智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

　　一、系統(tǒng)簡介

　　“智慧綠態(tài)農(nóng)業(yè)/花卉大棚環(huán)境云監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”是一套基于modbus/bacnet協(xié)議及l(fā)ora無線通訊系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化及綠色生態(tài)管理。該系統(tǒng)利用多種類型的傳感器、自動化控制設備、多功能采集節(jié)點，以及無線組網(wǎng)系列設備等組建農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn)與監(jiān)測專用的無線傳感網(wǎng), 對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的空氣溫濕度、光照度、二氧化碳濃度、土壤溫濕度等信息進行采集，并傳輸?shù)皆茢?shù)據(jù)管理中心，通過特定的算法建立云數(shù)據(jù)庫，并為農(nóng)業(yè)管理部門及農(nóng)戶提供生產(chǎn)管理依據(jù)。此外，農(nóng)戶可在自己的管理權限范圍內(nèi)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(如農(nóng)業(yè)大棚、大田、水產(chǎn)品養(yǎng)殖場等)進行實時監(jiān)測、設備遠程控制、節(jié)能管理以及化肥等化學產(chǎn)品的使用管理，在保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化管理，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對自然環(huán)境的影響，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的綠色生態(tài)管理。

　　目前，由于人們普遍認為農(nóng)業(yè)本身就是綠色的，所以絕大多數(shù)智能農(nóng)業(yè)的項目普遍關注農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化，而很少關心農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境的影響。事實上，雖然農(nóng)業(yè)本身是綠色的，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并不是綠色的，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥、農(nóng)藥以及農(nóng)機設備均會對自然環(huán)境造成影響。因此，“智慧綠態(tài)農(nóng)業(yè)/花卉大棚環(huán)境云監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”在設計思想上，與現(xiàn)有的智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)在實現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn)的同時，還盡量降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響。通過物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算技術提高我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理水平，推動我國綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，提高我國農(nóng)業(yè)的智能化、綠色生產(chǎn)水平，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化及綠色生產(chǎn)管理。

　　北京創(chuàng)羿興晟科技公司研發(fā)了多款lora產(chǎn)品，例終端節(jié)點CY-LRB-102、終端節(jié)點CY-LRB-101、lora控制終端CY-LRW-102、lora檢測終端CY-LRW-101等產(chǎn)品型號，還有多款產(chǎn)品正在研發(fā)中，將窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術充分應用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，打造智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。

　　圖1 智慧綠態(tài)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)示意圖

　　圖2 智能綠態(tài)農(nóng)業(yè)大棚物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用示范示意圖

　　圖3 系統(tǒng)界面示意圖

　　二、系統(tǒng)構成

　　1、物聯(lián)網(wǎng)通訊的基礎技術：物聯(lián)網(wǎng)核心底層modbus/bacnet的通訊協(xié)議

　　2、傳感數(shù)據(jù)采集及農(nóng)用設備控制系統(tǒng)：包括空氣溫濕度、光照度、二氧化碳濃度、土壤溫濕度等多種無線傳感監(jiān)測設備，以及節(jié)能灌溉水閥、自動施肥設備、自動噴淋設備、能耗管理設備等多種遠程自動控制設備;

　　3、無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡組網(wǎng)傳輸系統(tǒng)：包括lora控制終端CY-LRB-102、lora檢測終端CY-LRB-101;

　　4、無線云傳感網(wǎng)通訊管理云平臺及客戶端通訊管理軟件：無線云傳感網(wǎng)服務器端通訊管理軟件和客戶端通訊管理軟件，實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)采集節(jié)點的信息與云數(shù)據(jù)管理平臺的對接。

　　5、無線云傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)管理云平臺：實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場信息的實施監(jiān)測、農(nóng)作物或養(yǎng)殖產(chǎn)品的生命狀態(tài)分析、歷史記錄信息查詢、異常狀態(tài)報警，以及農(nóng)機設備的遠程控制、工作狀態(tài)監(jiān)測、故障分析報警等。

　　6、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)：運用人工智能的專家系統(tǒng)技術，并集成了地理信息系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡、智能計算、機器學習、知識發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化模擬、虛擬現(xiàn)實等多方面高新技術，匯集農(nóng)業(yè)領域知識、模型和專家經(jīng)驗等，采用合宜的知識表示技術和推理策略，運用多媒體技術并能以信息網(wǎng)絡為載體，向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供咨詢服務。

　　7、綠態(tài)農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)：依據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的決策，在保證農(nóng)作物或養(yǎng)殖產(chǎn)品正常生產(chǎn)的環(huán)境下，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的施肥、飼料添加、農(nóng)藥噴淋、農(nóng)機設備的能耗等進行精細化管理，降低有害物質(zhì)對自然環(huán)境的影響，同時減低整個系統(tǒng)的能量消耗。

　　圖4 智慧綠態(tài)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結構圖

　　三、數(shù)據(jù)傳輸

　　在農(nóng)業(yè)大棚中安裝光照傳感器、CO2傳感器、溫濕度傳感器來監(jiān)測大棚中的環(huán)境狀況，安裝土壤溫濕度傳感器、PH值傳感器來監(jiān)測大棚中的土壤狀況，連接有基于modbus/bacnet協(xié)議的終端節(jié)點CY-LRB-102可以將傳感器采集信息匯集至LoRa網(wǎng)關，LoRa網(wǎng)關匯集的信息通過處理器處理與云服務中心建立通信，當采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會啟動智能控制系統(tǒng)。如當光照值不夠時，系統(tǒng)自動打開卷簾機和開窗，當環(huán)境溫度過高時，系統(tǒng)自動啟動通風設備;當土壤濕度不夠時系統(tǒng)自動啟動噴灌設備。數(shù)據(jù)具體傳輸圖如下：

　　圖5 數(shù)據(jù)傳輸示意圖

　　四、系統(tǒng)技術優(yōu)勢

　　1、物聯(lián)網(wǎng)通訊的基礎技術：物聯(lián)網(wǎng)核心底層modbus/bacnet的通訊協(xié)議;

　　2、支持單個、分組、廣播級無線智能控制;

　　3、支持多級自動中繼組網(wǎng);

　　4、支持動態(tài)組網(wǎng)，多級路由;

　　5、支持現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集;

　　6、系統(tǒng)采用針對“智慧綠態(tài)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”無線采集節(jié)點多的特殊情況，采用專利防碰撞算法，可以保證數(shù)百個目標同時快速100%可靠讀取，可以滿足各種應用場景下的苛刻要求;

　　7、系統(tǒng)采用按需工作方式，沒有信息外泄與監(jiān)聽的可能;

　　8、采用數(shù)據(jù)認證來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性;

　　9、采用消息認證，確保數(shù)據(jù)的正確性;

　　10、采用了廣播指令加系統(tǒng)修正的方式確保時鐘同步;

　　11、準確可靠的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，確保農(nóng)作物或養(yǎng)殖產(chǎn)品處于優(yōu)良成長狀態(tài)，可提高產(chǎn)出率;

　　12、專業(yè)的農(nóng)業(yè)專家提供診斷服務，當農(nóng)作物或養(yǎng)殖產(chǎn)品存在潛在的病態(tài)時，農(nóng)業(yè)專家和系統(tǒng)會第一時間通知農(nóng)戶采取適當?shù)念A防措施;

　　13、完善的自診斷體系，當任何作物、養(yǎng)殖產(chǎn)品或農(nóng)機設備發(fā)生異常時，系統(tǒng)會及時通知農(nóng)戶及相關農(nóng)業(yè)專家;

　　14、 綠態(tài)節(jié)能管理，可使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對自然環(huán)境的影響達到最小。

　　五、產(chǎn)品介紹

　　5.1 lORA控制終端CY-LRB-102

　　產(chǎn)品圖片

　　圖6 CY-LRB-102

　　DO1~DO8：開關控制接口，可控制繼電器終端1~8繼電器的開關狀態(tài)。

　　DI1~DI5：為檢測到的開關，會將終端檢測到的開關狀態(tài)映射過來。

　　電源指示燈：為電源指示燈。

　　信號控制反饋燈：每次控制端的改變會伴隨一次信號反饋，燈會閃爍一次。

　　產(chǎn)品規(guī)格