項目背景：我國是一個農(nóng)業(yè)大國，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化、自動化、智能化程度低，絕大多數(shù)還是依靠體感和經(jīng)驗獲得農(nóng)田信息，依靠體力和傳統(tǒng)工具及少數(shù)農(nóng)業(yè)機械進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，當外界條件和內部環(huán)境發(fā)生突變時，難以及時得到提醒和應對，造成經(jīng)濟損失。如果在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將物聯(lián)網(wǎng)技術應用起來，用傳感技術去替代人的體感，將人的種植經(jīng)驗變成不同的功能軟件，使用各種農(nóng)業(yè)機械去完成人工操作，那么農(nóng)民僅需操作這些設備就能進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。這就是我們的夢想。該項目是實現(xiàn)夢想的開始一步，如何運用物聯(lián)網(wǎng)技術獲取信息，營造滿足農(nóng)作物所需的生長環(huán)境。
該項目在天津農(nóng)業(yè)示范園管理中心的武清基地進行。根據(jù)設計要求，此監(jiān)控系統(tǒng)依托Zigbee無線通訊技術、3G數(shù)據(jù)通訊技術將互聯(lián)網(wǎng)從桌面延伸到田野，讓溫室實時在線，實現(xiàn)蔬菜大棚與數(shù)據(jù)世界的融合；實時采集的傳感器數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的種植經(jīng)驗相結合，使得農(nóng)業(yè)專家在遠程可以隨時查看農(nóng)田內的各種數(shù)據(jù)(溫度、濕度、光照、水量等)，判斷是否是適合作物生長的條件，可以由專家根據(jù)自身經(jīng)驗和知識設定關鍵值，當某種數(shù)據(jù)偏離設定值時，大棚自動做出反應(溫度偏低，則打開供暖設施，溫度偏高，則開門通風；水量不足，則自動打開噴淋裝置等)，可同時監(jiān)測和控制蔬菜大棚的正常運行，從而使得農(nóng)作物始終處在的生長環(huán)境中。從而建立起集數(shù)據(jù)采集、數(shù)字傳輸、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)控農(nóng)業(yè)機械為一體的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理體系，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡化與智能化。
系統(tǒng)方案及功能實現(xiàn)
目前，本項目涉及到兩種類型的大棚：智能溫室大棚和日光溫室大棚，因此，整個系統(tǒng)平臺包括兩個子系統(tǒng)：智能溫室大棚遠程監(jiān)測與自動控制子系統(tǒng)、日光溫室大棚遠程監(jiān)測與自動控制子系統(tǒng)。我們?yōu)閮煞N類型的大棚提供了相應的解決方案。
(一)智能溫室大棚網(wǎng)絡邏輯拓撲結構
智能溫室大棚網(wǎng)絡邏輯拓撲結構如圖1.1所示。
感知層：農(nóng)業(yè)大棚遠程監(jiān)測裝置基于ZigBee無線檢測網(wǎng)絡研發(fā)而成，集模擬量/開關量采集、繼電器控制、RS-232串口通訊于一體的綜合性監(jiān)測裝置，測量精確可靠，通過狀態(tài)指示燈顏色的變換可以輕松獲得裝置所處的工作狀態(tài)，操作調試十分簡便，適合于農(nóng)業(yè)大棚相關數(shù)據(jù)的采集和設備控制。在智能溫室中裝有環(huán)境溫濕度傳感器、光照強度傳感器、土壤溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器等，將采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡與環(huán)境參數(shù)采集器無線連接。
傳輸層：(1)通過網(wǎng)關 (串轉網(wǎng)設備)進行感知層與傳輸層的融合，即網(wǎng)關一方面通過其串口連接環(huán)境參數(shù)采集器、繼電器以及氣象采集器，另一方面通過其網(wǎng)口連接交換機，從而完成數(shù)據(jù)從串口格式到以太網(wǎng)格式的轉換。(2)以太網(wǎng)交換機接入大功率AP，最終通過無線WiFi信號達到溫室與外界數(shù)據(jù)交換的目的。(3)攝像頭直接接入交換機。
應用層。管理員對中控室進行系統(tǒng)維護與日常管理，終端用戶使用手機、IPAD、PC等方式，通過各種通信網(wǎng)絡接入技術使用本系統(tǒng)的上層服務。
在本方案中，使用該網(wǎng)關具有以下優(yōu)勢：
(1)網(wǎng)關上嵌入3G模塊，可以直接通過移動互聯(lián)網(wǎng)進行連接；
(2)多個溫室大棚共享一個數(shù)據(jù)采集控制模塊，使開發(fā)成本降低；
(3)建網(wǎng)、組網(wǎng)以及上層配置簡單。
根據(jù)系統(tǒng)設計要求，管理人員使用該系統(tǒng)可以智能溫室和日光溫室大棚種植的蔬菜進行全過程的遠程監(jiān)測、自動控制和管理。其主要功能有:
1、蔬菜大棚的遠程無線實時數(shù)據(jù)采集：如環(huán)境溫濕度、光照、CO2濃度等地面信息，土壤水分和溫度、土壤養(yǎng)分(氮磷鉀元素)等土壤信息以及風向風速等室外氣象信息。
2、蔬菜大棚的遠程無線自動控制：根據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)的比較結果來決定相應的遠程自動控制。可以通過移動設備(如手機、iPAD等)對風機、外遮陽卷簾、內遮陰卷簾、補光燈、水簾、天窗、地源熱泵、滴灌等設備進行遠程無線自動控制。
3、 監(jiān)控云平臺通過網(wǎng)關可以實時獲取傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)。將網(wǎng)關的數(shù)據(jù)存儲到云平臺中，企業(yè)(用戶)直接訪問云平臺獲取網(wǎng)關節(jié)點數(shù)據(jù)信息，進而進行專家咨詢與實時指導。
4、信息分析與統(tǒng)計：通過數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計提供各種報表。
項目創(chuàng)新
(1)本系統(tǒng)使用了基于物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)應用的嵌入式中間件軟件技術。由于軟、硬件設備投入使用的年代不同，使用的接口，協(xié)議也千差萬別。導致各個系統(tǒng)仍處于各自為戰(zhàn)的狀態(tài)，并沒有形成一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡。所以，在這種情況下，使用
物聯(lián)網(wǎng)嵌入式中間件軟件有效的整合和完善了物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)應用的前端信息采集設備和后端信息匯聚設備，把所有設備都納入統(tǒng)一的管理，并把這些不同的設備連接在一起，構成一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡。
(2)基于無線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關及其矩陣排布技術開發(fā)的農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)控平臺可同時監(jiān)測大范圍內所有大棚內農(nóng)作物生長環(huán)境狀況，手動/定時控制棚內相應設備，并且可通過用戶參數(shù)設定實時自動控制設備狀態(tài)以滿足植物生長要求。
(3)支持3G無線通訊的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關可以將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿釉朴嬎闫脚_，為后期開展云服務奠定了基礎。
(4)真正實現(xiàn)了信息化與農(nóng)業(yè)化的高度融合，將的信息技術應用到傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)，建成了集數(shù)據(jù)采集、數(shù)字傳輸、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)控農(nóng)業(yè)機械為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新網(wǎng)絡平臺與應用示范，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理朝著低成本、可靠性、節(jié)水節(jié)能型、智能化和環(huán)境友好型等五大方向發(fā)展。
取得效益及效益分析
智能溫室和日光溫室大棚項目在天津示范應用時得到及天津市委、市政府的高度重視，天津市委書記張高利等親臨現(xiàn)場視察。
2012年底，該項目獲得了中關村物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟與中國移動共同舉辦的首屆移動杯智慧北京大賽優(yōu)秀解決方案獎，應成功參加了2012年津洽會、京交會以及寧波“智慧城市”博覽會的展覽，在京津滬渝四直轄市與專家到天津市農(nóng)業(yè)示范園區(qū)管理中心視察工作，參觀人員一致認為該示范平臺具有科技含量高、超前意識強、發(fā)展前景好、帶動能力強的推廣優(yōu)勢，可以為天津市乃至全國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到良好的示范和推動作用。取得了較好的社會效益。在此基礎上，我們將加強“政、產(chǎn)、學、研、用”聯(lián)合，加大推廣應用力度，創(chuàng)新經(jīng)濟效益增長模式，使農(nóng)民從中得到實惠，企業(yè)得到發(fā)展。
現(xiàn)場使用圖片:
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