物联网智能大棚系统解决方案
二、系统背景
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称为："The Internet of things"。物联网技术是通过射频识别(RFID)、红外传感器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按照约定好的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之，物联网就是"物物相 连的互联网"。
我国人口占世界总人口的22%，耕地面积只占世界耕地面积的7%。随着经济的飞速发展,人民生活水平不断提高，资源短缺、环境恶化与人口剧增的矛盾却越来越突出。特别是我国加入世贸组织后,国外价格低廉的优质农副产品源源不断地流入我国,这对我国的农产品市场构成极大威胁。因此,如何提高我国农产品的质量和生产效率,如何对大面积土地的规模化耕种实施信息技术指导下科学的精确管理,是一个既前沿又当务之急的科研课题。而现实情况是，粗放的管理与滥用化肥，其低效益与环境污染令人惊叹。
传统农业生产的物质技术手段落后，主要是依靠人力、畜力和各种手工工具以及一些简单机械。在现实中主要存在的问题是：
1、农业科技含量、装备水平相对滞后。
2、农业生产存在污染和浪费，据农业、水利部门测算，我国每年农业所消耗化肥、农药和水资源量都在飞速增长，数据惊人，农业的污染问题困扰着不少乡村，不少农民群众饮水安全受到影响。
3、农业产出少、农产品的品种少，农民收入较低。 依靠和使用着这些落后的生产工具和生产技术维持着简单再生产，农业生产率低下，农业的产量增长 缓慢，农业得不到很好的发展，这从而又反过来阻碍了农业技术的进步以及生产工具的创新。于是，传统农业的自身发展陷入恶性循环之中。传统农业在向现代农业发展过程中面临着确保农产品总量、调整农业产业结构、改善农产品品质和质量、生产效益低下、资源严重不足且利用率低、环境污染等问题而不能适应农业持续发展的需要。因此,关于智能农业技术的研究，显得非常必要与重要。 今年来，物联网技术在农业方面的应用越来越广泛，通过物联网技术的本身的优点，传统的农业也开始迈入了自动化以及信息化发展的时代。
三、系统简介
物联网智能大棚系统是由HM公司自主研发的一套物联网管理系统，该系统结合先进的网络通信、自动控制、物联网以及软件技术。该系统可以实时远程获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，通过模型分析，可以自动控制温室湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等控制设备。 同时，用户通过该系统可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向监管者推送实时监测信息、报警信息、实现温室大棚信息化、智能化远程管理，充分发挥物联网技术在设施农业生产中的作用，保证温室大棚内环境最适宜作物生长实现精细化的管理，为作物的高产、优质、高效、生态、安全创造条件，帮助客户提高效率、降低成本、增加收益。
四、系统方案设计
物联网智能大棚系统依照功能分为三大层：感知控制层、传输层以及应用层，对应实际中的系统分为信息采集控制系统、数据存储服务系统以及智能信息管理系统。
具体的信息如下图所示：
如上图所示，整个物联网智能大棚系统分为三个小系统。各个系统之间的结构框图如下图所示：
4.1 信息采集控制系统
4.1.1 系统功能
信息采集控制系统主要用于农业大棚内部的环境信息的采集与控制，综合信息采集器通过外部接入的各种传感设备，定时的测量大棚内部的各个信息参数并将数据通过有线或者无线的方式将数据发送给控制器以及网关设备。无线继电器控制器接收到测量的环境信息后，通过内部的系统分析，开始调用外部设备对大棚内部的环境信息进行调节，直至大棚内
部的环境恢复到适宜的范围内。网关设备接收到数据信息后，将数据进行打包，并依照设计需求将数据通过对应的方式发送出去。
信息采集控制系统的结构示意图如下图所示：
4.1.2 系统硬件及性能
1）、智能数字传感器
物联网智能大棚系统中，环境信息参数的监测主要包括六项：空气温度、土壤PH值、土壤温湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度以及光照强度参数。主要的传感器为：空气温度传感器、土壤PH值传感器、土壤温室度传感器、氧气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器以及光照强度传感器，所有的传感器检测到的数值通过转换后均以数字量的信息输出。
2）、智能数据传输设备
综合信息采集器
综合信息采集器是由HM研发的一款综合信息采集器，通过485通信接口接收RS485集线器发送过来的数字信号。综合信息采集器通过外接摄像头获取采集大棚的图片信息，实现整个采集点的全程监控的功能。综合信息采集器将收到的各中数据信息打包通过有线或者无线的方式发送到多功能网关设备，具体的方式选择由用户以及安装现场的环境选择。
网关
外接各种通信模块，实现网关设备的数据转换的功能。网关设备支持有线以及无线这两种通信方式。
3）、智能控制设备
继电器控制模块是自主研发的一款多功能控制设备。模块有四个控制端口以及两个数值信号输入端口，系统通过RS485的通信方式与外部设备进行数据通信。
4.2 数据存储服务系统
4.2.1 系统功能
物联网技术应用项目的特点是数据量庞大、数据更新较快，这就导致处理海量的传感器数据信息时，数据的存储与交换存在技术难题，仅凭简单的硬件叠加已经无法解决，严重阻碍物联网技术的应用和发展。
大数据处理信息平台，综合运用现有技术和云存储的优点，并进行专业化的整合，根据客户数据的规模级别，综合应用主流的关系型数据库集群技术和基于No-sql数据库集群，保证关系型的数据查询和大规模传感器数据的高速存储和查询。并且支持系统后期的横向拓展，保证系统非断电下的存储容量和速度扩展。该系统采用开源程序实现，没有平台兼容性问题，并且采用集群之后，数据处理能力的瓶颈只与机器本身物理限制有关。
系统实际部署运行，可以满足百万次级的数据处理能力，并能提供单次十万级数据记录获取能力，完全可以满足各类相关的大数据处理和挖掘工作。
此外系统提供统一通用的Api接口，支持用户的二次开发操作，大大降低用户的后期开发和维护成本。
4.3 智能信息管理系统
4.3.1 系统功能
自动化信息管理系统主要负责采集信息的管理以及可视化，整个系统通过三种方式与用户进行交互，如下图所示：
整个信息管理系统的与用户的交互主要通过大屏展示、电脑端监控以及手机或者手持设备。具体的方式是用户通过网线、WIFI、GPRS等方式，将自己的设备接入以太网，与远端的服务器进行信息通信。智能信息管理系统的功能包括：
1、实时的信息显示：该系统能够实时的显示各个采集点中，传感器采集来大棚内部的信息参数。
2、报警功能：当采集器检测到的数据超出监控中心的预设值时，整个信息管理系统有报警提示并记录相关报警日志。
3、数据信息管理平台：监控中心人员通过数据信息管理平台可以随时的监控各个监控场地的环境情况，并可以查看历史数据等等相关信息。
4、权限管理：为了保证智能信息管理系统的安全性，整个系统只有由输入密码授权的人员能够进入。整套系统的数据传输均进行过加密，保障了数据传输的安全性。
5、系统稳定性：系统框架进过系统的设计和测试，确保系统实际运行的稳定性，提高生产效率。
五、系统实施方案
物联网智能大棚系统在具体实施时，将分为以下三个部分：
1、基础设施部分
基础设施包括网关设备、网络、天线以及数据存储平台，其中网关设备、天线、路由、交换机等设备通过气象箱布置于较为空旷的区域以利于数据的回传，而数据存储平台则安装于有独立IP的服务器中，可被自动控制预警系统进行数据调用。正常情况下，整套物联网智能大棚系统只需要安装一套基础设施即可。
2、采集设备部分
采集设备包含综合信息采集器、传感器、摄像头。正常情况下，每个采集点将布置一套采集设备，每个点位将配备综合信息采集器，通过485总线的方式获取传感器的数值。安装于气象箱内，并使用太阳能供电模块进行供电。
3、控制设备部分
控制设备部分主要包括继电器控制器、电磁阀、通风风扇以及遮阳帘布等设备的安装。和采集设备类似，每个大棚只需要安置一套控制设备即可，控制器的安装一般放在配电箱的附近以方便系统的整体的供电。继电器控制设备整体安装在小型电气柜中，防止外部环境对设备工作的影响。控制设备端包括：电磁阀、通风风扇以及遮阳帘布安装在对应的工作地点。
东莞市鸿茂物联网科技有限公司成立于2012年，总部设在东莞市区，深圳、香港有办事处，国内多个一线城市设有代理商。主要从事物联网产品、智能楼宇、智慧城市、酒店智能控制、公共场所照明控制、景观照明控制、家居智能控制等硏发及生产销售为一体的高新科技公司。有一支软硬件研发团队，产品自主研制、设计、开发，并有商标及自主知识产权、数项专利及多项认证。同时有独立自主的生产厂房基地和熟练的操作技术人员。
企业愿景：成为智能化品牌企业，智能技术发展潮流。
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