物联网系列专业课程之：智慧农业系统设计

Internet+EducationSolutions智慧农业系统设计中智讯（武汉）科技有限公司EducationSolutions目录ContentsInternet+智慧农业系统架构与设计智慧农业系统基本功能设计智慧农业系统拓展功能设计智慧农业系统综合设计16:39/3智慧农业是什么智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。16:39/4智慧农业有什么优势智慧农业提高农作物产量提高生产效益降低生产成本减少环境消耗16:39/5市场分析1.全球人口越来越多，粮食缺口逐年增大；2.为远离饥饿，通过技术提高粮食产量刻不容缓。危机推动农业技术发展1.落后国家通过技术提升粮食产量远离饥饿；2.富余粮食通过出口促进国家经济增长。粮食出口加速经济增长智慧农业现状16:39/6水稻、高粱、小麦、玉米、土豆等作物粮食各种蔬菜瓜果的等作物蔬果水产动植物、海产动植物等水产猪、牛、羊、鸡等肉禽蛋类养殖肉禽农业分类橡胶、棉、麻、丝织品等经济作物材料16:39/7行业分析当前国内农业的发展状况谷物种植年年增产、大规模承包费用高昂。蔬果种植生长周期短，种植灵活，反季节蔬菜更受欢迎。水产养殖产量大，收益好，但操作灵活度差。禽畜养殖不同牲畜包含多种养殖技巧，且易受病害。经济作物规模化种植产业，地理限制大，入行门槛高。16:39/8需求分析高效可靠的智能大棚设计需求了作物生长环境信息对作物的生长环境实施精确的保障实时了解作物环境通过人工干预使大棚内作物的生长环境达到最佳状态人为干预环境变化通过对不同作物制定不同的生长环境规划，提高大棚灵活性大棚环境自动调节通过对作物的长势实时监测达到对作物长势的实时把握实时观测作物生长16:39/9方案设计01大棚环境采集实时监测大棚环境并提供数据服务02大棚设备控制提供设备实时控制服务，并提供设备状态信息03作物摄像监控能够实时调用摄像头对大棚内作物实施观察04大棚环境调节提供大棚环境智能调节06数据平台服务提供历史数据查询和设备实时监测服务大棚需求实时了解作物环境人为干预环境变化自动调节生长环境可实时观察作物生长05作物场景配置提供多种作物生长环境信息，为环境调节提供参考根据大棚需求提炼设计方案16:39/10功能分析设计方案环境采集设备控制摄像监控环境调节作物场景数据服务环境监测系统电器控制系统场景模式系统历史查询系统功能选项系统联动控制系统摄像监控系统16:39/11原理分析环境监测设备管理摄像监控环境调节作物场景数据服务环境监测系统视频监控系统电器控制系统场景模式系统历史查询系统功能选项系统联动控制系统传感器采集环境信息并上传服务器设计方案切换人工控制模式对设备进行控制使用无线IP摄像头实时采集图像通过配置环境阈值实现环境调节通过配置场景设组实现模式切换提取历史数据并在插件中展示配置用户信息获取用户权限16:39/12数据接口软件结构功能选项实时数据UI设计历史数据图像数据设备管理环境监测历史查询视频监控联动控制作物场景16:39/13关键技术本地设备远程设备基于ZigBee网络的智能无线设备通过安卓App对智慧农业控制平台实施管理基于MQTT技术的智慧网关及物联网中间件云服务平台网关通过web登录智慧农业控制平台实时管理通过本地网关调试软件对智慧农业设备实时管理Zigbee技术嵌入式技术Android技术HTML5技术16:39/14设备选型智慧农业系统设备选型应满足以下需求接口匹配：传感器设备的接口能够较好的与系统设计接口兼容。高可用性：设备具有单点失效保护，当设备失效时不会对设备造成影响。高拓展性：传感设备能够较好的支持系统后期的升级拓展。高安全性：传感器设备要能够长期稳定的工作，具有极低错误特性。高可维护性：维护便捷简单，尽量减少进行故障修复、系统扩展耗时。适合性价比：在满足需求并符合上述原则的前提下，保证质量降低成本。16:39/15传感器选型结果环境监测传感器HTU21D（温湿度）、BH1750（光照度）、MQ-135（空气质量）。可燃气体检测传感器MQ-2（多指标可燃气体检测）。门禁传感器设备Y-13R（RFID阅读器）。警报措施类设备小型轴流风机（换气扇）、无缘蜂鸣器。有限环境调节设备窗帘电机、RGB脉冲变色灯、单色LED灯。16:39/16软件数据通信协议设计•温湿度•光强度•丝杆电机•按键节点一•RGB彩灯•风扇•RFID•按键节点二•LED灯•空气质量•燃气•蜂鸣器•按键节点三设备属性参数权限说明节点一温度值A0R温度值，浮点型：0.1精度湿度值A1R湿度值，浮点型：0.1精度光强值A2R光强值，浮点型：0.1精度丝杆电机的开关状态D1(OD1/CD1)R(W)D1的Bit0表示电机的状态，0为关闭，1为打开节点二RFID卡号A0RID卡号，字符串RGB灯和风扇的开关状态D1(OD1/CD1)R(W)D1的Bit0表示RGB灯1的状态，Bit1表示RGB灯2的状态，Bit2表示风扇的状态；0为关闭，1为打开节点三空气质量值A0R空气质量值，浮点型：0.1精度燃气报警状态A1R数值，0（正常态）或者1（报警态）变化LED灯的开关状态D1(OD1/CD1)R(W)D1的Bit0~Bit3分别表示4路LED的状态；0为关闭，1为打开蜂鸣器D1(OD1/CD1)R(W)D1的Bit4表示蜂鸣器状态；0为关闭，1为打开EducationSolutions目录ContentsInternet+智慧农业系统架构与设计智慧农业系统基本功能设计智慧农业系统拓展功能设计智慧农业系统综合设计16:39/18系统UI设计系统UI设计的表现方式分为两个方面，这两个方面分别是UI整体设计和UI细节设计。UI整体设计直接与软件框架结构设计相对应、UI细节设计则是辨识数据本身含义的重要方式。16:39/19系统数据处理系统数据处理分为三个部分通过配置ID&KEY和调用智云API接口获取智云数据服务。通过解析数据包中的关键字符对数据来源进行识别。通过使用ZXBee协议和数据通道定义实现数据查询和设备控制。配置信息获取服务配置ID&KEY实时数据历史数据用户数据解包获取数据来源TYPEMACA0、D0、D1查询数据控制设备{CD1=x,D1=?}{A0=?,A1=?}{V0=x,V0=?}16:39/20环境采集系统设计环境监测系统为智慧大棚系统提供大棚内环境感知服务。通过采集和汇总环境采集类传感器的采集到的环境数据，并将数据以UI设计的方式展示在用户面前为用户提供实时的大棚内环境数据参考，并为智慧农业系统中的联动控制逻辑提供数据支持。智云API数据接口对获取的实时数据进行解析将数据与传感器MAC进行匹配获取到Android数据显示标签将数据显示在标签上16:39/21环境采集系统实现环境采集系统效果如下图所示16:39/22设备控制系统设计设备控制系统为智慧农业系统提供大棚设备人工控制服务。通过主动发送控制指令控制受控设备工作，并将获取到的受控状态信息以UI设计的方式展示在用户面前，为用户提供实时的大棚环境下的控制设备状态参考。设备控制系统智能控制模式受控设备人工控制模式模式切换系统自动控制人为手动控制16:39/23设备控制系统实现设备控制系统效果如下图所示16:39/24历史数据系统设计历史数据系统为智慧农业系统提供数据查询服务，历史数据系统可以查询大棚内部的不同环境参数的历史数据，这些历史数据通过调用智云数据接口可以获取，将获取的环境历史数据通过插件显示在上，管理员可通过这些环境历史数据为后期作物生长环境调整做出参考。智云API数据接口选择数据通道选择历史数据时间范围点击获取历史数据曲线将信息显示在标签上16:39/25历史数据系统实现历史数据系统效果如下图所示EducationSolutions目录ContentsInternet+智慧农业系统架构与设计智慧农业系统基本功能设计智慧农业系统高级功能设计智慧农业系统综合设计16:39/27高级功能概述软件设计分为两个层次。低层次设计为简单逻辑设计。高层次设计为资源整合、远程资源服务。资源整合、全局策划简易逻辑、单项交流硬件支撑、数据获取16:39/28摄像监控系统设计生长管理系统作用是对农作物生长情况的管理，通过对农作物拍照获取农作物的生长状态信息可以得知农作物在一段时间内的生长状态，通过对生长状态的分析对农作物后期的生长环境配置所处科学合理的调整以提高产量或减少误操作产生的效益损失。16:39/29摄像监控系统实现摄像监控系统效果如下图所示16:39/30联动控制系统设计联动控制系统为智慧农业系统提供大棚设备联动控制服务。通过人工配置所需要的大棚内环境参数，联动控制系统会通过主动发送控制指令控制受控设备工作影响大棚内的环境变化，使大棚内的环境达到人为的设定参数。设定环境数据实时环境数据比对数据信息查询环境信息调用受控设备调节大棚环境16:39/31联动控制系统实现联动控制系统效果如下图所示16:39/32本地数据功能配置系统设计功能配置系统为系统提供实时的智云数据服务。通过配置有效的用户ID和KEY获取智云数据服务，智云数据中心可为智慧农业系统提供环境采集系统、设备控制系统、联动控制系统、历史数据系统等所需要的数据信息，通过获取到数据服务才能进行智慧农业系统的进一步操作。远程应用数据流数据流16:39/33功能选项系统实现功能选项系统效果如下图所示EducationSolutions目录ContentsInternet+智慧农业系统架构与设计智慧农业系统基本功能设计智慧农业系统拓展功能设计智慧农业系统综合设计16:39/35智慧农业综合运用设计智慧农业系统功能整合系统UI整合统一页面设计风格。合理布局页面信息。删除UI设计冗余部分内容。系统后台数据处理整合整合Activtiy和Layout文件。整合数据服务信息共享。优化页面跳转和页面数据存储。删除冗余代码。汇总系统权限。16:39/36智慧农业调试智慧农业系统调试标准软件能够正常运行查看各页面信息布置是否合理填写ID&KEY信息查看数据是否接入软件各个页面数据显示是否正常当大棚内环境超出控制范围时报警是否可以控制设备开关历史数据是否能够正常获取实时图像是否可以正常调用设备联动控制是否凑效16:39/37智慧农业调试效果16:39/38基于WebApp的应用体验以实训工位硬件为数据支持的综合性智慧大棚项目展示如下Internet+EducationSolutionsEND