智慧农业监测系统

背景：

2017年10月18日，第十九次全国代表大会上作报告。

农业农村农民问题是关系国计民生的根本性问题，必须始终把解决好“三农”问题作为全党工作重中之重。”这是十九大报告中明确指出的，同时也是第一次明确提出实施乡村振兴战略。“乡村振兴战略”一经提出引发各界强烈反响。

一直强调，没有农业农村现代化，就没有整个国家现代化。新时代“三农”工作必须围绕农业农村现代化这个总目标来推进。建立健全城乡融合发展体制机制和政策体系，加快推进农业农村现代化。

今年上半年，茂名市大力推进农业农村现代化建设，市农业农村局认真贯彻落实中央、省、市关于农业农村工作的部署，以机构改革为契机，以实施乡村振兴战略为总抓手，对标硬任务，落实新要求，谋划新思路，大力推进农业农村现代化建设。茂名市农业农村各项工作取得较好成效。

坚持质效导向，做优做强特色产业。一是坚持高标准严要求，强力推进现代农业产业园建设。通过召开产业园现场推进会、建立局班子挂钩联系督导园区建设制度、加强调研督导等举措，切实加快产业园建设进度。二是突出抓好“一村一品、一镇一业”建设。将该项工作纳入该局年度重点工作，正筹备成立专班专抓。三是加大品牌建设力度。继续组织发动符合条件的产品申报广东省名牌产品（农业类），不断增加品牌数量。

智慧农业监测站产品为提搞农产品产量与质量而生，为更高效，更方便快捷地从事农业生产，释放农业劳动力而生。智慧农业监测站产品通过实时监测农产品生长环境，水、肥、温度、湿度和二氧化碳浓度，为植物创造最优的生长环境，促进植物的光合作用和呼吸、蒸发、能量转换等生理活动。自动保持与改善最优农产品生长环境，从而满足农业生产的需求。

一、系统结构

OWL-NY智慧农业监测站架构基于物联网理念，并结合了“多端显示”的思想，监测硬件设备作为前端，24小时不停电监测现场环境数据，并通过wifi,网口，gprs/4G /NB-iot/zigBee等数据链路往云平台上传数据；云平台24小时全天侯实时，接收、保存，下载、图表显示、智能分析、智能告警提醒（支持5路、电话、短信、微信），用户可以可以通过微信公众号端，电脑端，大液晶电视屏都可以直观查看实时数据，历史数据，数据变化趋势，规律等。

智慧农业监测站监测环境参数不利于环境生长时，自动采取解决措施(也可通过手机端与电脑端强制采取相应的措施)，如光照不足，自动打开日炽灯补光照；CO2不足，自动充气；温度过低，自动开启空调；当大棚温度过高，自动打开卷帘机；土壤湿度不足，自动控制水阀喷水；控制规则可定制，参数可配。

 二、系统功能与特点

OWL-NY智慧农业监测站采用嵌入式技术，可用于测量风速、风向、气温、气湿、气压、全辐射、雨量、蒸发、土壤温度、土壤水份、土壤养分等各类气象数据。系统采用模块化设计，可根据用户需要（测量的气象要素）灵活增加或减少相应的模块和传感器，任意组合，方便、快捷地满足各类用户的需求。 该系统自带显示、自动保存、实时时钟、数据通讯等功能，具有技术先进，测量精度高，数据容量大，遥测距离远，可靠性高的优点。可应用于气象、农业、林业、环境、大中专院校、科研机构或组网于机场、交通运输、军事、水文、极地考察等诸多领域方面气象研究，并适合于野外科研试验应用。

●通过联动空调，水阀，风机，可自动保持与改善最优农产品生长环境

●气象观测支架整体采用碳钢工艺，具有良好的防腐蚀性，可长期运行于各种恶劣的室外环境，适应各种复杂天气。

●系统具有多种供电方式，交直流两用或配太阳能电池供电

●用于对风速、风向、雨量、空气温度、空气湿度、光照强度、大气压力等气象要素进行全天候现场监测。可以通过专业配套的数据采集通讯线与计算机进行连接，将数据传输到气象计算机气象数据库中，用于统计分析和处理。

●由气象传感器、气象数据记录仪、电源系统、野外防护箱和不锈钢支架等部分构成。风速、风向、雨量、大气压力等传感器为气象专用传感器，具有高精度高可靠性的特点。气象数据记录仪具有气象数据采集、气象数据定时存储、参数设定、友好的软件人机界面和标准通信功能，图形数据显示，有线通讯方式，在Windows2000 以上系统环境即可运行,存储数据，数据存储格式为EXCEL 标准格式，可生成气象数据图表，供其它软件调用。

●有线传输方式：通过标准USB/RS485通讯接口，与监测中心PC机有线连接

●无线传输方式：只要可以上网就可通过GPRS/NB/LTE无线传输

●支持TCP/IP、 restful api等多种方式开放相关数据接口，客户可获取数据，做二次开发显示与使用；

●安装支架高度为3m，规范地安装气象传感器。

●可靠的三防设计，防护级别达到IP65级，完善的防雷击、抗干扰等保护措施。

●工作温度为-30℃~80℃，工作湿度0~100%，抗风等级：≤75m/s。

●可以配套多种户内户外型显示屏，显示屏可选单色、双色、全彩屏。

三、技术参数

四、监测原理

●温湿度传感器原理

温湿度传感器的组成部分主要包括湿敏电容和转换电路两部分，湿敏电容是由玻璃底衬、下电极、湿敏材料、上电极等四个部分组成。湿敏电容的两个下电极与湿敏材料，上电极构成的两个电容成串联连接。湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，即当相对湿度增大时，湿敏电容量随之增大，反之减小(电容量通常在48~56pf间)。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化，对应于相对湿度0~100%RH的变化，传感器的输出呈0~1v的线性变化。

●大气压传感器原理

大气压传感器主要的传感元件是一个对压强敏感的薄膜，它连接了一个柔性电阻器。当被测气体的压强降低或升高时，这个薄膜变形，该电阻器的阻值将会改变。电阻器的阻值发生变化。从传感元件取得0-5V的信号电压，经过A/D转换由数据采集器接受，然后数据采集器以GPRS/RS485形式把结果传送给云平台/LED显示屏。

●风速传感器原理

风速传感器由风杯、传感器主体、电路模块、传输电缆等装置构成。风速传感器的风杯通常由高耐候性、高强度、防腐蚀和防水金属制造，可适应恶劣环境;电路模块具有极可靠的抗电磁干扰能力和高低电压保护能力，可确保主机在-30℃~80℃，湿度0~100% 的环境中正常工作。由传感器风杯转动带动传感器轴承转动，再由光电转换进行数字量化处理，从而计算出风速值（m/s ，1m/s = 3.6 km/h）。

●风向传感器原理

光电式风向传感器的核心采用绝对式格雷码盘编码(四位格雷码或七位格雷码)，利用光电信号转换原理，可以准确的输出相对应的风向信息;电压式风向传感器的核心采用精密导电塑料传感器，通过电压信号输出相对应的风向信息;电子罗盘式风向传感器的核心采用电子罗盘定位绝对方向，通过RS485接口输出风向信息。

●数据采集器原理

数据采集器是系统重要组成部分，数据采集系统整合了信号、传感器、激励器、信号调理、数据采集设备和应用软件。当系统从前端传感器监测的数字信号和模拟信号时，数据采集器采集数据通过采集器处理成数字信号通过DTU传送到上位机进行分析统计处理。

●GPRS数据传输协议接口

采用协议

TCP协议->data-6100,使用GPRS网络传输数据时使用。

ModBus协议->data-6100,设置参数时使用。

HJ/T212 -2017数据传输

●通信接口（RS485接口）

通信规格：

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

数据格式：8bit数据位，1bit停止位、校验位（奇、偶、无）     

五、安装说明

（一）可能需要配合做预埋件

安装前会遇到的两种情况：

1．需安装的位置为泥土地。

2．需安装的位置为硬化水泥地。

针对情况一，我们需要做预埋件。

●预埋件的做法

确认安装前，甲方需提前做好设备立杆安装预埋基础施工，包含如下：

所需材料：锄头，铲，1000密码PVC线管，引线、剪线钳，薄膜， 水平尺，沙子，石子，水泥。

1.挖好深800mm*长500mm*宽500mm的坑。

2.施工时要用剪1000mm左右的PVC管并拉好引线，在预埋的的管口预先用透明胶或其它材料封口，以防止混凝土浇捣时混凝土 漏入预埋管中，造成预埋管堵塞。

3.钢筋笼的螺丝螺母垫片部分用薄膜或其他东西包好。

4.把沙子，石子，水泥按2：2：1搅拌均匀后把混凝土倒入坑内，同时放入钢筋笼，确保钢筋笼与水平面平行，即用水平尺在基础顶板垂直两个方向测量，观察其气泡必 须居中；监控立杆预埋件基础混凝土浇捣必须密实，禁止混凝土有空鼓。

5.埋到3/4的时候放入做好的PVC线管，混凝土必须要养护一段时间，以确保混凝土能达到一定的安装强度。

6.钢筋笼由本公司配备，提前发给客户。

例图：

针对情况二，我们需要用到膨胀螺丝

膨胀螺丝的使用条件必须是200mm厚的水泥地。

如果安装位置的地方没有200mm的厚度：

1.移到合适厚度的地方。

2.如果无法移动，安装完成后甲方因及时加固，若甲方没有及时加固，因不可抗拒自然灾害或人为因素造成设备损坏等后果，乙方不承担相应的责任。

3.本公司膨胀螺丝标配的规格为16*200mm（考虑台风天气）。

4.膨胀螺丝随货发出。

（二）配合接电

1.甲方应在设备安装前提前接好电压稳定的AC220V的电，最好是靠近设备安装地点最近的供电箱取电，线材应取用3*1.0的线材，从供电箱到设备应预留1000mm的长度，

2.立杆自带接地接口，每一根金属立杆都必须接地，其接地电阻小于４欧；各立杆基础具体数据视现场 施工需要为准。

例图：

（三）涉及非标项目甲方应积极及时配合乙方做好设备安装过程中的施工工具供应。

（四）设备安装后，为了保证设备的长期稳定运行及后期的设备升级，甲方应配备一名设备养护人，在乙方的培训下进行对设备的养护，养护人需懂得基本的电路知识。六、设备通讯方式

OWL-NY智慧农业监测站是EPEX专为环境监测而开发的大气负氧离子自动监测站。主要安装于野外的气象监测仪，数据传输主要以： GPRS数据传输网络、数据接收服务器、客户机（服务器和客户端可为同一台电脑）等组成。

OWL-NY智慧农业监测站将监测到的负氧离子浓度数据等，通过GPRS传输网络经过Internet发送到接收数据的服务器上，并且自动将数据保存并写入数据库，客户端可以通过浏览器查看数据等。客户可以通过接收软件和短信控制的方式监控气象监测设备。

六、软件系统

支持设备多种状态分类管理

1. 云平台介绍

智慧农业监测站WEB主页发布及查询软件是集于多名高级工程师历时多年的成果，有着实用性强，易操作，数据实时性强等优点。具备多种对比方式查询，具有良好的数据对比效果。主要分两大块：资料查询和系统管理。（登陆后台）

1．支持大屏 监管展示；

2．支持点位数据轮播

3．支持大液晶屏显示

4．支持多点轮询展示

5．多站查询：此功能主要用于多台设备进行数据对比查询；

6．历史查询：历史查询主要用于查询设备某天或某小时的数据曲线查询及报表下载；

7．曲线分析：曲线分析是用于分析一个时间段内的要素变化，可以在曲线上进行拖动；

8．站点管理：这个功能是用于添加或更改站点；
    5、电子地图：在线状态，离线状态；

9．实时数据：实时数据查询，小时平均值，日平均值数据统计，最大值最小值统计。

2. 多维展示

①　具备大屏监管端展示效果

实时统计所有 监测点的数据，状态，紧急情况可迅速定位。

②　具备项目各个监测点数据轮番播放的功能

③　支持液晶屏显示

桌面版，web, 大屏，安卓平板和手机，iphone, ipad可查看。

大屏系统组成的元素有：物联网设备数据信息，地区定位，日期，天气预报，生活指数预报，天气预警，UI等组成；下面对各个部分进行详细介绍：

提供液晶屏与Led屏、同步屏等多种方式显示可在展厅，宣传区，通过液晶电视大屏显示数据，系统具备C/S架构，具备超强设备类型接入兼容能力，可接入水产养殖监测设备，可燃气体监测设备,扬尘环境监测设备，气象设备等类型的数据；整个系统由大屏系统与小屏系统组成，客户通过本系统，即可查看物联网系统中的各种数据与信息。

本系统支持55寸液晶电视，10.1寸平板同时显示数据，一大一小，大屏可用于监管大屏展示；10.1寸小屏数据显示可放置于监管人员桌面使用，高端大气，富含科技感。下面分别对大屏系统与小屏进行介绍。

3. B/S平台

1） 打开电脑所使用的浏览器，在地址栏输入网址

2） 用户输入所购置的设备账号密码，点击登录

3）进入页面点击ID号显示如下：

4）功能选项（3）分实时监测、实时数据、分析统计、排行榜、警告、数据导出及用户中心等，登录后默认显示实时数据，可查看设备列表信息栏（4）：小窗右推箭头可扩展部分信息，设备状态（5）：可查看设备的在线（地图定位图标显示蓝色）、离线（地图定位图标显示红色）、报警（地图定位图标持续跳动）和设备定位（6），登出(7)；

5）实时数据：选择设备（8）即可查看设备信息、实时数据、国控数据、最近7天的数据、视频监视画面（9）选择设备（8）选择分析统计（10），点击类型选择查看日环比、月环比数据（11），点击监测因子可以选择查看监测参数（12），选择时间范围（13）再点击查询可查看相应的数据如：参数的小时平均值曲线图，当日平均值、最大值和最小值曲线图，当月平均值（14）。

注：以上需安装有摄像头，方能查看视频监视两面。

6） 数据导出（15）：选择传感器栏用户需要下载的参数（默认所有参数已勾选），选择时间范围、选择设备（16），点击下载（17）可查看所选参数的时刻数据上传值。

7） 告警（18）：实时告警（18），当设备当前所检测的某一个参数超出范围时就会提示“超测上限”。历史告警（19），选中想要查看的设备，选择时间范围，点击查询可查看到超测上限的时间。

8） 用户中心：可以更改账号的密码。

9） 微信公众号（订阅号）的使用，微信搜索并关注，登录设备账号，选择设备可查看实时数据，历史数据，报警信息和设备信息。

4. 可接入阿里云iot物联网平台

5. 微信端介绍

软件背景：

智能云数据分析软件，基于大气污染网格化监测系统，向客户展示实时监测数据、及最近48小时历史数据、最近30天日平均历史数据、设备在线状态并推送超标报警信息，综合分析管理数据，可实现远程查看了解设备所在区域的环境污染情况。为用户提供精准稳定、有保障的参考信息，及时有效地对辖区内的大气污染状况进行诊断。

软件功能：

●实时数据：智能云实时展示设备当前的各项大气监测指标污染值及设备的在线状态，数据更新周期为3分钟；智能云是一款数据接收、保存、显示、分析、管理的专业数据分析软件。

●历史数据：通过历史数据曲线分析图，可直观快速读取到设备的历史数据变化趋势和最近30天的日平均数据；

●超标报警：可根据环保局管理需要设置阀值，超过规定浓度后进行报警，以便于管理部门快速响应，进行污染源排查并实施管控措施，超标报警提醒周期为10分钟，可查询告警通知历史；

●设备管理：可查看设备是否在线、用户单位信息及地理信息。

智能云优势：

●简单、方便：代替了app，不需要安装任何软件，不需要担心版本兼容和更新的问题，凡是能使用微信的手机，关注我司微信公众号，不管是android系统，还是ios系统都可以使用；

●人性化：代替了短信报警提醒功能；设备报警时能及时地像短信一样通知手机用户，及时预警，避免罚单。甚至当环境比较污染，持续报警情况下，默认反复提醒，时间间隔为10分钟。不需要像短信报警，每次报警都会用户存入一条短信，然后每次都需要手动删除短信的繁琐操作，报警记录可查；

●功能更强大：如果设备属于喷淋设备，用户可远程控制设备喷淋，提前降尘；

●微信端可以接收反馈意见到公司公众号管理者。

智能云微信端：扫下方二维码关注我司公众号，点“我的设备”输入账号、密码，即可查看设备在线实时数据。

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最近48小时历史数据曲线分析图     最近30天平均数据曲线分析图  

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6. 环境紧急情况预警

普通级别预警：微信公众号告警

危险级别预警：智能电话语音通知

智能告警提醒（支持告警电话语音提醒（固定的来电号码）、短信、微信）

            电话预警提醒                 短信预警提醒

电话预警提醒（视频）

7. 上位机介绍

上位机可实时查看数据、到处历史监测数据、设定报警阈值。

七、部分相关案例

深圳市石岩上屋小学科普型智慧农业监测站顺利安装完毕

碧桂园集团顺德分公司智慧农业监测站监测设备

汕湛高速公路华阳管理中心