一、概述

農業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)通過實時采集農業(yè)大棚內空氣溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤水分等環(huán)境參數，根據農作物生長需要進行實時智能決策，并自動開啟或者關閉指定的環(huán)境調節(jié)設備。通過該系統(tǒng)的部署實施，可以為農業(yè)生態(tài)信息自動監(jiān)測、對設施進行自動控制和智能化管理提供科學依據和有效手段。

大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過可在大棚內靈活部署的各類無線傳感器和網絡傳輸設備，對農作物溫室內的溫度，濕度、光照、土壤溫度、土壤含水量、CO2濃度等與農作物生長密切相關環(huán)境參數進行實時采集，在數據服務器上對實時監(jiān)測數據進行存儲和智能分析與決策，并自動開啟或者關閉指定設備（如遠程控制澆灌、開關卷簾等）。

二、項目需求

在每個智能農業(yè)大棚內部署無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等，分別用來監(jiān)測大棚內空氣溫濕度、土壤溫度、土壤水分、光照度、CO2濃度等環(huán)境參數。為了方便部署和調整位置，所有傳感器均應采用電池供電、無線數據傳輸。大棚內僅需在少量固定位置提供交流220V市電（如：風機、水泵、加熱器、電動卷簾）。

每個農業(yè)大棚園區(qū)部署1套采集傳輸設備（包含路由節(jié)點、長距離無線網關節(jié)點、Wi-Fi無線網關等），用來覆蓋整個園區(qū)的所有農業(yè)大棚，傳輸園區(qū)內各農業(yè)大棚的傳感器數據、設備控制指令數據等到Internet上與平臺服務器交互。

在每個需要智能控制功能的大棚內安裝智能控制設備（包含一體化控制器、擴展控制配電箱、電磁閥、電源轉換適配設備等），用來接受控制指令、響應控制執(zhí)行設備。實現對大棚內的電動卷簾、智能噴水、智能通風等行為的實現。

三、系統(tǒng)架構設計

（1）總體架構

系統(tǒng)的總體架構分為現場數據采集、網絡傳輸、智能數據處理平臺和遠程控制四部分。

（2）系統(tǒng)有兩種典型配置結構

■兩層網絡，系統(tǒng)由兩類點構成：

無線傳感器節(jié)點，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等；

無線網關節(jié)點，包括Wi-Fi無線網關或GPRS無線網關。

該結構適用于園區(qū)已經有Wi-Fi局域網覆蓋，或是可以采用GPRS直接上傳數據的場景。在此結構中，只需要在合適的區(qū)域部署無線網關，即可實現傳感器數據的采集和上傳。

■三層網絡，系統(tǒng)由三類點構成：

無線傳感器節(jié)點，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等；

無線網關節(jié)點；

數據路由器。

該結構適用于園區(qū)沒有Wi-Fi局域網覆蓋，也不準備采用GPRS直接上傳數據的場景。在此結構中，需要部署數據路由節(jié)點和無線網關，無線網關與數據路由節(jié)點之間以長距離無線通信方式進行數據的交換，在區(qū)域較大，節(jié)點間通信距離不足時，無線網關還可以相互之間進行自動數據中繼，擴大監(jiān)控網絡的覆蓋范圍。

（3）傳感信息采集

在監(jiān)控網絡中，無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等傳感器均支持低功耗運行，可使用廉價的干電池供電長期工作。同時，所有的無線傳感器節(jié)點均運行SleepTree低功耗多跳自組網協(xié)議，可為其它節(jié)點提供數據的自動中繼轉發(fā)，以擴大監(jiān)測網絡的覆蓋范圍，增加部署靈活性。

SleepTree低功耗多跳自組網協(xié)議是在IEEE802.15.4協(xié)議的基礎上建立的，無線通信的頻率選擇可以是2.4GHz或780MHz。

傳感器數據通過SleepTree協(xié)議傳送到無線網關節(jié)點上，無線網關節(jié)點再經過數據路由節(jié)點或直接將傳感器數據發(fā)送到數據平臺的服務器上。用戶可以通過有線網絡/無線網絡訪問數據平臺，實時監(jiān)測大棚現場的傳感器參數，控制大棚現場的相關設備。

四、大棚現場布點

大棚現場主要負責大棚內部環(huán)境參數的采集和控制設備的執(zhí)行，采集的數據主要包括農業(yè)生產所需的光照、空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤水分、CO2濃度等參數。

傳感器的數據上傳采用低功耗無線傳輸模式，傳感器數據通過無線發(fā)送模塊，采用SleepTree協(xié)議將數據無線傳送到無線網關節(jié)點上，用戶終端和一體化控制器間傳送的控制指令也通過無線發(fā)送模塊傳送到中心節(jié)點上，省卻了通訊線纜的部署工作。中心節(jié)點再經過邊緣網關將傳感器數據、控制指令封裝并發(fā)送到位于internet上的系統(tǒng)業(yè)務平臺。用戶可以通過有線網絡/無線網絡訪問系統(tǒng)業(yè)務平臺，實時監(jiān)測大棚現場的傳感器參數，控制大棚現場的相關設備。低功耗無線傳輸模式使得大棚現場內各傳感器部署靈活、擴展方便。

控制系統(tǒng)主要由一體化控制器、執(zhí)行設備和相關線路組成，通過一體化控制器可以自由控制各種農業(yè)生產執(zhí)行設備，包括噴水系統(tǒng)和空氣調節(jié)系統(tǒng)等，噴水系統(tǒng)可支持噴淋、滴灌等多種設備，空氣調節(jié)系統(tǒng)可支持卷簾、風機等設備。

采集傳輸部分主要將設備采集到的數值傳送到服務器上，現有大棚設備支持Wi-Fi、GPRS、長距離無線傳輸等多種數據傳輸方式，在傳輸協(xié)議上支持IPv4聯網協(xié)議。

業(yè)務平臺負責對用戶提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括環(huán)境數據監(jiān)測、數據空間/時間分布、歷史數據、超閾值告警和遠程控制五個方面。用戶還可以根據需要添加視頻設備實現遠程視頻監(jiān)控功能。數據空間/時間分布將系統(tǒng)采集到的數值通過直觀的形式向用戶展示時間分布狀況（折線圖）和空間分布狀況（場圖）、歷史數據可以向用戶提供歷史一段時間的數值展示；超閾值告警則允許用戶制定自定義的數據范圍，并將超出范圍的情況反映給用戶。

五、平臺軟件

系統(tǒng)平臺軟件共由以下4個部分組成：

（1）數據收集、存儲服務軟件

完成傳感器數據的獲取、解析、分類，最后按預設的格式存入數據庫。

（2）展示、決策軟件

圖形化界面，從數據庫中讀取相應數據，以表格和曲線的方式將傳感器數據顯示出來，支持多種查詢顯示方式。可自定義決策系統(tǒng)控制對象及決策算法，與對象控制軟件互聯實現自動化控制。

（3）遠程控制軟件

完成現場控制對象的操作，圖形化操作界面，支持重定義遠端開關名稱等信息，可與決策軟件進行對接，實現自動化控制。

（4）SDK二次開發(fā)包

通過SDK開發(fā)包，用戶可以完全用自己熟悉的開發(fā)平臺開發(fā)自主知識產權的數據展示和決策平臺。

通過SDK開發(fā)包，使用戶無需了解本系統(tǒng)的硬件等底層信息的前提下，完成一套環(huán)境監(jiān)測應用系統(tǒng)的開發(fā)。

我們的SDK提供了：

①數據收集、存儲服務軟件的詳細編程接口及說明

②對象控制軟件的編程接口及說明

③曲線顯示界面例程

④數據庫數據檢索例程

⑤設備對象控制例程

上述4個組成軟件中，數據收集、存儲服務軟件和對象控制軟件是與底層硬件直接聯系的，用戶無需對該部分軟件進行任何的編程開發(fā)，只需要通過SDK開發(fā)自己的展示、決策軟件，與我們的數據收集、存儲服務軟件和對象控制軟件進行數據交互即可。

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