智能化農(nóng)業(yè)溫室大棚管理系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃書(shū)

1、智能農(nóng)業(yè)溫室大棚管理系統(tǒng)工程分析與設(shè)計(jì)目錄第一章緒論1.1 工程背景智能溫室大棚是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，是以全面感知、可靠傳輸和 智能處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐和手段，以溫室大棚的自動(dòng)化生產(chǎn)、最優(yōu)化控 制、智能化管理為主要目標(biāo)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用領(lǐng)域，也是目前應(yīng)用需求 最為迫切的領(lǐng)域之一。溫室大棚以日光溫室為主，溫室構(gòu)造簡(jiǎn)易，環(huán)境控制能 力低。我國(guó)溫室大棚的技術(shù)裝備盡管有了較大開(kāi)展，但是溫室大棚種植普遍存 在管理粗放、技術(shù)設(shè)施落實(shí)不到位、智能化水平低，導(dǎo)致單位生產(chǎn)效率低、投 入產(chǎn)出比不高、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量平安水平起伏較大的現(xiàn)狀，在溫室環(huán)境、栽培管 理技術(shù)、生物技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)

2、等方面和興旺國(guó)家存在著較 大差距。我國(guó)建立在南方的大型智能溫室以生產(chǎn)花卉為主，北方的那么以栽培 蔬菜為主，少局部智能溫室用于栽培苗木。省市溫江區(qū)響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，政府投資，在溫江區(qū)實(shí)施高科技農(nóng)業(yè)示區(qū)，示區(qū)位于市溫江區(qū)，當(dāng)?shù)貧夂驗(yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季清楚，七月份平均氣溫35C,平均降雨量400mm,月份平均氣溫 9°C,平均降雨量 300mm。全區(qū)占地面積 為： 24m*32m=768 平方米，已經(jīng)裝有混凝土拱架塑料大棚，作為有機(jī)蔬菜以及 園藝種植區(qū)域，產(chǎn)品規(guī)格為棟寬 12 米，間距 4 米，天溝雨水槽底部局柱底高 度 5 米，頂高屋脊到柱底高度 5.9 米，屋面角度 25 度，外遮陽(yáng)高度

3、 6.4 米；排列方式為屋脊走向?yàn)椋耗媳?12m*4 跨=48 米，側(cè)墻長(zhǎng)南北 ：4 米*8 榀=32 米?，F(xiàn)方案在該整片溫室大棚種植區(qū)域安裝基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全方位隨 時(shí)監(jiān)控管理的智能溫室大棚系統(tǒng)，作為農(nóng)業(yè)示區(qū)域，以便以后在整個(gè)片區(qū)實(shí)行 推廣。 1.2 現(xiàn)存問(wèn)題首先是本錢(qián)較高。一般來(lái)講，一套智能化的控制系統(tǒng)本錢(qián)主要包括硬件本 錢(qián)、運(yùn)行本錢(qián)和維護(hù)本錢(qián)。硬件本錢(qián)包括各儀器儀表、通信線(xiàn)纜等。整個(gè)系統(tǒng) 也不能自由組合或者裁剪應(yīng)用于不同的對(duì)象，使得難以得到推廣和普及。同 時(shí)，由于系統(tǒng)復(fù)雜、布線(xiàn)繁多、故障率高而且使得故障后的維修本錢(qián)極大。另 外，系統(tǒng)龐大造成的運(yùn)行本錢(qián)也不是一筆小費(fèi)用。其次是布線(xiàn)復(fù)雜。溫室

4、中有大量分散的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這些設(shè)備可能 隨著作物的改變而進(jìn)展調(diào)整，同時(shí)錯(cuò)綜復(fù)雜的線(xiàn)纜也需要重新鋪設(shè)，工作量較 大。為了科學(xué)、合理地實(shí)現(xiàn)大面積溫室環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)與控制，電子檢測(cè) 裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)置不僅數(shù)量大而且分布廣，連接著各個(gè)裝置與機(jī)構(gòu)的線(xiàn) 纜，也因此縱橫交織。當(dāng)溫室生產(chǎn)的果蔬作物更替時(shí)，相應(yīng)的電子檢測(cè)裝置和 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置常常需要調(diào)整，連接著各個(gè)裝置與機(jī)構(gòu)的線(xiàn)纜有時(shí)也需要重新 布置。這不僅增大了溫室的額外投資本錢(qián)和安裝與維護(hù)的難度，有時(shí)也影響了 作物的良好生長(zhǎng)。第三，故障解決難。當(dāng)數(shù)據(jù)無(wú)常接收時(shí)，檢查人員不知道是線(xiàn)路問(wèn)題還是 節(jié)點(diǎn)故障。另外，目前的控制系統(tǒng)多采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的分布

5、式模式，當(dāng)總線(xiàn) 出現(xiàn)故障時(shí)，雖然各控制節(jié)點(diǎn)尚能正常工作，但是上位機(jī)卻無(wú)常管理整個(gè)網(wǎng) 絡(luò)，專(zhuān)家控制策略無(wú)法實(shí)施。1.2 工程意義(1) 實(shí)現(xiàn)廣圍的測(cè)量，需求傳感器節(jié)點(diǎn)多當(dāng)前溫室生產(chǎn)的首要特點(diǎn)就是監(jiān)控 區(qū)域很大，普通單個(gè)連棟溫室都有幾千平方米，而一個(gè)園區(qū)溫室群的面積可能 會(huì)在幾百畝以上，因此需要大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，在每個(gè)溫室中 采集諸如空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度、營(yíng)養(yǎng)液EC值、pH值以及室外天氣參數(shù)等信息，除此以外，目前對(duì)作物生理參數(shù)的檢測(cè)也逐漸受到人 們的重視，因此將會(huì)有更多的傳感器節(jié)點(diǎn)被用于溫室生產(chǎn)。另外，用于驅(qū)動(dòng)溫 室中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制節(jié)點(diǎn)的數(shù)量也不能忽略。由此可見(jiàn)，溫

6、室對(duì)其監(jiān)測(cè)與控制 系統(tǒng)的首要需求就是網(wǎng)絡(luò)容量大。(2) 檢測(cè)點(diǎn)位置靈活變動(dòng) 溫室量分散的傳感器，但隨著作物的生長(zhǎng)而需要不斷調(diào)整位置；或者當(dāng)溫 室生產(chǎn)的作物更替時(shí)，相應(yīng)的電子檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置也常常需要調(diào)整；另外，溫室的利用構(gòu)造也會(huì)經(jīng)常根據(jù)用戶(hù)需要而不斷改變，這就要求系統(tǒng) 中各個(gè)節(jié)點(diǎn)能根據(jù)需要隨意變換位置而不影響系統(tǒng)工作。(3) 節(jié)點(diǎn)數(shù)目可隨意增減作物生長(zhǎng)階段不同，環(huán)境因子對(duì)作物的影響可能也不同，生長(zhǎng)初期可能對(duì) 溫度比擬敏感，而后期可能對(duì)光照比擬敏感，這就要求系統(tǒng)可以隨意改變節(jié)點(diǎn) 的類(lèi)型和數(shù)量。除此以外，隨著作物的生長(zhǎng)，用戶(hù)可能還需要對(duì)植物的生理參 數(shù)進(jìn)展監(jiān)測(cè)而需要不斷增加傳感器節(jié)點(diǎn)。在某

7、些科研溫室中，也經(jīng)常需要改變 傳感器節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型和數(shù)量，以到達(dá)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)與控制。上述這些情況都需要所用 的監(jiān)控系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)能隨意增減。(4) 系統(tǒng)可靠性系統(tǒng)故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失不可估量。如果系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題而未能被及時(shí)覺(jué) 察和修復(fù)，那么可能對(duì)作物造成致命的傷害，尤其在一些惡劣的天氣例如高溫 和寒冷氣候條件下，這將直接影響產(chǎn)量和收益。另外，溫室濕度高、光照強(qiáng)、 具有一定的酸性，都會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)纜的腐蝕、老化，從而降低系統(tǒng)的可靠性和抗干 擾性，這對(duì)于檢查系統(tǒng)故障造成困難。例如，當(dāng)數(shù)據(jù)無(wú)常接收時(shí)，檢查人員不 知道是線(xiàn)路問(wèn)題還是節(jié)點(diǎn)故障，這對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決故障帶來(lái)不便。因此，溫 室測(cè)控系統(tǒng)必須要可靠。2、方案概述本系

8、統(tǒng)構(gòu)造及配套設(shè)施：主體骨架為熱鍍鋅型組裝、覆蓋材料、自然通風(fēng) 系統(tǒng)強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)、遮陽(yáng)系統(tǒng)、外遮陽(yáng)系統(tǒng)、環(huán)流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、補(bǔ)光 系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)。智能化大棚是一個(gè)半封閉系統(tǒng)，依靠覆蓋材料形成與外界相對(duì)隔離的室空 間，一方面要以通風(fēng)換氣創(chuàng)造植物生長(zhǎng)優(yōu)于室外自然環(huán)境的條件；另一方面， 室產(chǎn)生的高溫高濕和低二氧化碳濃度，通過(guò)通風(fēng)換氣來(lái)調(diào)控，創(chuàng)造植物生長(zhǎng)的 最正確環(huán)境。3、系統(tǒng)功能描述3.1、智能溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)感知層智能溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用一般對(duì)溫室的七個(gè)方面進(jìn)展監(jiān)測(cè)，即通過(guò)土 壤、氣象、光照等傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的溫、水、肥、電、熱、氣、光進(jìn)展實(shí)時(shí)調(diào)控與記錄，保證溫室的有機(jī)蔬

9、菜和花卉生產(chǎn)在良好的環(huán)境中3.2、智能溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)傳輸層一般情況下，在溫室部通過(guò)無(wú)線(xiàn)終端，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控溫室環(huán)境和作物 生長(zhǎng)情況。通過(guò)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)和短信的方式，監(jiān)測(cè)溫室傳感器網(wǎng)絡(luò)所采集的信息， 以作物生長(zhǎng)模擬技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為根底，通過(guò)常見(jiàn)蔬菜生長(zhǎng)模型和嵌入 式模型的低本錢(qián)智能網(wǎng)絡(luò)終端。通過(guò)中繼網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程效勞器雙向通信，效勞器 也可以進(jìn)一步做出決策分析，對(duì)所部署的溫室中灌溉等裝備進(jìn)展遠(yuǎn)程管理控 制。3.3、智能溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)智能處理層通過(guò)對(duì)獲取信息的共享、交換、融合，獲得最優(yōu)和全方位的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信 息，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能溫室大棚作物的施肥、灌溉、播種、收獲等的決策管理和指 導(dǎo)?；谧魑镩L(zhǎng)勢(shì)和病蟲(chóng)害等

10、相關(guān)圖形圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚作物的長(zhǎng)勢(shì) 預(yù)測(cè)和病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能。還可以將監(jiān)控信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)叫畔⑻幚砥?臺(tái)，信息處理平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示各個(gè)溫室的環(huán)境狀況，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值，控制 通風(fēng) /加熱/ 降溫等設(shè)備，到達(dá)溫室環(huán)境可知、可控。4、系統(tǒng)架構(gòu)5、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)6、 1感知層1 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié) 點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié) 作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀(guān)察者。 傳感器、感知對(duì)象和觀(guān)察者構(gòu)成了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。Zigbee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)網(wǎng)關(guān) ：Zi

11、gbee 3GZigBee 節(jié)點(diǎn)是可以組建 Mesh 網(wǎng)絡(luò)的，設(shè)置一個(gè) ZigBee 節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào) 器，其他每個(gè) ZigBee 節(jié)點(diǎn)都可以當(dāng)做路由節(jié)點(diǎn)來(lái)使用，也可以設(shè)置為終端節(jié)點(diǎn) 但是就失去了路由功能。2視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī) ： WIFI 傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)檢測(cè)到的圖像信息使用 WIFI 進(jìn)展傳 輸 3設(shè)備供電設(shè)備供電系統(tǒng)由最新的太陽(yáng)能供電， AC 220V、 DC 12V 或者太陽(yáng)能供 電。6、2傳輸層1網(wǎng)關(guān)：3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)：將Zigbe信號(hào)轉(zhuǎn)化為3G信號(hào)進(jìn)展傳輸2路由器 交換機(jī)3G 無(wú)線(xiàn)路由器、交換機(jī)，用于傳輸局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)3供電設(shè)備： 采用標(biāo)準(zhǔn) 220V 電源供電6、 3網(wǎng)絡(luò)層(1)終端效勞器：采用電腦作為效勞器終端(