智慧农业物联网

1.1 智慧农业的背景和意义

  随着城市的不断发展，环境问题越来越严峻，同时耕作土地的减少，农业大棚蔬菜种植逐渐成为新农业发展的主要内容。农业智能大棚技术就是将物联网技术应用到传统农业，利用工控技术采集大棚各类传感器的数据，并通过物联网智能网关上传到相关平台。实现了土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、CO2含量等参数的检测和图像、数据存储，并基于采集数据进行分析，进而实现调温、调光、换气、自动灌溉、自动放风、自动卷帘等自动控制，并可以远程适时监控，从而提高生产经营效率。管理人员可远程实现对所有大棚的实时可视化管控。

1.2 智慧农业的现状

 农业是我国国民经济的基础，是关系国计民生的重要产业，但是我国农业长期落后的面貌至今没有完全改变。党的十九大报告和国家“十三五”规划，都把推进农业现代化发展摆在重要位置。

当前，我国农业面临着资源环境和劳动力等方面的压力，处于由传统农业向现代农业转型的关键时期，农业正在朝数字化、精准化、智能化、生态化的方向发展。农业大棚蔬菜种植逐渐成为新农业发展的主要内容。

1.3 智慧农业的发展趋势

当前，我国智慧农业的发展正处在起步阶段，未来一个时期，随着国家“互联网+”行动计划的出台，现代信息技术将快速向农业领域渗透，智慧农业的发展将进入加速期，智慧农业将成为农业现代的制高点。

3、智慧农业系统架构和应用

3.1 系统架构

维控智慧农业系统采用应用层、网络层、设备层和传感层的四层结构体系：

应用层（平台管理层）：将物联网技术与行业专业系统相结合，实现广泛的物物互联的应用，实现对信息资源进行采集、开发、利用和存储，形成与业务需求相适应、实时更新的动态数据资源库，为农业的各类业务提供统一的信息资源支撑。

网络层：将来自设备层的各类信息通过网络传输到应用服务层，为设备层和应用层提供可靠的数据传输。

设备层：根据系统设定，对来自传感层的结果做出反应，实现智能控制。

传感层：感知获取农业环境中发生的物理事件和数据信息（光照、空气、温湿度数据、音视频数据等）。

3.2 平台部署方式:云商模式

无须经过慧网，直接通过V-BOX将用户的设备接入第三方云平台，并将设备数据上报至该平台，并支持网关的自己定义，随时可修改对接云平台的协议。

3.3 设备层控制方式

维控智慧农业方案通过PLC自带的485与各环境传感器进行modbus通讯包含：空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、风向风速、土壤EC/PH值等。扩展的485口做为从站与LED大屏或其他设备进行数据交换。

3.4 系统建设目标

1、将物联网技术应用到传统农业，利用工控技术采集大棚各类传感器的数据，并通过物联网智能网关上传到相关平台。

2、实现土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、CO2含量等参数的检测和图像、数据存储，并基于采集数据进行分析，进而实现调温、调光、换气、自动灌溉、自动放风、自动卷帘等自动控制，并可以远程适时监控，从而提高生产经营效率。管理人员可远程实现对所有大棚的实时可视化管控。

3.5 系统应用场景

智慧农业大棚控制维控远程方案主要由环境气象站子系统、大棚智能环控子系统 、智能灌溉（滴灌）控制子系统等部分组成。可以实时远程获取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，通过智能分析控制，自动控制帘风机、喷淋灌溉、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备。同时系统还可以通过手机、计算机等信息终端向管理者发送实时监测信息、报警信息。

3.5.1 环境气象站子系统

环境气象站分为室内和室外环境，控制方案主要采用维控PLC：LX-3V0806MR+RS485BD  屏PI3070和V-BOX组成。

环境实时监测数据主要通过PLC自带的485与各环境传感器进行modbus通讯包含：空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、风向风速、土壤EC/PH值等。扩展的485口做为从站与LED大屏或其他设备进行数据交换。

屏主要作为本地查看各环境气象站的实时数据。

而通过维控V-BOX可以实时远程获取大棚的各环境数据进行分析查看。

例图：

3.5.2 大棚智能环控子系统

控制方案主要采用维控PLC：LX-3V3624MR 屏PI3070和V-BOX组成.

根据农作物生长实际的环境要素指标需求，进行生产设备运作阈值的设置，使设备在特定时间内进行特定时长的开启/关闭。设备运作策略的设置，可使生产设备24小时无障碍、自动化，根据生产环境的变化进行智能化的策略应对、开启自动化的运作模式。控制终端根据监测的环境数据，实现对农业生产设备的远程智能控制，例如遮阳、保温、补光、通风等设备。支持远程、本地手自动控制。

3.5.3 智能灌溉（滴灌）控制子系统

控制方案主要采用维控PLC：LX-3V3624MR+RS485BD屏PI8102和V-BOX组成。

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力系统（或地形自然落差），将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起。

通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，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，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况；作物不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

3.6 方案建成效果

3.6.1 生产管理界面

3.6.2 视频监控

主要通过维控慧盒V-BOX添加萤石云摄像头进行视频图像采集，视频监控系统可实时监控种植区域内环境、人员、活动、农作物生长状况。可同时监控多个区域或放大至单个区域进行单独的精细化的查看和管理。

1、规范和监控种植人员的行为，并做好安全化、标准化种植作业管控；

2、规范管理采摘人员的行为及违规预警；

3、与温室大棚内的温湿度传感器物联叠加，及时监测预警大棚内的环境变化；

4、观察监控种植作物的长势分析应用；

5、与巡检系统联动，实现移动可视化种植作业巡护。

视频监控系统实现远程监控、视频采集、录像回放和智能运维,并为智能硬件数据传输提供服务。

3.6.3 云组态画面

3.6.4 大屏显示画面

4、智慧农业方案总结

4.1 方案优势

l 一人，一APP，一农场

通过在农业生产现场搭建全面的“ 物联网”监控网络,在实时掌握了生产基地的气候环镜、土壤墒情、作物长势情况下，同时可远程自动化控制现场农业设施设备,真正做到24小时不间断实时监测、异常情况智能预警、险情灾害及时排解、设施设备精准控制，最终实现降低成本、提高效率、改善产量与品质的目的。真正实现无人值守和远程运维。

l 群控群力，集中管理

一个灌溉网关可同时控制方圆6公里内的灌溉节点，一个节点可接2个电磁阀,集中管理。且每一次的操作都会生成操作日志，让设备的操作有根可寻。

l 智能决策，节水节能

用户可利用电脑、APP等终端，实现定时或策略灌溉，可参数化地控制灌溉，系统经过实践多次地改良，逻辑合理，效果优异。

4.2 方案总结

智慧农业可以让职工坐在家里只需动动手机发个信息，就可以遥控完成大棚卷帘机自动升降棉被、自动开合风口、自动灌水施肥等工序。智慧农业主控设备具有科学智能、低成本、安全可靠、省工省时的特点。

当前中国农业还是四化实现同步发展的短腿，是个弱项，中国农业发展到这样一个阶段，结构性问题也非常突出，既有产业本身结构的问题，也有区域性结构问题，未来的道路依旧任重而道远！