1、智能農業溫室大棚管理系統工程分析與設計目錄第一章緒論1.1 工程背景智能溫室大棚是農業物聯網的一個重要應用領域，是以全面感知、可靠傳輸和 智能處理等物聯網技術為支撐和手段，以溫室大棚的自動化生產、最優化控 制、智能化管理為主要目標的農業物聯網的具體應用領域，也是目前應用需求 最為迫切的領域之一。溫室大棚以日光溫室為主，溫室構造簡易，環境控制能 力低。我國溫室大棚的技術裝備盡管有了較大開展，但是溫室大棚種植普遍存 在管理粗放、技術設施落實不到位、智能化水平低，導致單位生產效率低、投 入產出比不高、農業產品質量平安水平起伏較大的現狀，在溫室環境、栽培管 理技術、生物技術、人工智能技術、網絡信息技術

2、等方面和興旺國家存在著較 大差距。我國建立在南方的大型智能溫室以生產花卉為主，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。省市溫江區響應國家號召，政府投資，在溫江區實施高科技農業示區，示區位于市溫江區，當地氣候為亞熱帶季風氣候，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。全區占地面積 為： 24m*32m=768 平方米，已經裝有混凝土拱架塑料大棚，作為有機蔬菜以及 園藝種植區域，產品規格為棟寬 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，外遮陽高度

3、 6.4 米；排列方式為屋脊走向為：南北 12m*4 跨=48 米，側墻長南北 ：4 米*8 榀=32 米?，F方案在該整片溫室大棚種植區域安裝基于物聯網技術的全方位隨 時監控管理的智能溫室大棚系統，作為農業示區域，以便以后在整個片區實行 推廣。 1.2 現存問題首先是本錢較高。一般來講，一套智能化的控制系統本錢主要包括硬件本 錢、運行本錢和維護本錢。硬件本錢包括各儀器儀表、通信線纜等。整個系統 也不能自由組合或者裁剪應用于不同的對象，使得難以得到推廣和普及。同 時，由于系統復雜、布線繁多、故障率高而且使得故障后的維修本錢極大。另 外，系統龐大造成的運行本錢也不是一筆小費用。其次是布線復雜。溫室

4、中有大量分散的傳感器和執行機構，這些設備可能 隨著作物的改變而進展調整，同時錯綜復雜的線纜也需要重新鋪設，工作量較 大。為了科學、合理地實現大面積溫室環境參數的自動檢測與控制，電子檢測 裝置和執行機構的設置不僅數量大而且分布廣，連接著各個裝置與機構的線 纜，也因此縱橫交織。當溫室生產的果蔬作物更替時，相應的電子檢測裝置和 執行機構的位置常常需要調整，連接著各個裝置與機構的線纜有時也需要重新 布置。這不僅增大了溫室的額外投資本錢和安裝與維護的難度，有時也影響了 作物的良好生長。第三，故障解決難。當數據無常接收時，檢查人員不知道是線路問題還是 節點故障。另外，目前的控制系統多采用基于現場總線的分布

5、式模式，當總線 出現故障時，雖然各控制節點尚能正常工作，但是上位機卻無常管理整個網 絡，專家控制策略無法實施。1.2 工程意義(1) 實現廣圍的測量，需求傳感器節點多當前溫室生產的首要特點就是監控 區域很大，普通單個連棟溫室都有幾千平方米，而一個園區溫室群的面積可能 會在幾百畝以上，因此需要大量的傳感器節點構建傳感器網絡，在每個溫室中 采集諸如空氣溫度、空氣濕度、光照強度、土壤濕度、營養液EC值、pH值以及室外天氣參數等信息，除此以外，目前對作物生理參數的檢測也逐漸受到人 們的重視，因此將會有更多的傳感器節點被用于溫室生產。另外，用于驅動溫 室中執行機構的控制節點的數量也不能忽略。由此可見，溫

6、室對其監測與控制 系統的首要需求就是網絡容量大。(2) 檢測點位置靈活變動 溫室量分散的傳感器，但隨著作物的生長而需要不斷調整位置；或者當溫 室生產的作物更替時，相應的電子檢測裝置和執行機構的位置也常常需要調整；另外，溫室的利用構造也會經常根據用戶需要而不斷改變，這就要求系統 中各個節點能根據需要隨意變換位置而不影響系統工作。(3) 節點數目可隨意增減作物生長階段不同，環境因子對作物的影響可能也不同，生長初期可能對 溫度比擬敏感，而后期可能對光照比擬敏感，這就要求系統可以隨意改變節點 的類型和數量。除此以外，隨著作物的生長，用戶可能還需要對植物的生理參 數進展監測而需要不斷增加傳感器節點。在某

7、些科研溫室中，也經常需要改變 傳感器節點的類型和數量，以到達準確監測與控制。上述這些情況都需要所用 的監控系統的節點能隨意增減。(4) 系統可靠性系統故障而造成的經濟損失不可估量。如果系統出現問題而未能被及時覺 察和修復，那么可能對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，這將直接影響產量和收益。另外，溫室濕度高、光照強、 具有一定的酸性，都會導致線纜的腐蝕、老化，從而降低系統的可靠性和抗干 擾性，這對于檢查系統故障造成困難。例如，當數據無常接收時，檢查人員不 知道是線路問題還是節點故障，這對及時發現和解決故障帶來不便。因此，溫 室測控系統必須要可靠。2、方案概述本系

8、統構造及配套設施：主體骨架為熱鍍鋅型組裝、覆蓋材料、自然通風 系統強制通風系統、遮陽系統、外遮陽系統、環流風機系統、加熱系統、補光 系統、配電系統、監控系統、智能控制系統。智能化大棚是一個半封閉系統，依靠覆蓋材料形成與外界相對隔離的室空 間，一方面要以通風換氣創造植物生長優于室外自然環境的條件；另一方面， 室產生的高溫高濕和低二氧化碳濃度，通過通風換氣來調控，創造植物生長的 最正確環境。3、系統功能描述3.1、智能溫室大棚物聯網感知層智能溫室大棚物聯網的應用一般對溫室的七個方面進展監測，即通過土 壤、氣象、光照等傳感器，實現對溫室的溫、水、肥、電、熱、氣、光進展實時調控與記錄，保證溫室的有機蔬

9、菜和花卉生產在良好的環境中3.2、智能溫室大棚物聯網傳輸層一般情況下，在溫室部通過無線終端，實現實時遠程監控溫室環境和作物 生長情況。通過手機網絡和短信的方式，監測溫室傳感器網絡所采集的信息， 以作物生長模擬技術和傳感器網絡技術為根底，通過常見蔬菜生長模型和嵌入 式模型的低本錢智能網絡終端。通過中繼網關和遠程效勞器雙向通信，效勞器 也可以進一步做出決策分析，對所部署的溫室中灌溉等裝備進展遠程管理控 制。3.3、智能溫室大棚物聯網智能處理層通過對獲取信息的共享、交換、融合，獲得最優和全方位的準確數據信 息，實現對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?；谧魑镩L勢和病蟲害等

10、相關圖形圖像處理技術，實現對大棚作物的長勢 預測和病蟲害監測和預警功能。還可以將監控信息實時地傳輸到信息處理平 臺，信息處理平臺實時顯示各個溫室的環境狀況，根據系統預設的閾值，控制 通風 /加熱/ 降溫等設備，到達溫室環境可知、可控。4、系統架構5、系統網絡拓撲6、各子系統設計6、 1感知層1 無線傳感網絡無線傳感器網絡WSN就是由部署在監測區域大量的廉價微型傳感器節 點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協 作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。 傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素。Zigbee網絡組網網關 ：Zi

11、gbee 3GZigBee 節點是可以組建 Mesh 網絡的，設置一個 ZigBee 節點為網絡協調 器，其他每個 ZigBee 節點都可以當做路由節點來使用，也可以設置為終端節點 但是就失去了路由功能。2視頻監控攝像機 ： WIFI 傳感網絡，對檢測到的圖像信息使用 WIFI 進展傳 輸 3設備供電設備供電系統由最新的太陽能供電， AC 220V、 DC 12V 或者太陽能供 電。6、2傳輸層1網關：3G無線網關：將Zigbe信號轉化為3G信號進展傳輸2路由器 交換機3G 無線路由器、交換機，用于傳輸局域網和廣域網的數據3供電設備： 采用標準 220V 電源供電6、 3網絡層(1)終端效勞器：采用電腦作為效勞器終端(