农业大棚远程智能监控与PLC自动化控制系统解决方案

农业大棚远程智能监控与P L C自动化控制系统解决方案目录1前言1.1 智能农业远程智能监控系统的概念智能农业是采用比较先进、系统的人工设施，改善农作物生产环境，进行优质高效生产的一种农业生产方式，20世纪80年代以来，智能农业发展很快，特别是欧美、日本等一些发达国家，目前已经普遍采用计算机控制的大型工厂化设施，进行恒定条件下全年候生产，效益大为提高；在社会主义市场经济条件下，我国的智能农业以其较高的科技含量、市场取向的新机制、短平快的产销特点、效益显着的竞争力，取得了快速发展，改善了传统农业的生产方式、组织方式和运行机制，提高了农业科技含量和物质装备水平，成为现代农业重要的生产方式。

深圳市信立科技有限公司智能农业远程智能监控系统是指利用现代电子技术、移动网络通信技术、计算机及网络技术相结合，将农业生产最密切相关的空气的温度、湿度及土壤水分等数据通过各种传感器以无线ZigBee技术动态采集，并利用中国电信的4G，4G CDMA网络通讯技术，将数据及时传送到智能专家平台，使智能农业管理人员、农业专家通过手机或手持终端就可以及时掌握农作物的生长环境，及时发现农作物生长症结，及时采取控制措施，及时调度指挥，及时操作，达到最大限度的提高农作物生长环境，降低运营成本，提高生产产量，降低劳动量，增加收益。

1.2 实施农业远程智能监控系统的必要性江苏智能农业发展，已经初步形成了政府引导、社会支持、市场推动和农民投入的良性运行机制，当前，全省发展智能农业，有丰富的资源、成熟的技术和广阔的市场，具备了进一步发展的基础，也蕴藏着巨大的潜力。

智能农业远程监控管理系统融合先进的信息技术、自动化控制、无线通讯技术等高新技术和农业科技专家为一体的综合平台，实现资金、技术、人才和信息的有效调配，改善农民的传统作业和手工操作，将产生巨大的经济和社会效益，推动农业和农村经济发展，成为江苏统筹城乡经济发展，建设现代化农业的重要内容和全面建设小康社会的强势产业。

2背景分析江苏省在“十二五”期间加大智慧城市建设，将智能农业纳入六大智慧产业之一，突出显示了农业信息化在智慧城市建设中的重要地位。

智慧农业建设较好地适应了市场经济发展要求和农业增效、农民增收的需要，取得了突破性进展，生产规模稳步扩大，突破了光热水气资源的限制，基本实现了淡季不淡、全年生产、保障供应；科技含量较快提高，无立柱日光温室、二氧化碳气肥、病虫害生物防治、无公害栽培、组织培养、工厂化育苗等先进技术得到推广应用，科技进步贡献率达到65%以上，成为种植业中科技含量较高的产业；智能农业以其病虫害相对较轻、用药量少、标准化程度高的优势，成为全省无公害蔬菜的骨干，质量安全水平明显提高。

随着自动化农业、精准农业、绿色农业的发展需求，迫切需要在农业领域引入物联网、4G等技术，进一步深化农业各环节的信息化水平，结合ZigBee技术、CDMA网络数据传输和传感器技术组成无线传感网络，通过ZigBee无线网络实时采集温室内温度、湿度信号以及光照、土壤湿度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。

可以根据用户需求，随时进行处理，为智能农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。

通过模块采集温度传感器等信号，经由无线信号收发模块传输数据，实现对大棚温湿度的远程控制和管理。

3大棚温湿度光照采集与自动化控制设计中国电信智能农业信息服务平台主要通过大棚环境温度传感器、大棚环境湿度传感器、数据采集器相连接，通过综合运用传感技术、无线远程通信技术、互联网技术、农机农艺等技术，建成可满足区域性服务的设施农业物联网控制系统，以实现精确感知、精准操作、精细管理，促进产量增加、投入品减少、劳动力消耗减少、成本降低、质量提高，取得良好的经济效益、社会效益和生态效益的目的。

通过中国电信的云平台数据发布到网页，再将数据通过手机或手持终端发送给农业人员、农业专家；为智能农业人员提供远程管理的方式和手段，给农业专家提供了远程指导、方案决策的数据依据。

温室大棚智能管理系统从温室环境领域来讲，由于各种温室在地域上分散分布，要总览现场环境信息和作物生长状况，或要实现对分散在各地的温室进行状态监控，没有一个远程环境监控系统是很困难的，使用基于MODBUS总线的数据采集技术和基于光纤网络以及GPRS的远程数据传输技术实现远程温室环境监控，即在远离温室现场的异地，通过网络进行温、湿度等环境数据的采集读取；也可以变更数据采集设备的一些工作参数，极大地提高了工作效率、方便了用户。

温室大棚智能管理系统的功能及特点：1、根据目前正在施工和目前已经存在的温室，实现单个温室作物生长情况的相关数据在线检测，如每个温室的空气温度、土壤温度、光照强度等，实现远程对这些参数的监测。

2、单个温室具备协调作物生长的自动化设备的集中控制：（1）滴灌功能（2）卷帘控制（3）通风口开关控制3、采用现代化的通讯设备将温室组成网络系统，并且进行集中控制，从而节省运行成本，提高生产力。

温室大棚智能管理系统的任务目标：通过目前的光纤网络以及GPRS、CDMA无线网络建造一个现代化温室大棚环境监控系统。

（1）棚内控制系统中涉及的在线采集分析仪表。

本系统可自动监测调节农作物环境的温湿度、光照等参数。

（2）通过软件开发，设置参数来实现棚内自动化设备的远程控制，如通风、卷帘升降、滴灌控制等。

（3）温室大棚智能管理系统的组网设计。

采用光纤和光电转换技术将分布多点的温室组成可靠的光纤通讯网络，实现远程设备的操作和相关数据的报警提示等。

（4）实现温室大棚的集中控制。

HMI输出帮助种植者做全面细致的数据分析，将数据通过网络和相关的通讯协议传递给上位数据存储和显示区域，实现远程的数据采集。

（5）所有的数据集中到电信云平台系统，可以通过手机端，电脑查看控制可控制灌溉、风机、卷膜、天窗、遮阳等各类设备，同时支持手动和自动模式。

主要由温室控制器、控制柜以及相应的现场控制设备组成，温室控制器根据采集到的数据，进行处理分析，对控制柜及连接的现场控制设备进行自动智能化控制，包括遮阳系统、滴水、风机降温系统、补光系统、开窗系统、灌溉系统、等等，该系统可根据用户的实际情况，选择部署具体的控制设备，也可根据栽培作物品种、生长周期的不同，灵活设定温室环境自动控制目标，确保农作物在最理想的环境下生长，增加作物产量.项目概述江苏同人生物科技有限公司成立于2008年11月，是一家集科研、生产、销售、技术转让和咨询服务于一体的以高科技生物技术为纽带的现代企业；公司拥有2000平方米的组培净化生产车间、6000平方米的国产高档薄膜联栋温室和30000平方米的示范种植区；公司旨在利用高科技生物技术手段进行高档观赏植物（蝴蝶兰、大花蕙兰、凤梨等）、珍稀药用植物组培种苗（铁皮石斛）、植物和微生物天然保健产品（铁皮枫斗）的开发生产，成为国内知名国际有影响力的植物组织和细胞克隆组培种苗及植物、微生物天然保健产品供应商，拥有一批有自身知识产权创新产品。

公司主要产品为高档观赏植物、珍稀药源植物组培种苗、植物和微生物天然保健产品。

公司产品供应国内市场和出口美、日、韩等国此次实施智能监控管理大棚为国产高档薄膜联栋温室，面积约6000平方米，内共有4个大棚，两个大棚为铁皮石斛种植基地，两个大棚为蝴蝶兰养殖基地温室。

要求精细化管理，重点区域视频、大棚内部空气温湿度监控、光照度。

数据采集点布置在具有代表性的位置，在大棚选择具有代表性的点位进行数据采集，以实现对整个大棚数据的收集和预测；要做到能将大棚情况及现场数据可视化于操作，便于管理和科学化种植。

整体大棚环境如下图所示：3.1 系统设备组成基于铁皮石斛和蝴蝶兰的种植要求，实验大棚需要检测大棚“空气温湿度”、“光照度”和，自动卷帘通风控制，重点区域需安装摄像头用以随时观测作物生长状况。

依设备可监测范围，以及现场勘测情况传感器部署如下图：注：监控摄像头通过宜兴电信视频云解决。

3.2 网络架构●智能农业现场数据采集智能农业现场主要以大棚生产为主，地理环境复杂、区域分布广是智能农业共同的特点，为此我们采用无线分布式数据采集，如上图所示，将每个大棚中现场环境数据通过数据采集器采集，经无线ZigBee传输至采控器，再通过中国电信网络的CDMA无线传输到远程智能监控系统；●中国电信网络依托中国电信4G无线网络主要为远程传输、无线发布提供高效率的传输网络平台；信息发布信息发布主要通过中国电信4G无线网络将采集的空气温度、湿度和土壤的温度、湿度等通过手机/手持终端及时、快速地传送到智能农业人员、农业专家手中，以便及时掌握农作物的生产环境，避免因为自然环境的变化给农作物带来不利的生长环境，也不会因为智能农业人员不在现场而得不到及时信息，也为农业专家的远程指导提供良好的数据保证；3.3 采集原理根据智能农业大棚区域分布较广及采集现场相对比较复杂、综合布线难度大等特点，在数据采集方式上不同于传统的工业自动化总线方式，考虑中国电信网络的覆盖区域广、信号相对稳定，我们选用小区域内无线ZigBee技术和远程无线CDMA网络技术相结合方式，实现分片采集、广域传输，我们以一个大棚为例，如下图：智能农业大棚数据采集原理根据上图所示，在进行数据采集时，将空气温/湿度传感器、土壤温/湿度传感器安置于智能农业现场，并连接到无线数据采集器，考虑大棚内区域较大，我们采用多点测量，通过无线ZigBee将采集器和采控器进行连接，将智能仪表通讯协议嵌入到数据采集与传输设备中，数据采集与传输设备会自动周期性读取每台智能仪表采集的温度、湿度和实时现场图像，再通过中国电信的CDMA网络将数据通过移动互联的方式发送现场管理人员、农业专家等，减少了大量的现场综合布线，即节约了大量的人力、物力和财力，也提高系统的可维护性；3.4 数据架构智能农业远程智能监控系统从数据架构上采用先进的三层架构模式，即数据采集层、数据集中层和数据应用层，如下图：●数据采集层数据采集层主要对智能农业现场农作物生长大棚里空气温度、湿度和土壤的温度、湿度的数据采集和实时现场图像，采集方式为周期性自动采集，采集周期可根据用户要求设定；●数据集中层主要对采集的数据进行周期性的存储，为数据应用提供数据，也为农业专家的远程指导提供数据依据；●数据应用层考虑农业现场环境比较偏远，信息化设施可能不到位，由于手机的普及化程度较高，中国电信网络的覆盖面积广，数据应用层主要通过手机短信和现场视频方式将数据及时传送给现场智能农业人员及农业专家；3.5 设计原则●先进性采用先进的系统架构体系和基于4G的网络通讯技术设备，做到配置和技术应用的先进；●经济、实用性智能农业远程智能监控系统以实用性为原则，充分利用现代化信息技术、移动通讯技术，在系统整体设计、硬件软件选型时结合企业现有系统实际情况，确定了合理、高性价比的建设方案；●开放、可扩展性软件、硬件平台均采用模块化设计与开发，具有良好的可扩充、扩展能力，能够非常方便地进行系统升级和更新，以适应今后业务的不断发展，并提供与其它系统的数据接口；●易于管理维护由于主干网和数据通讯多采用无线通讯技术和中国电信的4G CDMA通讯技术，减少了复杂的人工布线，以便于管理和维护；4系统功能智能农业监控管理系统通过对农作物生长现场的空气温度、湿度和土壤的温度、湿度等数据采集，让智能农业人员、农业专家等实时掌握农作物的现场生长环境，并结合农作物不同生长周期（如：育苗期、开花期、结果期）、不同的季节对温度、湿度、光照的要求，进行人为干预、专家指导，以保证农作物有一个合适的生长环境；作物种植业根据主要关注土壤水份、大棚温湿度及光照的数据采集，实时了解大棚的土壤湿度和大棚内空气温湿度，对于大棚内超过作物种植要求的土壤水份、大棚内温湿度，通过手机短信及时通知管理人员，通过人工干预及时处理，保证作物有个良好的生长环境。