四信食用菌房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、食用菌廠房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一、項(xiàng)目背景隨著現(xiàn)在科技發(fā)展，傳統(tǒng)食用菌的單純以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和依靠經(jīng)驗(yàn)管理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，逐漸開始有知識(shí)化、信息化和智能化定量管理為特征的信息化生產(chǎn)技術(shù)的需求。總體還是沒有辦法完成一體化監(jiān)控管 理生產(chǎn)，與國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是很大的一個(gè)差距。比如：用于菌種自動(dòng)化生產(chǎn)，機(jī)械化接種，自動(dòng)裝瓶，機(jī)械化采收等各個(gè)階段，比較零散，不能將數(shù)據(jù)進(jìn) 行綜合。尤其環(huán)境監(jiān)測(cè)的模擬研究進(jìn)展緩慢，我們急需一套集成技術(shù)把生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，最大程度的提 高效率，降低風(fēng)險(xiǎn)。而現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)中可發(fā)揮極其重要的作用，不僅能監(jiān)測(cè)水、肥、溫度、濕度、空氣中的二氧化碳 含量，光照，還可結(jié)合風(fēng)機(jī)、卷簾機(jī)、噴

2、灌等設(shè)備實(shí)現(xiàn)定量作業(yè)，節(jié)約增效。在產(chǎn)品內(nèi)外運(yùn)輸、分級(jí)包裝、 銷售流通等環(huán)節(jié)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快捷、準(zhǔn)確地送達(dá)客戶手中，輔助貿(mào)易業(yè)務(wù)。 則我們引入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。通過物聯(lián)網(wǎng)的軟硬件技術(shù)產(chǎn)品和應(yīng)用示范基地，可以促進(jìn)精確食用菌生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展。在作物精確 管理智能化、數(shù)據(jù)共享，信息載體和集成應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)作物生產(chǎn)問題的實(shí)時(shí)診斷和協(xié)同決策。食用菌行業(yè)具有較高的產(chǎn)岀率和附加值，但信息集成應(yīng)用還處于初級(jí)階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工業(yè)領(lǐng)域。在食用菌上的科技投入還存在投入明顯不足，食用菌信息人才缺乏，農(nóng)民及農(nóng)業(yè)企業(yè)家等信息技術(shù)用戶急需培 訓(xùn)，信息采集處理比較落后， 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化技術(shù)落后， 缺乏信息技術(shù)裝備的價(jià)廉物

3、美的農(nóng)機(jī)及設(shè)施裝備。新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的示范推廣剛剛開始，已經(jīng)引起各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及社會(huì)各界的重視。盡管如此，現(xiàn)階段食 用菌產(chǎn)業(yè)具有生產(chǎn)種類多、經(jīng)營(yíng)規(guī)模小、種植模式多、產(chǎn)品種類多批量小等特點(diǎn)，決定了近期物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 的發(fā)展必須針對(duì)我國(guó)現(xiàn)代食用菌發(fā)展的現(xiàn)狀及進(jìn)程，在引進(jìn)、消化吸收國(guó)外體現(xiàn)信息技術(shù)的先進(jìn)機(jī)械、裝 備和模式技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過多專業(yè)的集成創(chuàng)新，研究探索岀一條適合現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)研究開發(fā)與示范及 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的道路，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域取得重大突破。針對(duì)目前食用菌廠房環(huán)境發(fā)展的趨勢(shì)，提岀了一種食用菌廠房環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)食用菌廠房智能監(jiān)控的特殊性，需要傳輸食用菌廠房現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)給管理者

4、，并把管理者的命令下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行 設(shè)備，同時(shí)又要使上級(jí)部門可隨時(shí)通過互連網(wǎng)或者手機(jī)信息了解區(qū)域食用菌廠房的實(shí)時(shí)狀況?；趜igbee與GPRS勺智能食用菌廠房環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)使這些成為可能二解決問題1.生產(chǎn)中因溫度、濕度不適宜，2水分無(wú)法定量監(jiān)測(cè)，3.滅菌時(shí)間不夠，作業(yè)不規(guī)范導(dǎo)致病害多發(fā)而嚴(yán)重?fù)p失。4.病害防治報(bào)警系統(tǒng)，為及時(shí)有效地進(jìn)行設(shè)施作物的病害防治提供技術(shù)支持。5.建立標(biāo)準(zhǔn)化食用菌生產(chǎn)程6.記錄整個(gè)食用菌生產(chǎn)流程信息7.提高整個(gè)生產(chǎn)效率8降低人工所需成本9.一體化的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)測(cè)管理三、項(xiàng)目分析2.1系統(tǒng)組成2.1.1食用菌廠房現(xiàn)場(chǎng)采集控制終端食用菌廠環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)采集控制終端負(fù)責(zé)24小時(shí)采集溫

5、室內(nèi)溫度、濕度、光照、C02濃度、等環(huán)境參數(shù)。2.1.2無(wú)線傳輸設(shè)備前端采用四信F8914 ZigBee模塊，通過232/485（端子接口）和采集器相連接，Zigbee作為一種無(wú)線連接,可工作在2. 14 GHz（全球流行）、868 MHz （歐洲流行）和915 MHz （美國(guó)流行）3個(gè)頻段上，分別具 有最高至250 kbit/ s、20 kbit/ s、40 kbit/ s的傳輸速率。該型號(hào)設(shè)備一般為終端節(jié)點(diǎn)，完成信息的發(fā)送和接收。實(shí)物如圖1ZigBee中心節(jié)點(diǎn)采用四信F8114 ZigBee+GPRS模塊，中心節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)可以通過串口直接是輸出到服務(wù)器上（前端與服務(wù)器的距離較近）；還可有

6、通過GPRSG其收到的數(shù)據(jù)發(fā)送的遠(yuǎn)端的服務(wù)器上，GPRS部分采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通信協(xié)議，且兩種方式都是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。省去了每個(gè)終端的GPRS模塊，只需要中心節(jié)點(diǎn)一個(gè)，節(jié)約了成本。實(shí)物如圖22.1.3米集傳感設(shè)備1溫度采集、2濕度采集、3光照、4 C02濃度5.生產(chǎn)流程信息記錄2.1.3數(shù)據(jù)管理中心數(shù)據(jù)中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集的溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、C02濃度、等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析處理，不僅進(jìn)行完成的統(tǒng)計(jì)做岀相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并做岀趨勢(shì)分析，且以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶，并根 據(jù)種植作物的需求提供各種報(bào)警信息。當(dāng)溫濕度超過設(shè)定值的時(shí)候，自動(dòng)開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備。2.2系統(tǒng)總架構(gòu)2.

7、2 0整個(gè)系統(tǒng)流程 由現(xiàn)食用菌廠現(xiàn)場(chǎng)。有傳感器各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)與食用菌信息等數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)在無(wú)線設(shè)備發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。由數(shù)據(jù)中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析理，發(fā)送到用戶管理終端.同時(shí)對(duì)需要預(yù)警或是特殊處理， 進(jìn)行用戶預(yù)警報(bào)2.2.1 F8914 - F8914組網(wǎng)F8914（前端）通過標(biāo)準(zhǔn)的232/485與食用菌廠房一級(jí)終端里的PLC連接通信，獲取的數(shù)據(jù)直接通過2.4G頻率發(fā)送到F8914（中心節(jié)點(diǎn)）。F8914（中心節(jié)點(diǎn)）通過串口與服務(wù)器連接，把數(shù)據(jù)送到后臺(tái)，后臺(tái)管理應(yīng)用管理層LS客戶端數(shù)抵庫(kù)巨 服務(wù)器灤/智J |控翎( “J加濕器刁數(shù)據(jù)分析IW數(shù)據(jù)傳輸以采應(yīng)用分析服務(wù)器運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)無(wú)線轉(zhuǎn)轍1/Zig B e

8、e(1X14)ZigBee(F8X1I)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如圖3所示2.2.2.1原理框架F8114首先進(jìn)行GPRS撥號(hào)上網(wǎng)，然后自動(dòng)向數(shù)據(jù)管理中心發(fā)起TCP連接，握手成功后開始數(shù)據(jù)透明傳輸。食用菌廠房監(jiān)測(cè)終端把數(shù)據(jù)集中采集通過PLC把數(shù)據(jù)傳給F8914,F8914接到數(shù)據(jù)后即時(shí)的將數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送到F8114。F8114通過GPRS數(shù)據(jù)管理中心將上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出直觀的結(jié)果和相應(yīng)的指令通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給F8114,再通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送到F8914即時(shí)通過232/485傳送給2.2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能1:可在線實(shí)時(shí)24小時(shí)連續(xù)的采集和記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的度、濕度、光照、

9、C02濃度、等各項(xiàng)參數(shù)情況,以數(shù)字、圖形和圖像等多種方式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和記錄存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)信息，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位可擴(kuò)充多達(dá)上千個(gè)點(diǎn)。2:可設(shè)定各監(jiān)控點(diǎn)位的溫濕度報(bào)警限值，當(dāng)岀現(xiàn)被監(jiān)控點(diǎn)位數(shù)據(jù)異常時(shí)可自動(dòng)發(fā)岀報(bào)警信號(hào)，報(bào)警 方式包括：現(xiàn)場(chǎng)多媒體聲光報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)客戶端報(bào)警、電話語(yǔ)音報(bào)警、手機(jī)短信息報(bào)警等。上傳報(bào)警信息并 進(jìn)行本地及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)可在不同的時(shí)刻通知不同的值班人員；4:數(shù)據(jù)集中器端提供具有信號(hào)輸出協(xié)議的端口，可接通信設(shè)備（GPRS IP MODE等）進(jìn)行無(wú)線傳輸。5:溫濕度監(jiān)控軟件采用標(biāo)準(zhǔn)windows 98/2000/XP全中文圖形界面，實(shí)時(shí)顯示、記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫濕 度值和曲線變化，統(tǒng)計(jì)溫濕度數(shù)據(jù)的歷

10、史數(shù)據(jù)、最大值、最小值及平均值，累積數(shù)據(jù)，報(bào)警畫面。6:監(jiān)控主機(jī)端利用監(jiān)控軟件可隨時(shí)打印每時(shí)刻的溫濕度數(shù)據(jù)及運(yùn)行報(bào)告。7:強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與通訊能力，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，局域網(wǎng)內(nèi)的任何一臺(tái)電腦都可以訪問監(jiān) 控電腦，在線查看監(jiān)3=H14minUHwirai2.2.2F8914-F8114組網(wǎng)采集端，采集端根據(jù)指令對(duì)相應(yīng)的控制處理。如圖4所示FW43ZigSHh liKMiaa?LMTERhETMTERHET控點(diǎn)位的溫濕度變化情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)不但能夠在值班室監(jiān)測(cè)，領(lǐng)導(dǎo)在自己 辦公室可以非常方便地觀看和監(jiān)控。8:系統(tǒng)可擴(kuò)充多種記錄數(shù)據(jù)分析處理軟件，能進(jìn)行繪制棒圖、餅圖，進(jìn)行曲線擬合等處理，

11、可按TEXT格式輸岀，也能進(jìn)入EXCEL電子表格等office的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。9:控制軟件的編制采用軟件工程管理，開放性與可擴(kuò)充性極強(qiáng)，由于采用硬件功能的軟件化的系統(tǒng) 設(shè)計(jì)思想及系統(tǒng)硬件的模塊化、通訊網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可根據(jù)需要升級(jí)軟件功能與擴(kuò)展硬件種類。10:系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留有接口，可隨時(shí)增加減硬軟件設(shè)備，系統(tǒng)只要做少量的改動(dòng)即可，可以在很短的 時(shí)間內(nèi)完成?？筛鶕?jù)政策和法規(guī)的改變隨時(shí)增加新的內(nèi)容。2.2.4數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入方式分析1.專線接入中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連

12、接，在GGS與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN防 止其他非法用戶的進(jìn)入。用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部 地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防 火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。此種方案無(wú)論實(shí)時(shí)性，安

13、全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情 況下之最佳組網(wǎng)方式。2.ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的?？蛻粝扰cDNS服務(wù)商聯(lián)系開 通動(dòng)態(tài)域名，IP MODE先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立 連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。3.通過固定公網(wǎng)IP連接中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)

14、固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEI直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案.四、方案特點(diǎn)1、傳輸模塊采用無(wú)線接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，目前GPRS網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了十幾年，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，技術(shù) 成熟，覆蓋率廣。2、 傳輸模塊采用工業(yè)級(jí)ZigBee模塊，標(biāo)準(zhǔn)頻段IEEE802.15.4 ISM2.4GHz,通信距離90m,戶外通信距離800m,發(fā)射功率22dBm，接受靈敏度-104dBm;低功耗設(shè)計(jì)，支持多級(jí)休眠和喚醒模式，最大限度降低功耗，內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC），支持定時(shí)開關(guān)機(jī)功能，定時(shí)關(guān)機(jī)狀態(tài)下功耗小于1mA。外接電源DC 12V/500mA（標(biāo)準(zhǔn)）；通信電流：50mA-80mA12VDC、115-150mA5VDC;待機(jī)狀態(tài)：20mA12VDC、35mA5VDC； 休眠狀：8mA12VDC、18mA5VDC工作環(huán)境溫度-25+65OC儲(chǔ)存溫度-40+85oC;相對(duì)濕度95% （無(wú)凝結(jié)） ;多重軟硬件看門狗設(shè)計(jì)。 適用 于戶外工作環(huán)境。3、 傳輸模塊具有可靠的網(wǎng)絡(luò)連接、智能防掉線、支持在線檢測(cè)、在線維護(hù)、掉掉線自動(dòng)重拔，確保設(shè)備 永遠(yuǎn)在線，確保通信通道正常，為數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)。4、 終端傳輸模塊支持多種激活方式，如語(yǔ)音電話、短信、數(shù)據(jù)等；終端設(shè)備故障或異常時(shí)，自動(dòng)發(fā)短信 報(bào)警信息給維護(hù)人員。5、 傳輸