智慧農(nóng)業(yè)大棚解決方案

　　1 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(shí)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(shè)備、多功能采集節(jié)點(diǎn)，以及無線組網(wǎng)系列設(shè)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(jìn)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(quán)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、設(shè)備遠(yuǎn)程控制、節(jié)能管理以及化肥等化學(xué)產(chǎn)品的使用管理，在保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)，實(shí)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(shí)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(rèn)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(xiàng)目普遍關(guān)注農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化，而很少關(guān)心農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境的影響。事實(shí)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(jī)設(shè)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn)的同時(shí)，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(shù)、云計(jì)算技術(shù)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(shí)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(diǎn)CY-LRB-102、終端節(jié)點(diǎn)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(shù)充分應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，打造智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)構(gòu)成

　　1、物聯(lián)網(wǎng)通訊的基礎(chǔ)技術(shù)：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(shè)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(shè)備，以及節(jié)能灌溉水閥、自動施肥設(shè)備、自動噴淋設(shè)備、能耗管理設(shè)備等多種遠(yuǎn)程自動控制設(shè)備;

　　3、無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)傳輸系統(tǒng)：包括lora控制終端CY-LRB-102、lora控制終端CY-LRW-102、lora檢測終端CY-LRB-101、lora檢測終端CY-LRW-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(wù)器端通訊管理軟件和客戶端通訊管理軟件，實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)采集節(jié)點(diǎn)的信息與云數(shù)據(jù)管理平臺的對接。

　　5、數(shù)據(jù)監(jiān)測管理中心：實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場信息的實(shí)時(shí)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(bào)警，以及農(nóng)機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、工作狀態(tài)監(jiān)測、故障分析報(bào)警等。

　　6、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)：運(yùn)用人工智能的專家系統(tǒng)技術(shù)，并集成了地理信息系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)、智能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、知識發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)等多方面高新技術(shù)，匯集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識、模型和專家經(jīng)驗(yàn)等，采用合宜的知識表示技術(shù)和推理策略，運(yùn)用多媒體技術(shù)并能以信息網(wǎng)絡(luò)為載體，向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供咨詢服務(wù)。

　　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(jī)設(shè)備的能耗等進(jìn)行精細(xì)化管理，降低有害物質(zhì)對自然環(huán)境的影響，同時(shí)減低整個(gè)系統(tǒng)的能量消耗。

　　圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

　　3 系統(tǒng)連接

　　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，安裝節(jié)能灌溉水閥、自動施肥設(shè)備、自動噴淋設(shè)備、能耗管理設(shè)備等多種遠(yuǎn)程自動控制設(shè)備;

　　各類傳感器及多種遠(yuǎn)程自動控制設(shè)備通過RS485線連接到基于modbus/bacnet協(xié)議的lora控制終端CY-LRB-102或lora控制終端CY-LRW-102;

　　lora控制終端設(shè)備通過lora技術(shù)將采集到的信息無線傳輸給lora檢測終端CY-LRB-101或lora檢測終端CY-LRW-101;lora控制終端設(shè)備與lora檢測終端設(shè)備運(yùn)用lora無線技術(shù)一對一通信;

　　lora檢測終端設(shè)備通過RS485線與網(wǎng)絡(luò)控制器或服務(wù)器直接相連傳輸數(shù)據(jù);當(dāng)采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)會啟動智能控制系統(tǒng)。如當(dāng)光照值不夠時(shí)，系統(tǒng)自動打開卷簾機(jī)和開窗，當(dāng)環(huán)境溫度過高時(shí)，系統(tǒng)自動啟動通風(fēng)設(shè)備;當(dāng)土壤濕度不夠時(shí)系統(tǒng)自動啟動噴灌設(shè)備。

　　lora控制終端設(shè)備與lora檢測終端設(shè)備內(nèi)都有modbus/bacnet通信規(guī)約機(jī)制，可根據(jù)需要轉(zhuǎn)換通信機(jī)制。若遇障礙物嚴(yán)重遮擋，導(dǎo)致lora控制終端設(shè)備與lora檢測終端設(shè)備不能正常通信時(shí)，可增加中繼節(jié)點(diǎn)以使采集的數(shù)據(jù)傳輸至Lora檢測終端設(shè)備。

　　數(shù)據(jù)監(jiān)測管理中心通過對采集數(shù)據(jù)的分析處理，智能分析每個(gè)接入的傳感器或自動控制設(shè)備的狀態(tài)，并轉(zhuǎn)換成有價(jià)值的信息，供授權(quán)用戶訪問使用。

　　圖2 系統(tǒng)組成

　　圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　數(shù)據(jù)具體傳輸圖如下：

　　圖4 數(shù)據(jù)傳輸示意圖

　　4 系統(tǒng)主要功能

　　4.1 數(shù)據(jù)采集

　　農(nóng)業(yè)大棚現(xiàn)場溫度、濕度、光照度、土壤含水量等數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給云服務(wù)中心進(jìn)行智能分析和處理;

　　4.2 視頻監(jiān)控

　　用戶隨時(shí)隨地通過4G手機(jī)或電腦可以觀看到大棚現(xiàn)場實(shí)際影像,對農(nóng)作物生長進(jìn)程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控;

　　4.3 數(shù)據(jù)存儲

　　系統(tǒng)可對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲,形成知識庫,以備隨時(shí)進(jìn)行處理和查詢;

　　4.4 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(shí)間分布狀況(折線圖)和空間分布狀況(場圖),提供日報(bào),月報(bào)等歷史報(bào)表;

　　4.5 遠(yuǎn)程控制

　　用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)通過任意能上網(wǎng)終端均可實(shí)現(xiàn)對大棚現(xiàn)場各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制開關(guān);

　　4.6 錯(cuò)誤報(bào)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(cuò)誤情況會在系統(tǒng)中進(jìn)行標(biāo)注，以達(dá)到報(bào)警的目的;

　　4.7 統(tǒng)一認(rèn)證

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證、集中管理控制，包括用戶管理、設(shè)備管理、認(rèn)證管理、權(quán)限管理等功能;

　　4.8 手機(jī)監(jiān)控

　　4G手機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)與電腦終端同樣功能，實(shí)時(shí)查看各種由傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并能控制大棚現(xiàn)場的噴淋、卷簾、風(fēng)機(jī)等各種設(shè)備。

　　圖5 系統(tǒng)界面

　　5 系統(tǒng)特性

　　系統(tǒng)采用4G+LoRa的全無線架構(gòu)，無需布線施工，維護(hù)成本低。

　　綠色、環(huán)保、無輻射傳感網(wǎng)具有全網(wǎng)同步的超低功耗特性，無線采集終端使用兩節(jié)堿性電池可工作3年以上;網(wǎng)絡(luò)自動負(fù)載均衡，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有無線節(jié)點(diǎn)功耗可評估，且功耗相仿自動組網(wǎng)、自維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)連接可視，全天候穩(wěn)定運(yùn)行無需人工干涉管理方式多樣，可通過直接訪問網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對所有的監(jiān)控進(jìn)行管理;管理軟件界面良好，功能強(qiáng)大，保證數(shù)據(jù)的記錄、分析及時(shí)準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠無線傳感網(wǎng)獨(dú)立工作，無需繳納任何費(fèi)用，多采集器數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過一個(gè)網(wǎng)關(guān)發(fā)送，節(jié)省4G流量費(fèi)。

　　6 產(chǎn)品介紹

　　6.1 lORA控制終端CY-LRB-102

　　產(chǎn)品圖片

　　圖6 CY-LRB-102

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

　　DI1~DI5：為檢測到的開關(guān)，會將終端檢測到的開關(guān)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

　　6.2 lORA監(jiān)測終端CY-LRB-101

　　產(chǎn)品圖片

　　圖7 CY-LRB-101

　　DI1~DI8：開關(guān)控制接口，可控制繼電器終端1~8繼電器的開關(guān)狀態(tài)。

　　DO1~DO5：開關(guān)量輸出接口，會將終端檢測到的開關(guān)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

　　6.3 lORA控制終端CY-LRW-102

　　產(chǎn)品圖片

　　圖8 CY-LRW-102

　　DO1~DO8:開關(guān)控制接口，可控制繼電器終端1~8繼電器的開關(guān)狀態(tài)，每組端子的兩個(gè)端之間給以導(dǎo)通為開，給以斷開為關(guān)，指示燈會對應(yīng)亮起，初始狀態(tài)為關(guān)閉。

　　DI1~DI5:檢測開關(guān)狀態(tài)的接口，會將終端檢測到的開關(guān)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

　　6.4 lORA控制終端CY-LRW-101

　　產(chǎn)品圖片

　　圖9 CY-LRW-101

　　DI1~DI8:開關(guān)量檢測接口，檢測從控制設(shè)備傳輸來的開關(guān)量信號，從而控制繼電器終端1~8繼電器的開關(guān)狀態(tài)，每組端子的兩個(gè)端之間給以導(dǎo)通為開，給以斷開為關(guān)，指示燈會對應(yīng)亮起，初始狀態(tài)為關(guān)閉。

　　DO1~DO5:開關(guān)量輸出接口，將從終端檢測到的開關(guān)量狀態(tài)輸出到控制設(shè)備。

　　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