1、物联网智慧农业大棚监控系统该联栋温室的方案设计是依据西北地区的气候特点及自然条件，以及委托方建设温室的用途，参照农业部推行的“温室设计标准”而制定。对该温室的设计我们从“科学、适用、耐久、经济以及美观”的原则出发，做到既满足使用方的要求、又不设计过剩功能，合理解决功能配置与建设成本的关系。对温室的屋架， 鉴于新疆伊犁地域的特殊性，建议全部采用热镀锌钢管标准卡具组合结构；智能农业系统依 据具体需求设计思路如下：传感器数据采集模块，数据处理模块，无线数据传输模块，数据库管理信息系统，电气中心控制系统以及灌溉系统（渗灌 滴灌 喷灌），该系统的整体运行过程是,传感器将采集到的数据，（风速、风向、大气压
2、、降雨量、空气温湿度、土壤温湿度、土壤 PH、光照、二氧化碳、大气含氧量等）借助于数据传输模块传送到数据处理中心，再通过无线传输系统 传送到数据库信息管理系统，经过数据备份，再由后台上层系统发出指令，驱动电磁阀，对 西红柿、黄瓜、茄子等蔬菜进行补充水分和营养品。从而形成了手自一体化的自动的闭环控 制系统，形成建立在农业现场操作基础上的、基于物联网的智慧农业生态环境保护灌溉系统。本系统最大的特点：充分考虑农业实际操作环境，充分考虑传统作业流程中现场人员的 操作习惯，允许手动操作与自动化并存于同一系统，既保留了传统作业方式，又前瞻性的运 用了最先进的新一代信息化技术实现智能农业系统，使得现代化技术
3、实现方案有了软着陆， 更使得现场人员有了由手动逐渐转化学习农业现代化的过程，逐渐完善和改变传统作业向信 息化、标准化、数字化、精准化的智能农业转变。所谓生态农业，是指在保护、改善农业生态环境的前提下，遵循生态学、生态经济学的规律，运用系统工程方法和现代科学技术，集约化经营的农业发展模式。生态农业最早于1924 年在欧洲兴起，20 世纪三四十年代在瑞士、英国、美国等国家得到发展。同时，生态农业以其具有综合、高效、多样、持续等特征，在一些发达国家得到广泛发展，并且也有很多这方面的成功案例。因此，高效生态农业是一种综合效益好、深受国内外欢迎、可持续发 展的新型现代农业发展模式。所以，建设建设生态农业
4、，走可持续发展的道路，已成为世界 各国农业发展的共同选择。系统背景物联网是通过信息传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络，其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等技术进行信息的传输与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对真实环境的感知能力，实现智能化的决策和控制。物联网技术和产业的发展将引发新一轮信息技术革命和产业革命，是信息化产业未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力。传统农业面临的问题：我国人口占世界总人口的22% ，耕地面积只占世界耕地面积的7% 。随着经济的飞速发展,人民生活水平不断提高，资源短缺、环境
5、恶化与人口剧增的矛盾却越来越突出。特别是我国加入世贸组织后,国外价格低廉的优质农副产品源源不断地流入我国,这对我国的农产品市场构成极大威胁。因此,如何提高我国农产品的质量和生产效率,如何对大面积土地的规模化耕种实施信息技术指导下科学的精确管理,是一个既前沿又当务之急的科研课题。而现实情况是，粗放的管理与滥用化肥，其低效益与环境污染令人惊叹。传统农业生产的物质技术手段落后，主要是依靠人力、畜力和各种手工工具以及一些简单机械。在现实中主要存在的问题是：(1) 农业科技含量、装备水平相对滞后，(2) 农业生产存在污染和浪费，据农业、水利部门测算，我国每年农业所消耗化肥、农药和水资源量都在飞速增长，数
6、据惊人，农业的污染问题困扰着不少乡村，不少农民群众饮水安全受到影响。(3) 农业产出少、农民收入低(4) 农产品的品种少依靠和使用着这些落后的生产工具和生产技术维持着简单再生产，农业生产率低下，农 业的产量增长缓慢，农业得不到很好的发展，这从而又反过来阻碍了农业技术的进步以及生产工具的创新。于是，传统农业的自身发展陷入恶性循环之中。传统农业在向现代农业发展过程中面临着确保农产品总量、调整农业产业结构、改善农产品品质和质量、生产效益低下、资源严重不足且利用率低、环境污染等问题而不能适应农业持续发展的需要。因此,关于智 慧农业技术的研究，显得非常必要与重要。与传统农业相比，智慧农业主要有以下特点：
7、1 、合理施用化肥，降低生产成本，减少环境污染智慧农业采用因土、因作物、因时全面平衡施肥，彻底扭转传统农业中因经验施肥而造成的三多三少（化肥多，有机肥少；N 肥多，P、K 肥少；三要素肥多，微量元素少），N、 P、K 比例失调的状况，因此有明显的经济和环境效益。2、减少和节约水资源目前传统农业因大水漫灌和沟渠渗漏对灌溉水的利用率只有40%左右，智慧农业可由作物动态监控技术定时定量供给水分，可通过滴灌微灌等一系列新型灌溉技术，使水的消耗量减少到最低程度，并能获取尽可能高的产量。3、节本增效，省工省时，优质高产智慧农业采用精准播种，精准收获技术，使农业低耗、优质、高效成为现实。在一般情况下，精准播
8、种比传统播种增产18% 30% ，省工 23 个小时。4、使农作物的物质营养得到合理利用，保证了农产品的产量和质量。智慧农业通过采用先进的现代化高新技术，对农作物的生产过程进行动态监测和控制， 并根据其结果采用相应的措施。系统简介物联网智慧农业大棚监控系统是面向农业大棚集约、高产、高效、生态、安全的发展需 求，基于智能传感、无线传感网、通信、大规模数据处理与智能控制等物联网技术开发的， 集土壤及环境参数在线采集、智能组网、无线传输、数据处理、预警信息发布、决策支持、远程与自动控制等功能于一体的农业大棚物联网系统。种植户可以通过手机、PDA、计算 机等信息终端，实时掌握种植环境信息，及时获取异常
9、报警信息及环境预警信息，并可以根 据环境监测结果，实时调整控制设备，实现农业大棚的科学种植与管理，最终实现节能降耗、 绿色环保、增产增收的目标。系统设计方案物联网智慧农业大棚监控系统包含四个子系统:u 农业信息采集系统u 远程设备控制系统u 数据存储系统u 自动化控制预警系统(专家系统) 如下图所示:自动化控制预警系统数据存储系统农业信息采集系统远程设备控制系统一、农业信息采集系统1. 系统功能农业信息采集系统是用于采集农业大棚所需要的监测信息(空气温湿度、光照度等)，经数据接驳器进行数据变送后由 Zigbee/GPRS 网络将采集所得的实时数据传输至数据存储系统供专家系统远程设备控制系统使用
10、。系统结构示意图如下(核心设备图片均与实物一致)：2. 系统硬件及性能1) 超低功耗数据传输终端传输终端是专业用于野外环境监测、智慧农业、大气及气象监测的数据传输设备，全系列终端均支持ZA 系列数据接驳器。本项目中传输终端选用可小区域组网，并使用RJ45 或GPRS 方式进行数据远传的JN5148 数据传输终端和WRG 多功能传输网关。远程数据传输终端可扩展为以太网（RJ45 有线）、GSM/GPRS/3G （手机网络）、Zigbee 无线自组织网络，GPS 定位功能等多种通信方式，真正实现了”物物相联“的目标；全系列终端均采用专利低功耗技术，以 GPRS 传输终端为例，在使用 4 只智能传感
11、器的情况下，使用普通太阳能能源系统（20W），4000mA 锂电池可连续工作2 年（采集频率按5min/ 次）。WSN 传输终端外观WSN 全功能传输终端内部结构WRG 网关外观WRG 网关内部结构WGG 超低功耗无线传输终端WGG 超低功耗无线传输终端传输终端具备以下功能：1. 可接驳全系列智能数字传感器，单个传输终端可同时接入5 到 10 路传感器；2. 传感器自动识别；3. 超低功耗，自动关断负载电源，RTC 定时唤醒；4. 通过 GSM/GPRS 网络快速将数据信息同步发送到数据服务器；品名型号供电/ 充电备用电源电源管理工作温度防护等级WSN 组网规模WSN 无线通信基站ZA-WSN
12、-V110012V DC/ 太阳能（9V - 12V ）4000mAH 可充电锂电池支持负载关断/充放电管理-40 85 IP64，铸铝外壳100+ （全路由节点/对等组网节点）备注注 意 ： 该 产 品 需 要 与 网 关（ZA-WRG-V1100 ）联合使用，不可单独使用WSN 多跳/ 中继最大支持20+ 中继点WSN 无线频率2.4GHz自搜索信道 0 14 ， 支持自协商信道WSN 传输距离可视化距离220 mWSN 传输终端参数：WSN 丢包率RS485 接口支持传感器可视化距离小于220m 时，小于0.01%4 个支持ZA 全系列智能数字传感器可通过选配件集线器进行扩展级联传感器子
13、地址范围1 254 可配置MODBUS 协议MODBUS-RTU / ZA 智能数字传感器参数配置-采集频率1s 18446744073709551616s出厂时配置反向控制支持ZA 系列智能继电器控制模块协议开放不支持配件2.4G 折头天线WRG 网关参数：品名WSN 组网多功能传输网关备注型号ZA-WRG-V1100供电/ 充电12V DC/2 路备用电源4000mAH 可充电锂电池电源管理充放电管理工作温度-40 85防护等级IP21 ，铝外壳WSN 组网规模100+ （协调器/网关）WSN 无线频率2.4GHz自搜索信道 0 14 ，支持自协商信道WSN 多跳/ 中继最大支持20+ 中
14、继点WSN 传输距离可视化距离220 mWSN 丢包率可视化距离小于220m 时，小于0.01%RS485 接口1 个，高速光耦全隔离可通过集线器进行扩展级联GPRS 传输GSM/GPRS 传输移动/联通 GSM 网络制式以太网接口10/100 MB 自适应注意：选择使用以太网时，GPRS 功能将被禁用。参数配置Web 方式配置使用配置开关进行配置模式协议开放开放基于TCP 连接的二进制流协议注意：在不使用 ZA-DATA-CENTER存储平台时，用户需要根据协议自行开发接入及解析、存储服务配件2.4G 折头天线/GSM 天线WGG 传输终端参数：品名WGG 无线通信网关备注型号ZA-WGG-
15、V1000供电/ 充电12V DC / 1 路备用电源4000mAH 可充电锂电池电源管理充放电管理工作温度-40 85防护等级IP21 ，铝外壳RS485 接口1 个，高速光耦全隔离可通过集线器进行扩展级联GPRS 传输GSM/GPRS 传输移动/联通 GSM 网络制式参数配置串口命令配置使用配置开关进行配置模式协议开放开放基于TCP 连接的二进制流协议注意：在不使用 ZA-DATA-CENTER存储平台时，用户需要根据协议自行开发接入及解析、存储服务配件GSM 天线2) 智能数字传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率ZA-SHT-A101
16、-485/232水合物探头1 秒内完成 90% 读数-20C to +50C-40 150 , 0 100 %RH校准自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级温度：0.5 ，湿度：3 %RH全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200命令方式校准特征码查询识别5V0.2V DC 1s 80 mW支持IP54空气温湿度传感器光照度传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接
17、口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率校准ZA-LIGHT-A101-485/232硅光电池1 秒内完成 90% 读数-20C to +50C0 65535 Lux1 Lux全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200命令方式校准温度补偿补偿器件自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级自动补偿PT100/PT1000 铂电阻特征码查询识别5V0.2V DC 1s 80 mW支
18、持IP54土壤温湿度传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率ZA-SOSHT-A101电波探针1 秒内完成 90% 读数-20C to +50C-40 150 , 0 100 %RH自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级温度：0.5 ，湿度：3 %RH全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200特征码查询识别5V0.2V DC
19、 1s650mW 支持IP54二氧化碳传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率ZA-CO2-A101NDIR1 秒内完成 90% 读数0C to +50C0 ppm 2000 ppm3%全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200校准自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级命令方式校准特征码查询识别5V0.2V DC 1s静态功
20、耗100mW ，最大功耗800mW 支持IP54智能数字风速传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级ZA-WS-A101三风杯1 秒内完成 90% 读数-20C to +50C0 70 m/s0.3 m/s全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200特征码查询识别5V0.2V DC 1s1
21、90mW 支持IP54智能数字风向传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率ZA-WP-A101低惯性风标/电位器1 秒内完成 90% 读数-20C to +50C0 360 3全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级特征码查询识别5V0.2V DC 1s120mW 支持IP54智能数字
22、气压传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级ZA-AP-A101气压计1 秒内完成 90% 读数-20C to +85C50110Kpa15 位全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200特征码查询识别5V0.2V DC 1s200mW 支持IP54智能数字降雨量传感器型号探头反应时间温度
23、范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率自动识别ZA-RF-A101翻斗式雨量计1 秒内完成 90% 读数-1 0C to +80C04mm/min0.2mm全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200特征码查询识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级5V0.2V DC 1s60mW 支持IP54智能数字氧气传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接
24、口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率校准自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级ZA-O2-A101氧电池1 秒内完成 90% 读数-20 50 摄氏度0 30%0.1%全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200命令方式校准特征码查询识别5V0.2V DC 1s90mW 支持IP54智能数字土壤PH 传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义
25、定地址自定义波特率校准ZA-SOPH-A101玻璃球泡复合电极（带温补）1 秒内完成 90% 读数0C to +105 CpH 0 140.01 pH全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200命令方式校准温度补偿补偿器件自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级自动补偿PT100/PT1000 铂电阻特征码查询识别5V0.2V DC 1s200mW 支持IP54智能数字 ORP
26、 传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率校准自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级ZA-ORP-A101复合电极（带温补）1 秒内完成 90% 读数0C to +105 C-1999 mv 1999mv0.05 mv全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200命令方式校准特征码查询识别5V0.2V DC 1s 185mW支持
27、IP54智能数字 PH 传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义定地址ZA-PH-A101玻璃球泡复合电极（带温补）1 秒内完成 90% 读数0C to +105 CpH 0 140.01 pH全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围自定义波特率校准温度补偿补偿器件自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200命令方式校准自动补偿PT100/PT1
28、000 铂电阻特征码查询识别5V0.2V DC 1s190mW 支持IP54智能数字电导率传感器型号探头反应时间温度范围量程范围分辨率输出接口传输协议功能码自定义定地址自定义波特率校准温度补偿补偿器件自动识别工作电压预热时间系统功耗ESD 人体静电防护防护等级ZA-CDT-A102复合电极（带温补）1 秒内完成 90% 读数0C to +105 C0 10000 us/cm全量程的1%全数字输出（浮点），接口RS-485 Modbus RTU支 持 03 04 06支持 1 254 地址范围支 持 115200, 57600, 38400, 28800, 19200, 14400, 9600, 4800, 2400,1200命令方式校准自动补偿PT100/PT1000 铂电阻特征码查询识别5V0.2V DC 1s290mW 支持IP54智能数字钙离子传感器型号探头反应时间温度范围量程范围ZA-CA-A102复合电极（
