第*部分    概述

1.  系統(tǒng)概述

       智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)*為戶外應(yīng)用研制，內(nèi)置GPRS無線通信模塊，另外同時具備圖像監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集兩大功能，可以靈活應(yīng)用于戶外場所的信息分析應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理各類信息數(shù)據(jù)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

       系統(tǒng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時采集農(nóng)作物生長所需的溫室內(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)，并通過*種低功耗自組網(wǎng)的短程無線通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的傳輸，所有數(shù)據(jù)匯集到中心節(jié)點(diǎn)，通過*個無線網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)相連，利用手機(jī)或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以實(shí)時掌握農(nóng)作物現(xiàn)場的環(huán)境狀態(tài)信息，*家系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境參數(shù)診斷農(nóng)作物的生長狀況與病蟲害狀況。戶外現(xiàn)場布置攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時采集視頻信號。用戶通過電腦或3G手機(jī)，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(yuǎn)程智能調(diào)節(jié)指定設(shè)備。

                     圖* 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1) 戶外監(jiān)控現(xiàn)場：同時監(jiān)控農(nóng)田、排污口、果園、戶外電力系統(tǒng)等現(xiàn)場，獲取溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度、水質(zhì)、病蟲害、電流、電壓等環(huán)境參數(shù)，為管理者提供決策依據(jù)。

2) 傳感器：主要負(fù)責(zé)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。

3) 管理中心：戶外監(jiān)控現(xiàn)場的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過傳輸基站到達(dá)室內(nèi)管理中心，經(jīng)過智慧農(nóng)業(yè)軟件系統(tǒng)處理，得出結(jié)論，發(fā)送至智能終端，給使用者以精確數(shù)據(jù)依據(jù)。

4) 智能移動工作終端：

集成智能手機(jī)、GPS手持機(jī)、無線對講機(jī)設(shè)備優(yōu)點(diǎn)形成移動單兵設(shè)備,*機(jī)在手隨時無憂。通信雙通道模式徹底解決林區(qū)通訊死角問題，隨時隨地通訊無阻、精準(zhǔn)定位、采集同步數(shù)據(jù)，是農(nóng)業(yè)工作者的好助手。

5) 農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)：

在監(jiān)控溫濕度、光照、水質(zhì)、風(fēng)向等參數(shù)的同時，還可以對農(nóng)作物資源、生態(tài)環(huán)境、病蟲害等進(jìn)行有效監(jiān)控。

2.  本方案的特點(diǎn)優(yōu)勢

·   系統(tǒng)建設(shè)成本低，日常使用費(fèi)低，維護(hù)費(fèi)用低

·   *清圖像顯示監(jiān)控現(xiàn)場，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，直觀明了

·   定時拍攝，遠(yuǎn)程主動索取，降低巡檢次數(shù)，減少人力物力成本

·   科技創(chuàng)新應(yīng)用，統(tǒng)*集成，規(guī)模化管理

·   歷史數(shù)據(jù)存儲，全部數(shù)據(jù)匯總分析

第二部分    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

       利用無線GSM網(wǎng)絡(luò)，并通過各種外接傳感器可對農(nóng)田作物生長環(huán)境溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)以及作物圖像實(shí)現(xiàn)實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)測，圖像、環(huán)境數(shù)據(jù)通過GPRS傳回到管理中心，管理者通過后臺數(shù)據(jù)匯總分析農(nóng)田環(huán)境、蟲害情況，及時作出預(yù)防措施，同時管理者也可通過后臺管理中心設(shè)置定時獲取環(huán)境數(shù)據(jù)、圖片。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2  智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)體系架構(gòu)

傳感與執(zhí)行層：

       該層將數(shù)據(jù)傳感器的采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee和Rs485/232兩種模式上傳至網(wǎng)關(guān)。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(diǎn)上；有線版采用電纜方式將數(shù)據(jù)傳送到Rs485/232節(jié)點(diǎn)上。無線版具有部署靈活，擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)；有線版具有*速部署，數(shù)據(jù)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

       無線傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時采集農(nóng)作物生長所需的溫室內(nèi)的溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)并上傳到ZigBee網(wǎng)關(guān)。

       接收遠(yuǎn)程控制指令，通過繼電器控制各種農(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(fēng)機(jī)等空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。

       通過IP網(wǎng)絡(luò)攝像頭可實(shí)時對作物情況、人員和安全視頻流上傳至服務(wù)器。

傳輸層：

       該層主要將設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，通過3G/GPRS/Inernet網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器上，在傳輸協(xié)議上支持IPv4現(xiàn)網(wǎng)協(xié)議及下*代互聯(lián)網(wǎng)IPv6協(xié)議。

應(yīng)用層：

       該層負(fù)責(zé)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)等終端進(jìn)行查詢。

用戶終端：

       3G手機(jī)、PC機(jī)終端通過接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(fēng)機(jī)等各種設(shè)備。

第三部分    網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

       系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)方面采取了多種制式，遠(yuǎn)程通訊采用3G無線網(wǎng)絡(luò)，近距離傳輸采取無線ZigBee模式和有線RS485/232模式相結(jié)合，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3  智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

第四部分    監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備

視頻采集單元

通過整合來自各種系統(tǒng)傳感器的數(shù)據(jù)，保證精確、完整和可靠的傳感器信號或感知信息。通過顯示技術(shù)，計(jì)算機(jī)圖形，體感技術(shù)，計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)將虛擬信息疊加到現(xiàn)實(shí)環(huán)境或者現(xiàn)實(shí)物體上，產(chǎn)生三維信息以增強(qiáng)人對真實(shí)世界的感知。傳感器增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)攝像頭具有實(shí)時結(jié)合、實(shí)時交互、三維標(biāo)定的特性，依托于顯示技術(shù)和三維跟蹤標(biāo)定技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)采集單元

       傳感器單元主要包括氣體溫濕度傳感器、土壤水分傳感器、土壤溫度傳感器、光照傳感器、易燃?xì)怏w傳感器、有毒氣體傳感器、土壤酸堿度傳感器、水質(zhì)傳感器等。采集器集數(shù)據(jù)采集傳輸于*體，電池供電時間長，安裝簡便，成本低。傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號采集、太陽能供電、Mesh無線傳輸?shù)燃夹g(shù)，應(yīng)用于不方便布線的場合。

圖4  無線二氧化碳光照度傳感器    圖5  無線土壤溫濕度檢測儀

通信單元

ZigBee網(wǎng)關(guān)

       通過 GPRS/3G 傳輸，實(shí)現(xiàn)ZigBee個域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的信息互通和多網(wǎng)融合，自帶SD存儲卡，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)本地存儲；工業(yè)級溫度范圍為-40℃~85℃。

圖6  智慧農(nóng)業(yè)通信單元

終端顯示單元

       管理中心可根據(jù)上位機(jī)軟件分析系統(tǒng)得出的結(jié)論對農(nóng)業(yè)管理作出決策，智能移動終端亦可隨時隨地得到相關(guān)信息，軟件系統(tǒng)效果如圖7、8所示。

圖7  智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)管理中心效果

圖8  智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)移動終端效果

 第五部分 應(yīng)用圖示

                       野外太陽能板監(jiān)測圖示