• 基于ZigBee技術的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚———順舟ZigBee智能農(nóng)業(yè)大棚
    上海順舟網(wǎng)絡科技有限公司

    一 概述
           “物聯(lián)網(wǎng)”被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后,世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。業(yè)內(nèi)專家認為,物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟效益,大大節(jié)約成本;另一方面可以為全球經(jīng)濟的復蘇提供技術動力。目前,美國、歐盟、中國等都在投入巨資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)。我國也正在高度重視物聯(lián)網(wǎng)的研究,工業(yè)和信息化部會同有關部門,在新一代信息技術方面正在開展研究,以形成支持新一代信息技術發(fā)展的政策措施。
           智能控制是為了達到節(jié)能、舒適、便利的目的,要求對市政、家庭、農(nóng)業(yè)等的智能控制和監(jiān)視制定細致的策略和方案。但是,傳統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)由于很多因素的制約,很難達到要求。為了解決這些問題,業(yè)界嘗試了很多辦法,但基本上都屬于封閉式的,多采用私有協(xié)議,彼此間難以互通,導致結(jié)構(gòu)不透明,靈活性、擴充性不佳。從長遠看,智能控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是走向開放,尤其是智能控制與互聯(lián)網(wǎng)的融合是其中一個重要發(fā)展趨勢。
           智能農(nóng)業(yè)控制通過實時采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤水分等環(huán)境參數(shù),自動開啟或者關閉指定設備??梢愿鶕?jù)用戶需求,隨時進行處理,為農(nóng)業(yè)生態(tài)信息自動監(jiān)測、對設施進行自動控制和智能化管理提供科學依據(jù)。

           大棚監(jiān)控及智能控制解決方案是通過光照、溫度、濕度等無線傳感器,對農(nóng)作物溫室內(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)進行實時采集,自動開啟或者關閉指定設備(如遠程控制澆灌、開關卷簾等)。


    二 項目需求
           在每個智能農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部署空氣溫濕度傳感器2只,用來監(jiān)測大棚內(nèi)空氣溫度、空氣濕度參數(shù);每個農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部署土壤溫度傳感器2只、土壤濕度傳感器2只、光照度傳感器2只,用來監(jiān)測大棚內(nèi)土壤溫度、土壤水分、光照度等參數(shù)。所有傳感器一律采用直流24V電源供電,大棚內(nèi)僅需提供交流220V市電即可。
           每個農(nóng)業(yè)大棚園區(qū)部署1套采集傳輸設備(包含中心節(jié)點、無線3G路由器、無線3G網(wǎng)卡等),用來傳輸園區(qū)內(nèi)各農(nóng)業(yè)大棚的傳感器數(shù)據(jù)、設備控制指令數(shù)據(jù)等到internet上與平臺服務器交互。
           在每個需要智能控制功能的大棚內(nèi)安裝智能控制設備1套(包含一體化控制器、擴展控制配電箱、電磁閥、電源轉(zhuǎn)換適配設備等),用來傳遞控制指令、響應控制執(zhí)行設備。實現(xiàn)對大棚內(nèi)的電動卷簾、智能噴水、智能通風等行為的實現(xiàn)。

    三 系統(tǒng)架構(gòu)設計
    (1)  總體架構(gòu)
           系統(tǒng)的總體架構(gòu)分為傳感信息采集、視頻監(jiān)控、智能分析和遠程控制四部分。

    (2)  系統(tǒng)中包括兩個部分:
           ■ Zigbee中心節(jié)點 ; 
           ■ 邊緣網(wǎng)關;(比如以太網(wǎng),GPRS模塊,兩著結(jié)合起來可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離傳輸。)
     

    (3)  傳感信息采集:        數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),主要負責溫室內(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。數(shù)據(jù)傳感器的上傳采用ZigBee和Rs485兩種模式。
           在Zigbee傳輸模式中,傳感器數(shù)據(jù)通過Zigbee發(fā)送模塊傳送到Zigbee中心節(jié)點上,用戶終端和一體化控制器間傳送的控制指令也通過Zigbee發(fā)送模塊傳送到中心節(jié)點上,省去了通訊線纜的部署工作。中心節(jié)點再經(jīng)過邊緣網(wǎng)關將傳感器數(shù)據(jù)、控制指令發(fā)送到上位機的業(yè)務平臺。用戶可以通過有線網(wǎng)絡/無線網(wǎng)絡訪問上位機系統(tǒng)業(yè)務平臺,實時監(jiān)測大棚現(xiàn)場的傳感器參數(shù),控制大棚現(xiàn)場的相關設備。Zigbee模式具有部署靈活、擴展方便等優(yōu)點。 四 大棚現(xiàn)場布點        大棚現(xiàn)場主要負責大棚內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的采集和控制設備的執(zhí)行,采集的數(shù)據(jù)主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的光照、空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤水分等數(shù)值。
           傳感器的數(shù)據(jù)上傳有Zigbee模式和RS485模式兩種,RS485模式中數(shù)據(jù)信號通過有線的方式傳送,涉及大量的通訊布線。在Zigbee傳輸模式中,傳感器數(shù)據(jù)通過Zigbee發(fā)送模塊傳送到Zigbee中心節(jié)點上,用戶終端和一體化控制器間傳送的控制指令也通過Zigbee發(fā)送模塊傳送到中心節(jié)點上,省卻了通訊線纜的部署工作。中心節(jié)點再經(jīng)過邊緣網(wǎng)關將傳感器數(shù)據(jù)、控制指令封裝并發(fā)送到位于internet上的系統(tǒng)業(yè)務平臺。用戶可以通過有線網(wǎng)絡/無線網(wǎng)絡訪問系統(tǒng)業(yè)務平臺,實時監(jiān)測大棚現(xiàn)場的傳感器參數(shù),控制大棚現(xiàn)場的相關設備。Zigbee模式具有部署靈活、擴展方便等優(yōu)點。
           控制系統(tǒng)主要由一體化控制器、執(zhí)行設備和相關線路組成,通過一體化控制器可以自由控制各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行設備,包括噴水系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等,噴水系統(tǒng)可支持噴淋、滴灌等多種設備,空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)可支持卷簾、風機等設備。
           采集傳輸部分主要將設備采集到的數(shù)值傳送到服務器上,現(xiàn)有大棚設備支持3G、有線等多種數(shù)據(jù)傳輸方式,在傳輸協(xié)議上支持IPv4現(xiàn)網(wǎng)協(xié)議及下一代互聯(lián)網(wǎng)IPv6協(xié)議。
           業(yè)務平臺負責對用戶提供智能大棚的所有功能展示,主要功能包括環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)空間/時間分布、歷史數(shù)據(jù)、超閾值告警和遠程控制五個方面。用戶還可以根據(jù)需要添加視頻設備實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控功能。數(shù)據(jù)空間/時間分布將系統(tǒng)采集到的數(shù)值通過直觀的形式向用戶展示時間分布狀況(折線圖)和空間分布狀況(場圖)、歷史數(shù)據(jù)可以向用戶提供歷史一段時間的數(shù)值展示;超閾值告警則允許用戶制定自定義的數(shù)據(jù)范圍,并將超出范圍的情況反映給用戶。 五 數(shù)據(jù)采集設備 項目涉及傳感網(wǎng)絡模塊和采集傳輸模塊,各個模塊包含的主要設備如下:
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      產(chǎn)品型號 數(shù)據(jù)采集設備 備注