农业物联网系统之智能控制功能有哪些？

温室环境信息采集与监控系统软件开发功能简析（一）
本文设计的基于 Android 平台温室环境信息采集与监控系统，主要应用于当前广泛使用的日光温室群体，实现了产品质量追溯、销售市场信息发布、病虫害预警、远程诊断等方面的应用，具有重要现实意义。
1、系统功能需求分析：
功能需求分析是基于 Android 平台的温室环境信息数据采集与监控系统设计 的必要步骤。本文所开发的系统主要应用于日光温室，其功能主要包括信息采集、数据管理、远程控制、信息发发布等。通过以上功能的开发，实现了基于移动互联的远程信息采集、质量追溯、设备控制、病害预警、视频监控等的应用集成。

2、信息采集与显示功能：
温室环境参数信息和植物生长信息是现代农业管理的重要依据。通过智能手机平台实时获取相关信息，将有利于提升现代温室智慧采集机功能。

3、温室环境数据远程采集功能：
温室环境的优劣对温室作物植株的生长发育有着至关重要的影响[10]。温 度、湿度、光照、CO2、是农作物生长的外在条件，需实时准确获取。建立温室 环境参数信息的采集、储存与展示功能，便于用户查看环境信息，同时能为后期 的历史查询与数据分析做准备。

4、植物生理生态参数信息采集功能：
农作物裸露在地表的部分与地下部分的功能情况，为作物生长状况提供了基 本判断依据。植物生长的内在参数主要有植株径流速率、果实生长率、茎秆变 化、叶面微曲温度、植物冠层温湿度等。而且这些参数由于技术及成本的制约， 目前还无法全面自动采集。可以通过人工采集信息，利用 Android app 随时随地 上传记录信息，方便后期用户观测各项特征对作物品种、产品质量等情况进行分 析。

5、植物长势及病虫害视频监测功能：
针对种植作物长势情况、病虫害的发生、发病面积、病情严重程度、杂草对植株的胁迫等，采集视频信息是有效的管理方式。通过网络摄像头、计算机和无线传感器网络，结合 Android app，把信息及时进行采集、储存与展示，可为作物病虫害的防治提供及时的决策依据。

6、数据管理功能：
随人们生活质量的提升，农产品质量越来越获得人们重视。而农产品的优化与改进，占据农业产业的一个重要因素。建立温室数据库，利用 Android APP 实现远程的数据采集、存储、分类、检索、传输等数据管理。

7、远程控制功能：
该系统中主要体现以下两种功能： a温室控制决策功能 通过中心服务器的 MCGS 软件建立自动控制系统，根据不同作物的需求， 设定作物生长所需环境目标参数。软件根据传感器传输的数据，与作物植株适宜 的范围数据进行比对，来决定之后的控制步骤，控制对应的设备来调节温湿度、 光照强度、二氧化碳浓度等环境信息。
b温室环境报警系统的建立 当控制与决策系统建立后，报警机制建立也是必要环节。当温室实际情况超 过系统设定好的报警门限时，通过预设的 MCGS 报警信息显示系统，及时检查 出现异常的原因，以防因为设备故障等造成对农业生产的影响。

8、信息发布功能：
该系统中主要体现以下三种功能： a首页导航及信息管理功能 网页管理平台在系统中有承上启下的作用。根据数据监测功能与控制功能建 立对应的导航页面，通过动态网页方式管理后台信息。
b新闻功能 首页是系统界面门面，是给用户第一印象的地方，包括名称、标志、导航、 公司的等。另外，新闻功能的加入也很重要。本功能主要转载主流门户 农业网站消息，种植业生产的产前信息、产中信息、产后信息、相关农业企业信 息报道来促进农业信息化在农业生产的深入应用，为农户当好参谋和助手。
c安全注册及用户的管理 为了保证用户的使用安全，系统在数据库中储存有用户数据，设定相应的权 限，以限制不同访问人员的 *** 作权利。例如管理员具备设备的控制权限，普通人员只有查看权，没有控制权，进入监控功能需要账号、密码才能登陆使用。

数字农业是指以现代信息技术为基础，以提高农业生产效率和产品质量为目标，运用计算机、传感网络等高新技术，通过现代信息通信技术对农作物的生长、加工、管理等环节进行有效监控和控制的农业生产过程。

那么数字农业与传统的农业有什么不同呢？它与现代物联网有什么不同呢？现代社会，随着信息技术手段在农村的广泛应用，以及互联网、物联网技术与数字农场、智能电网和智慧社区建设相结合，使农村的信息化程度不断提高。为了适应新形势提出的对信息化发展需求，人们开始将农业作为一个新兴产业加快发展。这是随着工业技术和信息系统的飞速发展出现的结果。

一方面，数字农业是在各种信息技术应用手段下生产出来的一种新型数字化农村生产方式；另一方面，数字农业又是一种全新技术体系。因此在新形势下将数字农业与传统农业进行融合，将其建设成为一个智慧乡村中具有独特优势和发展前景的新兴产业。

1、数字化农场

数字化农场是指通过信息技术手段建立数字农场，以实现农场的生产经营活动的高效管理和智能化控制。数字化农场是现代化农业生产必不可少的环节，它可以提高现代农业的生产效率，降低农业成本，提升农业发展水平，从而使农业成为现代化的朝阳产业。

它为现代农业发展提供了一个全新的产业平台，促进了农业生产方式的现代化和智能化。随着农业现代化技术及自动化设备的发展，数字化农场有望实现农业信息化。但由于其生产与种植过程复杂。数字化农场将有助于提高农业生产效率，促进农业生产标准化进程，提高农业经济效益，改善生态环境和农民生活质量，推动社会进步。

数字化农场实现过程包括:

1利用计算机技术分析气象资料，预测天气变化和植物生长规律;

2自动采集植物生长状况和土壤湿度数据;3生产数据与环境变化信息同步;

4自动灌溉设备自动控制作物生长或施肥;

5自动排灌灌溉设备（水）灌排等。实现了农业生产智能化的数字化农场。

例如：中国农业科学院的张洪波教授在河北三河市燕郊农场应用了先进设备种植大棚西瓜，这是国内第一个采用机械化育苗方式生产西瓜的规模化农场。现在大棚西瓜育苗已成为了常态化生产模式。在我国数字农场也得到了广泛应用，效果显著。

2、农业物联网

近年来，农业物联网发展迅速，包括智能温室、智能作物管理系统、智慧农业的物联网应用、农业物联网环境监测系统等。未来农业物联网将在农业生产的各个环节实现有效监控、控制、优化资源配置，充分发挥农业物联网在智慧农业发展中的重要作用，有效提升我国农业现代化水平。

(1)智能温室由传感器装置与温度探测器两部分组成。传感器装置主要通过移动设备对温室内气温、湿度、空气温湿度、土壤温湿度进行采集。传感器装置可以将传感器收集到到的信息通过无线网络发送到控制室，然后控制室通过传感器装置根据接收到的信息进行 *** 作设置和控制实现精准控制温室内作物生长发育过程中所需要温湿度及空气质量状况。

温室内温度传感器设置在室外环境中，通过安装在温室顶部的温度传感器，可以实时监测到温室内的温度变化情况来进行调节，从而保证温室内空气以及农作物生长发育情况。传感器装置利用移动设备（手机）实现与环境之间的无线通信和实时互动，从而实现整个温室内部环境调节与自动控制的功能。

温室内各功能设备均可实现数据传输功能，便于温室设备之间及对温室内部各部分参数（温度、湿度及光照）进行实时监控及调节。整个系统将根据温室内各个功能设备产生到信号数据，实现无人值守控制系统及农业物联网环境监测系统技术的应用以及农业生产全程监控智能化。

3、农业云平台

未来，智慧乡村建设中的数字农业将主要通过以下四个方面来实现。

首先，在智慧农业中建立一个具有数据处理、管理和分析能力的云平台，通过云平台实现对传统农业的信息、资源的整合，进而实现对农村基础设施与环境的管理。

其次，利用数字技术打造一个基于大数据和云计算的平台，对传统农业中不合理的部分进行优化并建立数据分析模型来进行分析与改进，从而实现对农业资源管理的优化与利用。

再次，要利用现代网络以及物联网技术，实现对农业信息网络系统优化升级和全面监控，从而实现对农业信息网络系统对用户和产品需求的及时反馈以及信息获取以及处理反馈服务的精准优化和安全保障义务。

最后，通过云上村互联网平台实现与政府等部门的互通与对接。让农民通过云上村互联网平台获得生产信息和知识，实现高效农业生产模式的转变。数字农业正逐渐成为我国未来三年现代农业发展的重要方向之一，但目前我国数字农业还处于发展阶段。未来数字农业会以什么样的方式发展？农民朋友将如何利用网络？这将成为制约数字农业发展的主要问题之一！

4、智能农田管理系统

智能农田管理系统是由电脑或手机控制的农田自动监测、自动计算和自动报警系统。可以完成农业监测自动化的系统包括自动气象监控系统、自动土壤水分监控系统、自动灌溉控制系统等。

其中，自动气象监控系统可以实现对田地的实时监控，当温度过高或过低时会自动向控制中心发送警报，通过控制中心将其发送到控制中心。通过与当地气象部门的联网管理和信息共享，可以快速对田地里的空气进行自动调节。自动土壤温度监控系统是将土壤温度监测系统安装在田里，采用 GPS定位系统将田间观测温度进行准确定量地测量。

该系统在全国共有22万亩农田得到了应用。这些田里基本上都有这种监测设备，可以及时地了解到农作物生长的各个阶段，保证农作物长得好。而且智能农田监测系统对土壤的有效监测还有其他多种方式，包括在线监测、移动监测与远程实时监控等。所以智能农田监测系统就是能够及时地监测到农作物对生长环境的变化趋势以及农作物所需的水分、温度等变化情况，帮助人们及时做出相应的判断和决策。

系统简介

水肥一体化智能控制系统通过与灌溉系统相结合，实现智能化控制。系统由物联网监控平台、气象数据采集终端、视屏监控、施肥一体机、过滤系统、阀门控制器、电磁阀、田间水管线等组成。

图为河南益民控股5G+智慧辣椒种植基地水肥一体化系统控制中心

概述

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、喷q或喷头形成喷灌、均匀、定时、定量，喷洒在作物发育生长区域，使主要发育生长区域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，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。

系统原理图

水肥一体化系统通常包括水源工程、首部枢纽、田间输配水管网系统和灌水器等四部分，实际生产中由于供水条件和灌溉要求不同，施肥系统可能仅由部分设备组成。

水肥一体机

水肥一体机系统结构包括：控制柜、触摸屏控制系统、混肥硬件设备系统、无线采集控制系统。支持pc端以及微信端实施查看数据以及控制前端设备；水肥一体化智能灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现智能化控制。可实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。

施肥系统

水肥一体化施肥系统原理由灌溉系统和肥料溶液混合系统两部分组成。灌溉系统主要由灌溉泵、稳压阀、控制器、过滤器、田间灌溉管网以及灌溉电磁阀构成。肥料溶液混合系统由控制器、肥料灌、施肥器、电磁阀、传感器以及混合罐、混合泵组成。

41：输配水管网系统

由干管、支管、毛管组成。干管一般采用PVC管材，支管一般采用PE管材或PVC管材，管径根据流量分级配置,毛管目前多选用内镶式滴灌带或边缝迷宫式滴灌带；首部及大口径阀门多采用铁件。干管或分干管的首端进水口设闸阀，支管和辅管进水口处设球阀。

输配水管网的作用是将首部处理过的水, 按照要求输送到灌水单元和灌水器，毛管是微灌系统的最末一级管道，在滴灌系统中，即为滴灌管，在微喷系统中，毛管上安装微喷头。

42：环境数据采集器

421气象信息采集

环境数据采集器由低功耗气象传感器、低功耗气象数据采集控制器和计算机气象软件三部分组成。可同时监测大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、雨量、风速、风向、气压、辐射、照度等诸多气象要素；具有高精度高可靠性的特点，可实现定时气象数据采集、实时时间显示、气象数据定时存储、气象数据定时上报、参数设定等功能。

422土壤墒情采集

土壤检测仪可实现对土壤不同深度的温度、湿度、EC、 PH等数据监控，通过5G信号传输至AI农大数据平台，借助于大数据平台的综合建模分析，从而给出土壤土质的综合评级，并语音播报。

43：无线阀门控制器

阀门控制器是接收由田间工作站传来的指令并实施指令的下端。阀门控制器直接与管网布置的电磁阀相连接，接收到田间工作站的指令后对电磁阀的开闭进行控制，同时也能够采集田间信息，并上传信息至田间工作站，一个阀门控制器可控制多个电磁阀。

电磁阀是控制田间灌溉的阀门，电磁阀由田间节水灌溉设计轮灌组的划分来确定安装位置及个数。

44：灌水器系统

微灌按微灌灌水流量小，一次灌水延续时间较长，灌水周期短，需要的工作压力较低，能够较精确的控制灌水量，能把水和养分直接地输送到作物根部附近的土壤中去。

系统功能

51：用水量控制管理

实现两级用水计量，通过出口流量监测作为本区域内用水总量计量，通过每个支管压力传感采集数据实时计算各支管的轮灌水量，与阀门自动控制功能结合，实现每一个阀门控制单元的用水量统计。同时水泵引入流量控制，当超过用水总量将通过远程控制，限制区域用水。

52：运行状态实时监控

通过水位和视频监控能够实时监测滴灌系统水源状况，及时发布缺水预警；

通过水泵电流和电压监测、出水口压力和流量监测、管网分干管流量和压力监测，能够及时发现滴灌系统爆管、漏水、低压运行等不合理灌溉事件，及时通知系统维护人员，保障滴灌系统高效。

53：阀门自动控制功能

通过对农田土壤墒情信息、小气候信息和作物长势信息的实时监测，采用无线或有线技术，实现阀门的遥控启闭和定时轮灌启闭。根据采集到的信息，结合当地作物的需水和灌溉轮灌情况制定自动开启水泵、阀门，实现无人职守自动灌溉，分片控制，预防人为误 *** 作。

54：PC展示平台

通过物联网水肥一体化智能监测平台，能够为用户提供传感器数据、远程、采集、传输、储存、处理及报警信息发送等服务。该平台以集中式分区化的方式为用户提供便捷、经济、有效的远程监控整体解决方案。通过物联网智能监测平台，用户可以不受时间、地点限制对监控目标进行实时监控、管理、观看和接收报警信息。

55：移动终端

建立手机系统，客户直接采用微信客户端就可以控制和查看实时数据，手机端具有手动启动、关闭电磁阀，水泵等设备功能。

56：运维管理功能

包括系统维护、状态监测和系统运行的现场管理；实现区域用水量计量管理、旱情和灌溉预报专家决策、信息发布等功能的远程决策管理；以及对用水、耗电、灌水量、维护、材料消耗等进行统计和成本核算，对灌溉设施设备生成定期维护计划，记录维护情况，实现灌溉工程的精细化维护运行管理。

节水灌溉自动化控制系统能够充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益，通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量，将使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。

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