参赛信息

林果园区信息动态感知和无线远程控制系统

项目介绍

本项目针对我国农业园区存在的“信息化程度较低、粗放式经营管理”等问题,立足于西安市现代果业技术推广中心,以“林果园区信息动态感知和无线智能控制系统的研制”为主要研究内容,提出以数据为核心,以物联网技术、移动通信技术、LoRa扩频传输技术和WEBGIS等技术为基础的农业生产过程信息感知、无线传输、智能控制和精准管理方案。该方案主要适用于园区信息化管理,主要产品包括小型太阳能供电子系统、田间小气候监测子系统、分层土壤墒情监测子系统、远程无线节水灌溉子系统、数据无线传输子系统和移动终端数据可视化展示与控制子系统等。产品具体介绍如下:
(1)太阳能供电子系统:研制太阳能供电子系统,由太阳能立杆、太阳能电池板、蓄电池组等组成一套智能节水灌溉系统节点。利用大容量蓄电池对园区电磁阀井内的以色列伯尔梅特脉冲式电磁阀、节水灌溉子系统和土壤墒情监测子系统等进行供电,在阴雨天连续使用,可工作3-5天。
(2)田间小气候监测子系统:田间小气候站采用主站和分节点的星型拓扑结构设计,主站测量风向、风速、温度、湿度等要素,分节点可测量土壤温度、土壤湿度等其他要素。分节点通过无线ZIGBEE/433MHz等方式将数据定时传送至主站,由主站统一实现存储、上传等功能。主站配有4G模块,可实现无线现场读数。整套系统采用模块化设计,由无线通讯模块将数据传输到软件系统中,实现实时监控、数据收集、异常预警和天气预报功能。中心软件系统通过对各气象数据的分析,寻找改善作物生长环境条件的措施,预防和减轻气象灾害,提高农作物的产量和质量。
(3)分层土壤墒情监测子系统:研发土壤墒情监测子系统可以完成分层土壤墒情信息实时监测、远程上传、数据存储等功能。
(4)远程无线节水灌溉子系统:研制的节水灌溉子系统由脉冲式电磁阀、田间控制终端、无线中继、手持控制端及上位机监控系统等子模块构成。手持端设备可对各灌溉分区的实现远程操作;上位机监控中心可以根据采集的田间土壤湿度等信息进行算法评估,计算出各区的灌溉用水量,可由用户根据实际需求选择四种控制模式(定时控制、轮询控制、自适应分区控制、点对点精准控制),实现土壤的适时适量灌溉。
(4-1)田间无线控制器
主要负责接收并处理无线中继发出的无线控制指令然后驱动脉冲电磁阀产生动作。田间控制器硬件电路主要由LM2596降压稳压电路、2路继电器驱动电路、LoRa无线模块驱动电路构成。

(4-2)手持控制端
主要负责发送控制指令以及接收田间控制器或者无线中继反馈的指令。手持控制端硬件电路主要由STC89C52主控制芯片电路、LM2596降压稳压电路、24路开关电路、LoRa无线模块驱动电路、数码管显示电路、语音播报电路等构成。

(4-3)土壤墒情监测模块
监测土壤墒情,同时将数据传回机房,或者物联网云平台,确定灌溉量和灌溉时间,整个系统采用的SMTS-II-U新一代土壤水分温度传感器,采用进口环氧树脂,优质不锈钢,更耐酸碱腐蚀,钢针隔离,永不电解。

(4-4)温湿度传感器控制板
温湿度传感器控制板主要负责实时监测土壤温湿度信息,并将土壤温湿度数据实时上传至物联网云平台进行显示。主要由STC15W4K16S4主控制器电路,LM2596降压稳压电路,SIM900A模块以及土壤温湿度传感器驱动电路组成。
(5)数据无线传输子系统:研发由LoRa扩频的无线模块(433MHz)构建的无线传感网络,各个模块间的通信距离在10km以上。研发的节点组网协议,使得每个控制终端和墒情监测终端都可以在系统上电时刻,就可以自组织加入到网络。在数据传输协议中加入CRC校验和FEC前向纠错算法,确保无线传输过程中数据的可靠性。


移动终端数据可视化展示与控制子系统:APP软件采用Java编程语言、网络数据聚焦爬虫策略和LAMP(Linux、Apache、MySQL和PHP)框架,并借助Android操作系统、阿里云ECS和百度MTC等平台,实现了林果园区环境要素信息实时监测、动态加载和可视化显示等功能。

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