前言

我国是一个农业大国，又是一个自然灾害多发的国家，农作物种植在全国范围内都非常广泛，农作物病虫害防治工作的好坏、及时与否对于农作物的产量、质量影响至关重要。农作物出现病虫害时能够及时诊断对于农业生产具有重要的指导意义，而农业专家又相对匮乏，不能够做到在灾害发生时及时出现在现场，因此农作物无线远程监控产品在农业领域就有了用武之地。农业信息化，智慧化是国民经济和社会信息化的重要组成部分，是农业发展的必然阶段，是新时期农业和农村发展的一项重要任务，是实现国民生计的大事。以农业信息化带动农业现代化，对于促进国民经济和社会持续、协调发展具有重大意义。进一步加强农业信息化建设，通过信息技术改造传统农业、装备现代农业，通过信息服务实现小农户生产与大市场的对接，已经成为农业发展的一项重要任务。

农业物联网建设主要包括环境、植物信息检测，温室、农业大棚信息检测和标准化生产监控，精准农业中的节水灌溉等应用模式，例如农作物生长情况、病虫害情况、土地灌溉情况、土壤空气变更等环境状况以及大面积的地表检测，收集温度、湿度、风力、大气、降雨量，有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤pH值等信息的监测。

智能农业控制通过实时采集农业大棚内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤水分等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。可以根据用户需求，随时进行处理，为农业生态信息自动监测、对设施进行自动控制和智能化管理提供科学依据。大棚监控及智能控制解决方案是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农作物温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、二氧化碳浓度等环境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备(如远程控制浇灌、开关卷帘等)。

设计说明方案整体示意图

本方案针对智能农业大棚，采用目前先进的无线传感技术，ZigBee技术，WiFi技术，无线智能控制终端和控制软件等，分为三个组成部分：无线传感器网络，光载无线WiFi传输，智能控制系统。无线传感器网络采用适合物联网应用的ZigBee传感器件，以达到无线，低功耗，自适应组网等要求。光载无线WiFi传输系统采用飞瑞敖电子科技有限公司自行研发和生产的光载无线交换机，配合远端天线模块，通过模拟光纤传输WiFi信号，达到安全，可靠，远距离覆盖的目的。智能控制系统通过采用智能控制终端（如无线智能电源插座，无线智能水泵等），配合控制中心的智能控制软件，对远端采集的各种信号进行分析和汇总，自动控制和开启相关设备，对农作物的生长环境进行精确调节，以达到智能，自控，高效，高产的目的。

1.1.整体方案示意图

1.2.智能化农业大棚具备如下功能：

1.空气温湿度监测功能：系统可根据配置的温湿度无线传感器，实时监测大棚内部空气的温度和湿度；

2.土壤湿度监测功能：配有土壤湿度无线传感器，实时监测温室内部土壤的湿度；

3.光照度监测功能：采用光敏无线传感器来实现对温室内部光照情况的检测，实时性强；

4.安防监测功能：采用无线入侵探测器，启动后当温室里面有人出现时，探测器便向主控中心发送信号，同时启动光报警；

5.视频监测功能：通过部署无线WiFi摄像头实时捕获大棚内部的画面，通过光载无线交换机传输给网关处理。用户既可以在控制中心的显示器上看到温室内部的实时画面，又可以通过PC机远程访问的方式来观看温室内部的实时画面；

6.促进植物光合作用功能：植物光合作用需要光照和二氧化碳。当光照度达到系统设定值时，系统会自动开启风扇加强通风，为植物提供充足的二氧化碳；

7.空气加湿功能：如果温室内空气湿度小于设定值，系统会启动加湿器，达到设定值后便停止加湿；

8.土壤加湿功能：当土壤湿度低于设定值时，系统便启动喷淋装置来喷水，直到湿度达到设定值为止；

9.环境升温功能：当温室内温度低于设定值时，系统便启动加热器来升温，直到温度达到设定值为止；

10.局域网远程访问与控制功能：物联网通过网关加入局域网。这样用户便可以使用PC机访问物联网数据，通过操作界面远程控制温室内的执行器件，维护系统稳定；

11.GPRS/3G网络访问功能：物联网通过无线网关接入GPRS或者3G网络。用户便可以手机来访问物联网数据，了解大棚内部环境的各项数据指标（温度、湿度、光照度和安防信息）；

12.控制参数设定及浏览：对所要实现自动控制的参数（温度、湿度、光照度等）进行设置，以满足自动控制的要求。用户既可以直接操作网关界面上的按钮来完成系统平衡参数的设置，又可以通过PC机或手机远程访的方式完成参数的设置；

13.显示实时数据曲线：实时趋势数据曲线可将系统采集到的大棚内的数据以实时变化曲线的形式显示出来，便于观察系统某时间段内整体的检测状况；

14.显示历史数据曲线：可显示出大棚内各测量参数的日、月、年参数变化曲线，根据该曲线可合理的设置参数，可分析环境的变化对植物生长的影响。

系统功能总体概述

1.温室灾害性气候无线预警：通过密集分布的ZigBee无线温度，湿度，光照度，CO2等传感器，定期实时采集大棚内和土壤的温湿度，棚内光照度，空气中的CO2含量等数据，并将数据实施通过WIFI传输到控制中心。控制中心的软件中已经预设各种数据的临界范围值，一旦某个参数超出范围，系统将发出预警信号，通过声光装置进行报警，同时也可以发出控制指令，启动智能插座令各种设施如加温器，加湿器，进/排气扇，遮阳棚，喷淋器等进行工作，用以对抗西部地区常见的低温，干旱，光照度过强，昼夜温差大等气候影响；

2.温室节水高效滴灌控制：采用土壤湿度传感器对土壤的湿度进行实时监测并将数据上传到控制中心，一旦土壤湿度低于预设值，系统将发出指令启动喷淋滴灌系统，做到精准控制；当土壤湿度回复到农作物生长的正常值之后，系统又可发出指令让喷淋滴灌系统停止工作，以最大限度地达到高效滴灌，节约用水的目的；

3.分布式日光温室群监测：通过在每个大棚中部署光照度传感器以及CO2浓度传感器，并将数据汇集到控制中心，实现集群式的光照度和CO2环境数据采集和控制。通过手动或者自动控制遮阳棚，进/排气扇的启动和关闭，可以有效地成片控制温室大棚内的光照度和空气，以达到农作物最为适宜的光照和CO2浓度；

4.专家远程生产指导：通过无线传感器收集了大棚中农作物的实时生长环境参数：温度、湿度、光照强度等。这些环境实时信息，通过网络传输到中心控制室并保存在数据库中，可以随时供专家系统软件调用分析。同时，系统软件中还预置了专家经验数据库，给出了各种参数值的范围和理想值，以及针对各种问题的指导意见和解决问题的详细操作指导。另外，用户可以在大棚现场通过手机拍照，将图片通过WiFi上网直接发送给专家进行诊断。部署在现场的无线视频头也可以提供实时的大棚内农作物的生长态势照片及视频图像，通过系统传输并存储在控制中心，随时供专家调用和分析，实现远程指导。

智慧大棚

3.1.温室大棚现存问题：

1.生产数据采集滞后、残缺、生产险情发生延误；

2.人工成本高、工作耗时长、生产效率低；

3.高度依赖于人工操作，环境监测判断不精准；

4.环境因素影响植物生长，收益低。

3.2.整体方案设计：

3.3.方案优势：

1.数据主动上传云端，读取更方便，随时随地可查看；

2.通过现场的气象设备，可以实时对农业场景内的进行检测；

3.远程控制大棚内联动系统，改善大棚内部环境指数；

4.实现精细化管理，科学改进农作物生长环境，提高生产质量。 

3.4.监测要素：

1.光照度监测；

2.CO2浓度监测；

3.大棚温湿度监测；

4.土壤水分监测；

5.土壤EC监测；

6.土壤PH监测；

一体式气象站展示。

环境监测：空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳、土壤温度、土壤湿度、土壤EC光合有效辐射……

监控系统：视频监控、字符叠加器、图片采集。

智能云平台：自动上传，历史记录、数据分析、智能预警。

智能联动：补光系统、遮光系统、通风系统、卷帘系统、灌既系统……

监测系统：通过装置视频摄像头，安装字符叠加器，可通过叠加的方式将大棚内的各项指数显现在视频画面内，实施全方面的远程监控。 

3.5.智慧农业的功能体现：

1.空气温湿度检测功能：系统可根据配置温湿度传感器，实时检测大棚内部空气的温度和湿度。当大棚环境内的温湿度低于或高于指定值后，立即采取相应措施；

2.壤水分检测功能配有土壤水分传感器，实时监测内部土壤的温湿度；

3.云平台远程监测功能“智慧农业”的投入使用能够显著提高农业生产经营效率。基于精准的农业传感器进行实时监测，利用云计算、数据挖掘等技术进行多层次分析，提高了农业生产对自然环境。

智慧田地

智慧田地基于精准的农业传感器进行实时监测，利用云计算、数据挖掘等技术进行多层次分析，提高了农业生产对自然环境风险的应对能力，使弱势的传统农业成为具有高效率的现代产业。

4.1.智慧田地现存问题：

1.个体种植户居多,规模小,往往对作物管埋的参考依据不统一,管理措施不统一，农副产品难以标准化，成为产品走向高质量化和食品安全的障得；

2.农村劳动力的减少,导致农民种植积极性降低，依靠大量人工劳动力管埋的传统耕作模式,浪费时间、浪费成本；

3.对土壤含水量和相应的环境湍混度、光照等坏境参数指禄殳有标准的监测和分析，不能隹确的把握作物灌溉的时机和用水量，造成了水、电资源的浪费；

4.依靠人工管埋作物的生产，不能及时掌握气象变化信息,往往会造成低温冻害、高温灼烧、涝害等严重后果,致使农作物损失慘重

4.2.整体方案设计：

智慧田地针对农业大田种植分布广、监测点多、布线和供电困难等特点,利用物联网技术,采用高精度土壤温湿度传感器和智能气象站,远程在线采集土壤墒情、酸碱度、养分、气象信息等,实现墒情(旱情)自动预报、灌溉用水量智能决策、远程、自动控制灌溉设备等功能,最终达到精耕细作、准确施肥、合理灌溉的目的。

4.3.监测要素：

温湿度监测：农作物的生长跟空气中的温湿度有直接关系，最佳生长温度为20-25℃；

光照度监测：光照时间长短、光质、光强强度的高低都会影响到光合作用速率，光照时间越长，产生的光合产物就越多；

降雨量监测：通过监测降雨量，来判断是否浇灌彻底或者造成过分水涝，都对农作物生长有着直接影响繁殖；

风速风向监测：农作物授粉的主要途径就是通过风力进行，通过测量风向风速来判断是否还需要人工授粉；

土壤肥力、水分监测：土壤的肥沃程度直接可以影响农作物的生长速度和质量，而水分则是纸赖以生存的主要因素。

4.4.智慧田地的功能体现：

1.生命感知：农业动植物生命本质的认知能力；

2.环境监测：农业生产环境（空气、土壤、水质等）在线监测；

3.促进农村产业结构 的调整，满足人民日益增长的物质和文化生活的需要，提高科技对农业的贡献率；

4.保持水土，调节气候，改善环境，促进生态平衡，生态效益显著。

智慧水产

智慧水产指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高校可持续发展的现代超前农业生产方式，就是水产先进设施与陆地相配套，具有高度的技术规范和高效益的集约化规模经营的生产方式。 

5.1.水产养殖现存问题：

1.生产数据采集滞后残缺、生产险情发生延误；

2.生产效率低、占用人力资源多，无法适应现代化的养殖要求；

3.高度依赖于人工操作，环境监测判断不精准；

4.环境因素影响植物生长，收益低。

5.2.整体方案设计：

智慧水产养殖环境检测系统，由环境指数测量传感器来对指定大气环境、水质环境进行准确数据监控，将结果通过数据处理转换后经由传输模块向在线监测数据平台传输数据，在线监测数据传输平台来实现数据的接收、过滤、存储、处理、统计分析并提供实时数据查询等任务，可通过电脑、手机等平台进行实时的监控和远程操作。当测量指数超过设定值的时候，自动开启或者关闭指定设备。

整个系统可达到安全、可靠、准确、实时、全面、快速、高效的将真实的水产养殖环境信息展现在管理人员的面前。

5.3.监测要素：

温度监测：水温越高，鱼类摄食量越大，生长更快；水温越高，水产内卵孵化时间就越短，计算好合适的水温，对鱼的生长起到了重要作用。

光照度监测：光照时间长短、强弱决定着鱼类生长的繁殖周期和生活品质，光照系统会自动计算水域养殖时与内需要的光照时间的长度，监测是否需要开关天窗。

PH值监测：PH值过低，水体呈酸性会引起鱼类鱼鳃病变；氧的利用率较低，造成鱼类生病或者水肿期均大量繁殖

溶解氧监测：溶解氧的含量关系鱼类食欲、饲料利用率、鱼类生长发育速度等，在一定程度上对鱼类的生长起到了关键的作用。

氨氮含量监测：养鱼池塘中的氨氮来源主要是饵料、水生动物排泄物、废料等，氨氮含量过高会影响鱼类生长造成鱼类中毒死亡，给生产带来重大损失。

电导率监测：水产品养殖分淡水养殖及海水养殖，不同水产生物对环境内的含盐呈要求也不同，水中的含盐量直接能够营养水产物的生长 

5.4.智慧水产的功能体现：

1.可在线实时24小时连续的采集和记录监测点各项参数情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，养殖更高效。

2.时提供每个监测点的水温、水中氨氮、溶解氧等具体测量数据，根据数据结果实施相关的措施。

3.提供实时报警功能，当监测到任一个参数达到报警条件时，监测软件会提供声音和相应数值闪烁报警，为相关管理人员提供报警提示。

4.免费云平台，具有性能稳定、扩展方便、便于维护。可以根据养殖区分布提供软件界面，在界面上区分位置、布局、每个监测点位置等按照实际布局安排，为实际检测提供方便。

5.提供历史数据查询，支持过去任一时段的数据查询，对一些突发事件提供数据依据。

“智慧水产养殖方案”的投入使用能够显著提高工作人员对水环境的掌握。基于精准的水质传感器进行实时监测，利用云计算、数据挖掘等技术进行多层次分析，提高了水产养殖行业对自然环境风险的应对能力，使弱势的传统水产养殖行业成为具有高效率的现代产业。

智慧畜牧

智慧畜牧综台解决方案利用无线传输技术，围绕设施化畜牧养殖场生产和管理环节，通过无线传感器在线采集养殖场环境信息(二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度等) ,同时集成改造现有的养殖场环境控制设备，实现，禽养殖的智能生产与科学原理。

6.1.畜牧养殖现存问题：

1.当前国内对畜禽、牲口设施养殖环境的监测手段主要是靠养殖人员的经验进行人工观测,人工调节,调节有滞后性；

2.产效率低占用人力资源多无法适应现代化的养殖要求导致我国的畜禽业生产水平处于落后水平；

3.养殖过程中采用粗放管理方式,通风、排污、取暖等设施不完备导致牲畜生长环境恶劣,容易引起动物疾病、死亡、畜牧产品质量不过关等问题。

6.2.整体方案设计：

利用智慧畜牧养殖环境测控系统对环境参数准确和实时监测,以监测数据为参考依据,对畜禽舍养殖环境进行调控,从而大大提高畜禽舍管理效率,实现现代有效的养殖场环境监控措施,及时防止传染疾病的发生,还有利于畜禽的健康生长和提升产品品质。

6.3.监测要素：

温湿度监测：家畜的产肉性能只有在一定的温湿度条件下才能充分发挥遗传潜力家畜在高温高湿的环境中,散热比较困难,引起体温升高、中枢神经受影咱,机体失调最后致死在低温高湿的条件下,家畜易患感冒、肌肉炎等疾病；

光照度监测：畜舍要求光照充足一般来说适当调节光照强度可使日增重提高3吮~5哂,饲料转化率特别对母畜发情,公畜提高性欲有着直接的关系；CO2/NH3/H2S气体监测：舍内二氧化碳含量过高,会导致牲口出现慢性缺氧,食欲下降、增重缓慢等症状;低浓度氨气长期作用于牲口,可导致牲口的抵抗力降低,发病率和死亡率升高,生产力下降;处于高浓度硫化氢养殖舍中,牲口畏光、严重时引起中毒性肺炎;长期处于低浓度硫化氢环境中,牲口的体质变弱、抵抗力下降；

颗粒物传感器：舍内尘埃主要包括尘士、皮屑、饲料和垫草耢粒等尘埃本身对牲口有刺激性和毒性同时还因它上面吸附有细菌、有毒有害气体等而加剧了对牲口的危害程度%粒尘埃还可迸引起肺炎。

6.4.智慧畜牧的功能体现：

1.提供实时每个监测点的温湿度、氨气、二氧化碳的浓度、光照度、硫化氢浓度、PM2.5等具体测量数据，根据数据结果实施相关的措施；

2.提供实时报警功能，当检测到的任一个参数达到报警条件时，检测软件会提供声音和相关数值闪烁报警，为相关管理人员提供报警提示；

3.免费云平台，具有性能稳定、扩展方便、便于维护，可以根据养殖区分布提供软件界面，在界面上区分位置、布局、每个监测点位置等按照实际布局安排，为实际检测提供方便；

4.提供历史数据查询，支持过去任一时段的数据查询，对一些突发事件提供数据依据。

“智慧畜牧养殖方案”的投入使用能够显著提高工作人员对水环境的掌握。基于精准的水质传感器进行实时监测，利用云计算、数据挖掘等技术进行多层次分析，提高了水产养殖行业对自然环境风险的应对能力，使弱势的传统水产养殖行业成为具有高效率的现代产业。