智慧農業監測系統

背景：

2017年10月18日，第十九次全國代表大會上作報告。

農業農村農民問題是關系國計民生的根本性問題，必須始終把解決好“三農”問題作為全黨工作重中之重?！边@是十九大報告中明確指出的，同時也是第一次明確提出實施鄉村振興戰略?！班l村振興戰略”一經提出引發各界強烈反響。

一直強調，沒有農業農村現代化，就沒有整個國家現代化。新時代“三農”工作必須圍繞農業農村現代化這個總目標來推進。建立健全城鄉融合發展體制機制和政策體系，加快推進農業農村現代化。

今年上半年，茂名市大力推進農業農村現代化建設，市農業農村局認真貫徹落實中央、省、市關于農業農村工作的部署，以機構改革為契機，以實施鄉村振興戰略為總抓手，對標硬任務，落實新要求，謀劃新思路，大力推進農業農村現代化建設。茂名市農業農村各項工作取得較好成效。

堅持質效導向，做優做強特色產業。一是堅持高標準嚴要求，強力推進現代農業產業園建設。通過召開產業園現場推進會、建立局班子掛鉤聯系督導園區建設制度、加強調研督導等舉措，切實加快產業園建設進度。二是突出抓好“一村一品、一鎮一業”建設。將該項工作納入該局年度重點工作，正籌備成立專班專抓。三是加大品牌建設力度。繼續組織發動符合條件的產品申報廣東省名牌產品（農業類），不斷增加品牌數量。

智慧農業監測站產品為提搞農產品產量與質量而生，為更高效，更方便快捷地從事農業生產，釋放農業勞動力而生。智慧農業監測站產品通過實時監測農產品生長環境，水、肥、溫度、濕度和二氧化碳濃度，為植物創造最優的生長環境，促進植物的光合作用和呼吸、蒸發、能量轉換等生理活動。自動保持與改善最優農產品生長環境，從而滿足農業生產的需求。

一、系統結構

OWL-NY智慧農業監測站架構基于物聯網理念，并結合了“多端顯示”的思想，監測硬件設備作為前端，24小時不停電監測現場環境數據，并通過wifi,網口，gprs/4G /NB-iot/zigBee等數據鏈路往云平臺上傳數據；云平臺24小時全天侯實時，接收、保存，下載、圖表顯示、智能分析、智能告警提醒（支持5路、電話、短信、微信），用戶可以可以通過微信公眾號端，電腦端，大液晶電視屏都可以直觀查看實時數據，歷史數據，數據變化趨勢，規律等。

智慧農業監測站監測環境參數不利于環境生長時，自動采取解決措施(也可通過手機端與電腦端強制采取相應的措施)，如光照不足，自動打開日熾燈補光照；CO2不足，自動充氣；溫度過低，自動開啟空調；當大棚溫度過高，自動打開卷簾機；土壤濕度不足，自動控制水閥噴水；控制規則可定制，參數可配。

 二、系統功能與特點

OWL-NY智慧農業監測站采用嵌入式技術，可用于測量風速、風向、氣溫、氣濕、氣壓、全輻射、雨量、蒸發、土壤溫度、土壤水份、土壤養分等各類氣象數據。系統采用模塊化設計，可根據用戶需要（測量的氣象要素）靈活增加或減少相應的模塊和傳感器，任意組合，方便、快捷地滿足各類用戶的需求。 該系統自帶顯示、自動保存、實時時鐘、數據通訊等功能，具有技術先進，測量精度高，數據容量大，遙測距離遠，可靠性高的優點?？蓱糜跉庀?、農業、林業、環境、大中專院校、科研機構或組網于機場、交通運輸、軍事、水文、極地考察等諸多領域方面氣象研究，并適合于野外科研試驗應用。

●通過聯動空調，水閥，風機，可自動保持與改善最優農產品生長環境

●氣象觀測支架整體采用碳鋼工藝，具有良好的防腐蝕性，可長期運行于各種惡劣的室外環境，適應各種復雜天氣。

●系統具有多種供電方式，交直流兩用或配太陽能電池供電

●用于對風速、風向、雨量、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、大氣壓力等氣象要素進行全天候現場監測?？梢酝ㄟ^專業配套的數據采集通訊線與計算機進行連接，將數據傳輸到氣象計算機氣象數據庫中，用于統計分析和處理。

●由氣象傳感器、氣象數據記錄儀、電源系統、野外防護箱和不銹鋼支架等部分構成。風速、風向、雨量、大氣壓力等傳感器為氣象專用傳感器，具有高精度高可靠性的特點。氣象數據記錄儀具有氣象數據采集、氣象數據定時存儲、參數設定、友好的軟件人機界面和標準通信功能，圖形數據顯示，有線通訊方式，在Windows2000 以上系統環境即可運行,存儲數據，數據存儲格式為EXCEL 標準格式，可生成氣象數據圖表，供其它軟件調用。

●有線傳輸方式：通過標準USB/RS485通訊接口，與監測中心PC機有線連接

●無線傳輸方式：只要可以上網就可通過GPRS/NB/LTE無線傳輸

●支持TCP/IP、 restful api等多種方式開放相關數據接口，客戶可獲取數據，做二次開發顯示與使用；

●安裝支架高度為3m，規范地安裝氣象傳感器。

●可靠的三防設計，防護級別達到IP65級，完善的防雷擊、抗干擾等保護措施。

●工作溫度為-30℃~80℃，工作濕度0~100%，抗風等級：≤75m/s。

●可以配套多種戶內戶外型顯示屏，顯示屏可選單色、雙色、全彩屏。

三、技術參數

四、監測原理

●溫濕度傳感器原理

溫濕度傳感器的組成部分主要包括濕敏電容和轉換電路兩部分，濕敏電容是由玻璃底襯、下電極、濕敏材料、上電極等四個部分組成。濕敏電容的兩個下電極與濕敏材料，上電極構成的兩個電容成串聯連接。濕敏材料是一種高分子聚合物，它的介電常數隨著環境的相對濕度變化而變化。當環境濕度發生變化時，濕敏元件的電容量隨之發生改變，即當相對濕度增大時，濕敏電容量隨之增大，反之減小(電容量通常在48~56pf間)。傳感器的轉換電路把濕敏電容變化量轉換成電壓量變化，對應于相對濕度0~100%RH的變化，傳感器的輸出呈0~1v的線性變化。

●大氣壓傳感器原理

大氣壓傳感器主要的傳感元件是一個對壓強敏感的薄膜，它連接了一個柔性電阻器。當被測氣體的壓強降低或升高時，這個薄膜變形，該電阻器的阻值將會改變。電阻器的阻值發生變化。從傳感元件取得0-5V的信號電壓，經過A/D轉換由數據采集器接受，然后數據采集器以GPRS/RS485形式把結果傳送給云平臺/LED顯示屏。

●風速傳感器原理

風速傳感器由風杯、傳感器主體、電路模塊、傳輸電纜等裝置構成。風速傳感器的風杯通常由高耐候性、高強度、防腐蝕和防水金屬制造，可適應惡劣環境;電路模塊具有極可靠的抗電磁干擾能力和高低電壓保護能力，可確保主機在-30℃~80℃，濕度0~100% 的環境中正常工作。由傳感器風杯轉動帶動傳感器軸承轉動，再由光電轉換進行數字量化處理，從而計算出風速值（m/s ，1m/s = 3.6 km/h）。

●風向傳感器原理

光電式風向傳感器的核心采用絕對式格雷碼盤編碼(四位格雷碼或七位格雷碼)，利用光電信號轉換原理，可以準確的輸出相對應的風向信息;電壓式風向傳感器的核心采用精密導電塑料傳感器，通過電壓信號輸出相對應的風向信息;電子羅盤式風向傳感器的核心采用電子羅盤定位絕對方向，通過RS485接口輸出風向信息。

●數據采集器原理

數據采集器是系統重要組成部分，數據采集系統整合了信號、傳感器、激勵器、信號調理、數據采集設備和應用軟件。當系統從前端傳感器監測的數字信號和模擬信號時，數據采集器采集數據通過采集器處理成數字信號通過DTU傳送到上位機進行分析統計處理。

●GPRS數據傳輸協議接口

采用協議

TCP協議->data-6100,使用GPRS網絡傳輸數據時使用。

ModBus協議->data-6100,設置參數時使用。

HJ/T212 -2017數據傳輸

●通信接口（RS485接口）

通信規格：

波特率（bit/s）：300、600、1200、2400、4800、9600、19200  

數據格式：8bit數據位，1bit停止位、校驗位（奇、偶、無）     

五、安裝說明

（一）可能需要配合做預埋件

安裝前會遇到的兩種情況：

1．需安裝的位置為泥土地。

2．需安裝的位置為硬化水泥地。

針對情況一，我們需要做預埋件。

●預埋件的做法

確認安裝前，甲方需提前做好設備立桿安裝預埋基礎施工，包含如下：

所需材料：鋤頭，鏟，1000密碼PVC線管，引線、剪線鉗，薄膜， 水平尺，沙子，石子，水泥。

1.挖好深800mm*長500mm*寬500mm的坑。

2.施工時要用剪1000mm左右的PVC管并拉好引線，在預埋的的管口預先用透明膠或其它材料封口，以防止混凝土澆搗時混凝土 漏入預埋管中，造成預埋管堵塞。

3.鋼筋籠的螺絲螺母墊片部分用薄膜或其他東西包好。

4.把沙子，石子，水泥按2：2：1攪拌均勻后把混凝土倒入坑內，同時放入鋼筋籠，確保鋼筋籠與水平面平行，即用水平尺在基礎頂板垂直兩個方向測量，觀察其氣泡必 須居中；監控立桿預埋件基礎混凝土澆搗必須密實，禁止混凝土有空鼓。

5.埋到3/4的時候放入做好的PVC線管，混凝土必須要養護一段時間，以確?；炷聊苓_到一定的安裝強度。

6.鋼筋籠由本公司配備，提前發給客戶。

例圖：

針對情況二，我們需要用到膨脹螺絲

膨脹螺絲的使用條件必須是200mm厚的水泥地。

如果安裝位置的地方沒有200mm的厚度：

1.移到合適厚度的地方。

2.如果無法移動，安裝完成后甲方因及時加固，若甲方沒有及時加固，因不可抗拒自然災害或人為因素造成設備損壞等后果，乙方不承擔相應的責任。

3.本公司膨脹螺絲標配的規格為16*200mm（考慮臺風天氣）。

4.膨脹螺絲隨貨發出。

（二）配合接電

1.甲方應在設備安裝前提前接好電壓穩定的AC220V的電，最好是靠近設備安裝地點最近的供電箱取電，線材應取用3*1.0的線材，從供電箱到設備應預留1000mm的長度，

2.立桿自帶接地接口，每一根金屬立桿都必須接地，其接地電阻小于４歐；各立桿基礎具體數據視現場 施工需要為準。

例圖：

（三）涉及非標項目甲方應積極及時配合乙方做好設備安裝過程中的施工工具供應。

（四）設備安裝后，為了保證設備的長期穩定運行及后期的設備升級，甲方應配備一名設備養護人，在乙方的培訓下進行對設備的養護，養護人需懂得基本的電路知識。六、設備通訊方式

OWL-NY智慧農業監測站是EPEX專為環境監測而開發的大氣負氧離子自動監測站。主要安裝于野外的氣象監測儀，數據傳輸主要以： GPRS數據傳輸網絡、數據接收服務器、客戶機（服務器和客戶端可為同一臺電腦）等組成。

OWL-NY智慧農業監測站將監測到的負氧離子濃度數據等，通過GPRS傳輸網絡經過Internet發送到接收數據的服務器上，并且自動將數據保存并寫入數據庫，客戶端可以通過瀏覽器查看數據等?？蛻艨梢酝ㄟ^接收軟件和短信控制的方式監控氣象監測設備。

六、軟件系統

支持設備多種狀態分類管理

1. 云平臺介紹

智慧農業監測站WEB主頁發布及查詢軟件是集于多名高級工程師歷時多年的成果，有著實用性強，易操作，數據實時性強等優點。具備多種對比方式查詢，具有良好的數據對比效果。主要分兩大塊：資料查詢和系統管理。（登陸后臺）

1．支持大屏 監管展示；

2．支持點位數據輪播

3．支持大液晶屏顯示

4．支持多點輪詢展示

5．多站查詢：此功能主要用于多臺設備進行數據對比查詢；

6．歷史查詢：歷史查詢主要用于查詢設備某天或某小時的數據曲線查詢及報表下載；

7．曲線分析：曲線分析是用于分析一個時間段內的要素變化，可以在曲線上進行拖動；

8．站點管理：這個功能是用于添加或更改站點；
    5、電子地圖：在線狀態，離線狀態；

9．實時數據：實時數據查詢，小時平均值，日平均值數據統計，最大值最小值統計。

2. 多維展示

①　具備大屏監管端展示效果

實時統計所有 監測點的數據，狀態，緊急情況可迅速定位。

②　具備項目各個監測點數據輪番播放的功能

③　支持液晶屏顯示

桌面版，web, 大屏，安卓平板和手機，iphone, ipad可查看。

大屏系統組成的元素有：物聯網設備數據信息，地區定位，日期，天氣預報，生活指數預報，天氣預警，UI等組成；下面對各個部分進行詳細介紹：

提供液晶屏與Led屏、同步屏等多種方式顯示可在展廳，宣傳區，通過液晶電視大屏顯示數據，系統具備C/S架構，具備超強設備類型接入兼容能力，可接入水產養殖監測設備，可燃氣體監測設備,揚塵環境監測設備，氣象設備等類型的數據；整個系統由大屏系統與小屏系統組成，客戶通過本系統，即可查看物聯網系統中的各種數據與信息。

本系統支持55寸液晶電視，10.1寸平板同時顯示數據，一大一小，大屏可用于監管大屏展示；10.1寸小屏數據顯示可放置于監管人員桌面使用，高端大氣，富含科技感。下面分別對大屏系統與小屏進行介紹。

3. B/S平臺

1） 打開電腦所使用的瀏覽器，在地址欄輸入網址

2） 用戶輸入所購置的設備賬號密碼，點擊登錄

3）進入頁面點擊ID號顯示如下：

4）功能選項（3）分實時監測、實時數據、分析統計、排行榜、警告、數據導出及用戶中心等，登錄后默認顯示實時數據，可查看設備列表信息欄（4）：小窗右推箭頭可擴展部分信息，設備狀態（5）：可查看設備的在線（地圖定位圖標顯示藍色）、離線（地圖定位圖標顯示紅色）、報警（地圖定位圖標持續跳動）和設備定位（6），登出(7)；

5）實時數據：選擇設備（8）即可查看設備信息、實時數據、國控數據、最近7天的數據、視頻監視畫面（9）選擇設備（8）選擇分析統計（10），點擊類型選擇查看日環比、月環比數據（11），點擊監測因子可以選擇查看監測參數（12），選擇時間范圍（13）再點擊查詢可查看相應的數據如：參數的小時平均值曲線圖，當日平均值、最大值和最小值曲線圖，當月平均值（14）。

注：以上需安裝有攝像頭，方能查看視頻監視兩面。

6） 數據導出（15）：選擇傳感器欄用戶需要下載的參數（默認所有參數已勾選），選擇時間范圍、選擇設備（16），點擊下載（17）可查看所選參數的時刻數據上傳值。

7） 告警（18）：實時告警（18），當設備當前所檢測的某一個參數超出范圍時就會提示“超測上限”。歷史告警（19），選中想要查看的設備，選擇時間范圍，點擊查詢可查看到超測上限的時間。

8） 用戶中心：可以更改賬號的密碼。

9） 微信公眾號（訂閱號）的使用，微信搜索并關注，登錄設備賬號，選擇設備可查看實時數據，歷史數據，報警信息和設備信息。

4. 可接入阿里云iot物聯網平臺

5. 微信端介紹

軟件背景：

智能云數據分析軟件，基于大氣污染網格化監測系統，向客戶展示實時監測數據、及最近48小時歷史數據、最近30天日平均歷史數據、設備在線狀態并推送超標報警信息，綜合分析管理數據，可實現遠程查看了解設備所在區域的環境污染情況。為用戶提供精準穩定、有保障的參考信息，及時有效地對轄區內的大氣污染狀況進行診斷。

軟件功能：

●實時數據：智能云實時展示設備當前的各項大氣監測指標污染值及設備的在線狀態，數據更新周期為3分鐘；智能云是一款數據接收、保存、顯示、分析、管理的專業數據分析軟件。

●歷史數據：通過歷史數據曲線分析圖，可直觀快速讀取到設備的歷史數據變化趨勢和最近30天的日平均數據；

●超標報警：可根據環保局管理需要設置閥值，超過規定濃度后進行報警，以便于管理部門快速響應，進行污染源排查并實施管控措施，超標報警提醒周期為10分鐘，可查詢告警通知歷史；

●設備管理：可查看設備是否在線、用戶單位信息及地理信息。

智能云優勢：

●簡單、方便：代替了app，不需要安裝任何軟件，不需要擔心版本兼容和更新的問題，凡是能使用微信的手機，關注我司微信公眾號，不管是android系統，還是ios系統都可以使用；

●人性化：代替了短信報警提醒功能；設備報警時能及時地像短信一樣通知手機用戶，及時預警，避免罰單。甚至當環境比較污染，持續報警情況下，默認反復提醒，時間間隔為10分鐘。不需要像短信報警，每次報警都會用戶存入一條短信，然后每次都需要手動刪除短信的繁瑣操作，報警記錄可查；

●功能更強大：如果設備屬于噴淋設備，用戶可遠程控制設備噴淋，提前降塵；

●微信端可以接收反饋意見到公司公眾號管理者。

智能云微信端：掃下方二維碼關注我司公眾號，點“我的設備”輸入賬號、密碼，即可查看設備在線實時數據。

智能云操作首頁                智能云操作首頁

歷史數據界面               選擇查看歷史數據參數界面

最近48小時歷史數據曲線分析圖     最近30天平均數據曲線分析圖  

超標報警提示界面                    超標監控告警記錄

6. 環境緊急情況預警

普通級別預警：微信公眾號告警

危險級別預警：智能電話語音通知

智能告警提醒（支持告警電話語音提醒（固定的來電號碼）、短信、微信）

            電話預警提醒                 短信預警提醒

電話預警提醒（視頻）

7. 上位機介紹

上位機可實時查看數據、到處歷史監測數據、設定報警閾值。

七、部分相關案例

深圳市石巖上屋小學科普型智慧農業監測站順利安裝完畢

碧桂園集團順德分公司智慧農業監測站監測設備

汕湛高速公路華陽管理中心