华育物联网智慧农业案例Word文档下载推荐.docx
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草长莺飞二月天,拂堤杨柳醉春烟。
过去,只有在春季这样适合的温度下,万物才能充分的抽枝抽芽,直至往后的开花结果。
而此刻,在物联无线温度湿度传感器的帮助下,即便是在白雪皑皑的冬天,我们也能够在温室大棚中赏识到与夏季媲美的如花似锦。
这只是是物联网在智慧农业中的一个简单应用。
北京华育智慧农业系统将互联网从桌面延长到野外,让温室及时在线,进而实现蔬菜大棚与数据世界的交融。
及时采集的传感器数据与传统的栽种经验相联合,能够使得农业专家在远程就能够随时查察农田内的各样数据(温度、湿度、光照、水量),判断是不是适合作物生长的最正确条件,能够由专家依据自己经验和知识设定要点值,
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当某种数据偏离设定值时,大棚自动做出反响(温度偏低,则翻开供暖设备,温度偏高,则开门通风;
水量不足,则自动翻开喷淋装置)可同时监测和控制控几十万座蔬菜大棚的正常运转,进而使得农作物一直处在最正确的生长环境中。
此外,还可实现对蔬菜病虫害的早期预警和对蔬菜产量、交易价钱的早期展望。
智慧农业是充散发挥农业生产效率、减少农业资源浪费和农田污染的现代农业生产方式。
北京华育迪赛信息系统有限企业是中国当先的物联网设备和解决方案供给商。
他们鉴于客户需求连续创新,在物联网传感器、物联网模块、挪动物联网和云计算等几大领域都确立了行业当先地位。
依靠在物体感知、数据传输等领域的综合优势,北京华育迪赛信息系统有限企业已经成为物联网时代的领导者。
1、温室大棚发展历史
我国是应用温室种植历史最悠长的国家,在2000多年前就已
经能利用保护实行(温室的雏形)种植多种蔬菜,
20世纪50年
代,我国从苏联引进的保护地种植技术是简略的设备农业。
60年
代末,我国北方地域基本形成了保护地生产技术系统。
70
年月,
地膜覆盖技术获取引进推行。
80年月,以日光温室、塑料大棚和
遮阳网覆盖种植为代表的设备园艺获取发展,设备种植发展获取
新的一个阶段。
90年月,我国大规模引进外国大型连栋温室及配
套种植技术,中国设备农业逐渐向规模化、集约化和科学化方向
发展。
温室大棚在现代中国农业获取快速发展,建过早期的面积
不足2万亩,到2006年设备园艺面积已经发展到250多万亩,成
为全球设备园艺面积最大的国家,约占世界设备种植总面积的
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85%。
估计到2030年,园艺设备面积有望达到320万亩。
但是,在我国的温室大棚发展中,存在着很多问题,诸如设备技术水平低,环境调控能力差,机械化程度低,有关标准和规范滞后,理论和技术研究较落伍。
与此刻智能农业,机械农业的理念相差较大,在人力、成本等要素上严格限制着温室大棚的发展。
带有传感器的现代温室
外国温室种植的发源以罗马最早,罗马的哲学家塞内卡(公
元前3年至公元69年)记录了应用云母片作覆盖物生成早熟黄瓜。
设备园艺在很多发达国家发展较早,到现在已经达到很高水平。
荷
兰是世界有名的设备园艺生成大国,温室面积达1.2万亩,玻璃
温室占全球总量的1/4,且多为连栋温室,其温室生成过程全
部实现机械化。
德国以玻璃温室为主,有少许塑料温室,温室面
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积约占蔬菜和花卉栽种总面积的30%和70%。
日本温室面积1997年就达到了5万亩,其温室生成整体水平居世界当先水平。
以色列领土面积只有278万亩,现有温室3000亩,多半是大型现代化温室。
韩国1997年园艺产值占农业生成总值的47.4%,设备种植面积达到4.4万亩,人均10平方米,生成规模及技术已靠近国际先进水平。
以上国家温室机械化生成水平都很高,在加热、保湿、整地、注水、施肥、植保等生成环节上基本实现了机械化。
因为此刻科学技术的高度发展,采纳现有的机械化、工程化、自动化技术,外国已实现设备内部环境要素(如温度、湿度、光照、CO2浓度等)的调控,由过去单要素控制向利用环境计算机多因子动向控制系统发展;
温室环境控制和作物种植管理向智能化、网络化方向发展,并且温室家产向节俭能源、低成本的地域转移,节能技术成为研究的要点。
智慧农业温室大棚
2、智能温室的发展方向
智能温室系统是一种联合了计算机自控技术、智能传感技术
等高科技手段的资源节俭型高效设备农业技术,它主假如依据环
境的温度、湿度、二氧化碳含量、光照、雨量以及土壤状况等因
素,来控制温室内的各项指标和各样营养元素配方,以创建出适
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合作物生长的最正确环境。
很明显怎样能够正确、稳固、方便的获取这些环境信息就成为整套系统的要点。
跟着近几年短距离无线通信的发展,新兴的无线传感网技术为智能温室系统中的传感环节供给了有力的技术保障。
将来,智能温室的发展方向将主要环绕以下几个方面:
高科技栽种。
目前国内温室整体的科技含量远低于外国,能够说我国高科技智能温室刚才起步但其发展速度相当快速,主要原由是国内关于智能温室的需求。
生态餐厅。
目前在国内已逐渐盛行,切合现代人绿色、环保、健康的生活理念。
带有温湿度传感器的花卉大棚
花卉市场。
智能温室与花卉市场的联合,在过外早已形成规模,在国内也开始兴建,将来10年,智能温室花卉市场将在国内
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也形成逐渐规模。
3、智慧农业系统建设目的
智慧农业是农业生产的高级阶段,是集新兴的互联网、挪动互联网、云计算和物联网技术为一体,依靠部署在农业生产现场的各样传感节点(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、智能决议、智能剖析、专家在线指导,为农业生产供给精确化栽种、可视化管理、智能化决议。
建设智慧农业系统的目的在于:
1)肩负计算机科学与技术、电子信息工程、通信工程、应用电子技术等专业的单片机实验、电子实训、课程设计、毕业设计、电子比赛的任务,提高学生着手能力,进而提高学生的就业率。
2)肩负无线传感网络、物联网技术的应用试验,提高学生对
于新技术的掌握。
3)给学生在物联网应用方面供给一个现实事例,抛砖引玉,
激发学生对其余应用的研究。
4)供给学生的科研能力,间接的促使中国温室大棚的发展,
减少成本,提高农产质量量。
二、需求剖析
依据与北京市延庆县经济菜栽种基地的交流和调研提出以下
需求
1)、高精度丈量温室大棚生产过程中的参数,智能控制温室
内温度、湿度通风状况等,自动实现保温、保湿和历史数据的记
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录,视频监测温室内部环境。
2)、需要远程接见与控制。
使用PC机能够进行远程接见温室
内的有关数据,及时察看植物的长势,还能够远程控制温室内部的履行器件(电扇、加湿器、加热器)来改变温室内部环境;
使用手机相同能够远程接见温室内部环境的各项数据指标,远程控制温室内部的履行器件。
3)、对温湿度进行监测:
及时监测温室内部空气的温度和湿
度。
要使得测湿精度可达±
4.5%RH,测温精度可达±
0.5℃(在
25℃)。
4)、对光照度进行监测:
要务及时对温室内部光照状况进行
检测,其及时性强,应用电路要求简单,便于实验。
5)、具备安防监测功能:
当温室周边有人出现时,安防信息采集节点能够向主控中心发送信号,同光阴报警。
要求检测的最远距离为7米,角度在100o左右。
6)、视频监测功能:
要求工作人员既能够在触屏液晶显示器上看到温室内部的及时画面,又能够经过PC机远程接见的方式来观看温室内部的及时画面。
7)、需具备控制电扇功能:
系统能自动开启电扇增强通风,
为植物供给充分的二氧化碳。
8)、需要具备控制加湿器功能:
假如温室内空气湿度小于设
定值,系统需要自动启动加湿器,达到设定值后便停止加湿。
9)、能够控制加热器给环境升温功能:
当温室内温度低于设
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定值时,系统能自动启动加热器来升温,直到温度达到设定值为
止。
10)、拥有局域网远程接见与控制功能:
用户便能够使用PC
机接见物联网数据,经过操作界面远程控制温室内的履行器件,
保护系统稳固。
11)、需要具备GPRS网络接见功能:
用户能够用手机来接见
物联网数据,认识温室内部环境的各项数据指标(温度、湿度、
光照度和安防信息)。
12)、需要具备控制参数设定及阅读功能:
客户要求对所要实
现自动控制的参数(温度、湿度)进行设置,以知足自动控制的
要求。
三、系统设计
1、智慧农业控制系统工作原理
物联网智慧农业项目采纳无线传感网技术实现对数据的采集
和控制,项目采纳zigbee协议组建无线传感网络,采纳linux
操作系统的嵌入式网关技术实现Internet的远程接见与控制功
能,GPRS网的远程接见与控制功能、视频监测功能和数据显示功
能。
原理图和整体方案以下列图所示:
10/28
网线
USB
Wireless
无线网卡
局域网
路由器
ARM嵌入式
远程接见和控制
用户
系统
s
Wireles
视频监测
UART
GPRS
模块
网关
无穷传感器网络
协调器
Wir
e
l
ss
Wir
湿度采集节点
eless
无穷传感器网络路由器
电扇
热
散
W
les
ir
加湿器
le
ss
加
湿
温度采集节点
ire
升
温
光照度采集节点
控制节点
加热器
安防信息采集节点
物联网智慧农业实训系统ITS-WSNCE/A原理图
物联网智慧农业实训系统ITS-WSNCE/A构造图
2、智慧农业控制系统功能描绘
物联网智能温室控制系统采纳目前比较热点的无线传感器网
络技术、ARM嵌入式技术和传感器技术相联合的方式,精确采集
温室内部环境的各项指标,驱动相应履行器件(电扇、加湿器、
加热器)安稳控制温室内部环境的变化。
实现了以下18项功能:
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1)、空气温湿度监测功能:
工作人员可依据温湿度采集节点
配有温湿度传感器SHT10,及时监测温室内部空气的温度和湿度。
测湿精度可达±
0.5℃(在25℃)。
2)、土壤湿度监测功能:
土壤湿度采集节点配有土壤湿度传
感器,及时监测温室内部土壤的湿度。
3)、光照度监测功能:
光照度采集节点采纳光敏电阻来实现
对温室内部光照状况的检测,其及时性强,应用电路简单,便于
学生实验。
4)、土壤PH监测功能:
土壤PH采集节点采纳土壤PH传感器
来实现对温室内部土壤PH状况的检测。
5)、鱼池氧气溶度监测功能:
鱼池氧气溶度采集节点采纳氧
气溶度传感器来实现对鱼池水中氧气溶度鱼池氧气溶度的检测。
6)、安防监测功能:
当温室周边有人出现时,安防信息采集
节点便向主控中心发送信号,同光阴报警。
安防信息采集节点采
用的传感器为人体红外感觉模块,它检测的最远距离为7米,角度在100o左右。
7)、视频监测功能:
摄像头及时捕捉温室内部的画面,尔后经过USB接口将画面数据传输给网关办理。
我们既能够在触屏液晶显示器上看到温室内部的及时画面,又能够经过PC机远程接见的方式来观看温室内部的及时画面。
8)、控制电扇促使植物光合作用功能:
植物光合作用需要光
照和二氧化碳。
当光照度达到系统设定值时,系统会自动开启风
扇增强通风,为植物供给充分的二氧化碳。
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9)、控制加湿器给空气加湿功能:
假如温室内空气湿度小于
设定值,系统会启动加湿器,达到设定值后便停止加湿。
10)、控制喷淋装置给土壤加湿功能:
当土壤湿度低于设定值
时,系统便启动喷淋装置来喷水,直到湿度达到设定值为止。
11)、控制加热器给环境升温功能:
当温室内温度低于设定值
时,系统便启动加热器来升温,直到温度达到设定值为止。
12)、控制喷水装置给鱼池增氧功能:
当鱼池氧气溶度低于设定值时,系统便启动喷水装置来增氧,直到氧气浓度达到设定值为止。
13)、局域网远程接见与控制功能:
物联网经过网关加入局域网。
这样用户便能够使用PC机接见物联网数据,经过操作界面远程控制温室内的履行器件,保护系统稳固。
14)、GPRS网络接见功能:
物联网经过网关接入GPRS网络。
用户便能够手机来接见物联网数据,认识温室内部环境的各项数
据指标(温度、湿度、光照度和安防信息)。
15)、控制参数设定及阅读:
对所要实现自动控制的参数(温度、湿度、氧气浓度等)进行设置,以知足自动控制的要求。
用
户既能够直接操作网关界面上的按钮来达成系统均衡参数的设置,又能够经过PC机或手机远程访的方式达成参数的设置。
16)、显示及时数据曲线:
及时趋向数据曲线可将系统采集到的温室内的数据以及时变化曲线的形式显示出来,便于察看系统某时间段内整体的检测状况。
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17)、显示历史数据曲线:
可显示出温室内各丈量参数的日、月、年参数变化曲线,依据该曲线可合理的设置参数,可剖析环境的变化对植物生长的影响。
3、智慧农业控制系统节点原理图
温度数据
温度
数据
Wireless
Wireless
温度节点工作原理图
湿度数据
Wireless
Wireless
湿度采集节点工作原理图
光源
Wireless
Wireless
光照信
息
光
照
信息
光照度采集节点工作原理图
14/28
52手动控制
ARM
RS
UART
GP
发送短信
启动电扇发送
11,封闭电扇发送
10;
启动加湿器发送
21,封闭加湿器发送
20;
启动加热器发送
31,封闭加热器发送
30;
恢复默认设置发送00。
UARTGPRS
模块用户
接收短信
手机远程控制原理图
四、系统构造构成
智慧农业系统ITS-WSNE/A由仿真沙盘(仅限于教课使用)、传感设备、传输控制设备与控制台等四部分构成,各部分的设计要求以下:
1)、仿真沙盘:
沙盘总面积为3m×
4m、平面高度为0.7m,沙
盘由温室大棚区、鱼池区构成。
沙盘底座由角钢件连结,底部用高密板封装,上部基围用1mm不锈钢拉丝面板装修;
温室大棚区面积约3m×
2m,大棚高度为0.8m,由蔬菜地、大棚构成。
蔬菜地布设4个土壤参数检测点,地面安装各样蔬菜模型,地面有回水渠。
大棚区采纳Φ25不锈钢管设计制作顶棚支架、复盖尼龙薄膜。
顶棚支架安装喷淋装置(4个喷头)。
喷淋水从鱼
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池中抽取,并回流到鱼池中去。
鱼池区面积约3m×
2m,设计制作体积约为2m×
1.5m×
0.4m的水池,采纳玻璃钢整体成型或不锈钢焊接成型。
底部设排水管和阀门。
池面固定喷水增氧装置。
物联网智慧农业实训系统ITS-WSNCE/A表示图
2)、传感器
①温室大棚内安装空气温湿度传感器节点2个,温度计2个,
湿度计2个,检测温室大棚内的温度和湿度值。
②温室大棚内安装土壤湿度传感器节点2个,土壤湿度计2
个,检测温室大棚内土壤湿度值。
③温室大棚内安装土壤PH传感器节点2个,检测温室大棚内
的土壤PH值。
④温室大棚内设置光照度传感器节点1个,检测温室大棚内的光照度值。
16/28
⑤温室大棚内设置热释红外传感器节点1个,检测温室大棚内人员非法入侵状况。
⑥鱼池内安装氧气传感节点1个,含氧计1个,检测鱼池水份中的氧气值。
⑦智慧农业沙盘安装摄像头1个,监控智慧农业沙盘运转情
况。
上述传感节点构成无线自组网,经过协调器与网关通信,与PC机通信。
3)、传输控制设备
①设计制作嵌入式网关设备一套,能经过网关设备采集显示传感信息,并对履行器进行控制。
②安装喷淋设备一套,喷淋设备由一套微型水泵与4个喷头
17/28
构成,当传感节点检测到温室大棚土壤湿度值未达规定值,则由喷淋设备启动从鱼池中抽水喷淋,喷淋水从回流到鱼池中去。
③安装通风设备一套,通风设备由风机、加热与控制履行机构构成,当传感节点检测到温室大棚气温达到或超出规定值,则启动通风设备进行降温办理,温度低于规定值时,则进行加热办理。
④安装增氧设备一套,增氧设备由增氧机(喷水循环)与控制履行机构构成,当传感节点检测到渔池内氧气低于规定值,则启动增氧设备增氧。
4)、控制台
特意设计智慧农业控制台一套,控制
台安装电脑设备与嵌入式网关等设备,电
脑、网关与协调器进行通信,电脑与嵌入
式网关设备分别采集与记录温湿度、土壤
养份、光照度、含氧量等传感信息,并显
示传感数据变化曲线,对传感数据与规定
值进行比较,当超出规定值时发出控制指
令,控制喷淋、通风、加热、增氧设备工
作。
控制台能视频监测温室内部环境,显
示智慧农业沙盘现场工作状况。
上位机储存采集到的温度、湿度、光
照度、含氧量、土壤养份等数据值,并对数据值进行统计剖析,以直方图方式显示日、月、年统计剖析报表。
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履行成效:
当通风、加热、增氧设备启动后,温度、湿度、含氧量等传感器能及时将温度、湿度、含氧量数据信息传递给网关与上位机,屏幕能在2秒内显示温度、湿度、含氧量变化值与变化曲线,屏幕显示值应与现场安装的温度计、湿度计、含氧计一致,能显示数据统计剖析报表。
控制台采纳冷轧钢板表面喷塑,17吋触摸屏液晶显示器控制。
控制台内安装网关、开关电源,漏电保护等设备,台面部署协调
器、路由器、GPRS模块等设备。
系统为linux操作系统,控制台软件用QT软件进行界面编程。
控制台内电脑、网关与协调器进行通信,能视频监测温室内部环境,显示智慧农业沙盘现场工作状况。
数据采集:
控制台作为上位机将采集到的各样传感器信息进行储存并及时显示在控制台屏幕上,并将信息数值进行统计剖析,以直方图方式显示日、月、年统计剖析报表。
信息办理:
将传感数据经过比对发现高出规定值时,立刻向喷淋、温湿度等控制设备发出工作指令;
回到规定值后,向控制设备发出停止工作指令。
信息回馈:
当通
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