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智能农业——作物生长信息精准管理系统
2013-7-16 物联网公共服务平台

下面介绍的是西安迅腾科技有限责任公司设计的智能农业——作物生长信息精准管理系统,是物联网应用的典型案例。

一、方案概述

本系统采用先进的无线传感器网络技术对农作物的生长环境进行实时、连续的监测,将诸如土壤温湿度、空气温湿度、光照强度以及大棚内CO2浓度等一系列影响农作物生长的因素数据及时准确地采集并发送到信息管理平台上,利用预警和对现场设备的反控功能,使得管理人员能够提前或者及时地采取措施,最大程度上减少自然灾害对农作物生长产生的负作用,预防自然灾害,例如大风、低温(高温)、强光,病虫害等,保证农作物的产量及质量。从而实现农业生产的精准化控制,并且为农业科研提供大量宝贵的监测数据。

系统在温室大棚内部署微型无线传感器节点组成一个多跳自组织网络,通过广域网或者局域网连接到服务端进行数据存储及分析。在系统中,融合了ZigBee、Wi-Fi(无线以太网)、GPRS/CDMA/EDGE10/3G、TCP/IP、USB、串口等多种通信方式。可以快速灵活地建立无线私域网系统,令原来复杂困难的布线、集中管理等问题变得轻而易举。该系统是现代精准农业一种全新的信息获取平台,能够实时监测和采集网络分布区域内的农作物生长环境信息,并将这些信息发送到系统平台,以实现指定范围内农作物生长环境检测与跟踪,具有快速展开、抗毁性强、方便扩容等特点。

二、方案架构

1、感知节点下面携带空气温湿度、光照强度、二氧化碳含量、土壤温度、土壤水分传感器。

2、光照条件较好的大棚,感知节点使用太阳能供电;光照条件不好的地方,使用市电供电。

3、网关设备如采用无线GPRS传输数据,用户需要购置相应SIM卡,并保持该卡一直有费用不停机。

4、用户如需专属系统平台,则需有专门的机房、服务器等设备,并提供操作系统、数据库软件等。还需有公网上的静态固定IP地址。

5、用户如不需专属系统平台,只需要看数据。我方可提供系统平台,数据上报到我方系统平台。给用户网址,用户可随时登陆查看数据。

三、方案主要内容

系统整体分为四大内容:可靠的无线传感网络(基础层)、自适应的无线网关(数据采集层)、多线程分布式通讯服务器(通讯层)、可定制的管理应用平台(应用层)。
 基础层为基础数据采集层,通过各类无线感知节点自组织形成局域网络,实现数据的采集及返控。

 数据采集层主要实现对基础层无线传感网络数据的采集、分析、处理及返控命令的发送,同时对基础层的无线传感网络节点进行自动管理。

 通讯服务器负责提取网关数据(数据采集传输层),并对提取的数据进行解析、处理和入库,是应用层和下位机的连接纽带。

 应用平台即为对提取上来的数据进行整理分析及处理,以人性化的界面提供给管理者进行操作,并实现所有人机对话功能。

感知节点技术参数:

     采用工业级CPU,为系统提供可靠保证;

     传输距离:800m (带天线);

     工作电压:2.5V~6.5V;

     工作频率:2.4GHz ;

     休眠电流<10mA,发送/转发数据电流:20mA ;

     节点开关: 1个电源选择开关,3个LED指示灯;

     接口:1个RS232串口;AVR烧写器接口;10针JTAG插座;1个SMA天线座;8路A/D接口;

     传感器:空气温湿度、土壤温湿度、光照、CO2,可扩展其他类型传感器;

     供电方式: 电源供电、干电池供电、蓄电池供电、太阳能供电;

     网络容量:100个感知节点 。

数据采集传输仪技术参数: 
 
     全智能。无人职守自动工作。实现远程系统软件在线升级和实现对下端传感器网络的控制。

    反控。可反控作物生长现场的各种农用设备,最大限度地节省人力。

    双信道通讯。GPRS 、CDMA、以太网等,其中的任意个信道互为备用,排除了通讯设备和通讯线路供应商造成的通讯阻断,并且可以同时使用,具有极高的通讯可靠性。

    具有报警功能。按照设置的报警上、下限触发报警功能,并可以及时上报到中心(方法有GPRS/CDMA实时在线上报),且报警出现时自动按较小的间隔时间记录监测数据。

    数据存储时间间隔可设置。历史数据存储间隔时间1—24小时设置,报警数据1—60分钟设置。

    显示下端传感器网络的工作状态。汇聚节点自带8个按键、8位数码管以及8个状态指示灯。可在现场设置工作参数、指示设备的运行状态。

    处理器与系统存储能力。CPU采用32位的高速工业级处理器Motorola Coldfire MCF5271, 工作频率90MHz,处理能力75 Dhrystone 2.12.1 MIPS,功耗910Mw, 比其他同类产品(以51系列)速度提高了100倍,数据存储采用FLASH芯片,数据存储量大,可存储64M的历史数据。

    A/D转换器。10通道,12位分辨率,光电隔离型。 

    外部通讯接口。RS232/RS485/HART协议,支持波特率1200-9600 bps。

    操作系统。使用实时操作系统,完成现场数据采集、保存与无线数据上报等任务。

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