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智慧农业物联网应用平台技术方案

一.软件目的

        智慧农业,是通信、计算机和农学等若干学科和领域共同发展并相互结合所形成的产物,它将信息采集、传输、处理和控制集成在一起,使人们更容易获得农作物生长各个阶段的各类信息,也让人们更容易掌控这些信息,通过人工智能与农业生产的结合真正实现人与自然的交互。随着通信、计算机、传感网等技术的迅猛发展,将物联网应用到农业监测系统中已经是目前的发展趋势,它将采集到的温度、湿度、光照强度、土壤水分、土壤温度、植物生长状况等农业信息进行加工、传输和利用,为农业生产在各个时期的精准管理和预测预警提供信息支持,追求以最少的资源消耗获得最大的优质产出,实用也增长由主要依赖自然条件和自然资源向主要依赖信息资源转变,使不可控的产业得以有效控制。本系统目的是实现目标监测区域内,无线传感器网络节点的自动组网、影响农作物生长的环境参数的实时采集以及上位机监测软件的数据分析和远程监测,同时为了降低传感器的节点的消耗、提高采集数据的准确度

二.系统架构

       智慧农业可以高效运用当代最新的信息技术,精准认知作物的生长状态以及相应的“四情”信息,针对具体的苗情、墒情等信息开展相应的动态监测以及趋势研究,实现对产出、管理以及救灾等多方面的有效指挥,增强细节作业与管理的综合素养,有效察觉产出体系中的各类问题,拟定具备针对性的管理策略,形成更为科学的意见与方案,更为高效地推进技术指导,带动农业体系产量与质量的提升。 
智慧农业物联网系统架构
智慧农业架构

      智慧农业是我国农业现代化发展的必然趋势,物联网、云计算等新兴技术的结合运用,突破了农业市场环境下的时空制约,农产品的购买、流通等环节中形成的数据信息,将会获得及时的监控,高效传输,从而高效处理信息的不对称问题。智慧农业和当代生物技术方法充分结合,这也是新时代农业发展的重要方向。伴随着智慧农业的不断发展,当下已经形成了一个行政引领、社会保障、市场促进、民众支持的良性运行模式,体现了长远发展的潜力和可能性,对于社会生产的发展将会发挥更大价值。

三.气象环境信息检测系统

       气象环境信息可以通过小型气象站来检测,小型气象站是一套完整的气象监测系统,特别适用于小气候环境监测,通过搭配不同类型的智能型传感器,可以实时采集户外的空气温湿度、光照、风速、风向等环境参数。
环境信息能够更加便捷地展示在物联网体系中,使得相关的管理者能够依靠列表等模式掌握详尽的环境参数,也能够通过户外LED屏,集中显示各个环境参数,同时还可以添加介绍、气象信息等功能。 

四.土壤墒情监测与远程灌溉控制

       土壤墒情监测系统主要负责采集土壤环境信息,包括土壤水分、土壤温度等环境信息,上传至土壤墒情采集器并控制相关设备。墒情数据能够更加便捷地展示到专业的物联网体系中,使得系统中的管理者能够通过专业图表的模式查阅相应的墒情数据,也可将获取的数据依靠无线网络传输到平台或管理者的手中,随时随地都能了解土壤墒情。
       远程智能灌溉系统分为手动控制和自动控制,手动控制功能和自动控制功能能够任意切换,当选择手动控制功能时,通过物联网平台控制电脑或者手机APP就能远程手动控制浇灌系统开和关;当选择自动控制功能时,可通过在物联网平台控制电脑,设置开启和关闭浇灌系统阈值,当土壤水分低于下限值时,就能延时自动开启浇灌系统。当土壤水分高于上限值时,也能延时自动关闭浇灌系统。土壤墒情监测与远程灌溉控制系统如图所示。
土壤墒情监测与远程灌溉控制系统

五.可视化监控系统

      作为系统内部数据的重要补充渠道之一,系统运行过程中,会以网络与视频等方面的传输机制作为基础,对植物与健康等信息开展全方位的监控。该系统采用B/S架构,能够实现应用功能的高效分布,在云平台之中提供专业的存储与处理需求,从而满足客户端的各类服务需求。该部分主要有服务器、摄像头等多个构成部分,服务器方面需要解决信号的传递、转换等需求,而且能够提供便捷的网络服务。仅需要使用者可以连入到互联网,即可通过自身享有的权限获取图像查阅等功能,提供非常便捷的系统监测,可以实时查看园区内安全状况和农作物长势。 
监控系统软件架构

六.物联网平台

      通过安装在农业基地的各种传感设备,实时采集特定范围的环境、风速、实时视频等数据;并将数据通过网络传输给农业平台,平台可对相应数据开展针对性的研究与处置。
      系统存在对当前种植体系内相关指标很难有效测定、手段较为陈旧等缺陷,使得物联网技术整合到农业体系中,通过终端模块来解决感知的需求。获取特定区域的环境参数,实现对温湿度、空气以及光照等数据的高效追踪,并且综合运用互联网、4G、5G等现代化的网络技术,满足该系统的传输需求,使得测定获取的环境数据可以通过网络渠道传递到平台中,以此来解决温室数据的高效追踪与监控。在识别环境参数突破预设限值的情况下,平台会发出相应的报警数据,依靠短信等模式传递报警数据,即便在很远的距离也可依靠网络、手机等方式便捷地查看环境状态。用户运用手机等终端设备进入到系统之后,能够便捷地查阅监控测定的环境参数与历史数据,为用户处理当前监控区域内的情况提供数据参考。农业物联网平台的系统拓扑图

七、功能详细设计

      登录进行账号密码验证,验证成功后即可登录成功进行正常使用和访问系统。用户填写完账号密码后点击登录,点击后程序进行账号密码验证,验证通过后即可登录系统;不通过时在页面进行提示,如:账号密码错误等信息。 

1.首页

       登录成功后默认显示首页页面,首页页面中主要包含当前用户信息、当前时间、数据统计(监测数量、传感器数量、监控数量、预警信息等)、近期的温湿度(以折线图进行展示)以及监测项目列表。
其中用户信息及当前登录信息,登录后将用户基本信息进行缓存及显示,调用第三方插件并显示当前时间,对数据库表中的监测数量、传感器数量、监控数量、预警信息进行查询统计,统计后以接口的形式返还给前端并展示在页面上;近期的温湿度信息同理,查询数据库表中的温湿度信息,以时间为节点,查询某一时间段的信息,将信息统计返还前端页面,以折线图的方式进行显示。监测项目列表显示的信息为监测项目名称、空气温度、空气湿度、光照度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳浓度、土壤PH值等信息,可对每一条信息进行操作、查看详情等,该列表以分页的形式进行展示。

2.监测

        登录系统后,点击左侧菜单栏中的监测按钮,进入到监测页面。该功能模块配合硬件一起使用,主要用途为:对大棚等场所进行空气温度、空气湿度、光照度、土壤温度、土壤湿度以及一些其他影响因素的信息监测。
该模块的显示了各个监测项目的信息,其中包括:监测项目名称、MAC地址、IP地址、备注、版本号、是否在首页显示、是否在线等信息。列表通过程序进行数据库查询,将信息分页显示,可通过筛选进行查询特定监测项目的信息,可以通过每条信息后的操作,对该项目进行编辑以及删除操作。
点击某一条信息后进入到详情页面,该页面显示该项目的详细信息以及可以设置硬件的开关。主要内容有:显示该项目的空气温度、空气湿度、光照度、土壤温度、土壤湿度以及二氧化碳浓度。同时可以对风机阀、灌溉阀、遮阳帘、灯、水帘以及加湿器进行开关等操作,直接线上操作,更智能更快捷,省时省力。还可以查看过去一小时、一天、一周、一个月等气温度、空气湿度、光照度、土壤温度、土壤湿度以及二氧化碳浓度的信息,该信息将以折线图的形式进行展示。
       在监测页面可对任意一项目信息进行备注信息编辑操作,备注信息编辑后进行保存,保存成功后即可查看到备注信息。

3.预警

      登录系统后,点击左侧菜单栏中的预警按钮,进入到预警页面。该功能模块配合硬件一起使用,当硬件扫描到一系列信息不正常时,将该信息通过程序进行传输,程序将该信息存储到数据库表中,在用户点击预警并进入到预警页面时,将所有的预警信息以列表的形式分页展示,主要的内容有:监测项目名、传感器、报警内容、是否已读、预警状态、预警时间。可通过筛选框对列表进行筛选查询,查询符合要求的信息。同时,可以通过每条信息后面的操作栏目,对预警信息进行删除操作,在点击删除时,系统自动提示是否确认等类似提示语,点击确定后,将该信息进行删除,程序对该条数据进行物理删除,将数据库表中存储的该数据删除。

4.分析

       登录系统后,点击左侧菜单栏中的预警按钮,进入到预警页面。
进行下拉选择:选择大棚、时间段以及类型(空气温度、空气湿度、光照度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳浓度、土壤PH值等)等信息。选择后,程序通过选择的条件进行数据库数据筛选查询,将筛选后的数据按照条件进行排列,将数据整理后返回前端,前端再将数据以折线图的形式展示在后台页面上。
折线图显示成功后,可点击右上角的下载图表,将折线图以图片的方式进行保存。
八.文档下载

点击下载文档:《wsdm智慧农业物联网应用平台技术方案》
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