智慧农业-基于物联网的温室四位一体自动监控系统

二十七。 · 发表于 2015-1-13 12:53:45

本帖最后由 alesha 于 2015-3-12 09:28 编辑

一、项目名称：

智慧农业-基于物联网的温室四位一体自动监控系统

二、项目概述：
（一）、项目概述
   本项目利用传感器技术、物联网技术、数据库技术和Internet设计了一套基于ZigBee的温室监控系统。在硬件方面主要有烟雾传感器（模拟CO2传感器）、光敏二极管传感器，温湿度传感器、土壤湿度传感器、压力传感器等传感器和ZigBee节点，单片机，摄像头，无线路由器组成。可以定时采样数据并发送至本地客户端。软件方面主要有本地客户端、远程服务器、手机客户端和网站组成。每位农户都可以在本地服务器查看温室内的各种参数，控制温室内的设备和自动报警，也可以通过手机APP灵活地监控温室并控制终端设备。还可以登录网站控制中心实现实时监控，农业专家进行沟通，控制终端设备。

（二）、功能详细描述

      现今物联网技术在农业方面的应用已经相当成熟。例如，种植业方面，物联网技术已经可以实现对作物生长环境及生长状况的精确检测，设备智能化控制及数据远程发送等功能。畜牧业方面：物联网技术可实现检测牲畜的生长环境及身体状况，并可智能化地调整其生长环境，给牲畜创造一个最适生长环境，缩短其生长周期等功能。
但是调查显示，物联网技术在农业方面与畜牧业方面协调的应用还没有普及。并且对于一些专业知识不够充分的农户无法及时调整温室的参数（温度，土壤湿度，二氧化碳浓度等）会造成相应的经济损失。
因此我们考虑在通过实现北方现存的一种名为“四位一体农业”的生产模式的基础上，通过物联网技术来实现在该“四位一体农业”生产模式，在此农业系统内不同子系统的智能化协调工作并配备上电脑端应用软件、远程管理网站、手机APP来提高生产效率，节省劳动力，简化操作。

其中四位其中四位指在农户庭院土地上、全封闭状态下，将沼气池、畜（禽）舍、农户家庭，日光温室连接在一起，组成“四位一体”综合利用体系。四位一体农业具有对温室作物增施气肥、循环利用资源、节省燃料等优点。

本系统采用多因子综合控制:不仅考虑了CO2浓度同时还附加考虑了光照强度和温度等因素来调节系统到最佳状态。

根据在本地客户端上设定的通风口的阈值判断畜舍内的CO2浓度超过阈值时,并且温室内CO2低于作物最佳CO2浓度，温室内光照强度位于适合光合作用的区间，则由终端节点控制打开畜舍与温室内的通风口，从而使两个子系统内的CO2浓度趋于最适宜区间并自动断开通风口。若有其中任意一条条件不满足则由终端节点控制打开畜舍内的换气扇进行换气来降低畜舍内CO2浓度。动物呼出CO2浓度可以使温室内CO2 浓度升高从而起到增施气肥的作用。

若温室和畜舍内温度低于最适宜植物和动物生长的温度区间则由温室内和畜舍终端节点控制打开由沼气供暖的装置使两个子系统内的温度趋于最适宜植物和动物生长的区间。两个子系统内温度高于最适宜植物和动物生长的温度区间则由各系统内终端节点控制打开卷帘或者换气扇对系统进行降温。若温室内的光照强度小于最适宜植物生长的区间则由温室内终端节点控制打开使用沼气灯或太阳能的光照装置使温室内的光照趋于最适宜植物进行光合作用的区间。

由终端节点控制对应的沼气灯，日光灯，换气口等执行设备并由温室智能专家系统和用户设定的参数来调节环境达到作物生长的最适宜的区间，同时根据作物不同生长阶段对环境的不同需求而进行自动或手动的控制直到参数达到最佳生长环境。

此系统还可以通过上位机软件、网站进行管理。客户端联网登陆后，在每次接收数据时，不仅将数据存入本地数据库，还自动将数据发往远程服务器，存入服务器数据库；专家可以分用户按时间查询所有用户的数据，并对用户提出合理建议，包括数据建议和文字建议，建议将被存入数据库；普通用户登陆之后，可以查询自己客户端传送的数据，并可以查询专家建议，还可以通过按钮对客户端所控制的设备进行远程操控。

四位一体示意图

（三）、部分实物图

硬件Zigbee程序开发环境是IAR Embedded Workbench软件。

硬件的沼气池节点采用飞思卡尔公司的MPX5010DP压力传感器来测量沼气池的气压。

上位机软件使用Visual Studio 软件编写，其功能是：

（1）远程登录验证

（2）显示最新数据，将数据存入数据控中并调用数据库中的历史数据进行显示

（3）控制温室和畜舍内排风扇，通气口等设备的打开或者关闭

（4）手动设置打开畜舍与温室之间阈值，例如当畜舍内CO2浓度大于20 且温室内CO2浓度小于10的时候打开通风口进行增施气肥

（5）自动判断当温室内温度大于30度(人为设定的阈值)，向农户自动发送报警短信(通过调用飞信API)

（6）可以直接在上位机软件上通过输入飞信账号和密码调用飞信API从而和专家建立短信的通讯

（7）每次接收到数据后通过HTTP请求将数据发送到网站服务器端

手机APP使用Java编写，其功能是：

（1）手机通过wifi连接路由器的接口，从而进行远程监控

（2）远程打开畜舍内的清扫装置，将畜舍内动物的生活垃圾清扫到沼气池中

（3）远程打开畜舍或者温室内的日光灯，对其进行补光

网站使用Java编写，其功能是：

（1）远程登录验证

（2）普通农户和专家登陆后进入不同的页面，农户注册时需填写温室面积和种植作物类型等信息并且农户可以调用服务器数据库中的数据查看自家温室内参数

（3）普通农户可以通过网站远程控制温室和畜舍内排风扇，通气口等设备的打开或者关闭

（4)  专家登陆后进入专家界面，专家可以查看自己管辖所有农户的温室参数（调用服务器数据库的数据）并根据农户注册时填写的信息下发相应建议

三、效果演示视频

四、附件

由于Zigebee程序和上位机软件源码大于10M，故只上传上位机软件exe文件和安卓客户端软件

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