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农业物联网系统


针对现代农业示范园区需求,以当前成熟的计算机网络技术、数据库技术、系统安全技术、GIS技术和数据交换等技术为手段,建设市级农业物联网传感数据统计分析系统,建设设施农业地理信息系统、生产信息管理与辅助决策系统和基于用户档案的信息推送系统,在设施农业建设现状摸底的基础上,掌握设施农产品生产和供给规模,引导特色种植;利用专家和当前主流的传播模式指导农户进行农事操作,为设施农业的标准化生产提供发展方向,为设施农业发展规划提供分析依据。


 

农业物联网传感数据统计分析系统框架图


农业物联网传感数据统计分析系统,主要建设有园区信息采集部分,园区设备的自动控制部分,园区信息的发布与智能处理三大部分园内信息采集包括温室空气温湿度信息监测,土壤信息监测,视频信息采集等。园区设备控制包括温室的温度控制,遮阳控制,灌溉水肥控制等。园区信息的发布与数据处理包括,LED信息发布系统,中央控制室的管理平台,意外信息的手机报警处理等功能以及社交媒体的微信公众号建设。


在感知层,对园区的的各种信息进行全面的采集与监测,对各种设备的智能控制。

在传输层,通过光纤,以太网,无线传输方式对信息进行传输与汇集。

应用层,对信息进行处理,智能决策,信息发布,并对园区温室设备进行控制。


1、视频监控系统

作为管理农业生产的人员而言,仅仅数值化的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的表达方式。比如: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。应该灌溉到什么程度也不能死搬硬套地仅仅根据这一个数据来作决策。因为农业生产环境的不均匀性决定了农业信息获取上的先天性弊端,而很难从单纯的技术手段上进行突破。视频监控的引用,直观地反映了农作物生产的实时状态,引入视频图像与图像处理,既可直观反映一些作物的生长长势,也可以侧面反映出作物生长的整体状态及营养水平。可以从整体上给农户提供更加科学的种植决策理论依据。


同时也便于领导和观众参观,在中央控制室了解整个园区的生产情况,便于生产管理。

在本项目中,在室外大田区安装多套视频监控系统,展示大田的生产情况;联栋温室是本园区的重点,在联栋温室中安装多套视频监控系统。在每个日光温室安装多套视频监控系统,温室的视频摄像球机应具备良好的防护性,防止在高温高湿情况下失效。


园区视频监控示意图


2、环境信息采集系统

监测功能包括:

空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分饱和度、光照强度、二氧化碳浓度


运用传感器网络实时采集农业生产过程中的温度、湿度、光照、二氧化碳、土壤墒情等环境因子信息,全面掌握温室作物种植过程信息,为温室智能化监控提供辅助决策指导,实现农业生产的精细化管理、精准化作业。提高了生产力,降低了人工成本。


利用有线或无线网络,实现多点监测网,实时监控室外大田作物不同生长期的生长环境信息变化,为园区农业生产管理决策提供了支持。  

对传感器网络实时采集的温度、湿度、光照、二氧化碳、土壤墒情等环境指标进行实时监测,并利用与作物生长所需环境要素的范围值对比及时预警报告,实现作物病害预警,及时防止病害等发生并做出正确的防治方法。减少了作物病害的发生,提高了作物的产量。

 

农业物联网传感数据统计分析系统框架应用示意图


3、环境智能控制系统

根据环境参数采集系统获取的数据,以及各类作物适宜环境参数,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。具体包括以下设备:

实现远程自动(手动)灌溉

实现远程自动(手动)排风

实现远程自动(手动)加湿

实现远程自动(手动)卷帘控制(可选)

实现远程自动(手动)温度控制

其它设备的控制……

 

(1)温度控制

自动降温原理:

夏季采用自然和强制通风降温的方式进行降温。由监控仪根据目标温度与实际室温的偏差以及室温的变化率进行模糊计算。

先开启顶开窗系统进行自然通风调整温室内的温度,经过时间判断后,如果温度值还不能降低,再开启侧窗系统。

如自然通风不能降低温室内的温度值,则由电脑关闭自然通风,采用强制通风的方式来控制室内湿度。

开启湿帘外翻窗,然后开启风机,进行温度判断,如果温度还下不来,则开启湿帘水泵,如温度还降不下来,则计算机会开启温度过高报警,提示用户需增加降温设备。

说明:上面所有的控制过程都配有延时和稳定判断时间和动作稳定时间,以保证温室设备不频繁进行开启关闭动作。更好的保护温室。


(2)通风控制

自动控制原理:由室内传感器采集温室内部的上、中、下三部温度值来进行计算出温室内的温差值,如果温差值过大,则自动开启循环风机。

同时采集温室内的湿度值,如果湿度值偏差过大,也自动开启循环风机,以平衡温室内的湿度偏差值。

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,也可以进行定时通风来达到通风换气的目的。


(3)外遮阳控制

自动控制原理:在光照较高时,计算机通过室外气象站系统采集的高灵敏度光照值,与计算机设定的控制目标进行对比,如高于计算机设定目标值,则自动展开外拉幕,进行遮光。如低于计算机设定目标值,则自动收拢外拉幕定时控制原理:可以由监控仪定时进行遮阳,也可以由工作人员通过监控仪操作。


(4)喷雾控制

自动控制原理:计算机内部有一套根据室内湿度传感器的值,与设定目标值进行对比,如高于设定目标值,则自动关闭喷雾阀门。如低于设定目标值,则自动打开喷雾阀门。

定时控制:轮灌方式,可设定在某个时间段,进行灌溉的方式,可每个小时,灌溉一次,同时也可设定灌溉的次数。有效的保护了水泵,同时也使土壤更好的吸收水分。


(5)中央控制室

监控中心或者调度室主要应用大屏幕显示电视终端,可以实时显示系统的运行情况。

 

参数控制界面


4、市农业物联网传感数据统计分析系统

农业物联网传感数据统计分析系统包括以下功能与内容:

管理软件平台提供环境短信报警,设备管理、数据管理,自动控制管理等功能。

互联网平台管理:平台具有环境因子(空气温度、湿度、光照,室外气象站)数据采集与存储功能。实时监测环境因子,并可查看历史环境因子指标,对生产过程进行有效监控。

 

数据实时监测界面


数据曲线显示:选择相应日期,并选择相关功能按键,可以进行历史数据的统计查询。以及详细数值指标的下载,方便农业专家对作物生长进行诊断。


 

数据汇总统计界面


温室环境短息报警系统:具备超限报警和远程实时监测功能。当某温室某项环境指标超出极限值,系统可通过短信提示相关工作人员及时处理。在系统平台下,基地领导可通过以太网,在任何时间及地点,随意察看基地温室内环境信息。基地温室负责人每天可定时收到其负责温室的环境信息,方便其工作安排。


 

报警参数设置界面


通过本系统可以建立相关作物生长数据库,可作为相关研究依据及指导作物种植。帮助生产管理人员积累种植经验和生产管理策略,高效控制种植管理全过程,实现工厂化管理。

系统软件适用于互联网浏览,查看环境数据采集、视频浏览、自动控制。视频监控可通过INTERNET实现权限访问。通过互联网,客户或客商可实际查看温室中作物当前生长状态。

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