大棚环境远程监控系统方案.doc

厦门四信通信科技有限公司 Xiamen Four-Faith CommunicationTechnology Co., Ltd.大棚环境远程监控系统方案 厦门四信通信科技有限公司Xiamen Four-Faith Communication Technology Co; Ltd 1、 项目背景近年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、光照度、CO2浓度等环境因子对作物的生产有很大的影响。传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，目前国内可以实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。 针对目前大棚发展的趋势，提出了一种大棚智能监控系统的设计。根据大棚智能监控的特殊性，需要传输大棚现场参数给管理者，并把管理者的命令下发到现场执行设备，同时又要使上级部门可随时通过互连网或者手机信息了解区域大棚的实时状况。基于GPRS的智能大棚监控系统使这些成为可能。二、项目分析2.1 系统组成2.1.1大棚现场采集控制终端大棚现场采集控制终端负责24小时采集温室内温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数。2.1.2无线传输设备厦门四信IP MODEM F2103采用标准的232/485通信接口，只要内置一张GPRS数据卡就能和互联网进行通信，和大棚现场采集终端通过232/485连接后，将采集终端送上来的数据原封不动的通过网络传输到数据管理中心。F2103的通用性强，即插即用，体积小巧安装使用简单便捷，无需太多专业技能，而且针对不同的工程情况可选择不同的网络IP MODEM,型号规格为F2X03。2.1.3数据管理中心数据中心对现场实时采集的温室内温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行分析处理，不仅进行完成的统计做出相应的统计报表，并做出趋势分析，且以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。当温湿度超过设定值的时候，自动开启或者关闭指定设备。2.2 系统总架构首先用232/485先将大棚数据采集终端和F2103连接起来，将SIM卡插进F2103中，给F2103上电即可，此时F2103会自动连接到数据中心。数据中心服务器一般通过固定IP、ADSL、APN的形式接入网络。无线传输设备F2103通过GPRS网络连接到远程数据中心服务器主机，与中心建立TCP/IP连接后开启透明数据通道。当采集终端需要上报数据的时候将数据直接送往串口，此时F2103就会把收到的数据原封不动地发送到数据中心服务器主机。当数据中心下发的命令或数据通过通道传输到F2103后，F2103通过串口送到采集终端，从而实现了数据双向透明传输。2.3系统实现功能1：可在线实时24小时连续的采集和记录监测点位的温度、湿度、风速、二氧化碳、光照、空气洁净度、供电电压电流等各项参数情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，监测点位可扩充多达上千个点。2：可设定各监控点位的温湿度报警限值，当出现被监控点位数据异常时可自动发出报警信号，报警方式包括：现场多媒体声光报警、网络客户端报警、电话语音报警、手机短信息报警等。上传报警信息并进行本地及远程监测，系统可在不同的时刻通知不同的值班人员；3：数据集中器提供USB接口，在没有配监控电脑或监控电脑损坏、瘫痪，可随时用U盘导出将数据转至其它电脑。4：数据集中器端提供具有信号输出协议的端口，可接通信设备（GPRS IP MODEM等）进行无线传输。5：温湿度监控软件采用标准windows 98/2000/XP全中文图形界面，实时显示、记录各监测点的温湿度值和曲线变化，统计温湿度数据的历史数据、最大值、最小值及平均值，累积数据，报警画面。6：监控主机端利用监控软件可随时打印每时刻的温湿度数据及运行报告。7：强大的数据处理与通讯能力，采用计算机网络通讯技术，局域网内的任何一台电脑都可以访问监控电脑，在线查看监控点位的温湿度变化情况，实现远程监测。系统不但能够在值班室监测，领导在自己办公室可以非常方便地观看和监控。8：系统可扩充多种记录数据分析处理软件，能进行绘制棒图、饼图，进行曲线拟合等处理，可按TEXT格式输出，也能进入EXCEL电子表格等office的软件进行数据处理。9：控制软件的编制采用软件工程管理，开放性与可扩充性极强，由于采用硬件功能的软件化的系统设计思想及系统硬件的模块化、通讯网络化设计，系统可根据需要升级软件功能与扩展硬件种类。10：系统设计时预留有接口，可随时增加减硬软件设备，系统只要做少量的改动即可，可以在很短的时间内完成。可根据政策和法规的改变随时增加新的内容。11：设备改进、检修过程中及检修完成后，均不需要停止或重新启动机房监控系统。12：系统都均做可靠行接地，以防静电。三、项目架构实施3.1 F2103与大棚现场数据采集终端的连接一个大棚里面会有多个传感器采集点，通过485将采集数据统一汇聚到集成采设备，工业集采设备采用232/485通信方式与无线通信模块F2103进行连接，对传感器数据进行集中轮询后将数据通过串口送往F2103。IP MODEM（DB9母头）用户终端（DB9母头）IP MODEM（DB9母头）用户终端接口：RS2321RXD 2TXD 34GND 567 8912 RXD3 TXD45GND6789A（红线）B（黑线）接口：RS48512345A 67 8B 93.2 数据中心网络接入方式分析1.专线接入中心采用APN专线， 所有点都采用内网固定IP客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN，防止其他非法用户的进入。用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。2. ADSL拨号连接（动态公网IP地址）中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名，IP MODEM先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。3. 通过固定公网IP连接中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP服务的。此种方案先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP的。IP MODEM直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。3.3 数据中心软件平台构建中心端软件的构建有多种方式，对于传入数据的方式的不同，我们提供不同的软件来帮助客户快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。目前四信提供三种方式的中心接口：1. 首先是对于组态软件，目前很多组态软件厂家已经集成了我们的驱动了，可以直接配置使用；2. 对于后台中心软件只读串口数据的情况，提供一个虚拟串口软（TCP2COM），利用虚拟串口软件可以将以太网数据转化为串口数据，从而实现利用无线公网传输数据且又对现有系统不做修改的完美结合。3. 在客户想要开发自己的数据中心是，此时我公司会提供一个动态链接库，利用动态链接库客户可以很轻松的与传输通道进行对接，同时会提供一个的数据中心DEMO软件，不仅开放源码还全程协助客户进行自己数据中心软件和功能的开发。客户可能通过动态链接库快速开发一个灵活的，稳定的，功能齐全的终端管理和数据交互的中心软件。下图为后台中心管理软件：四、方案特点1. 大棚基地基本位于偏远地区，因此采用覆盖广泛的GPRS网络，而且F2103的高信号捕捉，必要是采用高增益天线，可确保网络的正常运行。2. 一般大棚种植者却是专业的网络管理员，如果监控网络出现问题则会带来许多不便，四信IP MODEM采用高性能工业级处理器以及看门狗等安全机制设计，保证IP MODEM 万一通信中断也会自行检测然后自动断电重启，保证IP MODEM 永远在线，通信链路永远正常。3. IP MODEM 采用标准的工业串口通信，即插即用，且高规格的模具设计，体积小巧方便维护，工程人员无需太多专业知识，在短时间内即可是系统运行。4. 在国家大力推行三农政策的环境下，市场对大棚种植的需求迅猛增长，且规模也在不断的扩大，采用F2103GPRS或者APN组网可灵活解决项目点不断增加的需求，可随时对现有的系统新增监控点而且对现有系统部产生任何影响。5. 多中心设计，可同时设置5个中心监控采集现场，避免因某个中心网络不稳定或者关闭导致无法对矿井现场进行监控而产生安全隐患。6. 如果大棚监测参数需要临时修改的话，如果每次都要去现场那是一件非常费时费力的事情，在此F2103进行人性化工程设计，可是工程人员无需到现场就可以远程直接对网络参数进行相应的配置，达到时间和人力的合理利用。7. 四信F2103采用高规格材料选配，可在 -25+65C、相对湿度 95%(无凝结)环境下正