農業無土栽培物聯網解決方案

一、概述

1、行業背景

無土栽培是農業現代化的重要組成部分。無土栽培以其高產量、高品質深受現代人喜愛。西方國家無土栽培技術日趨成熟，應用範圍和管理水平也在不斷提高，經濟效益顯著，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，往往難以關註到所有設備的運行狀況；

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

（3）營養液的儲液池設計、安裝不合理，保溫隔熱性差，營養液易變質；

（4）膜水培中，需要定時啟動設備提供營養液，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）營養液的循環利用過程中，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物理及化學堵塞現象，致供液不均勻、作物生長不整齊甚至死苗；

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

（8）基質栽培中有機基質比例過高，一段時間後會逐步腐爛，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，而且需要經常變換滴水位點，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，不利於根據實際情況適度調整設備及基質的用量；

3、解決方式

（1）設備過多：物聯網技術最佳解決手段，不僅可以實時顯示設備運行狀態，還可以根據設定要求自動啟停設備，而且易雲系統可以自動記錄用戶的操作歷史和設定的環境條件，為用戶調整策略提供參考

（2）環境控制：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測並發送到用手中，當環境條件達到限定值時，可以通過物聯網控制器對需要的設備進行控制。

（3）營養液、培養基質質量問題：基質透氣性不佳、培養液變質或滋生細菌等問題，可以使用對應傳感器實時監測基質內的氧氣含量、培養液PH值等，一旦發生異常，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、系統設計及功能

1、拓撲圖

2、系統組成及功能

（1）智能數據檢測模塊

易雲智能數據監測模塊由各式各樣的傳感器組成，如環境溫濕度、營養液PH值、基質含水量傳感器等，也可以根據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；指標數據將通過智能控制箱傳入系統服務器。

（2）易雲智能控制箱

易雲智能控制箱中包含多功能數據采集模塊和通用控制模塊。

數據采集模塊用於采集傳感器數據，並上傳至系統服務器，易雲多功能數據采集模塊可以兼容目前市面上大多數傳感器，包括無土栽培生產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，實現數據與設備的現場監控。

（3）易雲平臺客戶端

易雲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數據監測

智能控制箱中采集到的溫濕度、PH值等傳感器數據以及卷簾機、補光燈等設備的開關狀態等，將以GPRS、WIFI或其他方式傳入服務器，並在用戶平臺的數據監測界面進行實時顯示，以便於用戶隨時掌握無土栽培中的各種狀況。

PC端數據監控界面

②設備控制

設備控制模塊中，平臺向用戶展現所有接入系統的可控設備及當前狀態。用戶可以對設備狀態進行調整，實現遠程控制或自動控制。如開關水泵、調整卷簾機開關狀態等。

③智能提醒、預警、報警功能

用戶可以在系統平臺中提前預設提醒、預警、報警的參數，系統將對無土栽培生產中的各種數據進行科學分析，在達到用戶設定的條件時，可以向客戶發出適當提醒。

如用戶設定適宜作物生長的營養液PH值為5.5-7.2，當傳感器檢測到營養液PH值超過這個限度時，系統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數據存儲、分析模塊

通過易雲智能控制箱上傳的大量數據可以在服務器中進行歸類存儲，並針對特定數據進行統計、分析，最終以曲線圖、柱狀圖、餅圖等形式展現，通對長期數據的相同周期內的對比，為用戶優化無土栽培系統的自動控制方案提供依據。

PC端日測試數據最大值展現

⑤定位功能

易雲平臺支持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，便於用戶全局掌握。

廠房、設備位置實時展示

⑥報表功能

易雲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值狀態，供用戶全面掌握一段時間內的生產狀況，為後期策略調整，設備使用提供依據。

環境數據最大值 日報表

易雲平臺客戶端可安裝於PC端、Pad端、移動端，可以根據用戶需求安裝於用戶設備中，用戶可以在任何客戶端中使用智能管控系統的所有功能，便於用戶在任意時間、地點對系統運行情況進行管控，彌補傳統控制系統監控地點相對固定的不足。

2、系統目標

（1）通過配置系統的軟硬件，實現環境、營養液、培養基質中各種參數的測量，包括但不限於光照、溫度、濕度、PH值、含氧量等，並依據這些數據，實現設備的自動啟停，提供設備運行報告等

（2）監視並顯示所有接入系統的設備的工作狀態，故障時自動報警；

（3）現場自動控制組織的安全調整

（4）根據系統記錄，分析當前和過去運行過程；

（5）提供計算和預測工具，用於優化操作參數並組合，實現設備優化使用。

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，即將任務分配給系統中每個現場處理器，免除因系統內某個設備的損壞而影響整個系統的運行。

方便性：系統可容納無土栽培生產中不同階段的、的不同需要。並綜合各系統資料，顯示於操作員終端，方便管理。

經濟性：系統中的現場處理器足夠應付日後技術的快速發展，現階段的投資可以得到充分利用及保護。

擴展性：系統具有可擴充性，以便將來擴展網絡服務範圍的需要。系統可在日後任何地方加插現場控制器及操作員終端而不影響本系統操作。

開放性: 系統采用開放式結構,在分站與現場子站之間采用開放式的國際標準BACnet協議。

三、系統使用

1、登錄系統

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

2、監測界面

易雲系統的數據監控界面可以顯示所以監控點的實時數據，傳感器數據數值，設備器開關狀態等。點擊監控點，可以查看此監控點一定時間內的數據變化曲線。

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

3、設備控制

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

（1）數值控制

當前顯示為數值，點擊參數可修改。

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

（2）多狀態控制

如無土栽培室內光照度不足，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”，即可為室內進行弱光程度的補光。

（3）開關控制

如營養液液位較低，需要開啟水泵補充營養液時，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：可以實時監測室內溫濕度及光照度

CO2濃度傳感器：可以實時檢測室內CO2濃度

基質溫濕度傳感器：檢測培養基質的溫度含水量等

營養液PH值傳感器：實時檢測營養液PH值

營養液含氧量傳感器：實時檢測營養液內氧氣含量

營養液液位傳感器：實時檢測營養液液位（檢測營養液多少）

無土栽培過程監控中需要的其他傳感器

2、多功能數據收集終端

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

3、中繼器

（CON993FN可編程物聯網控制器可以代替2、3兩個）

4、根據用戶需求添加的其他設備

五、系統優缺點

1、系統優點：

（1）實現了無土栽培設備的遠程監測和控制

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

（3）系統開放性高，可以對接市面上大多數數據采集設備，用戶可以根據需要增減監測無土栽培過程中的其他數據的傳感器

（4）可以記錄用戶每個操作，便於用戶調整控制策略

2、系統缺點：

（1）若使用藍牙或LoRa通信，通信距離有限制（100M-11500M）

（2）用戶監測點過多時，成本隨著傳感器數量增長

使用物聯網技術實現無土栽培中的數據、設備監控