水稻育秧大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過光照、溫度、濕度等無線傳感器，對農(nóng)作物溫室內(nèi)的溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度等環(huán)境參數(shù)進行實時采集，自動開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備(如遠程控制澆灌、開關(guān)卷簾等)。同時在溫室現(xiàn)場布置攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，實時采集視頻信號。

一、背景情況

物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被譽為全球一個新的經(jīng)濟增長點，國家和政府部分非常重視物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新華社報道，在各省啟動的十二五規(guī)劃中，有23個省份將物聯(lián)網(wǎng)作為重要發(fā)展目標。

物聯(lián)網(wǎng)(TheInternetofthings)是指通過射頻識別(RFID)、傳感器、全球定位系統(tǒng)、二維碼等信息感知設(shè)備，按約定的協(xié)議連接起來，通過有線或無線網(wǎng)絡進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、數(shù)據(jù)采集、智能控制、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用，既能改變粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式，也能提高動植物疫情疫病防控能力，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

二、需求分析

根據(jù)建三江前進農(nóng)場農(nóng)業(yè)信息化需求，經(jīng)過討論分析主要有以下具體需求：一方面是水稻育秧大棚、農(nóng)田灌溉及糧食存儲的自動監(jiān)控和智能控制;第二是面向農(nóng)戶提供農(nóng)業(yè)技術(shù)服務的農(nóng)業(yè)信息服務平臺;三是通過語音、短信、彩信等多種通信方式的農(nóng)業(yè)專家熱線;四是提供農(nóng)商在線貿(mào)易服務平臺。

1、水稻育秧大棚監(jiān)控及智能控制

目前，建三江前進農(nóng)場主要種植水稻，在每年的春天需要提前在大棚內(nèi)進行水稻育秧，水稻育秧對溫度、濕度、光照、通風、灌溉等都有嚴格的要求，以往都是通過人工憑經(jīng)驗來操作。不僅效率低，并且精確度不夠。

通過傳感器對大棚環(huán)境指標各項數(shù)據(jù)的采集，統(tǒng)一集中到數(shù)據(jù)存儲平臺，一方面可以全面掌握每個大棚的環(huán)境情況，二是可以通過高清視頻查看秧苗的具體發(fā)育情況，三是可以通過閾值設(shè)置，實現(xiàn)自動通風、光照、灌溉等自動化管理。

2、農(nóng)業(yè)信息化服務平臺

主要是為農(nóng)戶提供豐富的信息內(nèi)容和服務，包括了農(nóng)業(yè)法規(guī)、農(nóng)產(chǎn)品交易、勞務信息、價格查詢、農(nóng)業(yè)科技、市場動態(tài)、氣象信息等。

3、農(nóng)業(yè)專家服務熱線

主要是為農(nóng)場和農(nóng)戶之間搭建溝通的橋梁，農(nóng)戶可以通過熱線電話、彩信、短信的方式，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面遇到的問題來求助于農(nóng)業(yè)專家，同時可以通過這些通信手段獲得及時的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息。

4、農(nóng)商在線貿(mào)易服務平臺

主要是服務用農(nóng)戶，提供農(nóng)產(chǎn)品的網(wǎng)上宣傳、推廣，網(wǎng)上在線實物展示、交易撮合服務等。

(一)大棚監(jiān)控及智能控制

1、概述

水稻育秧大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過光照、溫度、濕度等無線傳感器，對農(nóng)作物溫室內(nèi)的溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度等環(huán)境參數(shù)進行實時采集，自動開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備(如遠程控制澆灌、開關(guān)卷簾等)。同時在溫室現(xiàn)場布置攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，實時采集視頻信號。用戶通過電腦或3G手機，隨時隨地觀察現(xiàn)場情況、查看現(xiàn)場溫濕度等數(shù)據(jù)和控制遠程智能調(diào)節(jié)指定設(shè)備。

2、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

(1)總體架構(gòu)

系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為傳感信息采集、視頻監(jiān)控、智能分析和遠程控制四部分。

(2)技術(shù)架構(gòu)

(3)系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。主要負責溫室內(nèi)部光照、溫度、濕度和土壤含水量以及視頻等數(shù)據(jù)的采集和控制。數(shù)據(jù)傳感器的上傳采用ZigBee和Rs485兩種模式。根據(jù)傳輸方式的不同，溫室現(xiàn)場部署分為無線版和有線版兩種。無線版采用ZigBee發(fā)送模塊將傳感器的數(shù)值傳送到zigBee節(jié)點上;有線版采用電纜方式將數(shù)據(jù)傳送到Rs485節(jié)點上。無線版具有部署靈活，擴展方便等優(yōu)點;有線版具有高速部署，數(shù)據(jù)穩(wěn)定等優(yōu)點。

視頻采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高精度網(wǎng)絡攝像機，系統(tǒng)的清晰度和穩(wěn)定性等參數(shù)均符合國內(nèi)相關(guān)標準。

控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由控制設(shè)備和相應的繼電器控制電路組成，通過繼電器可以自由控制各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，包括：噴淋、滴灌等噴水系統(tǒng)和卷簾、風機等空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。

無線傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要將設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，通過3G網(wǎng)絡傳送到服務器上，在傳輸協(xié)議上支持IPv4現(xiàn)網(wǎng)協(xié)議及下一代互聯(lián)網(wǎng)IPv6協(xié)議。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)負責對采集的數(shù)據(jù)進行存儲和信息處理，為用戶提供分析和決策依據(jù)，用戶可隨時隨地通過電腦和手機等終端進行查詢。

(4)網(wǎng)絡拓撲

系統(tǒng)在網(wǎng)絡方面采取了多種制式，遠程通訊采用3G無線網(wǎng)絡，近距離傳輸采取無線ZigBee模式和有線Rs485模式相結(jié)合，保證網(wǎng)絡系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

(5)系統(tǒng)功能介紹

數(shù)據(jù)采集

溫室內(nèi)溫度、濕度、光照度、土壤含水量等數(shù)據(jù)通過有線或無線網(wǎng)絡傳遞給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如果傳感器上報的參數(shù)超標，系統(tǒng)出現(xiàn)闌值告警，并可以自動控制相關(guān)設(shè)備進行智能調(diào)節(jié)。

數(shù)據(jù)采集設(shè)備列表

視頻監(jiān)控

用戶隨時隨地通過3G手機或電腦可以觀看到溫室內(nèi)的實際影像，對農(nóng)作物生長進程進行遠程監(jiān)控。

數(shù)據(jù)存儲

系統(tǒng)可對歷史數(shù)據(jù)進行存儲，形成知識庫，以備隨時進行處理和查詢。

數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)將采集到的數(shù)值通過直觀的形式向用戶展示時間分布狀況(折線圖)和空間分布狀況(場圖)，提供日報、月報等歷史報表。

遠程控制

用戶在任何時間、任何地點通過任意能上網(wǎng)終端，均可實現(xiàn)對溫室內(nèi)各種設(shè)備進行遠程控制。可以提供灌溉、卷簾等操作。

錯誤報警

系統(tǒng)允許用戶制定自定義的數(shù)據(jù)范圍，超出范圍的錯誤情況會在系統(tǒng)中進行標注，以達到報警的目的。

統(tǒng)一認證

系統(tǒng)允許用戶制定自定義的數(shù)據(jù)范圍，超出范圍的錯誤情況會在系統(tǒng)中進行標注，以達到報警的目的。

手機監(jiān)控

3G手機可以實現(xiàn)與電腦終端同樣的功能，實時查看各種由傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并能調(diào)節(jié)溫室內(nèi)噴淋、卷簾、風機等各種設(shè)備。

GIS地圖

系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)結(jié)合，提供對設(shè)備所在位置的查詢。