食用菌物联网解决方案.doc

食用菌物联网食用菌物联网 解解 决决 方方 案案 鑫兴禾（武汉）农业科技有限公司 2014 年 1 月 2 目目 录录 一 、项目介绍.3 （一）项目背景3 （二）项目概述3 （三）物联网应用3 （四）项目内容4 二、系统概述4 （一）系统介绍4 （二）系统构架5 （三）系统功能5 1 空气温度采集 5 2 空气湿度采集 5 3 二氧化碳浓度采集 5 4 光照强度采集 6 5 菇房温度自动控制 6 6 菇房湿度自动控制 6 7 二氧化碳浓度自动控制 6 8 光照强度自动控制 6 9 内循环控制 6 三、 方案设计.6 （一）硬件部分6 （二）软件部分9 四、 结论12 3 一一 、项目、项目介绍介绍 （一）项目背景（一）项目背景 “十二五”时期，现代农业推进将进入关键的攻坚阶段，农业高产、优质、 高效、生态、安全的要求更加迫切，农业生产方式将向集约化生产、产业化经 营、社会化服务、市场化运作、信息化管理转变，这些变化都迫切需要现代信 息技术的支撑。充分运用现代信息技术，对农业生产的各种要素实行数字化设 计、智能化控制、精准化运行、科学化管理，必将大大提高我国农业的综合生 产能力和国际竞争力。应用现行的信息技术和 3G 技术、传感器、物联网等新一 代技术，加快开发多功能、智能化、经济型农业装备设施，重点开发农业感知、 精准作业、信息管理、辅助决策、智能控制、远程可视化、灾害预警等技术， 最终实现信息化带动和推进农业现代化的目标。 2013 年中央一号文件突出强调部署农业科技创新，提出要把推进农业科技 创新作为今年“三农“工作的重点。近年来，农业物联网技术的广泛应用，为农 业科技创新提供了较强的技术活力，也是加强农产品质量安全的有效举措。 （二）项目概述（二）项目概述 食用菌行业的生产周年化模式要求利用工业技术严格控制光、温、水、气 等环境要素，使食用菌菌丝体和子实体生长于适宜的人造环境。工厂化种植的 食用菌效益好，但风险也高。食用菌对生长环境要求苛刻，要进行工业化栽培， 需要创造一个适合于食用生长的气候环境，所要求的人造环境-515温度， 相对湿度 4070%，并且对温湿度精度、新风量、空气流速等因素均有一定要 求。本项目能够依据食用菌的生长规律自动控制菇房内的温度、湿度、二氧化 碳含量，为食用菌的生长创造出最佳的生长环境，提高了食用菌的产量和质量； 设备应高度自动化，各种制冷、加湿、通风、光照等设备在智能控制箱的统一 协调指挥下，全自动化运行，无需人工参与，节省大量的劳动力，降低食用菌 的生产成本。 （三）物联网应用（三）物联网应用 物联网技术在食用菌生产中的应用，具体指的是利用现代电子技术、移动 网络技术、计算机及网络技术相结合的技术。通过部署在食用菌生产中的的传 感器节点，组建无线传感器网络，采集食用菌生长中最为密切相关的空气温度、 空气湿度等环境参数，并通过 GPRS 网络实时传输至远程中心服务器，中心服务 器接收存储数据，结合对应的诊断知识模型对数据解析处理，以达到分布式监 测，集中式管理，农业管理员、农业专家通过手机或者手持终端就可以及时掌 握食用菌的生长情况，及时发现农作物的生长病症，及时采取有效的控制措施。 4 当环境参数达到报警的预警值时将自动发送短信报警，并可以采取预先设定在 程序中的命令执行设备的运行控制，如风机自动排风等。 项目可以根据用户需求，随时进行处理，为食用菌生产环境进行自动控制 和智能化管理提供科学依据，形成农业环境监控物联网，最大限度得营造舒适 的食用菌生长环境，降低运营成本，提高生产量，增加劳动效益。农业物联网 技术在食用菌行业的应用，使农业环境的监控管理不再受到时空局限，智能化 的培育方式令人耳目一新。 食用菌物联网示范项目，以项目为依托，按照“市场导向、企业主体、政府 推动、社会参与、注重实效、共同发展“的原则，改变过去完全依靠经验的落后 方式，从而整体而系统地将传统农业打造成自动、智能、高产农业，这为调整 食用菌产业结构，加快农业生产方式转变有着重要意义，也为探索符合我国实 际的农业物联网技术推广应用模式迈出了坚实的一步。 （四）项目内容（四）项目内容 本项目建设的具体内容主要有 2 个部分： 第一，在出菇房内全方位架设空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度 传感器及二氧化碳传感器，主要检测食用菌生产过程中的空气温度、空气湿度、 光照强度及二氧化碳浓度。 第二，建立风机及空调等智能控制系统。该系统根据环境参数来判断是否 打开风机、空调，实现菇房内的智能排风及降温。 信息采集系统实现每 30 秒或一分钟传输一次采集数据，并对传输失败进行 界面报警。项目实施后，工作人员通过互联网登录数据管理平台即可远程在线 查看实时数据和历史数据，并可将相关数据下载至电脑中进行详细分析和存档。 此外，还可以在数据平台上设置上下限的报警数值，如果超过上下限（比如： 温度过高等）立即自动地发送报警短信（指出具体位置，超限情况）到指定手 机号码，并采取相应的执行手段，防止生产事故的发生。本项目实施核心价值 在于通过信息化的技术手段帮助企业提升管理水平、提高成品率、降低风险。 二、二、系统概述系统概述 （一）系统介绍（一）系统介绍 物联网管理应用平台是面向菌房高产、高效、生态、安全的发展需求，基 于智能传感器组成的无线传感网、无线通信网、信息处理平台与远程智能控制 等组成的物联网技术。是集数据采集、信息处理、信息预警、决策支持、远程 控制等功能于一体的现代农业食用菌物联网系统。 农户可以通过计算机、手机、PDA 等信息终端，实时掌握菌房环境信息， 及时获取异常报警信息及环境预警信息，并可以根据环境监测结果，实时自动 5 地调整控制设备，实现农业的科学种植与管理，最终实现节能降耗、绿色环保、 增产增收的目标。 1、环境监测系统常规配置为：环境温度、环境湿度、环境气压、二氧化碳、 氨气等传感器，配合无线数据采集器及传输模块将数据传回给平台，主要实现 对菌房参数的在线采集、处理、传输和控制。 2、视频采集系统是由以下设备组成：网络高清摄像机、前端图像采集器、 无线网桥、硬盘录像机、路由器。图像通过前端图像采集器输送给无线网桥， 无线网桥传给硬盘录像机，硬盘录像机图片上传给服务器，平台根据上传的高 清图像对作物进行分析，作出判断、评估。 3、设备控制系统包括无线控制终端，对应控制配电箱、冷风机、加湿器等 设备进行控制。根据不同食用菌品种的环境需求，通过采集的数据和算法模型 加农户经验来控制相应设备，无线控制终端接收上位机的指令工作。 （二）系统构架（二）系统构架 系统原理图 （三）系统功能（三）系统功能 1 1 空气温度采集空气温度采集 传感节点采集空气温度的信号，经 GPRS 网络传输给采集控制器，采集控制 器将数据转发至软件管理平台，平台实时显示菌房各个监控点的空气温度数值。 2 2 空气湿度采集空气湿度采集 传感节点采集空气湿度的信号，经 GPRS 网络传输给采集控制器，采集控制 器将数据转发至软件管理平台，平台实时显示菌房各个监控点的空气湿度数值。 6 3 3 二氧化碳浓度采集二氧化碳浓度采集 传感节点采集二氧化碳浓度的信号，经 GPRS 网络传输给采集控制器，采集 控制器将数据转发至软件管理平台，平台实时显示菌房各个监控点的二氧化碳 浓度数值。 4 4 光照强度采集光照强度采集 传感节点采集光照强度的信号，经 GPRS 网络传输给采集控制器，采集控制 器将数据转发至软件管理平台，平台实时显示菌房各个监控点的光照强度数值。 5 5 菇房温度自动控制菇房温度自动控制 传感节点采集菇房温度传感器的信号，经 GPRS 网络传输给采集控制器，采 集控制器将数据转发至软件管理平台。当菇房温度超标时，管理者将收到报警 短信，提示菇房温度偏高，超过警戒值，本地化的智能控制系统将自动打开相 关设备，如自动启动制冷设备，直到相关参数恢复正常水平。 6 6 菇房湿度自动控制菇房湿度自动控制 传感节点采集菇房湿度传感器的信号，经 GPRS 网络传输给采集控制器，采 集控制器将数据转发至软件管理平台。当菇房湿度过低（过高）时，管理者将 收到报警短信，提示菇房湿度偏低（偏高），超过警戒值，本地化的智能控制 系统将自动打开或关闭相关设备，如自动打开（关闭）加湿器，直到相关参数 恢复正常水平。 7 7 二氧化碳浓度自动控制二氧化碳浓度自动控制 传感节点采集二氧化碳传感器的信号，经 GPRS 网络传输给采集控制器，采 集控制器将数据转发至软件管理平台。当二氧化碳浓度超标时，管理者将收到 报警短信，提示二氧化碳浓度偏高，超过警戒值，本地化的智能控制系统将自 动打开或关闭相关设备，如自动打开风机，直到相关参数恢复正常水平。 8 8 光照强度自动控制光照强度自动控制 传感节点采集光照度传感器的信号，经 GPRS 网络传输给采集控制器，采集 控制器将数据转发至软件管理平台。当光照不足（过量）时，管理者将收到报 警短信，提示光照不足（过量），超过警戒值，本地化的智能控制系统将自动 打开或关闭相关设备，如自动打开（关闭）照明设备，直到相关参数恢复正常 水平。 9 9 内循环控制内循环控制 管理者可自行设定内循环风机的开闭周期，本地化的智能控制系统将按照 设定值自动启动或关闭内循环风机。管理者也可通过设施农业管理平台下发相 应的指令，远程手动打开或关闭内循环风机，同时本地还可以进行本地化的手 7 动控制。 三、三、 方案设计方案设计 （一）硬件部分（一）硬件部分 A A 自动感知层面自动感知层面( (感知、采集、检测、分析感知、采集、检测、分析) ) 大气环境是影响农业生产的重要物理因素之一，也是常被人们所忽略的。 环境温湿度及气压不仅影响菌房环境状况，还影响农作物的生长，通过对环境 的观测，与氨气浓度等是否符合等比级曲线模型，使环境得到有效的控制。本 系统采用无线数据采集器，24 小时全天候实时监测农种植环境参数。采集部分 包括菌房温度、湿度、气压、二氧化碳、氨气等。 空气温度采集空气温度采集：传感节点采集空气温度的信号，经 GPRS 网络传输给采集控 制器，采集控制器将数据转发至软件管理平台，平台实时显示菌房各个监控点 的空气温度数值。 空气湿度采集空气湿度采集：传感节点采集空气湿度的信号，经 GPRS 网络传输给采集控 制器，采集控制器将数据转发至软件管理平台，平台实时显示菌房各个监控点 的空气湿度数值。 二氧化碳浓度采集二氧化碳浓度采集：传感节点采集二氧化碳浓度的信号，经 GPRS 网络传输 给采集控制器，采集控制器将数据转发至软件管理平台，平台实时显示菌房各 个监控点的二氧化碳浓度数值。 硫化氢浓度采集硫化氢浓度采集:传感节点采集硫化氢浓度的信号，经 GPRS 网络传输给采 集控制器，采集控制器将数据转发至软件管理平台，平台实时显示菌房各个监 控点的硫化氢浓度数值。 氨气浓度采集氨气浓度采集:传感节点采集氨气浓度的信号，经 GPRS 网络传输给采集控 制器，采集控制器将数据转发至软件管理平台，平台实时显示菌房各个监控点 的氨气浓度数值。 光照强度采集光照强度采集:传感节点采集光照强度的信号，经 GPRS 网络传输给采集控 制器，采集控制器将数据转发至软件管理平台，平台实时显示菌房各个监控点 的光照强度数值。 8 氨气浓度传感器 二氧化碳浓度传感器 B B 网络传输层面（处理、网络、传输）网络传输层面（处理、网络、传输） 网络传输主要承担将前端数据采集器过来的数据传送给服务器，并接收服 务器下达的指令提供给控制器，是整个系统数据的传输主干道。 方案原理图 9 数据传输模块 C C 控制应用层面（远程控制、应用、管理）控制应用层面（远程控制、应用、管理） 菌房温度自动控制菌房温度自动控制: :传感节点采集菌房温度传感器的信号，经 GPRS 网络传 输给采集控制器，采集控制器将数据转发至软件管理平台。当菌房温度超标时， 管理者将收到报警短信，提示菌房内温度偏高，超过警戒值，本地化的智能控 制系统将自动打开相关设备，如自动启动风机，直到相关参数恢复正常水平。 菌房湿度自动控制菌房湿度自动控制: :传感节点采集菌房湿度传感器的信号，经 GPRS 网络传 输给采集控制器，采集控制器将数据转发至软件管理平台。当菌房湿度过低 （过高）时，管理者将收到报警短信，提示菌房湿度偏低（偏高），超过警戒 值，本地化的智能控制系统将自动打开或关闭相关设备，如自动打开（关闭） 湿帘，直到相关参数恢复正常水平。 菌房光照强度自动控制菌房光照强度自动控制: :传感节点采集光照度传感器的信号，经 GPRS 网络 传输给采集控制器，采集控制器将数据转发至软件管理平台。当光照过量时， 管理者将收到报警短信，提示光照过量，超过警戒值，本地化的智能控制系统 将自动打开相关设备，如自动打开遮阳网，直到菌房内相关参数恢复正常水平。 菌房内循环自动控制菌房内循环自动控制: :管理者可自行设定内循环风机的开闭周期，本地化的 智能控制系统将按照设定值自动启动或关闭内循环风机。管理者也可通过管理 平台下发相应的指令，远程手动打开或关闭内循环风机，同时本地还可以进行 本地化的手动控制。 10 触摸屏 控制箱 （二）软件部分（二）软件部分 A A 视频监控管理系统视频监控管理系统 菌房视频监控系统一全面负责农作物生长的态势，兼管园区的生产和安防 的功能，由网络摄像机、前端视频采集器、无线网桥、硬盘录像机组成。主摄 像机采用高清网络一体机（球机），安装在菌房内，主要观察种食用菌生长的 态势；副摄像机采用红外网络摄像机，功能是生产及监