無土栽培遠程監(jiān)控技術方案

一、概述

1、行業(yè)背景

無土栽培是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分。無土栽培以其高產(chǎn)量、高品質(zhì)深受現(xiàn)代人喜愛。西方國家無土栽培技術日趨成熟，應用范圍和管理水平也在不斷提高，經(jīng)濟效益顯著，我國的無土栽培技術與國際先進水平尚有差距，在具體管理中存在諸多問題。

2、行業(yè)問題

（1）無土栽培往往具有面積大，設備多的情況，往往難以關注到所有設備的運行狀況；

（2）無土栽培苗株對環(huán)境要求較高，室溫、光照等需要精細控制、及時調(diào)整，但人的精力有限，無法全程兼顧；

（3）營養(yǎng)液的儲液池設計、安裝不合理，保溫隔熱性差，營養(yǎng)液易變質(zhì)；

（4）膜水培中，需要定時啟動設備提供營養(yǎng)液，一旦遇到停電或設施機械故障，作物很容易引致缺水死亡；

（5）營養(yǎng)液的循環(huán)利用過程中，容易滋生細菌或藻類，需要定期殺菌消毒；

（6）基培中的滴灌設施容易出現(xiàn)物理及化學堵塞現(xiàn)象，致供液不均勻、作物生長不整齊甚至死苗；

（7）封閉式基質(zhì)栽培，夏季受太陽輻射影響，容器內(nèi)的基質(zhì)溫度過高，導致根系生長不良；

（8）基質(zhì)栽培中有機基質(zhì)比例過高，一段時間后會逐步腐爛，透氣性逐漸下降，影響根系活力甚至導致爛根；

（9）施用固體肥效時，必須使滴水位置與施肥點在同一位點，否則肥料得不到溶解，根系無法正常吸收營養(yǎng)，而且需要經(jīng)常變換滴水位點，否則根群吸收水肥難以均衡；

（10）管理設備過多，操作難以記錄，不利于根據(jù)實際情況適度調(diào)整設備及基質(zhì)的用量；

3、解決方式

（1）設備過多：物聯(lián)網(wǎng)技術最佳解決手段，不僅可以實時顯示設備運行狀態(tài)，還可以根據(jù)設定要求自動啟停設備，而且易云系統(tǒng)可以自動記錄用戶的操作歷史和設定的環(huán)境條件，為用戶調(diào)整策略提供參考

（2）環(huán)境控制：可以通過傳感器+開關解決：溫度、濕度、光照度等信息可以由對應傳感器實時監(jiān)測并發(fā)送到用手中，當環(huán)境條件達到限定值時，可以通過物聯(lián)網(wǎng)控制器對需要的設備進行控制。

（3）營養(yǎng)液、培養(yǎng)基質(zhì)質(zhì)量問題：基質(zhì)透氣性不佳、培養(yǎng)液變質(zhì)或滋生細菌等問題，可以使用對應傳感器實時監(jiān)測基質(zhì)內(nèi)的氧氣含量、培養(yǎng)液PH值等，一旦發(fā)生異常，可以及時向管理人員報警，以便及時處理，或者可以直接啟動紫外線或臭氧殺菌設備進行殺菌消毒等操作。

（4）肥料使用不均勻：可以在植株設定4-8個均勻分布的固定釋放點，，防止施放不均，生長不齊。

?

二、系統(tǒng)設計及功能

1、拓撲圖

?

2、系統(tǒng)組成及功能

（1）智能數(shù)據(jù)檢測模塊

易云智能數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊由各式各樣的傳感器組成，如環(huán)境溫濕度、營養(yǎng)液PH值、基質(zhì)含水量傳感器等，也可以根據(jù)用戶需求增加其他指標的檢測傳感器。

此模塊的作用是檢測無土栽培過程中的各項指標；指標數(shù)據(jù)將通過智能控制箱傳入系統(tǒng)服務器。

（2）易云智能控制箱

易云智能控制箱中包含多功能數(shù)據(jù)采集模塊和通用控制模塊。

數(shù)據(jù)采集模塊用于采集傳感器數(shù)據(jù)，并上傳至系統(tǒng)服務器，易云多功能數(shù)據(jù)采集模塊可以兼容目前市面上大多數(shù)傳感器，包括無土栽培生產(chǎn)中需要的溫濕度傳感器、光照度傳感器、PH值傳感器等；

通用控制模塊可以對接無土栽培中的各種設備，風扇、水泵等，實現(xiàn)自動控制或遠程控制。

用戶也可以在控制箱的基礎上添加觸控屏幕，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與設備的現(xiàn)場監(jiān)控。

（3）易云平臺客戶端

易云平臺客戶端是用戶直接操作的軟件，提供用戶所需的各種功能。

①數(shù)據(jù)監(jiān)測

智能控制箱中采集到的溫濕度、PH值等傳感器數(shù)據(jù)以及卷簾機、補光燈等設備的開關狀態(tài)等，將以GPRS、WIFI或其他方式傳入服務器，并在用戶平臺的數(shù)據(jù)監(jiān)測界面進行實時顯示，以便于用戶隨時掌握無土栽培中的各種狀況。

PC端數(shù)據(jù)監(jiān)控界面

②設備控制

設備控制模塊中，平臺向用戶展現(xiàn)所有接入系統(tǒng)的可控設備及當前狀態(tài)。用戶可以對設備狀態(tài)進行調(diào)整，實現(xiàn)遠程控制或自動控制。如開關水泵、調(diào)整卷簾機開關狀態(tài)等。

③智能提醒、預警、報警功能

用戶可以在系統(tǒng)平臺中提前預設提醒、預警、報警的參數(shù)，系統(tǒng)將對無土栽培生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)進行科學分析，在達到用戶設定的條件時，可以向客戶發(fā)出適當提醒。

如用戶設定適宜作物生長的營養(yǎng)液PH值為5.5-7.2，當傳感器檢測到營養(yǎng)液PH值超過這個限度時，系統(tǒng)將自動通過微信報警、短信報警、電話報警等方式向用戶報警。

PC端報警上下限設置界面

④數(shù)據(jù)存儲、分析模塊

通過易云智能控制箱上傳的大量數(shù)據(jù)可以在服務器中進行歸類存儲，并針對特定數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，最終以曲線圖、柱狀圖、餅圖等形式展現(xiàn)，通對長期數(shù)據(jù)的相同周期內(nèi)的對比，為用戶優(yōu)化無土栽培系統(tǒng)的自動控制方案提供依據(jù)。

PC端日測試數(shù)據(jù)最大值展現(xiàn)

⑤定位功能

易云平臺支持GPS定位功能，若用戶有多處無土栽培室，可以按照實時位置顯示在地圖上，用戶可以通過點擊進入相應的場景，便于用戶全局掌握。

廠房、設備位置實時展示

⑥報表功能

易云平臺可以提供標準日報表和月報表以及對應的高低報表，顯示各項指標在特定時間數(shù)值狀態(tài)，供用戶全面掌握一段時間內(nèi)的生產(chǎn)狀況，為后期策略調(diào)整，設備使用提供依據(jù)。

環(huán)境數(shù)據(jù)最大值 日報表

?????? 易云平臺客戶端可安裝于PC端、Pad端、移動端，可以根據(jù)用戶需求安裝于用戶設備中，用戶可以在任何客戶端中使用智能管控系統(tǒng)的所有功能，便于用戶在任意時間、地點對系統(tǒng)運行情況進行管控，彌補傳統(tǒng)控制系統(tǒng)監(jiān)控地點相對固定的不足。

?

2、系統(tǒng)目標

（1）通過配置系統(tǒng)的軟硬件，實現(xiàn)環(huán)境、營養(yǎng)液、培養(yǎng)基質(zhì)中各種參數(shù)的測量，包括但不限于光照、溫度、濕度、PH值、含氧量等，并依據(jù)這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設備的自動啟停，提供設備運行報告等

（2）監(jiān)視并顯示所有接入系統(tǒng)的設備的工作狀態(tài)，故障時自動報警；

（3）現(xiàn)場自動控制組織的安全調(diào)整

（4）根據(jù)系統(tǒng)記錄，分析當前和過去運行過程；

（5）提供計算和預測工具，用于優(yōu)化操作參數(shù)并組合，實現(xiàn)設備優(yōu)化使用。

3、設計原則

本項目我們遵循以下的原則進行設計：

可靠性：采用分布式控制系統(tǒng)，即將任務分配給系統(tǒng)中每個現(xiàn)場處理器，免除因系統(tǒng)內(nèi)某個設備的損壞而影響整個系統(tǒng)的運行。

方便性：系統(tǒng)可容納無土栽培生產(chǎn)中不同階段的、的不同需要。并綜合各系統(tǒng)資料，顯示于操作員終端，方便管理。?

經(jīng)濟性：系統(tǒng)中的現(xiàn)場處理器足夠應付日后技術的快速發(fā)展，現(xiàn)階段的投資可以得到充分利用及保護。

擴展性：系統(tǒng)具有可擴充性，以便將來擴展網(wǎng)絡服務范圍的需要。系統(tǒng)可在日后任何地方加插現(xiàn)場控制器及操作員終端而不影響本系統(tǒng)操作。

開放性: 系統(tǒng)采用開放式結構,在分站與現(xiàn)場子站之間采用開放式的國際標準BACnet協(xié)議。

?

三、系統(tǒng)使用

1、登錄系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用B/S架構，用戶只需通過瀏覽器進入管理系統(tǒng)，登陸系統(tǒng)網(wǎng)址為http://xt.zeiot.top。用戶通過分配的用戶名密碼進行登陸管理。

?

2、監(jiān)測界面

易云系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控界面可以顯示所以監(jiān)控點的實時數(shù)據(jù)，傳感器數(shù)據(jù)數(shù)值，設備器開關狀態(tài)等。點擊監(jiān)控點，可以查看此監(jiān)控點一定時間內(nèi)的數(shù)據(jù)變化曲線。

如有需要，用戶可以地圖場景、模擬場景、軌跡查詢、實時位置等監(jiān)測界面查看相應的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3、設備控制

在監(jiān)控界面選擇“控制”項目，可以顯示所有連入系統(tǒng)的可控制設備及設備目前所處的狀態(tài)，用戶改變設備狀態(tài)對設備進行遠程控制。

（1）數(shù)值控制

????? 當前顯示為數(shù)值，點擊參數(shù)可修改。

如當風扇轉(zhuǎn)速為92時，無土栽培室內(nèi)CO2含量偏低，用戶需要將風機轉(zhuǎn)速降低，此時用戶只需在發(fā)送框中手動輸入50，單擊發(fā)送完成指令發(fā)送，即可遠程控制將風機轉(zhuǎn)速降低至50。

（2）多狀態(tài)控制

如無土栽培室內(nèi)光照度不足，用戶需要打開補光燈補充光照，只需點擊“補光燈”控制點，再選擇“弱光”，即可為室內(nèi)進行弱光程度的補光。

（3）開關控制

如營養(yǎng)液液位較低，需要開啟水泵補充營養(yǎng)液時，用戶點擊“水泵”控制卡，在開關控制中點擊開啟，即可遠程控制水泵開啟補充營養(yǎng)液。（若用戶未設置自動控制功能，則需要手動控制關閉）

4、其他使用方式

詳見說明書

?

四、設備情況

1、傳感器類：

溫濕光照度傳感器：可以實時監(jiān)測室內(nèi)溫濕度及光照度

CO2濃度傳感器：可以實時檢測室內(nèi)CO2濃度

基質(zhì)溫濕度傳感器：檢測培養(yǎng)基質(zhì)的溫度含水量等

營養(yǎng)液PH值傳感器：實時檢測營養(yǎng)液PH值

營養(yǎng)液含氧量傳感器：實時檢測營養(yǎng)液內(nèi)氧氣含量

營養(yǎng)液液位傳感器：實時檢測營養(yǎng)液液位（檢測營養(yǎng)液多少）

無土栽培過程監(jiān)控中需要的其他傳感器

2、多功能數(shù)據(jù)收集終端

875GGC，支持目前市面上大多數(shù)傳感器設備，可以將RS485信號轉(zhuǎn)化為GPRS信號傳遞到服務器

3、中繼器

（CON993FN可編程物聯(lián)網(wǎng)控制器可以代替2、3兩個）

4、根據(jù)用戶需求添加的其他設備

?

五、系統(tǒng)優(yōu)缺點

1、系統(tǒng)優(yōu)點：

（1）實現(xiàn)了無土栽培設備的遠程監(jiān)測和控制

（2）使用GPRS時設備消耗較低，無論距離多遠，只要有GPRS信號即可實現(xiàn)遠程監(jiān)控

（3）系統(tǒng)開放性高，可以對接市面上大多數(shù)數(shù)據(jù)采集設備，用戶可以根據(jù)需要增減監(jiān)測無土栽培過程中的其他數(shù)據(jù)的傳感器

（4）可以記錄用戶每個操作，便于用戶調(diào)整控制策略

2、系統(tǒng)缺點：

（1）若使用藍牙或LoRa通信，通信距離有限制（100M-11500M）

（2）用戶監(jiān)測點過多時，成本隨著傳感器數(shù)量增長