分析智慧农业智能大棚的系统结构

“以前是靠经验，现在都数据化了。”位于天津某地的农业大棚内，老张指着手机上显示的一大串数据，嘿嘿一笑，“省事，省心!”从靠天吃饭到数据化指导，智慧农业正在彻底改变着传统农业的耕作模式。众所周知，我国是农业大国，却不是农业强国。几千年来，农业一直遵循着“靠天吃饭”和“老农经验”的发展模式。在耕地逐步减少的严峻形势下，改变传统农业发展模式，加快发展现代农业，不仅是国家的一项政策，同时也关系到农民自身的权益。没有农业的现代化，就没有国家的现代化。同样，在互联网深度影响社会各个行业的今天，作为国民经济基础的农业如果不能实现搭上互联网的快车，也必然制约了整个国民经济的发展。在刚刚过去的“双十一”，农业电商表现不俗，这从一个侧面也展示了农业+互联网所爆发出来的潜力。智慧农业并不是简单的一根网线，一个APP，而是物联网技术与传统农业的深度结合。业内人士表示，其中最关键的是传感器技术。通过传感器技术可以有效地降低人力消耗，更能极大的摆脱天气因素的限制，同时将农业生产中的个人经验转化成更科学，更精确的信息手段和以软件为中心的生产模式，从而让农业生产真正走上智能化、自动化和远程控制化的智慧农业发展之路。成立于1994年的昆仑海岸传感技术有限公司，在物联网技术研发和应用方面有着丰富的实践经验。为了实现物联网技术在农业上的应用，公司重点研发了物联网专用网关，进行感知层数据实时传输，有效地对数据进行分门别类的处理，从而帮助人们有效掌握农业生产中各个细节的需求。当前，公司应用于智慧农业感知层面的产品包括，JZH-0、JZH-V系列无线传感器，无线综合EC传感器，无线小型气象站，无线多路温度传感器等，帮助农户测量环境温湿度、土壤水分、土壤温度、照度、氧气、二氧化碳、EC值、沙土水分、粘土水分、风速、风向、雨量、大气压力等多个方面的参量。截止到目前，公司的技术已经在天津农业大棚、甘肃省大鲁村、刘家峡、周家寺地区 温室控制项目、云南农业大棚、安徽合肥新农村物联网、河南省农业部温室大棚示范项目、山东省寿光市中国移动蔬菜大棚远程监测项目、农计推广总站-温室大棚远程监测、甘肃省庆城县瓜菜蚕桑技术指导站温室物联网监控系统、甘肃省定西市岷县西江镇 温室控制项目泰州物联网示范园-秋雪湖等地成功应用，并得到了当地农户的认可。另外，针对不同类型农户的不同需求，公司还推出了园林大田套餐和温室大棚套餐两类“物联网实用套餐”。对于有困难的农户，昆仑海岸还会根据实际情况予以适当的优惠和照顾。据有关数据显示，截止到今年6月，农村互联网普及率为317%，不到城镇普及率的一半。66亿农民网民数量仅191亿。一方面，在一定程度上限制了智慧农业的快速发展，另一方面也表明智慧农业的市场潜力巨大。业内专家表示，智慧农业的普及，既要有政府相关部门的大力支持，也需要企业大力推动，尤其是需要技术上的突破和革新，才能切实满足农民的需求。

当前，智慧农业、农业物联网和智能大棚控制系统被不断的提起和广泛热议。那么，这三者如何区别？这里我们重点探讨一下。
一、智慧农业
1、定义
智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。
2、应用领域
农业生产环境监控：通过布设于农田、温室、园林等目标区域的大量传感节点，实时地收集温度、湿度、光照、气体浓度以及土壤水分、电导率等信息并汇总到中控系统。农业生产人员可通过监测数据对环境进行分析，从而有针对性地投放农业生产资料，并根据需要调动各种执行设备，进行调温、调光、换气等动作，实现对农业生长环境的智能控制。
食品安全：利用技术，建设农产品溯源系统，通过对农产品的高效可靠识别和对生产、加工环境的监测，实现农产品追踪、清查功能，进行有效的全程质量监控，确保农产品安全。物联网技术贯穿生产、加工、流通、消费各环节，实现全过程严格控制，使用户可以迅速了解食品的生产环境和过程，从而为食品供应链提供完全透明的展现，保证向社会提供优质的放心食品，增强用户对食品安全程度的信心，并且保障合法经营者的利益，提升可溯源农产品的品牌效应。

二、农业物联网
1、定义

农业物联网，即在大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

2、应用功能

a实时监测功能

通过传感设备实时采集温室（大棚）内的空气温度、空气湿度、二氧化碳、光照、土壤水分、土壤温度、棚外温度与风速等数据；将数据通过移动通讯网络传输给服务管理平台，服务服管理平台对数据进行分析处理。

b远程控制功能

针对条件较好的大棚，安装有电动卷帘，排风机，电动灌溉系统等机电设备，可实现远程控制功能。农户可通过手机或电脑登录系统，控制温室内的水阀、排风机、卷帘机的开关；也可设定好控制逻辑，系统会根据内外情况自动开启或关闭卷帘机、水阀、风机等大棚机电设备。

c查询功能

农户使用手机或电脑登录系统后，可以实时查询温室（大棚）内的各项环境参数、历史温湿度曲线、历史机电设备 *** 作记录、历史照片等信息； 登录系统后，还可以查询当地的农业政策、市场行情、供求信息、专家通告等，实现有针对性的综合信息服务。

d警告功能

警告功能需预先设定适合条件的上限值和下限值，设定值可根据农作物种类、生长周期和季节的变化进行修改。 当某个数据超出限值时，系统立即将警告信息发送给相应的农户，提示农户及时采取措施。
三、智能大棚监控系统

1、定义

深圳信立科技有限公司智能大棚监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建温室智能化软硬件平台，实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制。

智能大棚监控系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、光照、CO2浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的气候、土壤参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构（喷灌、湿帘水泵及风机、通风系统等），程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。 该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
2、系统组成

整个系统主要三大部分组成：数据采集部分、数据传输部分、数据管理中心部分。

A、数据管理层（监控中心）：硬件主要包括：工作站电脑、服务器（电信、移动或联通固定IP专线或者动态ip域名方式）； 软件主要包括： *** 作系统软件、数据中心软件、数据库软件、温室大棚智能监控系统软件平台（采用B/S结构，可以支持在广域网进行浏览查看）、 防火墙软件；

B、数据传输层（数据通信网络）：采用移动公司的GPRS网络传输数据，系统无需布线构建简单、快捷、稳定；移动GPRS无线组网模式具有：数据传输速率高、信号覆盖范围广、实时性强、安全性高、运行成本低、维护成本低等特点；

C、数据采集层（温室硬件设备）：远程监控设备：远程监控终端；传感器和控制设备：温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、土壤湿度传感器、喷灌电磁阀、风机、遮阳幕等；

近年来，智慧农业在政府和市场的推动下在全国各地开始逐步普及应用，尤其是农业智能大棚环境监控系统解决方案采用多。当然，智慧农业的推广，也离不开哪些提供智慧农业解决方案的企业的参与。
目前国内比较成熟的智能大棚、智能养殖场环境监控系统方案商很多，像深圳_信立XL，长期致力于设计智能网关、智能测控装置、智能环境装置、智能转换器、智能传感器、上位监控软件及无线数据采集传输系统解决方案，拥有12年智能传感网络设计研发、解决方案设计、现场技术服务，是国内专业智慧农业智能大棚环境监控系统、智慧养殖环境监控系统、仓储馆藏环境监控系统、智慧管网监控系统，重大危险源环境监测系统，能源管理系统、大气环境质量监控系统及生产制造智能监控系统等解决方案提供商。

造价从260一平方到600一平方不等。系统原理温室大棚自动化控制系统是根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息，利用RS485总线将传感器信息送给485转232的转换器，接到上位计算机上进行显示，报警，查询。监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。与此同时，监控中心可向现场控制器发出控制指令，监测仪根据指令控制风机、水泵等设备进行降温除湿等 *** 作，以保证温室内作物的生长环境。监控中心也可以通过报警指令来启动现场监测仪上的声光报警装置，通知温室管理人员采取相应措施来确保温室内的环境正常。物联网技术在智能温室中的应用实际上，物联网技术是将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用。在温室环境里，单栋温室可利用物联网技术，成为无线传感器网络一个测量控制区，采用不同的传感器节点和具有简单执行机构的节点，如风机、低压电机、阀门等工作电流偏低的执行机构，构成无线网络，来测量基质湿度、成分、pH值、温度以及空气湿度、气压、光照强度、二氧化碳浓度等，再通过模型分析，自动调控温室环境、控制灌溉和施肥作业，从而获得植物生长的最佳条件。对于温室成片的农业园区，物联网也可实现自动信息检测与控制。通过配备无线传感节点，每个无线传感节点可监测各类环境参数。通过接收无线传感汇聚节点发来的数据，进行存储、显示和数据管理，可实现所有基地测试点信息的获取、管理和分析处理，并以直观的图表和曲线方式显示给各个温室的用户，同时根据种植植物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息，实现温室集约化、网络化远程管理。此外，物联网技术可应用到温室生产的不同阶段。在温室准备投入生产阶段，通过在温室里布置各类传感器，可以实时分析温室内部环境信息，从而更好地选择适宜种植的品种；在生产阶段，从业人员可以用物联网技术手段采集温室内温度、湿度等多类信息，来实现精细管理，例如遮阳网开闭的时间，可以根据温室内温度、光照等信息来传感控制，加温系统启动时间，可根据采集的温度信息来调控等；在产品收获后，还可以利用物联网采集的信息，把不同阶段植物的表现和环境因子进行分析，反馈到下一轮的生产中，从而实现更精准的管理，获得更优质的产品。物

这种案例其实挺多的。25000平方米的钢架温室大棚，每年培育20多个蔬菜品种优质种苗达亿株，可供3万多亩商品蔬菜种植；1000万棒香菇、木耳、平菇、银耳、灵芝、秀珍菇等菌种，年产量达400多吨。这是广西桂北山区最大的蔬菜（食用菌）集约化育苗基地——省级农业产业化重点龙头企业，广西禾美生态农业股份有限公司位于融水的智慧农业种植基地。
作为省级农业示范区，禾美生态多年来已实现集约化生产，无疑具备良好的智慧农业带头示范意义。但禾美生态也和我国大多数农业企业一样，长期以来缺乏对农业生产数据的积累与利用，缺少农业物联网的基础设施搭建，以及智能化的种植管理，虽然拥有先进的温室大棚，却仍旧沿用传统的人工监测控制的模式。
譬如在食用菌温室大棚，CO2浓度、空气温湿度严重影响着作物的健康生长，禾美生态一直沿用老的工作方法，依靠工作人员逐一到温室大棚中利用检测仪进行测量，一旦浓度超标，或是温度过高，工作人员便手动开关大棚的风机、侧窗、天窗等。这种方式不仅耗费大量的人力成本，最为关键的是效率低下，生产风险高，一旦不能及时发现异常情况，往往会造成重大的损失。
这种高度依赖人的传统管理方式，一直制约着禾美生态温室大棚的转型发展。为了加强温室种植的智能化、标准化，禾美生态引入慧云信息的智慧农业监控系统，打造智能大棚。
智能大棚为温室种植节本增效，促进农业转型
蔬菜育苗与食用菌的培育需要非常精细化的管理，需要精准监测温室大棚的气候环境、土壤环境、作物长势、病虫害情况等。慧云信息通过在大棚中搭建“农业物联网”监控网络，对禾美生态25000平方米的温室大棚进行智能监控，实时监测土壤湿度、土壤PH值、空气温湿度和气压、光照强度、CO2浓度等
同时实现对大棚的各种设施设备进行远程自动化控制，当温室内环境失调时，系统能够马上启动预警装置，通知管理人员，及时采取补救措施，这样大大杜绝了以往环境失调而管理人员发现不及时导致损失的现象。比如当温室内的CO2浓度超过适宜值，系统就会自动预警提醒管理者，并自动打开通风装置，保证温室内作物始终保持在最佳生长状态。

区别：
1、无线的安装部署简单，有线安装部署实施代价高；
2、无线的覆盖范围相对广，部署成本相对低，有线则相反；
建议：
1、可以采取局部有线+整体无线的部署方式，性价比最优。
如，在终端设备端（如传感设备）用有线连接集中器（类似电力抄表的方案），然后集中器通过无线跟后台服务器连接。

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