物联网软件与系统(物联网软件与系统包括)

 

据《河北省农业高新技术研发试验区建设项目可行性研究报告》要求，用现代化装备来武装农业，引进和组装先进适用技术，运用自动化、半自动化设施规模化生产模式，提高生产效率，保证产品质量，依靠科技创新，着力解决制约我国农业发展的突出问题，形成可复制、可推广的模式，提升农业可持续发展水平，推动农业全面升级、农村全面进步、农民全面发展。打造高技术农业、新型农业、科技农业和特色农业。针对以上要求，制定建设项目初步设计方案。

本建设方案内容由物联网硬件设备和物联网软件系统两大部分组成，其中物联网硬件设备包括物联网环境监测设备、物联网智能控制设备、物联网视频监控设备以及物联网水肥一体机设备；物联网软件系统包括农业大数据监测系统、物联网设备智能控制系统、农产品溯源系统以及配套的移动端应用软件。本项目采用软硬件结合的方式，实现温室的智能化、自动化控制，并且将在物联网智慧农业云平台的大数据支持下，为用户提供农业知识宣贯、农产品追溯、农产品种植区域分析和建议等，从而达到农业全自动化控制，提高产量，减少人工成本，增加净利润，降低农业种植风险。

二 物联网硬件设备

2.1 物联网环境监测设备

2.1.1 室内监测设备

本项目提供的室内监测设备可实时采集空气温度、空气湿度、光照、CO₂浓度、土壤温度、土壤湿度、土壤PH、土壤EC等温室室内环境数据，该设备采用高分子合成材料制成，电器元件均采用高性能进口器件，感应元件采用瑞士进口芯片，确保产品精度高耐久性强，设备如图2-1所示。

图2-1 智农宝

2.1.2 室外监测设备

本项目提供的室外监测设备为分体式物联网环境气象站，可实时采集室外环境参数，包括室外温度、室外湿度、室外光照、风速、风向、雨雪信号、雨量、大气压力、二氧化碳、PM2.5/10等。该气象站主机含有485接口、以太网接口、GPRS接口，可根据实际使用环境选择适合的数据上传方式。气象站具有手机气象短信功能，可以通过多种通讯方法与农业大数据监测平台中气象中心进行通讯，将气象数据传输到农业大数据监测平台数据库中，用于统计、分析和处理。设备如图2-1所示。

图2-2 气象站

2.1.3 LED悬挂式数字显示屏

出于植物防疫、减少病虫害的需要，温室尽量减少人员进出温室，在温室内安装LED悬挂式数字显示屏，工作人员在温室外就可清晰的了解温室内的空气温度、空气湿度、光照、CO₂浓度、土壤温度、土壤湿度、土壤PH、土壤EC等指标，环境数据轮播显示，有自动翻页功能，每个显示屏可显示8组数据。

互联网小常识：与计算机病毒不同，蠕虫不需要把自身附加在宿主程序上，而是一个独立的程序，能够主动运行。有两种蠕虫：宿主计算机蠕虫和网络蠕虫。

图2-3 LED悬挂式数字显示屏

2.2 物联网智能控制设备

2.2.1 物联网智能控制终端

智能控制终端通过物联网技术实现远程控制温室内设备及无线数据采集的功能。智能控制终端具有LORA天线无线传感器数据采集、485串口外接触控显示屏、GPRS云端数据传输、远程输出端口等；该终端具有远程输入端口和远程控制端口，通过智能控制终端采集到的数据做出相应的自动化或远程设备运作。通过智能控制终端接入温室内终端设备，用户即可通过物联网设备智能控制系统进行远程控制。智能控制终端如图2-4所示。

图2-4 智能控制终端

2.2.2 物联网智能控制柜

物联网智能控制柜，根据实际要求，嵌入相对应路数的智能控制终端，采用物联网技术实现了通过移动端及PC端远程控制温室中的设备运作的功能。该控制柜包含手动、远程自动以及柜体触摸屏三种控制方式，分别可通过旋钮进行传统电路控制，通过手机电脑进行远程控制以及通过柜体触摸屏进行触屏操作。控制柜运用了标准化生产线，设计、布局、安装、走线等流程简明、精准，箱内元器件采用德力西品牌产品，为每一组控制设备增加断路保护和过载保护、热计保护等多种保护措施。采取急停紧急制动措施，配电箱内弱电、强电均带自锁，防止电路危险的发生，在用电安全上做到了防范于未然。控制柜如图2-4所示。

图2-4 物联网智能控制柜

2.3 物联网视频监控设备

在温室高处安装360°球形高清网络摄像机，用于从大视角拍摄温室作物整体生长状态，将每间隔一小时的高清图片传送给物联网服务器常年存储，管理人员可通过登录物联网温室控制后台管理系统查询、下载，将数千张作物生长全过程的单区域植株清晰照片，进行观察、比对、分析，及时获取植物健康状态，提前进行针对性的防治；后期将病虫害进行分类存储，并针对特定植物制作病虫害发生趋势图，根据生长阶段采取不同的病虫害防治措施，防患于未然，如图3-5所示。

图2-5 物联网视频监控设备

2.4 物联网水肥药一体机设备

智能水肥药一体机融合了灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化设备是借助压力系统，将可溶性固体或液体肥料按土壤养分含量和作物需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起相融后利用可控管道系统，通过管道和滴头形成滴灌，均匀、定时、定量浸润作物根系发育生长区域，使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的蔬菜的需肥需药特点，根据土壤环境和养分含量状况，根据蔬菜不同生长期需水需肥需药规律情况，进行不同的需求设计，把水分、养分和农药定时、定量，按比例直接提供给土壤环境和作物根部。

图2-6 智能水肥一体机

（1）工业施肥泵，三路肥料通道，可同时吸肥，也可分开吸肥，单通道最大施肥量420L/h；

（2）吸肥通道配备电磁阀，实现电子启停，不用手动启停；

（3）吸肥通道上配备止回阀和过滤器，阻止肥液倒流，过滤肥液杂质，保证肥液干净；

（4）配精密电动阀+电子流量传感器，可自动配肥，实时监测肥料瞬时流量和累计流量；

（5）10寸触摸屏高清显示，登录界面支持管理员密码登记，防止任意操作；

（6）现场可手动、自动控制，两种模式可切换，操作灵活方便；并配备物理旋钮，保证现场正常操作；

（7）智能灌溉，可定时定量灌溉，可设定轮灌模式；

（8）支持手机端、电脑端控制，操作方便、高效快捷；

（9）系统可实现实时数据显示、时间设置、触摸控制、上下限设置、定时控制、分区灌溉、轮灌模式、系统参数设置等，操作方式多样，满足不同需求；

（10）可实时实现EC\PH肥料浓度检测，肥液酸碱度检测；

（11）管道压力监测，压力上下限报警保护，出现故障时，系统自动停止运行；

（12）可以实时监测注肥总量和瞬时注肥量；

（13）可以根据外部土壤环境条件，自动实施灌溉；

（14）无线数据传输+物联网云端平台监测、远程控制+手机微信端数据监测、控制；

（15）可扩展气象站、土壤墒情等；

（16）可内置物联网无线智能网关，可拓展1~254路阀门控制器；

（17）可扩展接入无线智能网关，与田间无线阀门控制器联动，可拓展1~51路阀门控制器；

互联网小常识：网络系统分层设计的好处是可以方便地分配与规划带宽，有利于均衡负荷，提高网络效率。根据实际经验总结：层次之间上联带宽与下一级带宽之比一般在1:20.

图2-7 水肥药一体机现场图

三 物联网软件系统

3.1 农业大数据监测系统

（1）平台凭借在线数据挖掘和产业形势分析，预测预报农产品市场动向，提出优质农产品种结构与区域布局的建议及对策，帮助相关部门优化农产品种植布局，促进其向优势产地集中。

（2）平台建立了农产品气象灾害预测预警及灾害评估模型，为农民提供及时精准的气象灾害预警服务，降低农民的种植风险，同时为产量预估、价格预测提供数据支持。

（3）平台通过地方试点监测农产品产销数据，建立供需平衡和产销结构数据体系，为产业从业者提供决策支持，避免出现各大产区农产品扎堆上市、恶性竞争的现象。

（4）平台通过对消费数据的采集挖掘，可以为农产品销售者提供消费画像、精准营销、及差异化定价的决策支持。通过对不同销区消费群体的分析，科学划分与准确把握不同消费群体，做到供需之间的适销对路和市场营销的有的放矢。

（5）平台助力农产品大数据产业联盟，通过整合产业链生产和经营主体、政府监管部门、科研院所等资源，融合产业数据，最终为产业链主体提供服务，实现大数据农产品开放共享机制。

（6）平台以农产品为切入点，形成可复制、可推广、可持续的单品种大数据应用模式，推进大数据在农业生产、经营、管理、服务等各环节、各领域的应用，在引导市场预期和指导农业生产中发挥重要作用。

图2-8 农业大数据监测系统

3.2 物联网设备智能控制系统

建立一个融合温室环境数据、温室影像、历史数据报表、历史数据曲线、农事作业记录、施药防疫记录、施肥记录的物联网管理系统。本系统可实现：

大棚管理：可添加大棚和编辑大棚，可以在编辑大棚页面进行大棚名称，大棚图片的修改。

图2-9 大棚管理

设备控制：可控制通风系统、光照系统等设备的开启和关闭，可对其设备的自动化进行设置。

图2-10 设备控制

环境监测：可以查看所有大棚里的所有传感器的实时数据、历史数据、预警提示，并对其进行设置。

图2-11 环境监测

自动化设置：可以编辑自动控制规则、自动控制条件、自动化使用时间、设备状态、自动化开关等。

图2-12 自动化设置

（5）视频监控：可选择摄像头，并对摄像头进行操控。

图2-13 视频监控

（6）历史数据：分为设备控制历史数据，环境监测历史数据。可以查看和导出历史数据，可选择需要的时间段进行数据对比分析，做出相应的调整。

图2-14 历史数据

图2-15 数据导出

报警设置：设置数据报警值，当高于或低于设定值时，自动报警。

图2-16 报警设置

生产管理：将温室所有环境数据的历史报表传送到物联网平台上，供农业科研、生产管理人员通过互联网查询、分析。

图2-17 生产管理

3.3 农产品溯源系统

农产品溯源系统是利用先进的物联网、移动互联网、一物一码等技术，搭建的农产品安全溯源系统，可以为每一份农产品制作独一无二的溯源档案，实现从田间到餐桌全程可追溯信息化管理，包括生产、加工、流通和消费等多个环节。该系统是区域农产品质量安全信息统一发布和查询平台，对管理辖区内所有农产品建立市场准入机制，完善农产品和食品准入登记备案，根据一物一码标准，对农产品建立个体身份标识，准确记录从种植管理、生产、加工、流通、仓储到销售的全过程信息，通过手机扫描二维码进行农产品追溯查询，为消费者提供透明的产品信息。本系统可实现：

（1）产品档案包括：产品指标、生长期图片、农药使用记录、农事作业、化肥使用记录、视频资料、产品认证信息、产品介绍、生产者介绍、农机使用记录等。

产品指标包括：基本信息、产品指标、产品评分。

（2）基本信息：生产企业、采收时间、责任个人和地理定位等。实名制认证，确保责任明确。

（3）产品指标：外观、口感、重量和营养品质。通过农产品溯源系统让不同种类的农产品根据其特性也将出现不同的产品指标。

（4）溯源档案包括：全生长期图片、肥料使用记录、农机农药使用记录、关键环境数据、实时高清视频。

图2-18 生产管理

图2-19 生产管理

图2-20 生产管理

3.4 移动端应用软件

3.4.1 移动端控制软件

管理员通过微信小程序即可打开移动端手机管理系统，通过手机远程操控温室控制器的运行、远程查看温室当前环境数据、历史数据曲线、当前实时的影像、手机远程操作摄像头推进、拉远、摇头。

图3-1 环境数据显示 图3-2 设备控制

图3-3 视频监控 图3-4 数据曲线图

3.4.2 移动端溯源软件

消费者通过手机扫描二维码进行农产品追溯查询，即可查看所有产品的管理信息及生长过程，为消费者提供透明的产品信息，放心消费。

图3-5 移动端溯源系统

互联网小常识：VTP有三种工作模式：VTP Server 、VTP Client和VTP Transparent.Server一般一个域中只有一个。用于设置因此不需要学习VLAN信息，Transparent相当于一个独立交换机不参与VTP工作，Client不能建立、删除或修改VLAN,它只能从Sserver学习VLAN配置。

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