农业物联网设施农业智能大棚系统.doc

书山有路勤为径学海无涯苦作舟。农业物联网设施农业智能大棚系统智能农业温室大棚管理系统项目分析与设计目录第一章绪论1.1项目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结构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发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、农业产品质量安全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、网络信息技术等方面和发达国家存在着较大差距。我国建设在南方的大型智能温室以生产花卉为主北方的则以栽培蔬菜为主少部分智能温室用于栽培苗木。四川省成都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范区示范区位于成都市温江区当地气候为亚热带季风气候四季分明七月份平均气温35℃平均降雨量400mm一月份平均气温9℃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。现计划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范区域以便以后在整个成都片区实行推广。1.2现存问题首先是成本较高。一般来讲一套智能化的控制系统成本主要包括硬件成本、运行成本和维护成本。硬件成本包括各仪器仪表、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成本极大。另外系统庞大造成的运行成本也不是一笔小费用。其次是布线复杂。温室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行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错。当温室内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成本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。当数据无法正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法正常管理整个网络专家控制策略无法实施。1.2项目意义（1）实现广范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中大量分散的传感器但随着作物的生长而需要不断调整位置；或者当温室内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；另外温室的利用结构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较敏感而后期可能对光照比较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行监测而需要不断增加传感器节点。在某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达到精确监测与控制。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发觉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。另外温室内湿度高、光照强、具有一定的酸性都会导致线缆的腐蚀、老化从