智慧农业系统设计方案（39页 PPT）

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智慧农业系统设计 Internet+ Education Solutions ● 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 目录 Contents Education Solutions Internet+ ● 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。 智慧农业是什么 16:39 / 3 16:39 / 4 智慧农业 智慧农业有什么优势 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 危机推动农业技术发展 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。 粮食出口加速经济增长 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。 16:39 / 5 市场分析 智慧农业现状 4 - a w 16:39 / 6 蔬果 各种蔬菜瓜果的等 作物 肉禽 猪、牛、羊、鸡等 肉禽蛋类养殖 材料 橡胶、棉、麻、丝 织品等经济作物 水产 水产动植物、海产 动植物等 粮食 水稻、高粱、小麦、 玉米、土豆等作物 农业分类 ● 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 / 7 行业分析 人为干预环境变化 通过人工干预使大棚内作物 的生长环境达到最佳状态 实时观测作物生长 通过对作物的长势实时监测 达到对作物长势的实时把握 实时了解作物环境 了作物生长环境信息对作物的 生长环境实施精确的保障 大棚环境自动调节 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 16:39 / 8 需求分析 ● 高效可靠的智能大棚设计需 求 大棚环境采集 实时监测大棚环境并提供数据服务 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 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 大棚环境调节 提供大棚环境智能调节 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 数据平台服务 提供历史数据查询和设备实时监测服务 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 16:39 / 9 根据大棚需求提炼设计方案 0 1 0 2 0 3 0 4 方案设计 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 16:39 / 10 功 能 选 项 系 统 历 史 查 询 系 统 场 景 模 式 系 统 联 动 控 制 系 统 摄 像 监 控 系 统 电 器 控 制 系 统 环 境 监 测 系 统 功能分析 传感器 采 集环境信息并上传服务器 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 / 11 原理分析 环境调节 设 计 方 案 设备管理 电 器 控 制系统 作物场景 历史查询系统 功能选 项 系统 环境监测系统 视频监控系统 联动控制系统 场景模式系统 数据服务 摄像监控 环境监测 UI 设计 数据接口 功能选 项 16:39 / 12 历史查询 作物场景 设备管理 联动控制 环境监测 视频监控 软件结构 实时数据 历史数据 图像数据 Zigbee 技术 嵌入式技术 Android 技术 HTML5 技术 16:39 / 13 基 于 ZigBee 网 络 的 智能无线设备 网关 基于 MQTT 技术的智慧网关 及物联网中间件云服务平台 关键技术 通过本地网关调试软件对 智慧农业设备实时管理 通过 web 登录智慧农 业 控制平台实时管 理 通过安卓 App 对智慧 农 业控制平台实施管 理 本 地 设 备 远 程 设 备 ● 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 / 14 设备选 型 ● 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 / 15 传感器 选 型结 果 16:39 / 16 设备 属性 参数 权限 说明 节点一 温度值 A0 R 温度值 ，浮点型： 0.1 精度 湿度值 A1 R 湿度值 ，浮点型： 0.1 精度 光强值 A2 R 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 A0 R ID 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 A0 R 空气质量值 ，浮点型： 0.1 精度 燃气报警状态 A1 R 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 n 节点一 • 温湿度 • 光强度 • 丝杆电机 • 按键 n 节点二 • RGB 彩灯 • 风扇 • RFID • 按键 n 节点三 • LED 灯 • 空气质量 • 燃气 • 蜂鸣器 • 按键 软件数据通信协议设计 ● 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 目录 Contents Education Solutions Internet+ ● 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 / 18 系统 UI 设计 配置信息获取服务 解包获取数据来源 查询数据控制设备 ● 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。 16:39 / 19 系统数据处理 配 置 ID & KEY A0 、 D0 、 D1 {CD1=x,D1=?} {V0=x,V0=?} {A0=?,A1=?} TYPE MAC 实时数据 用户数据 历史数据 ● 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。 16:39 / 20 环境采集系统设计 获取到 Android 数据显示标签 将数据与传感器 MAC 进行匹配 对获取的实时 数据进行解析 将数据显示 在标签上 智云 API 数据接口 ! ↓ ↓ 16:39 / 21 环境采集系统实现 ● 环境采集系统效果如下图所 示 ● 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。 16:39 / 22 设备控制系统设计 人工控制模式 智能控制模式 设备控制系统 受控设备 人为手动控制 系统自动控制 模式 切换 16:39 / 23 设备控制系统实现 ● 设备控制系统效果如下图所 示 ● 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。 选 择数据 通道 点击获取历史数 据曲线 选 择历史数据 时 间范围 将信息显示 在标签上 16:39 / 24 历史数据系统设计 智云 API 数据接口 ! ↓ ↓ 16:39 / 25 历史数据系统实现 ● 历史数据系统效果如下图所 示 ● 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 目录 Contents Education Solutions Internet+ 资源整合、全局策划 简易逻辑、单项 交流 硬件支撑、数据获取 ● 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 。 16:39 / 27 高级功能概述 ● 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 / 28 摄像监控系统设计 16:39 / 29 摄像监控系统实现 ● 摄像监控系统效果如下图所 示 ● 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。 16:39 / 30 联动控制系统设计 比对数据信息 查询环境信息 设定环境数据 实时环境数据 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 ● 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 本地数据 16:39 / 32 功能配置系统设计 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 ● 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 目录 Contents Education Solutions Internet+ ● 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 / 35 智慧农业综合运用设计 ● 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 / 36 ● 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 智慧农业调试 16:39 / 37 智慧农业调试效果 16:39 / 38 基于 Web App 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 END Internet+ Education Solutions