农业智能控制技术

农业物联网方案

2020.9一农业的发展背景及现状农业的精细化要求：喜温植物不能长期忍受5度以下的低温，10度以下停止生长，如黄瓜，西葫芦，茄果类，菜豆等耐热蔬菜生长温度要求在20至30度，要求昼夜温差不低于10度

农业的发展背景及现状国内现有温室的种植方式：粗放型种植，根据农民祖辈相传的经验国外倡导的精细化农业种植：不仅节约成本，还能保证果蔬可以在最适宜的环境下生长，实现增产增收以西红柿种植为例：根据我们和以色列同行的交流，以色列采用精细化种植的西红柿可以实现亩产50吨，而北京平谷东高村的农户，亩产仅在7吨左右。以种猪养殖为例：公猪交配期的温度高于29度，交配时间将延长一个月实现精细化农业的前提是环境数据的精细化控制，这必然要求农户购买环境监测设备

农业市场容量及前景分析以温室为例：全国共有温室250万公顷，大型连栋温室2000公顷（根据北京农技推广中心主任的数据）以示范园为例：全国共有5000个大型示范基地以养殖场为例：仅北京周边有2万个养猪基地（根据北京客户首农集团经理数据）在农业智能化建设过程中存在的一些问题农作物的生长环境主要依靠感官经验，而不是精确、可靠的量化数据，成功的种植经验不容易被总结和复制完全依赖人工控制种植过程，无法对过程进行监督和控制，尤其以科研机构和大型种植基地为例，温室的种植往往是聘请农民工，由于缺乏有效的信息化手段，使得难于对他们工作的质量进行控制。在科研基地、示范基地、观光农业，存在用户需要远程了解温室环境的需求，对于此类需求，必须通过信息化的手段来满足。二物联网在农业方面的应用一

智能化培育控制二农产品质量安全三农业远程诊断系统的应用四应用于节水灌溉五应用于环境和动植物信息监测六应用于粮食物流七应用于农业信息化

一智能化培育控制通过在农业园区安装生态信息无线传感器和其他智能控制系统，可对整个园区的生态环境进行检测，从而及时掌握影响园区环境的一些参数，并根据参数变化，适时调控诸如灌溉系统、保温系统等基础设施，确保农作物有最好的生长环境，以提高产量、保证质量。二农产品质量安全我国食品安全方面事故频发，其中一个很重要的原因是从生产到销售缺乏监管。加大对农副产品从生产到流通整个流程的监管，则可以将食品安全隐患降至最低，而物联网则可在这方面发挥重要的作用。根据对物联网事件追踪，国内已有多个地区把食品安全监管作为物联网产业应用的突破口。目前，国内已出现“食品安全追溯系统”。如四川省建立了猪肉安全追溯系统，该系统以跟踪猪肉产品的生产、加工、批发，以及零售等各个环节；广东省建立了茶叶安全生产可追溯信息系统，提取了茶叶的生产、加工、流通、消费等供应链环节消费者关心的公共追溯要素，建立了食品安全信息数据库，一旦发现问题，能够根据溯源进行有效的控制和召回，从源头上保障消费者的合法权益。构架三农业远程诊断系统的应用主要是通过一系列的视频手段以及一系列的传感器和RFID设备，远程将所要诊断的农产物种的各种状态发送给相对应的专家，然后专家通过一系列的参数，来为农作物或者养植物下诊。

四应用于节水灌溉无线传感器网络自动灌溉系统利用传感器感应土壤的水分，并在设定条件下与接收器通信，控制灌溉系统的阀门打开、关闭，从而达到自动节水灌溉的目的。由于传感器网络具有多跳路由、信息互递、自组网络及网络通信时间同步等特点,使灌区面积、节点数量可以不受限制，因此可以灵活增减轮灌组。加上节点具有土壤、植物、气象等测量采集装置，利用通信网关的Internet功能与RS和GPS技术结合，形成灌区动态管理信息采集分析技术，配合作物需水信息采集与精量控制灌溉技术、专家系统技术等，可构建高效、低能耗、低投入、多功能的农业节水灌溉平台。用户还可在温室、庭院花园绿地、高速公路中央隔离带、农田井用灌溉区等区域,实现农业与生态节水技术的定量化、规范化、模式化、集成化,促进节水农业的快速和健康发展。2008年，湖南农业大学提出了一种基于无线传感器网络的农田自动节水灌溉构建方案，用无线传感器网络实现农田土壤湿度信息的实时采集和传输，通过灌溉控制器控制灌溉管网，分区域实时灌溉并调节土壤湿度，保证了精细农业所要求的时空差异性和水资源的高效利用。五应用于环境和动植物信息监测包括如监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、畜禽的环境状况以及大面积的地表监测，收集温度、湿度、风力、大气、降雨量，有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤pH值等，从而进行科学预测，帮助农民抗灾、减灾，科学种植，提高农业综合效益。用户通过布置多层次的无线传感器网络检测系统,可以对牲畜家禽、水产养殖、稀有动物的生活习性、环境、生理状况及种群复杂度进行观测研究,也可用于对森林环境监测和火灾报警。传感器节点随机密布在森林之中,平常状态下定期报告环境数据,当发生火灾时,节点通过协同合作会在很短的时间内将火源的具体地址、火势大小等信息传送给相关部门。此外，无线传感器网络也可以应用在精准农业中,来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。六 应用于粮食物流在粮食物流上面的应用主要分为三大块：粮食仓储领域，把物联网技术应用于粮食仓储领域，通过感应器在储粮食进行感知，并实现各储仓库及储粮点的连接，就可以动态掌握在储粮食的基本性状状态，以做出相应的控制。粮食运输领域，实现粮食运输的合理化。物联网技术在粮食运输工具之间的应用，可极地大提高粮食运输效率。应用于粮食装卸搬运领域，实现粮食物流的无缝化连接。物联网在装卸搬运领域中的应用，首先，可以实现粮食装卸搬运的连续性，通过对粮食质量、数量的感知，就可以减少装卸搬运过程中的检验环节，真正做到粮食物流中的不间断式作业，大大提高粮食物流的速度；其次，可以降低粮食装卸搬运过程中的浪费，通过物联网的感知，对装卸搬运过程中粮食的损失过程可以进行动态的监控。应用于粮食配送领域，实现配送的精确化。对于粮食配送来说，最重要的就是快速、准确，通过在粮食配送车辆、包装之间实现物联网技术，可以实现对整个配送过程的动态掌握，配送车辆中小包装粮食的品种信息也可以一目了然，大大提高了粮食配送的效率与准确率。另外，通过物联网技术的应用，粮食配送中心还可以实现对零售商处粮食的货架、库存情况动态监控，对粮食存放条件、销售状况都可以远距离地感知，从而作出合理的配送决策。七 应用于农业信息化建立基于物联网技术的农业生产智能管理系统,通过在各个农作物领域应用传感器,实现各种数据的自动采集,为进行科学预测和管理提供依据。农业生产智能管理系统通过在各个农作物领域应用传感器,比如土壤水肥含量传感器、动物养殖芯片、农产品质量追溯标签、农村社区动态监控等各种传感器,实现数据自动采集,为进行科学预测和管理提供依据。

三以在蔬菜大棚的实际应用为例近年来，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。一系统组成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无线传输设备（添加-----无线龙。。。。DTU没有可以采用一个虚拟型号，短距离模块系列）3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。系统总构架系统总架构首先用232/485先将大棚数据采集终端和DTU连接起来，将SIM卡插进DTU中，给DTU上电即可，此时DTU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DTU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DTU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DTU后，DTU通过串口送到采集终端，从而实现了数据双向透明传输。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（GPRSIPMODEM等）进行无线传输。5：温湿度监控软件采用标准windows98/2000/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。项目的实施和安装1.一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DTU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DTU。2.专线接入数据中心采用APN专用固定IP接入，这种宽带接入比较稳定。3.数据中心平台搭建主要是通过组态软件对采集到信息进行处理归纳，DTU和平台之间是有对接的接口。系统中所涉及到一系列的产品介绍←数据采集模块，将一系列的传感器的数据才记起来←←←←短信模块，可根据现场不同情况进行选配，将一些重要数据发送到管理员的手机上←数据远程传输模块，DTU模块，通常接口232,485，网口通讯等等。

小结联网技术涉及到农业生产的各个环节。如育秧阶段可实时查看到温室大棚内的温度、湿度、土壤含水量等信息，并可通过3G手机或电脑，对温室内各种设备进行远程监控、远程控制；灌溉阶段，利用物联网技术，结合全球眼实现水库闸坝、水位的视频监控，可全方位掌握雨情、水情、工情信息，实时动态为山洪灾害的及时预警，及时撤离提供技术支持，为合理灌溉提供技术手段；收割阶段，对收割机等农机设施进行车辆定位和设备监控，实时掌握各项设施的运行状况和位置信息，达到农机设备运行效率最大化；农作物运输阶段，可对运输车辆进行位置信息查询和视频监控，及时了解车厢内外的情况和调整车厢内温湿度，同时还可对车辆进行防盗处理，一旦发