智慧農業監控系統解決方案概述

      智慧農業監控系統專為戶外應用研制，內置GSM無線通信模塊，另外同時具備圖像監控和數據采集兩大功能，可以靈活應用于戶外場所的信息分析應用，實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理各類信息數據。系統構成如圖1所示。

圖1  智慧農業監控系統結構
   智慧農業監控系統的無線傳感器節點實時采集農作物生長所需的溫室內的溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度等環境參數，并通過一種低功耗自組網的短程無線通訊技術實現傳感器數據的傳輸，所有數據匯集到中心節點，通過一個無線網關與互聯網相連，利用手機或遠程計算機可以實時掌握農作物現場的環境狀態信息，專家系統根據環境參數診斷農作物的生長狀況與病蟲害狀況。戶外現場布置攝像頭等監控設備，實時采集視頻信號。用戶通過電腦或3G手機，隨時隨地觀察現場情況、查看現場溫濕度等數據和控制遠程智能調節指定設備。

1) 戶外監控現場：同時監控農田、排污口、果園、戶外電力系統等現場，獲取溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO濃度、水質、病蟲害、電流、電壓等環境參數，為管理者提供決策依據。

2) 傳感器：主要負責溫室內部光照、溫度、濕度和土壤含水量以及視頻等數據的采集和控制。

3) 管理中心：戶外監控現場的先關參數，經過傳輸基站到達室內管理中心，經過智慧農業軟件系統處理，得出結論，發送至智能終端，給決策者以精確數據依據。

4) 智能移動工作終端：完美集成智能手機、GPS手持機、無線對講機設備優點形成移動單兵設備,一機在手隨時無憂。通信雙通道模式徹底解決林區通訊死角問題，隨時隨地通訊無阻、精準定位、采集同步數據，是農業工作者的全能助手。

5) 農業監控系統：在監控溫濕度、光照、水質、風向等參數的同時，還可以對農作物資源、生態環境、病蟲害等進行有效監控。

2.  本方案的特點優勢

1) 系統建設成本低，日常使用費低，維護費用低

2) 高清圖像顯示監控現場，遠程數據采集，直觀明了

3) 定時拍攝，遠程主動索取，降低巡檢次數，減少人力物力成本

 4) 科技創新應用，統一集成，規?；芾?/span>

5) 歷史數據存儲，全部數據匯總分析

圖2  智慧農業監控系統體系架構

智慧農業監控系統結構

  利用無線GSM網絡，并通過各種外接傳感器可對農田作物生長環境溫度、濕度等環境參數以及作物圖像實現實時遠程監測，圖像、環境數據通過GPRS傳回到管理中心，管理者通過后臺數據匯總分析農田環境、蟲害情況，及時作出預防措施，同時管理者也可通過后臺管理中心設置定時獲取環境數據、圖片。智慧農業監控系統結構如圖2所示。

傳感與執行層：

       該層將數據傳感器的采集的數據通過ZigBee和Rs485/232兩種模式上傳至網關。根據傳輸方式的不同，溫室現場部署分為無線版和有線版兩種。無線版采用ZigBee發送模塊將傳感器的數值傳送到zigBee節點上；有線版采用電纜方式將數據傳送到Rs485/232節點上。無線版具有部署靈活，擴展方便等優點；有線版具有高速部署，數據穩定等優點。

       無線傳感器節點實時采集農作物生長所需的溫室內的溫度，濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、CO2濃度等環境參數并上傳到ZigBee網關。

       接收遠程控制指令，通過繼電器控制各種農業生產設備，包括：噴淋、滴灌等噴水系統和卷簾、風機等空氣調節系統等。

       通過IP網絡攝像頭可實時對作物情況、人員和安全視頻流上傳至服務器。

傳輸層：

       該層主要將設備采集到的數據，通過3G/GPRS/Inernet網絡傳送到服務器上，在傳輸協議上支持IPv4現網協議及下一代互聯網IPv6協議。

應用層：

       該層負責對采集的數據進行存儲和信息處理，為用戶提供分析和決策依據，用戶可隨時隨地通過電腦和手機等終端進行查詢。

用戶終端：

       3G手機、PC機終端通過接入網絡實時查看各種由傳感器傳來的數據，并能調節溫室內噴淋、卷簾、風機等各種設備。
智慧農業監控系統網絡拓撲結構
   智慧農業監控系統在網絡方面采取了多種制式，遠程通訊采用3G無線網絡，近距離傳輸采取無線ZigBee模式和有線RS485/232模式相結合，保證網絡系統的穩定運行。智慧農業監控系統網絡拓撲結構如圖3所示。

圖3  智慧農業監控系統網絡拓撲結構
智慧農業監控系統主要設備

數據采集單元

       傳感器單元主要包括氣體溫濕度傳感器、土壤水分傳感器、土壤溫度傳感器、光照傳感器、易燃氣體傳感器、有毒氣體傳感器、土壤酸堿度傳感器、水質傳感器等。采集器集數據采集傳輸于一體，電池供電時間長，安裝簡便，成本低。傳感器實現數字信號采集、太陽能供電、Mesh無線傳輸等技術，應用于不方便布線的場合。

圖4  無線二氧化碳光照度傳感器    圖5  無線土壤溫濕度檢測儀

通信單元

ZigBee網關

       通過 GPRS/3G 傳輸，實現ZigBee個域網與互聯網絡的信息互通和多網融合，自帶SD存儲卡，可實現數據本地存儲；工業級溫度范圍為-40℃~85℃。

圖6  智慧農業通信單元

終端顯示單元

       管理中心可根據上位機軟件分析系統得出的結論對農業管理作出決策，智能移動終端亦可隨時隨地得到相關信息，軟件系統效果如圖7、8所示。

圖7  智慧農業監控系統管理中心效果

圖8  智慧農業監控系統移動終端效果