， 让每一位刚接触的人都能轻松使用；功耗更低、组网更方便、网络更健壮，给您带来高科技的全 新感受。您的温室大棚规模越大，基于Zigbee技术的智慧农业解决方案在使用中，要准确及时地 操控所有设备，最值得关注的应该就是网络信号的

5、稳定性。鉴于温室大棚的网络覆盖区域比较广 泛，我们贴心为您呈现物联无线组网！智慧农业能有效连接物联Internet通信网关和超出物联 Internet通信网关有效控制区域的其它Zigbee网络设备，实现中继组网，扩大覆盖区域，并传输 网关的控制命令到相关网络设备，达到预期传输和控制的效果。基于先进的Zigbee技术，物联无 线中继器无需接入网线，就可自行中继组网，扩散网络信号，让您的网络灵活顺畅运行，保障您 的所有设备正常运行。设计内容农业作为关系着国计民生的基础产业，其信息化、智慧化的程度尤为重要。物联网技术在农 业生产和科研中的引入与应用，将是现代农业依托新型信息化应用上迈出的一大步，可以

6、改变粗 放的农业经营管理方式，确保农产品质量安全，从而引领现代农业的发展。通过物联网智能温室 的应用，可实现传统农业向现代化农业的转变、有效提高农业综合生产能力、强化农产品质量安 全管理、提高农产品质量安全水平、提高农业产业化程度。2. 系统结构软件结构图2-1智慧农业软件系统结构图智慧农业管理系统是利用各类传感器采集温室内光照、温度、湿度、土壤含水量、二氧化碳 等作物生长所必须的环境因子的数据，通过无线网络传输到智能温室管理控制平台，进行数据的 存储、分析比对系统设定的数据阀值，自动控制温室的卷帘、通风、浇灌等设备，使温室内环境 保持在适宜作物生长的条件下；视频系统是利用温室内安装的高清变焦

7、智能球机，对温室内作物 进行全方位视频采集和监测，农业专家利用温室内视频图像根据温室大棚内作物生长情况，远程 对温室作物科学施肥、病虫害防治等进行指导和帮助，实现园区温室种植的集约化、科技化、现 代化。硬件结构图2-2智慧农业硬件系统结构图采集传感器农业生物与环境信息的采集和农业设施的智能化、自动化，是设施农业有别于传统农业 的核心技术之一。智能温室控制的基础首先要通过传感器进行环境参数的采集，传感器的选 择对于获取数据的准确性和功能性非常关键。温室控制对于传感器的精度要求不高，但是温 室特殊的高温、高湿度和培养液的高腐蚀性对于传感器的功能性要求很高，既需要能长期耐 高温、耐高湿、耐腐蚀的传感

8、器。远程视频监控现代化农业的一个突出表现是智能化培育控制。随着温室种植规模的不断发展和扩大，无线网 络技术和远程视频信号技术发展，视频监控图像信息作为温室内数据信息的有效补充，对温室内作物 进行全方位视频采集和监测，农业专家利用温室内视频图像根据温室大棚内作物生长情况，远程对温 室作物科学施肥、病虫害防治进行指导和帮助，为温室的安全、管理、效益提供有力的保障。小型气象站天气预报是重要和首要的现代农业信息之一。小型气象站能够对温室园区小环境的风速、风向空气温度、空气湿度等气象要素进行全天候现场监测。智慧农业管理平台根据气象站提供的天气环境， 提前调节控制温室设备，做到科学管理、防灾减灾。Zigb

9、ee无线传输温室种植是农业生产的一种重要方式，提高其信息化、自动化水平对加快农业现代化步伐具有重 要意义。随着网络和通信技术的发展，无线网络凭着功耗低、安全可靠、建设成本低廉等众多优点成 为各种控制的首选网络，在农业自动化得到广泛的应用。智能温室采用混合组网，底层为多个ZigBee 监测网络，负责监测数据的采集。每监测网络采用星型结构，网关节点作为每个监测网络的基站。网 关节点具有双重功能：一是充当网络协调器的角色，负责网络的自动建立和维护、数据汇集；二是作 为监测网络与监控中心的接口，与监控中心传递信息。此系统具有自动组网功能，无线网关一直处于 监听状态，新添加的无线传感器节点会被网络自动发

10、现，这时无线路由会把节点的信息送给无线网关， 由无线网关进行编址并计算其路由信息，更新数据转发表和设备关联表等。智慧农业管理平台智慧农业管理平台是温室智能化控制系统的核心，对温室内各类信息进行存储、管理；提供阀值 设置功能；提供智能分析、检索、告警功能；提供温室大棚内视频的展示插件和管理接口；提供控制 温室大棚设备的命令管理。工作人员可以通过人机交互系统了解温室大棚内的情况，并可以通过人机 交互系统对控制系统发人工指令，远程控制温室大棚的控制系统，设定控制主机的智能控制工作实现 24小时无人值守；智慧农业管理软件系统界面直观人性化、信息全面操作简单。3. 功能描述一般情况下，智慧农业系统包含以

11、下模块：88棚内环境采集模块gg棚外气象采集模块88实时视频采集模块88集成控制模块后文将以每个子系统的方式，逐个进行介绍。棚内环境采集模块模块功能1. 空气温湿度光照采集棚内配有多个温湿度光照传感器节点，并且将这些节点进行编号和注释。传感器会按照指定间隔采集温度、湿度、光照值，并通过Zigbee网络主动上传到中央服务器上去。2. 土壤温湿度采集通过传感器节点上配有的传感器插针插入到土壤中，对土壤的温度、湿度（含水量）进行采集，并通过Zigbee网络主动上传到中央服务器上去。3. CO2浓度采集棚内均匀分布有CO2浓度传感器，对CO2浓度进行采集，并通过Zigbee网络主动上传到中央服 务器上

12、去。4. 实时曲线对于系统采集到的各种环境参量，在管理平台上进行查看。查看方式有实时值查看、实时曲 线查看。5. 历史数据存储对于采集到的各种数值，在服务器上都会在数据库中进行存储，以便后期进行搜索查看（可 通过列表，曲线等方式进行查看）。查询结果还支持Excel、报表导出等。6. 参量超阈值预警用户可在系统中对各种参量的一个正常范围进行设置，当采集到的参量持续超出这个范围时， 系统会进行报警操作，以及进行一些自动调节控制。模块配置序号设备名称设备参数数量1A8网关CPU 处理器：Samsung S5PV210，基于 CortexTM-A8运行主频1GHzDDR2RAM： 512MB， 32b

13、it数据总线，单通道，运行频率200MHz FLASH闪存SLC NAND Flash: 512MB（标配）/1GB（可选）操作系统支持：基于内核WindowsCE）12智能温湿度传感控制模 块温度传感器测量精度：土。C（25C）；温度传感器测量 范围：-40C；湿度传感器测量精度：土；温度传感 器测量范围：0100%RH；工作湿度：80% （不结露）。 内置智能传感器处理器：MSP430F5638，基于IEEE1451 协议与通信模块通信，开放软、硬件设计资源；直流工 作电源：310V/0100mA；23智能光照传感控制模块测量范围：0300Klux；测量精度：5%；光照传感器 工作温度：-

14、25C+80C；工作湿度：80% （不结露）。 内置智能传感器处理器：MSP430F5638，基于IEEE1451 协议与通信模块通信，开放软、硬件设计资源；直流工 作电源：310V/0100mA；24智能CO2传感 控制模块量程：050000ppm，分度：1 ppm。内置智能传感器处 理器：MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模块通 信，开放软、硬件设计资源；直流工作电源：310V/0 100mA；25智能土壤温度传感控制模块温度传感器测量精度：土。C(25C)；温度传感器测量 范围：30+70C；内置智能传感器处理器：MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信

15、模块通信，开放软、硬件设计资源；直流工作电源：310V/0100mA；26智能土壤湿度传感控制模块湿度传感器测量精度：土；温度传感器测量范围：0 100%RH；工作湿度：W80% (不结露)。内置智能传感 器处理器：MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模 块通信，开放软、硬件设计资源；直流工作电源：3 10V/0100mA；27无线通信控制器采用ABS塑料外壳。通信协议符合国际标准智能传感器 协议IEEE1451-2。通信模块芯片TICC2530，陶瓷天线； 主控处理器低功耗ENERGY MICRO处理器EFM32GXX,软件： 国际智能传感协议，协议栈：符合ZigBee20

16、07或 ZigBeePRO规范，套件提供的样例程序实现了无线通信 节点的动态组网及传感数据采集传输。无线通信控制器 与智能传感控制器通过可靠的欧式插座互联，配上电源 模块组成完整的智能传感器节点。外型：开模具塑料产 品外壳，带电池仓，可4节干电池供电或锂电池供电。10棚外气象采集模块模块功能1. 风速风向采集棚外配有建议气象站，可对棚外即时风速和风向进行较准确的测量，此值被定时地主动地通 过Zigbee网络主动上传到中央服务器上去。2. 温湿度采集棚外配有温湿度传感器节点。传感器会按照指定间隔采集温度、湿度值，并通过Zigbee网络 主动上传到中央服务器上去。3. 恶劣天气播报在用户设置好大棚

17、所在地后，系统会通过Web服务到中央气象局提供的接口中读取天气预报。当遇到恶劣天气环境时，系统会通过本地气象站进行确认，然后将相关控制对象关闭，并通知给 用户。模块配置序号设备名称设备参数数量1简易气象站测量范围070m/s 0360精度() m/s 土6(土 3)最大回转半径90mm 365mm分辨率 ()起动风速W 0工作电压5V12V 5V12V工作电流10mA 20mA (或2 3mA)工作环境温度-60C50C湿度W100%RH12智能温湿度传感控制模块温度传感器测量精度：土C(25C)；温度传感器测量范围： -40C；湿度传感器测量精度：；温度传感器测量范围：0 100%RH；工作

18、湿度：W80% (不结露)。内置智能传感器处理2器：MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模块通信，开放 软、硬件设计资源；直流工作电源：310V/0100mA；3无线通信控制器采用ABS塑料外壳。通信协议符合国际标准智能传感器协议 IEEE1451-2。通信模块芯片TICC2530，陶瓷天线；主控处理 器低功耗ENERGY MICRO处理器EFM32GXX,软件：国际智能传感 协议，协议栈：符合ZigBee2007或ZigBeePR O规范，套件提供 的样例程序实现了无线通信节点的动态组网及传感数2实时视频采集模块模块功能1. 远程视频监控棚内配有24个带云台可进行360。旋

19、转的网络摄像机，其视频清晰度为720P。用户不管在个 人电脑旁，还是使用智能手机均可方便地通过视频查看现场情况；农业专家也可通过该视频观察 现场作物情况，获取作物长势、植物病虫害外观等信息。2. 定时自动截图在系统中，用户可设置网络摄像头每隔一段时间或在固定时间点进行自动截图。通过自动截 图，可将作物每过一段时间的情况保留下来，可留作统计分析之用。3. 安全侦测当用户不在大棚内时，摄像机可设置为布放模式。当有人意外进入或进行恶意破坏时，系统将通知到用户，并截留报警时的视频以作为证据。模块配置序号设备名称设备参数数量1网络摄像头ARM: W90N745； sensor： OV7725；操作系统：

20、嵌入式操 作系统；压缩方式：Motion-JPEG-N；帧频率：25fps； 分辨率：VGA(640*480), QVGA(320*240), QQVGA(160*120)；图象调整：亮度，对比度可调.最低 照度：；信噪比：48DB (自动增益关)；快门： 1/50s(1/60s) -1/100，000s；白平衡：自动白平衡； 背光补偿：自动背光补偿；夜视：O5mm11颗LED灯 夜 视10米,ir cut自动切换。标配： M12接口；处理器： 双向语音(内置MIC或者外接)；音频增益：自动音频 增益控制(AGC)；云台控制：内SRS485控制水平270 度，垂直90度；网络接口： RJ-45

21、 10/100Mb自适以太 网接口；支持网络协议：TCP/IP、HTTP、ICMP、DHCP、 FTP、SMTP、PPPoE等；无线：WIFI，；支持IP地址：静 态IP地址、动态IP地址、PPPOE拨号，支持P2P技术2集成控制模块模块功能1. 各控制对象控制系统集成了棚内各种控制对象。在自动控制功能未开启时，用户在系统中可进行手动控制， 并通过实时反馈回来的数据查看效果；而在自动控制功能开启时，系统会根据各种参量的实时值， 比对用户在系统中设置的阈值，如果超出阈值范围，则进行一些既定控制。2. 温湿度自动控制棚内温湿度的变化对植物的生长起着至关重要的作用。系统通过安装在空中的温湿度传感器

22、的实时感测棚内温湿度值，然后通过开关风机、开关喷灌设备进行调节。3. 土壤温湿度自动控制植物的良好生长需要土壤具体合适的温湿度。系统通过埋入土壤深处的土壤温湿度传感器实 时监测土壤温湿度变化，系统通过控制喷淋设备来改善土壤温湿度条件。4. 光照强度自动控制植物在生长过程中，不同时期需要不同强度、不同长度的光照。系统通过控制遮阳帘以及LED 补光灯对植物接收到的光照强度进行控制。根据光照强度传感器节点采集到的光照值，当光照较 弱时，系统自动打开遮阳帘，光照仍然不足时，打开LED补光灯并调节到合适亮度，来补充光照； 当光照较强时，则系统自动关闭遮阳帘。5. CO2浓度自动控制植物进行光合作用离不开

23、CO2，当CO2传感器节点监测到CO2浓度偏离阈值时，系统通过控制风机开关进行调节。模块配置序号设备名称设备参数数量1智能I/O控制模 块4路I/O输入输出模块。智能传感器处理器： MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模块通 信，开放软、硬件设计资源。22智能继电器控制 模块4路I/O输出，继电器220V/2A每路电流驱动。智能 传感器处理器：MSP430F5638,基于IEEE1451协议 与通信模块通信，开放软、硬件设计资源。23智能红外遥控传 感控制模块实现2路红外遥控学习和遥控；每一路可以实现 100多种编码；自动EEPROM存储编码数据；适合市 场上所有遥控电器。内置智能传感器处理器： MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模块通 .信，开放软、硬件设计资源；14.实验列表曷曷无线组网实验曷曷温湿度采集实验曷曷光照度米集实验曷曷二氧化碳浓度采集实验曷曷风力风速采集实验曷曷光照控制实验曷曷喷灌系统控制实验曷曷风扇控制实验曷曷自动恒温控制实验曷曷自动湿度控制实验丰自动光照度控制实验曷曷自动喷灌控制实验曷曷大棚异常环境报警实验