智慧农业实训方案

1、才智农业系统方案 V1.0版 2014年3月7日上海企想信息技术有限公司名目1.前言 . 3 1.1方案背景 . 3 1.2设计内容 . 4 2.系统结构 . 5 2.1软件结构 . 5 2.2硬件结构 . .6 2.2.1采集传感器 . 6 2.2.2远程视频监控 .7 2.2.3小型气象站 .7 2.2.4 ZigBee无线传输 .7 2.2.5才智农业管理平台 .7 3.功能描述 . 8 3.1棚内环境采集模块 . 8 3.1.1模块功能 . 8 3.1.2模块配置 . 9 3.2棚外气象采集模块 . 10 3.2.1模块功能 . 10 3.2.2模块配置 . 11 3.3实时视频采集模

2、块 . 11 3.3.1模块功能 . 11 3.3.2模块配置 . 11 3.4集成把握模块 . 12 3.4.1模块功能 . 12 3.4.2模块配置 . 13 4.试验列表 . 13 1.前言1.1方案背景 巩固农业基础、实现农业现代化，始终是我国现代化建设的重要目标和重点任务。加快进呈现代农业，既是转变经济进展方式、全面建设小康社会的重要内容，也是提高农业综合生产力量、增加农夫收入、建设社会主义新农村的必定要求。党和国家高度重视农村农业信息化建设，中心1号文件连续6年明确指出，要加快推动农村信息化建设工作。2012年4月，国务院发布全国现代农业进展规划，这是新中国成立以来的首次，具有重要

3、标志性意义：标志着党中心、国务院在“三化同步”中高度重视农业现代化；标志着进呈现代农业从理念要求变成了实际举措；。“十二五”将成为推动现代农业进展的重要时期。规划从加快转变农业进展方式的关键环节入手，明确提出了完善现代农业产业体系和改善农业基础设施和装备条件等事关现代农业进展全局的八项重点任务。完善现代农业产业体系，最突出的标志之一就是大力进展设施农业。而引领现代农业进展的智能温室的建设成为推动和持续进呈现代设施农业最有效的途径之一。 智能温室的建设引入集物联网、计算机科学、信息处理、把握工程、农业生物学、环境科学等于一体的多元化综合性技术和自动化把握设备，通过传感器实时采集、监测和分析温室内

4、温度湿度、光照强度、土壤水分、二氧化碳等影响作物生长的环境信息，建立温室智能化管理系统，调整温室大棚内生长因子达到作物最佳生长状态，提高作物品质，增加作物产量。实现农业集约、高产、优质、高效、生态、平安的重要支撑，进一步加速农业向现代集约型、智能型农业的转变，有效提升农业产业化经营和管理的水平。同时也为农业和农村经济转型、社会进展供应“才智”支撑。 才智农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等）和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，

5、为农业生产供应精准化种植、可视化管理、智能化决策。 基于Zigbee技术的才智农业解决方案，成本低廉，是一般人都能负担的价格；把握更简洁，让每一位刚接触的人都能轻松使用；功耗更低、组网更便利、网络更健壮，给您带来高科技的全新感受。您的温室大棚规模越大，基于Zigbee技术的才智农业解决方案在使用中，要精确准时地操控全部设备，最值得关注的应当就是网络信号的稳定性。鉴于温室大棚的网络掩盖区域比较广泛，我们贴心为您呈现物联无线组网！才智农业能有效连接物联Internet通信网关和超出物联Internet通信网关有效把握区域的其它Zigbee网络设备，实现中继组网，扩大掩盖区域，并传输网关的把握命令到

6、相关网络设备，达到预期传输和把握的效果。基于先进的Zigbee技术，物联无线中继器无需接入网线，就可自行中继组网，集中网络信号，让您的网络机敏顺畅运行，保障您的全部设备正常运行。 1.2设计内容 农业作为关系着国计民生的基础产业，其信息化、才智化的程度尤为重要。物联网技术在农业生产和科研中的引入与应用，将是现代农业依托新型信息化应用上迈出的一大步，可以转变粗放的农业经营管理方式，确保农产品质量平安，从而引领现代农业的进展。通过物联网智能温室的应用，可实现传统农业向现代化农业的转变、有效提高农业综合生产力量、强化农产品质量平安管理、提高农产品质量平安水平、提高农业产业化程度。2.系统结构 2.1

7、软件结构 图2-1 才智农业软件系统结构图才智农业管理系统是利用各类传感器采集温室内光照、温度、湿度、土壤含水量、二氧化碳等作物生长所必需的环境因子的数据，通过无线网络传输到智能温室管理把握平台，进行数据的存储、分析比对系统设定的数据阀值，自动把握温室的卷帘、通风、浇灌等设备，使温室内环境保持在适宜作物生长的条件下；视频系统是利用温室内安装的高清变焦智能球机，对温室内作物进行全方位视频采集和监测，农业专家利用温室内视频图像依据温室大棚内作物生长状况，远程对温室作物科学施肥、病虫害防治等进行指导和挂念，实现园区温室种植的集约化、科技化、现代化。 2.2硬件结构 图2-2 才智农业硬件系统结构图2

8、.2.1采集传感器 农业生物与环境信息的采集和农业设施的智能化、自动化，是设施农业有别于传统农业的核心技术之一。智能温室把握的基础首先要通过传感器进行环境参数的采集，传感器的选择对于猎取数据的精确性和功能性格外关键。温室把握对于传感器的精度要求不高，但是温室特殊的高温、高湿度和培育液的高腐蚀性对于传感器的功能性要求很高，既需要能长期耐高温、耐高湿、耐腐蚀的传感器。 2.2.2远程视频监控 现代化农业的一个突出表现是智能化培育把握。随着温室种植规模的不断进展和扩大， 无线网络技术和远程视频信号技术进展，视频监控图像信息作为温室内数据信息的有效补充，对温室内作物进行全方位视频采集和监测，农业专家利

9、用温室内视频图像依据温室大棚内作物生长状况，远程对温室作物科学施肥、病虫害防治进行指导和挂念，为温室的平安、管理、效益供应有力的保障。 2.2.3小型气象站 天气预报是重要和首要的现代农业信息之一。小型气象站能够对温室园区小环境的风速、风向空气温度、空气湿度等气象要素进行全天候现场监测。才智农业管理平台依据气象站供应的天气环境，提前调整把握温室设备，做到科学管理、防灾减灾。 2.2.4 Zigbee无线传输 温室种植是农业生产的一种重要方式，提高其信息化、自动化水平对加快农业现代化步伐具有重要意义。随着网络和通信技术的进展，无线网络靠着功耗低、平安牢靠、建设成本低廉等众多优点成为各种把握的首选

10、网络，在农业自动化得到广泛的应用。 智能温室接受混合组网，底层为多个ZigBee监测网络，负责监测数据的采集。每监测网络接受星型结构，网关节点作为每个监测网络的基站。网关节点具有双重功能：一是充当网络协调器的角色，负责网络的自动建立和维护、数据汇合；二是作为监测网络与监控中心的接口，与监控中心传递信息。此系统具有自动组网功能，无线网关始终处于监听状态，新添加的无线传感器节点会被网络自动发觉，这时无线路由会把节点的信息送给无线网关，由无线网关进行编址并计算其路由信息，更新数据转发表和设备关联表等。 2.2.5才智农业管理平台 才智农业管理平台是温室智能化把握系统的核心，对温室内各类信息进行存储、

11、管理；供应阀值设置功能；供应智能分析、检索、告警功能；供应温室大棚内视频的呈现插件和管理接口；供应把握温室大棚设备的命令管理。工作人员可以通过人机交互系统了解温室大棚内的状况，并可以通过人机交互系统对把握系统发人工指令，远程把握温室大棚的把握系统，设定把握主机的智能把握工作实现24小时无人值守；才智农业管理软件系统界面直观人性化、信息全面操作简洁。3.功能描述 一般状况下，才智农业系统包含以下模块： l 棚内环境采集模块 l 棚外气象采集模块 l 实时视频采集模块 l 集成把握模块 后文将以每个子系统的方式，逐个进行介绍。3.1棚内环境采集模块 3.1.1模块功能 1. 空气温湿度光照采集棚内

12、配有多个温湿度光照传感器节点，并且将这些节点进行编号和注释。传感器会依据指定间隔采集温度、湿度、光照值，并通过Zigbee网络主动上传到中心服务器上去。 2. 土壤温湿度采集通过传感器节点上配有的传感器插针插入到土壤中，对土壤的温度、湿度（含水量）进行采集，并通过Zigbee网络主动上传到中心服务器上去。 3. CO2浓度采集棚内均匀分布有CO2浓度传感器，对CO2浓度进行采集，并通过Zigbee网络主动上传到中心服务器上去。 4. 实时曲线对于系统采集到的各种环境参量，在管理平台上进行查看。查看方式有实时值查看、实时曲线查看。 5. 历史数据存储对于采集到的各种数值，在服务器上都会在数据库中

13、进行存储，以便后期进行搜寻查看（可通过列表，曲线等方式进行查看）。查询结果还支持Excel、报表导出等。 6. 参量超阈值预警 用户可在系统中对各种参量的一个正常范围进行设置，当采集到的参量持续超出这个范围时，系统会进行报警操作，以及进行一些自动调整把握。 3.1.2模块配置序号设备名称设备参数数量1A8网关CPU 处理器：Samsung S5PV210，基于CortexTM-A8运行主频1GHzDDR2 RAM：512MB，32bit 数据总线，单通道，运行频率200MHz FLASH 闪存 SLC NAND Flash: 512MB(标配)/1GB(可选) 操作系统支持：Superboot

14、-210 Android 2.3 + Linux-2.6.35 Android 4.0(基于Linux-3.0.8 内核) Linux-3.0.8 + Qt2/4.8.5 WindowsCE 6.0）12智能温湿度传感把握模块 温度传感器测量精度：±0.5（25）；温度传感器测量范围：-40+123.8；湿度传感器测量精度：±4.5%RH；温度传感器测量范围：0100%RH；工作湿度：80%（不结露）。内置智能传感器处理器：MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模块通信，开放软、硬件设计资源；直流工作电源：310V/0100mA； 23智能光照传感把握模块

15、测量范围：0300Klux；测量精度：±5%；光照传感器工作温度：-25 +80；工作湿度：80%（不结露）。内置智能传感器处理器：MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模块通信，开放软、硬件设计资源；直流工作电源：310V/0100mA； 24智能CO2传感把握模块 量程：050000ppm，分度：1 ppm。内置智能传感器处理器：MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模块通信，开放软、硬件设计资源；直流工作电源：310V/0100mA； 25智能土壤温度传感把握模块 温度传感器测量精度：±0.2（25）；温度传感器测量范围：30+70；内

16、置智能传感器处理器：MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模块通信，开放软、硬件设计资源；直流工作电源：310V/0100mA； 26智能土壤湿度传感把握模块 湿度传感器测量精度：±4.5%RH；温度传感器测量范围：0100%RH；工作湿度：80%（不结露）。内置智能传感器处理器：MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模块通信，开放软、硬件设计资源；直流工作电源：310V/0100mA； 27无线通信把握器 接受ABS塑料外壳。通信协议符合国际标准智能传感器协议IEEE1451-2。通信模块芯片TICC2530，2.4GHz，陶瓷天线；主控处理器低功耗

17、ENERGY MICRO处理器EFM32GXX,软件：IEEE1451.2国际智能传感协议，协议栈：符合ZigBee2007或ZigBeePRO规范，套件供应的样例程序实现了无线通信节点的动态组网及传感数据采集传输。无线通信把握器与智能传感把握器通过牢靠的欧式插座互联，配上电源模块组成完整的智能传感器节点。外型：开模具塑料产品外壳，带电池仓，可4节干电池供电或锂电池供电。 103.2棚外气象采集模块 3.2.1模块功能 1. 风速风向采集 棚外配有建议气象站，可对棚外即时风速和风向进行较精确的测量，此值被定时地主动地通过Zigbee网络主动上传到中心服务器上去。 2. 温湿度采集 棚外配有温湿

18、度传感器节点。传感器会依据指定间隔采集温度、湿度值，并通过Zigbee网络主动上传到中心服务器上去。 3. 恶劣天气播报 在用户设置好大棚所在地后，系统会通过Web服务到中心气象局供应的接口中读取天气预报。当遇到恶劣天气环境时，系统会通过本地气象站进行确认，然后将相关把握对象关闭，并通知给用户。 3.2.2模块配置序号设备名称设备参数数量1简易气象站 测量范围 070m/s 0360° 精 度 ±（0.3+0.03V）m/s ±6°（± 3°） 最大回转半径 90mm 365mm 辨别率 0.1m/s 5.6°（ 2.8&#

19、176;） 起动风速 0.5m/s 0.5m/s 工作电压 5V12V 5V12V 工作电流 10mA 20mA （或23mA） 工作环境 温度-6050 湿 度100%RH 12智能温湿度传感把握模块 温度传感器测量精度：±0.5（25）；温度传感器测量范围：-40+123.8；湿度传感器测量精度：±4.5%RH；温度传感器测量范围：0100%RH；工作湿度：80%（不结露）。内置智能传感器处理器：MSP430F5638，基于IEEE1451协议与通信模块通信，开放软、硬件设计资源；直流工作电源：310V/0100mA； 23无线通信把握器 接受ABS塑料外壳。通信协议符

20、合国际标准智能传感器协议IEEE1451-2。通信模块芯片TICC2530，2.4GHz，陶瓷天线；主控处理器低功耗ENERGY MICRO处理器EFM32GXX,软件：IEEE1451.2国际智能传感协议，协议栈：符合ZigBee2007或ZigBeePRO规范，套件供应的样例程序实现了无线通信节点的动态组网及传感数23.3实时视频采集模块 3.3.1模块功能 1. 远程视频监控 棚内配有24个带云台可进行360°旋转的网络摄像机，其视频清楚度为720P。用户不管在个人电脑旁，还是使用智能手机均可便利地通过视频查看现场状况；农业专家也可通过该视频观看现场作物状况，猎取作物长势、植物

21、病虫害外观等信息。 2. 定时自动截图 在系统中，用户可设置网络摄像头每隔一段时间或在固定时间点进行自动截图。通过自动截图，可将作物每过一段时间的状况保留下来，可留作统计分析之用。 3. 平安侦测 当用户不在大棚内时，摄像机可设置为布放模式。当有人意外进入或进行恶意破坏时，系统将通知到用户，并截留报警时的视频以作为证据。 3.3.2模块配置序号设备名称设备参数数量1网络摄像头 ARM：W90N745；sensor：OV7725；操作系统：嵌入式操作系统；压缩方式： Motion-JPEG-N；帧频率：25fps；辨别率： VGA(640*480), QVGA(320*240) , QQVGA(

22、160*120)；图象调整：亮度，对比度可调.最低照度：0.3LUX； 信噪比： >48DB (自动增益关)；快门：1/50s(1/60s）-1/100，000s；白平衡：自动白平衡；背光补偿：自动背光补偿；夜视：5mm11颗LED灯 夜视10米,ir cut自动切换。标配：F1.8/3.6mm 90°M12接口；处理器： 双向语音（内置MIC或者外接）；音频增益：自动音频增益把握（AGC）；云台把握：内置RS485把握 水平270度，垂直90度；网络接口： RJ-45 10/100Mb自适以太网接口；支持网络协议：TCP/IP、HTTP、ICMP、DHCP、FTP、SMTP、

23、PPPoE等；无线：WIFI，802.11B/G；支持IP地址：静态IP地址、动态IP地址、PPPOE拨号，支持P2P技术 23.4集成把握模块 3.4.1模块功能 1. 各把握对象把握 系统集成了棚内各种把握对象。在自动把握功能未开启时，用户在系统中可进行手动把握，并通过实时反馈回来的数据查看效果；而在自动把握功能开启时，系统会依据各种参量的实时值，比对用户在系统中设置的阈值，假如超出阈值范围，则进行一些既定把握。 2. 温湿度自动把握 棚内温湿度的变化对植物的生长起着至关重要的作用。系统通过安装在空中的温湿度传感器的实时感测棚内温湿度值，然后通过开关风机、开关喷灌设备进行调整。 3. 土壤温湿度自动把握