智能化农业温室大棚管理系统项目实施计划书

1、智能农业温室大棚管理系统工程分析与设计目录第一章绪论1.1 工程背景智能温室大棚是农业物联网的一个重要应用领域，是以全面感知、可靠传输和 智能处理等物联网技术为支撑和手段，以温室大棚的自动化生产、最优化控 制、智能化管理为主要目标的农业物联网的具体应用领域，也是目前应用需求 最为迫切的领域之一。温室大棚以日光温室为主，温室构造简易，环境控制能 力低。我国温室大棚的技术装备尽管有了较大开展，但是温室大棚种植普遍存 在管理粗放、技术设施落实不到位、智能化水平低，导致单位生产效率低、投 入产出比不高、农业产品质量平安水平起伏较大的现状，在温室环境、栽培管 理技术、生物技术、人工智能技术、网络信息技术

2、等方面和兴旺国家存在着较 大差距。我国建立在南方的大型智能温室以生产花卉为主，北方的那么以栽培 蔬菜为主，少局部智能温室用于栽培苗木。省市温江区响应国家号召，政府投资，在温江区实施高科技农业示区，示区位于市温江区，当地气候为亚热带季风气候，四季清楚，七月份平均气温35C,平均降雨量400mm,月份平均气温 9°C,平均降雨量 300mm。全区占地面积 为： 24m*32m=768 平方米，已经装有混凝土拱架塑料大棚，作为有机蔬菜以及 园艺种植区域，产品规格为栋宽 12 米，间距 4 米，天沟雨水槽底部局柱底高 度 5 米，顶高屋脊到柱底高度 5.9 米，屋面角度 25 度，外遮阳高度

3、 6.4 米；排列方式为屋脊走向为：南北 12m*4 跨=48 米，侧墙长南北 ：4 米*8 榀=32 米。现方案在该整片温室大棚种植区域安装基于物联网技术的全方位随 时监控管理的智能温室大棚系统，作为农业示区域，以便以后在整个片区实行 推广。 1.2 现存问题首先是本钱较高。一般来讲，一套智能化的控制系统本钱主要包括硬件本 钱、运行本钱和维护本钱。硬件本钱包括各仪器仪表、通信线缆等。整个系统 也不能自由组合或者裁剪应用于不同的对象，使得难以得到推广和普及。同 时，由于系统复杂、布线繁多、故障率高而且使得故障后的维修本钱极大。另 外，系统庞大造成的运行本钱也不是一笔小费用。其次是布线复杂。温室

4、中有大量分散的传感器和执行机构，这些设备可能 随着作物的改变而进展调整，同时错综复杂的线缆也需要重新铺设，工作量较 大。为了科学、合理地实现大面积温室环境参数的自动检测与控制，电子检测 装置和执行机构的设置不仅数量大而且分布广，连接着各个装置与机构的线 缆，也因此纵横交织。当温室生产的果蔬作物更替时，相应的电子检测装置和 执行机构的位置常常需要调整，连接着各个装置与机构的线缆有时也需要重新 布置。这不仅增大了温室的额外投资本钱和安装与维护的难度，有时也影响了 作物的良好生长。第三，故障解决难。当数据无常接收时，检查人员不知道是线路问题还是 节点故障。另外，目前的控制系统多采用基于现场总线的分布

5、式模式，当总线 出现故障时，虽然各控制节点尚能正常工作，但是上位机却无常管理整个网 络，专家控制策略无法实施。1.2 工程意义(1) 实现广围的测量，需求传感器节点多当前温室生产的首要特点就是监控 区域很大，普通单个连栋温室都有几千平方米，而一个园区温室群的面积可能 会在几百亩以上，因此需要大量的传感器节点构建传感器网络，在每个温室中 采集诸如空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度、营养液EC值、pH值以及室外天气参数等信息，除此以外，目前对作物生理参数的检测也逐渐受到人 们的重视，因此将会有更多的传感器节点被用于温室生产。另外，用于驱动温 室中执行机构的控制节点的数量也不能忽略。由此可见，温

6、室对其监测与控制 系统的首要需求就是网络容量大。(2) 检测点位置灵活变动 温室量分散的传感器，但随着作物的生长而需要不断调整位置；或者当温 室生产的作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置也常常需要调整；另外，温室的利用构造也会经常根据用户需要而不断改变，这就要求系统 中各个节点能根据需要随意变换位置而不影响系统工作。(3) 节点数目可随意增减作物生长阶段不同，环境因子对作物的影响可能也不同，生长初期可能对 温度比拟敏感，而后期可能对光照比拟敏感，这就要求系统可以随意改变节点 的类型和数量。除此以外，随着作物的生长，用户可能还需要对植物的生理参 数进展监测而需要不断增加传感器节点。在某

7、些科研温室中，也经常需要改变 传感器节点的类型和数量，以到达准确监测与控制。上述这些情况都需要所用 的监控系统的节点能随意增减。(4) 系统可靠性系统故障而造成的经济损失不可估量。如果系统出现问题而未能被及时觉 察和修复，那么可能对作物造成致命的伤害，尤其在一些恶劣的天气例如高温 和寒冷气候条件下，这将直接影响产量和收益。另外，温室湿度高、光照强、 具有一定的酸性，都会导致线缆的腐蚀、老化，从而降低系统的可靠性和抗干 扰性，这对于检查系统故障造成困难。例如，当数据无常接收时，检查人员不 知道是线路问题还是节点故障，这对及时发现和解决故障带来不便。因此，温 室测控系统必须要可靠。2、方案概述本系

8、统构造及配套设施：主体骨架为热镀锌型组装、覆盖材料、自然通风 系统强制通风系统、遮阳系统、外遮阳系统、环流风机系统、加热系统、补光 系统、配电系统、监控系统、智能控制系统。智能化大棚是一个半封闭系统，依靠覆盖材料形成与外界相对隔离的室空 间，一方面要以通风换气创造植物生长优于室外自然环境的条件；另一方面， 室产生的高温高湿和低二氧化碳浓度，通过通风换气来调控，创造植物生长的 最正确环境。3、系统功能描述3.1、智能温室大棚物联网感知层智能温室大棚物联网的应用一般对温室的七个方面进展监测，即通过土 壤、气象、光照等传感器，实现对温室的温、水、肥、电、热、气、光进展实时调控与记录，保证温室的有机蔬

9、菜和花卉生产在良好的环境中3.2、智能温室大棚物联网传输层一般情况下，在温室部通过无线终端，实现实时远程监控温室环境和作物 生长情况。通过手机网络和短信的方式，监测温室传感器网络所采集的信息， 以作物生长模拟技术和传感器网络技术为根底，通过常见蔬菜生长模型和嵌入 式模型的低本钱智能网络终端。通过中继网关和远程效劳器双向通信，效劳器 也可以进一步做出决策分析，对所部署的温室中灌溉等装备进展远程管理控 制。3.3、智能温室大棚物联网智能处理层通过对获取信息的共享、交换、融合，获得最优和全方位的准确数据信 息，实现对智能温室大棚作物的施肥、灌溉、播种、收获等的决策管理和指 导。基于作物长势和病虫害等

10、相关图形图像处理技术，实现对大棚作物的长势 预测和病虫害监测和预警功能。还可以将监控信息实时地传输到信息处理平 台，信息处理平台实时显示各个温室的环境状况，根据系统预设的阈值，控制 通风 /加热/ 降温等设备，到达温室环境可知、可控。4、系统架构5、系统网络拓扑6、各子系统设计6、 1感知层1 无线传感网络无线传感器网络WSN就是由部署在监测区域大量的廉价微型传感器节 点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协 作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。 传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。Zigbee网络组网网关 ：Zi

11、gbee 3GZigBee 节点是可以组建 Mesh 网络的，设置一个 ZigBee 节点为网络协调 器，其他每个 ZigBee 节点都可以当做路由节点来使用，也可以设置为终端节点 但是就失去了路由功能。2视频监控摄像机 ： WIFI 传感网络，对检测到的图像信息使用 WIFI 进展传 输 3设备供电设备供电系统由最新的太阳能供电， AC 220V、 DC 12V 或者太阳能供 电。6、2传输层1网关：3G无线网关：将Zigbe信号转化为3G信号进展传输2路由器 交换机3G 无线路由器、交换机，用于传输局域网和广域网的数据3供电设备： 采用标准 220V 电源供电6、 3网络层(1)终端效劳器：采用电脑作为效劳器终端(