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农业物联网

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基于物联网的农业信息监控系统
2016-06-01    点击:

项目背景:我国是一个农业大国,但农业生产机械化、自动化、智能化程度低,绝大多数还是依靠体感和经验获得农田信息,依靠体力和传统工具及少数农业机械进行农业生产,当外界条件和内部环境发生突变时,难以及时得到提醒和应对,造成经济损失。如果在传统农业生产中将物联网技术应用起来,用传感技术去替代人的体感,将人的种植经验变成不同的功能软件,使用各种农业机械去完成人工操作,那么农民仅需操作这些设备就能进行农业生产,实现农业现代化。这就是我们的梦想。该项目是实现梦想的开始一步,如何运用物联网技术获取信息,营造满足农作物所需的生长环境。

该项目在天津农业高新技术示范园管理中心的武清基地进行。根据设计要求,此监控系统依托Zigbee无线通讯技术、3G数据通讯技术将互联网从桌面延伸到田野,让温室实时在线,实现蔬菜大棚与数据世界的融合;实时采集的传感器数据与传统的种植经验相结合,使得农业专家在远程可以随时查看农田内的各种数据(温度、湿度、光照、水量等),判断是否是适合作物生长的最佳条件,可以由专家根据自身经验和知识设定关键值,当某种数据偏离设定值时,大棚自动做出反应(温度偏低,则打开供暖设施,温度偏高,则开门通风;水量不足,则自动打开喷淋装置等),可同时监测和控制蔬菜大棚的正常运行,从而使得农作物始终处在最佳的生长环境中。从而建立起集数据采集、数字传输、数据分析处理、数控农业机械为一体的新型农业生产管理体系,实现农业生 产管理的数字化、网络化与智能化。

 

系统方案及功能实现

目前,本项目涉及到两种类型的大棚:智能温室大棚和日光温室大棚,因此,整个系统平台包括两个子系统:智能温室大棚远程监测与自动控制子系统、日光温室大棚远程监测与自动控制子系统。我们为两种类型的大棚提供了相应的解决方案。

(一)智能温室大棚网络逻辑拓扑结构

智能温室大棚网络逻辑拓扑结构如图1.1所示。

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感知层:农业大棚远程监测装置基于ZigBee无线检测网络研发而成,集模拟量/开关量采集、继电器控制、RS-232串口通讯于一体的综合性监测装置,测量精确可靠,通过状态指示灯颜色的变换可以轻松获得装置所处的工作状态,操作调试十分简便,适合于农业大棚相关数据的采集和设备控制。在智能温室中装有环境温湿度传感器照强度传感器土壤温湿度传感器氧化碳传感器等,将采集的数据通过ZigBee网络与环境参数采集器无线连接。

传输层:(1)通过网关 (串转网设备)进行感知层与传输层的融合,即网关一方面通过其串口连接环境参数采集器、继电器以及气象采集器,另一方面通过其网口连接交换机,从而完成数据从串口格式到以太网格式的转换。(2)以太网交换机接入大功率AP,最终通过无线WiFi信号达到温室与外界数据交换的目的。(3)摄像头直接接入交换机。

应用层。管理员对中控室进行系统维护与日常管理,终端用户使用手机、IPADPC等方式,通过各种通信网络接入技术使用本系统的上层服务。

    在本方案中,使用该网关具有以下优势:

1网关上嵌入3G模块,可以直接通过移动互联网进行连接;

2)多个温室大棚共享一个数据采集控制模块,使开发成本降低;

3)建网、组网以及上层配置简单。

根据系统设计要求,管理人员使用该系统可以智能温室和日光温室大棚种植的蔬菜进行全过程的远程监测、自动控制和管理。其主要功能有:

 

1、蔬菜大棚的远程无线实时数据采集:如环境温湿光照、CO2浓度等地面信息,土壤水分和温度、土壤养分(氮磷钾元素)等土壤信息以及风向风速等室外气象信息。

2、蔬菜大棚的远程无线自动控制:根据实时采集的数据与标准数据的比较结果来决定相应的远程自动控制。可以通过移动设备(如手机、iPAD等)对风机、外遮阳卷帘、内遮阴卷帘、补光灯、水帘、天窗、地源热泵、滴灌等设备进行远程无线自动控制。

 

3、 监控云平台通过网关可以实时获取传感器节点的数据。将网关的数据存储到云平台中,企业(用户)直接访问云平台获取网关节点数据信息,进而进行专家咨询与实时指导。

4、信息分析与统计:通过数据分析和统计提供各种报表。

 

项目创新

1)本系统使用了基于物联网农业应用的嵌入式中间件软件技术。由于软、硬件设备投入使用的年代不同,使用的接口,协议也千差万别。导致各个系统仍处于各自为战的状态,并没有形成一个统一的网络。所以,在这种情况下,使用

物联网嵌入式中间件软件有效的整合和完善了物联网农业应用的前端信息采集设备和后端信息汇聚设备,把所有设备都纳入统一的管理,并把这些不同的设备连接在一起,构成一个统一的网络。

2)基于无线物联网网关及其矩阵排布技术开发的农作物生长环境监控平台可同时监测大范围内所有大棚内农作物生长环境状况,手动/定时控制棚内相应设备,并且可通过用户参数设定实时自动控制设备状态以满足植物生长要求。

3)支持3G无线通讯的物联网网关可以将采集的数据传输到移动云计算平台,为后期开展云服务奠定了基础。

4)真正实现了信息化与农业化的高度融合,将先进的信息技术应用到传统的农业,建成了集数据采集、数字传输、数据分析处理、数控农业机械为一体的现代农业物联网创新网络平台与应用示范,实现了农业生产管理朝着低成本、可靠性、节水节能型、智能化和环境友好型等五大方向发展。

取得效益及效益分析

    智能温室和日光温室大棚项目在天津示范应用时得到中央及天津市委、市政府的高度重视,天津市委书记张高利等领导亲临现场视察。

    2012年底,该项目获得了中关村物联网产业联盟与中国移动共同举办的首届移动杯智慧北京大赛优秀解决方案奖,应成功参加了2012年津洽会、京交会以及宁波“智慧城市”博览会的展览,在京津沪渝四直辖市领导与专家到天津市农业高新技术示范园区管理中心视察工作,参观人员一致认为该示范平台具有科技含量高、超前意识强、发展前景好、带动能力强的推广优势,可以为天津市乃至全国现代农业、都市农业的发展起到良好的示范和推动作用。取得了较好的社会效益。在此基础上,我们将加强“政、产、学、研、用”联合,加大推广应用力度,创新经济效益增长模式,使农民从中得到实惠,企业得到发展。

 

现场使用图片:

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