智慧农业实训方案

才智农业系统方案

VI.。版

2014年3月7口

上海企想信息技术有限公司

书目

1.前言...............................................3

L1方案背景.........................................3

1*21^14

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

2.2.4ZigBee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实时视频采集模块..................................11

3.3.1模块功能....................................11

3.3.2模块配置....................................11

3.4集成限制模块......................................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

L1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。加快发呈现代农业，既是转变经济发展方式、全面建设小康

社会的重要内容，也是提高农业综合生产实力、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《全国现代农业发展规划》，这是新中国成立以来的首次，具

有重要标记性意义：标记着党中心、国务院在“三化同步”中高度重视农

业现代化；标记着发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发展的重要时期。《规划》从加快转变农业发展方式

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发展全局的八项重点任务。完善现代农业产业

体系，最突出的标记之一就是大力发展设施农业。而引领现代农业发展的

智能温室的建设成为推动和持续发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、限制工程、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限制设备，通过

L2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，可以变更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发展。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实力、

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软件结构

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限制平台，进行数据的存储、分析比对系统设定的

数据阀值，自动限制温室的卷帘、通风、浇灌等设备，使温室内环境保持

在相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

治等进行指导和帮助，实现园区温室种植的集约化、科技化、现代化。

2.2硬件结构

喷灌设备

O空气温湿度传感器（Zigbee行点）o空气光照传感器（Zqbee节点）

土壤温湿度传感器（Zqbee特点）•二氧化碳传感器（Zqbee埼点）

图2-2才智农业硬件系统结构图

2.2.1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。智能温室限制的基础首先要通

过传感器进行环境参数的采集，传感器的选择对于获得数据的精确性

和功能性特别关键。温室限制对于传感器的精度要求不高，但是温室

特别的高温、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，既须要能长期耐高温、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限制。随着温室种植规模

的不断发展和扩大，无线网络技术和远程视频信号技术发展，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帮助,

为温室的平安、管理、效益供应有力的保隙。

2.2.3小型气象站

天气预报是重要和首要的现代农'也信息之一。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

整限制温室设备，做到科学管理、防灾减灾。

2.2.4Zigbee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发展，

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

限制的首选网络，在农业自动化得到广泛的应用。智能温室采纳混合

组网，底层为多个ZigBcc监测网络，负责监测数据的采集。每监测网

络采纳星型结构，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限制系统的核心，对温室内各类信

息进行存储、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展示插件和管理接口；供应限制温室大

棚设备的吩咐管理。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限制系统发人工指令，远程限制

温室大棚的限制系统，设定限制主机的智能限制工作实现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：

棚内环境采集模块

棚外气象采集模块

实时视频采集模块

集成限制模块

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

棚内匀称分布有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，以与进行一

些自动调整限制。

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：SamsungS5PV210,基1

于CortexTM-A8

♦运行主频1GHZDDR2

♦RAM：512MB,

♦32bit数据总线，单通道，

♦运行频率200MHzFLASH闪存

♦SLCNANDFlash:512MB（标

配）/1GB（可选）

♦操作系统支持：Superboot-210Android

2.3+Linux-2.6.35Android4.0（基于

Linux-3.0.8内核）Linux-3.0.8+

Qt2/4.8.5WindowsCE6.0）

2智能温湿温度传感器测量精度：±0.5℃(25℃);温2

度传感限度传感器测量范围：-40〜+123.8℃;湿度

制模块传感器测量精度：±4.5%RH;温度传感器

测量范围：。〜100%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：3〜10V/0〜100mA;

3智能光照测量范围：。〜300K1UX；测量精度：±5%;2

传感限制光照传感器工作温度：-25℃~+80℃;工作

模块湿度：＜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：3〜10V/0〜100mA;

4智能CO2量程：。〜50000ppm,分度：1ppm。内2

传感限制置智能传感器处理器：MSP430F5638,基

模块于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：3〜10V/0〜

100mA;

5智能土壤温度传感器测量精度：±0.29（25℃）;温2

温度传感度传感器测量范围：30〜+7CTC；内置智能

限制模块传感器处理器：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：3〜10V/0〜

100mA;

6智能土壤湿度传感器测量精度：±4.5%RH;温度传2

湿度传感感器测量范围：。〜100%RH;工作湿度：

限制模块<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：3〜10V/0〜100mA;

7无线通信采纳ABS塑料外壳。通信协议符合国际标准10

限制器智能传感器协议IEEE1451-2。通信模块芯

片TICC253。，2.4GHz,陶密天线；主控处

理器彳氐功耗ENERGYMICRO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

了无线通信在点的动态组网与传感数据采集

传输。无线通信限制器与智能传感限制器通

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c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。

3.2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,然后将相关限制对象关闭，并通知给用户。

3.2.2模块配置

序设备名称设备参数数

号量

1简易气象站测量范围。〜70m/s0-360°精度土1

(0.3+0.03V)m/s±6°(±3°)最大回转

半径90mm365mm辨别率0.lm/s5.6°

(2.8°)起动风速<0.5m/s<0.5m/s工

作电压5V〜12V5V〜12V工作电流10mA

20mA(或2〜3mA)工作环境温度-6CTC〜

50℃湿度W100%RH

2智能温湿度温度传感器测量精度：±。.5℃(25℃);温度传2

传感限制模感器测量范围：-40〜+123.8C;湿度传感器测

块量精度：±4.5%RH;温度传感器测量范围：。〜

100%RH;工作湿度：＜80%（不结露）o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：3〜10V/0〜100mA;

3无线通信限采纳ABS塑料外壳。通信协议符合国际标准智能2

制器传感器协议IEEE1451-2。通信模块芯片

TICC2530,2.4GHz,陶瓷天线；主控处理器低

功耗ENERGYMICRO处理器EFM32GXX,软

件：IEEE145L2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与传感

数

3.3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2~4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，还是运用智能手机均

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视察现

场作物状况，获得作物长势、植物病虫害外观等信息。

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ARM：W90N745;sensor：OV7725;操2

头作系统：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(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：

l/50s(l/60s)-1/100,000s;白平衡：

自动白平衡；背光补偿：自动背光补偿；夜

视：中5mmi1颗LED灯夜视10米,ircut自

动切换。标配：F1.8/3.6mm90°M12接

口；处理器：双向语音(内置MIC或者外接)；

音频增益：自动音频增益限制(AGC);云

台限制：内置RS485限制水平270度，垂直

90度；网络接口：RJ-4510/100Mb自适

以太网接口；支持网络协议:TCP/IP、HTTP、

ICMP、DHCP、、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

3.4集成限制模块

3.4.1模块功能

1.各限制对象限制

系统集成了棚内各种限制对象。在自动限制功能未开启时，用

户在系统中可进行手动限制，并通过实时反馈回来的数据查看效

果；而在自动限制功能开启时，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

限制。

2.温湿度自动限制

棚内温湿度的变更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.土壤温湿度自动限制

植物的良好生长须要土壤详细合适的温湿度。系统通过埋入土

壤深处的土壤温湿度传感器实时监测土壤温湿度变更，系统通过