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 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 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 5 15 温度 相对湿度 40 70 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 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 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 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 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 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 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 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