农业智能化大棚控制、溯源系统设计方案和对策

生态农业智能温室大棚监测、溯源及控制系统

设

计

方

案

xxxxxxxx有限公司

目录

背景 (4)

一：客户需求 (4)

二：系统结构及控制模式 (6)

三：现场数据采集与控制功能 (7)

四：监测软件数据平台 (9)

五：功能应用 (10)

六：农产品溯源系统 (10)

七、条码仓储管理系统(WMS) (12)

八、商品盘点 (15)

背景

温室智能控制系统是利用环境数据与作物信息，指导用户进行正确的栽培管理。物联网温室环境监测系统可广泛应用于农业、园艺、畜牧业等领域，在需要特殊环境要求的场所实施监控和管理，为实现对生态作物的健康成长和及时调整栽培、管理等措施提供及时的科学的依据，同时实现监管自动化。

近年来，随着温室大棚化种植、工厂化育秧和设施栽培等农业生产技术的广泛应用，快速准确地环境参数的收集和分析就成为现实的需求，利用计算机技术对相应的农业气象参数进行采集，则一方面可及时了解作物生长的环境参数，另一方面也可根据采集的参数控制大棚环境的调节从而为农作物的生长提供适宜的生长环境。由于温室内的湿度、温度等环境条件不适合于普通PC 机工作，故这里选用单片机进行数据采集，而采集的数据可通过串口发射接收设备传送给上位PC 机进行分析处理。

一：客户需求

（1）智能温室大棚控制系统

随着国民经济的迅速发展，现代农业得到了长足的进步，全国各地根据需要普遍建设了日光温室、塑料大棚等为农作物创造出良好的生长环境。温室工程成为高效农业的重要组成。

温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度、湿度等对生物生长的限制。能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，或完全的摆脱农作物对自然条件的依赖。

浙江托普仪器有限公司托普物联网部自主研发的智能温室大棚控制系统是针对温室大棚正常有效运转的控制要求配置的远程监控与管理系统。采用传感器技术、依托传统温室大棚生产工艺、设计的具有高可靠性、安全性、可扩展性的软硬件系统。

智能温室大棚监测控制系统充分利用物联网技术和组态软件实时远程获取温室大棚内部的空气温度、湿度、光照强度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数及视频图像，通过模型分析，远程或自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，保证温室大棚内的环境最适宜作物生长；同时，该系统还可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向农户推送实时监测信息、预警信息、农技知识等，实现温室大棚集约化、网络化远程管理。

二：系统结构及控制模式

（1）系统两大组成

智能温室大棚监测控制系统主要包括：上位机中心服务器控制平台和下位机现场控制节点：

◇中心服务器控制平台可选用物联网感知应用平台或者是为客户专门定制的操作监测平台。能够实现监测、查询、运算、建模、统计、控制、存储、分析、报警等多项功能。

◇现场控制节点由测控模块、电磁阀、配电控制柜及安装附件组成，与中心服务器控制平台可通过有线、无线、4G方式连接到一起。根据温室大棚内空气温湿度、土壤温度水分、光照强度及二氧化碳浓度等参数，对环境调节设备进行控制，包括内遮阳、外遮阳、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备。

（2）选择合适的控制方式

◇有线监控-----通过现场布线方式进行数据传输。

◇无线Zigbee监控-----利用Zigbee模块，对0-20KM范围为的数据监测传输。

◇4G网络监控-----利用通信网络形式，可监测传输距离无限远。

◇有线和无线结合------根据实际现场环境，灵活结合。

三：现场数据采集与控制功能

智能温室大棚内的各参数传感器，对温室环境进行多点实时动态采集，经过A/D转换送入单片机处理，驱动执行装置从而实现温室环境的自动智能调节。显示装置实时显示温室内的温湿度、光照度等数值，能够更加一目了然地展示温室大棚数据全貌。

（1）温湿度监测

通过温湿度传感器监测大棚室外空气环境温湿度、室内空气环境温湿度、地表温湿度、土壤温湿度等，并能对数据进行采集、分析运算、控制、存储、发送等。

（2）光照度监测

通过光感和光敏传感器监测记录温室大棚内光线的强度，可以直接与相关的补光系统、遮阳系统等设备相连，必要时自动打开相关设备。通过无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端。

（3）CO2、O2浓度监测

在温室大棚内部署二氧化碳浓度传感器，实时监测温室中二氧化碳的含量，

当浓度超过系统设定阙值范围时，通过无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端，由相关工作人员做出相应调整。

（4）分区域检测

同一个棚内划区域控制管理，可实现每个种植区不同温湿度、不同气体配置等环境技术指标。用户可以通过上位机来监测、查询各区域的数据。也可以对个分块进行单独控制和整体协调控制。

（5）灌溉及喷药施肥控制

水灌溉与农药喷洒采用一套管线系统，根据植物生长模式，可通过自动、手动方式进行操作。

（6）报警控制

用户可设定某些参数指标的上限和下限。比如大棚温度应在30-15摄氏度之间，高于或低于这个温度范围都会产生报警信息，并在上位机中控平台和现场控制节点显示出来。

（7）节点故障通知

现场控制节点出现故障时可及时以中心服务器平台、手机短信、报警信息等方式通知管理者。

（8）备用冗余功能

为了避免设备故障及异常带来不便，影响作物的生长。设备可进行扩展冗余，当设备出现故障时，辅助设备进行0切换。从而实现连续无故障运行，增加系统稳定性和可靠性。

（9）自定义控制模式

可以根据温室大棚具体控制和监测需要，定制一些相应的监测项目及控制内

容，该项目可以使模拟信号、数字信号、开关信号、频率信号等监测和控制。四：监测软件数据平台

生态农业智能温室大棚自动监控软件，采集温室大棚内现场数据，经传感器数据模块传送至ZigBee节点或RS485节点上，然后通过有线、无线、4G网络传输到数据平台，按照相关设定进行分析展示并进一步完成相应控制。

（1）友好的用户登陆管理界面

规定用户使用权限，不同用户提供不同的操作权限，非用户不能登陆系统，保证系统安全，操作简单而富有人性化。

（2）实时\历史、曲线\报表数据分析

系统将采集到的数据信息以实时曲线的方式显示给用户，并根据需要按照日、月、季、年参数变化曲线生成历史报表。便于对温室大棚运转情况进行分析做出改进，提高温室大棚的生产效率。

（3）多种形式的报警功能，适合不同场合需要

工作人员根据温室大棚内的具体情况设置温度、湿度等参数限值。在监测时，如发现有监测结果超出设定的阈值时，系统会自动发出报警提醒工作人员，报警形式包括：声光报警、电话报警、短信报警、E-MAIL报警等。

（4）远程控制

现场采集设备将采集到的数据通过有线、无线、4G无线网络传输到中控数据平台，用户从终端可以查看温室大棚现场的实时数据，并使用远程控制功能通过继电器控制设备或模拟输出模块对温室大棚自动化设备进行控制操作，如自动喷洒系统、自动换气系统、自动浇灌系统。

（5）监控终端

监控终端通过可视化、多媒体的人机界面实现以下主要功能：①温室大棚内植物生长环境状况全面显示、查询，包括各种参数、光照强度以及历史数据等；

②向温室大棚内监控系统发调度命令、调整设备运转状况，确保温室内为植物生长最适宜环境。

五：功能应用

1、房屋保温、保湿性能评价；

2、温室、大棚的温度、湿度监测管理；

3、仓库的温度、湿度监测管理；

4、蘑菇栽培的温度、湿度监测管理；

5、孵化室温度、湿度监测管理；

6、机房、图书馆、档案室、博物馆的环境监测管理；

7、烟草、粮库、医院等环境监测管理；

8、其它领域需要的温度、湿度监测管理。

六：农产品溯源系统

农产品溯源系统主要以二维条码为载体，对农产品质量安全进行全程追溯。通过在种植基地应用便携式农事信息采集系统，实现农产品履历信息的快速采集与实时上传，亦可对手工单据进行扫描采集上传。通过在生产企业应用农产品安全生产管理系统，实现有机生产的产前提示、产中预警和产后检测；通过将各生产企业数据汇集到园区管理部门，构建追溯平台数据库，实现上网、二维条码扫

描、短信和触摸屏等方式的追溯，从而保障农产品质量。使企业能够实时地、精确地掌握整个生产及供应链上的产品流向和变化，控制整个生产流通环节安全可靠。

（一）、智能化信息采集功能。

种植、采购、生产、运输、政府监管到消费者查询追溯全程采用条码进行数据采集。

应用系统基于网联网架构（java开发）。种植点、生产工厂、分销机构和异地营业网点在同一套系统内使用。数据完整性好。可跨平台部署。支持Oracle、SQL Server等多种数据库。完全支持分布式部署。完善的数据同步处理机制。数据采集端采用C#开发，采集性能好，速度快。传输系统采用http协议进行传输，支持断点续传。采用多线程技术，可多点同时进行。传输数据经过高度压缩和加密处理。安全性好。条码解析器采用数据内存预加载方式。解码速度快。系统基础资料全部采用内存预加载方式处理，系统运行速度快。可对产品进行全程追溯（种植、采购、生产、运输、政府监管、消费者查询）。

（二）、系统优点

智能化信息采集功能。养殖、批发、零售、运输、屠宰、政府监管到消费者查询追溯全程采用RFID、二维条码交替进行数据采集。

应用系统基于网联网架构（java开发）。养殖场、分销机构和异地营业网店在同一套系统内使用。数据完整性好。可跨平台部署。支持Oracle、SQL Server 等多种数据库。完全支持分布式部署。完善的数据同步处理机制。数据采集端采用C#开发，采集性能好，速度快。

传输系统采用http协议进行传输，支持断点续传。采用多线程技术，可多点同时进行。传输数据经过高度压缩和加密处理。安全性好。条码解析器采用数据内存预加载方式。解码速度快。系统基础资料全部采用内存预加载方式处理，系统运行速度快。可对产品进行全程追溯

七、条码仓储管理系统(WMS)

条码仓储管理系统WMS是基于RFID、条码的网络化供应链管理一体化仓储管理解决方案。包括了基本资料、采购管理、商品入库、销售出库、其它出库、盘点(条码管理商品盘点)，商品条码(物流码)跟踪，商品出入库报告、系统管理等几大模块。

条形码标签编辑及打印

利用条形码打印机以及条形码编辑软件对标签进行打印。条形码标签的打印可以根据要求进行编辑，编辑规则自己定义，只要位数确定、单一标识符确定即可，在编辑软件里面选取字段进行编辑进行打印，也可以根据实际情况进行编辑打印，只要具有唯一性即可，随意性很强。标签打印好以后，将标签粘贴在每次入库的商品上，具有唯一性，以便商品入库或出库。

采购入库前，操作人员调出采购订单数据和安排商品单进行入库准备，商品进来以后，首先填写入库单，分别包括供应商信息和商品信息，包括产自、品名、PO 号等等；填写好以后由主管部门审核，确认无误，则贴上条形码标签，手动在采集器上填写库位代号（例如1区、2区等），确认入库操作；系统操作简单，在首页面会有入库操作，点击后会有下拉菜单，首先第一项就是请填写入库单。产成品入库

用数据采集器扫描商品上的条形码，存储在数据采集器里面，手动书写库位代码、将扫描的条形码、库位及相关信息上传到系统里，（注：数据采集器将TXT文件数据导入到系统中产生进入库记录.），具体字段定义格式有产地、型号、PO、数量等等相关字段，并留出备用字段使用。（注：如果客户提供信息资料符合系统字段格式要求直接进行核对，如果不符合，则修改成为符合系统格式要求的字段进行核对）。条形码具有唯一性。与库位码相对应。确认入库完成。

出库单

出库前，操作人员调出数据和安排商品出库单准备出库操作,得到出库前要填写出库单,出库单在系统里下载，填写出库单，出库单字段也是分为收货方信息和商品相关信息，单据在系统里自动验证，如果该商品已经出库,则显示红颜色标识该商品已出库.如果没有出库，则将出库单打印，到物流部审核，确认出库操作。同样在首页面会有出库操作，点击后会有下拉菜单，首先第一项就是请填写出库单。

在系统里调用数据库，查找出库商品库位，系统能够将进出库记录导出成Excel 列举，查找所在相应库位，用数据采集器扫描条形码，将商品取下，将数据采集器信息上传到电脑里，记录相应取货人，取货时间等信息，形成出库记录，方便将来查找，此时出库完成。

商品退货

商品出库以后，有时候会遇到商品折旧或者破损等情况，所以就要引进商品退库操作，商品退库操作主要分为几种情况的分类；商品破损、客户要求退库、错误出库、折旧等几种类型，分别以选项的形式列举，由操作人员选择；商品退还时候，选择退库原因，然后对商品进行扫描，并记录从新入库。

八、商品盘点

可以处理条码商品盘点和非条码商品盘点。

1、重要性

在仓库使用中，就应该有商品的盘点工作。原因是，无论起初的货位规划如何完美，不断改变的经营环境最终会导致目前规划不再适用。在仓库日常运作中，经营性的事项改变现有货品摆放格局的情况时有发生，还要兼顾损坏，日复一日，货位合理分配与调整被渐渐淡忘，这正是众多仓库并非进行每周或每月盘点的原因。无论是着手建设一座新仓库，还是想办法改善现有仓库的货位布置，合理进行商品的盘亏与盘赢都是节省投资，又能理想地提高仓库效率的有效手段。通过数据库或表格，我们可以在短时间内就可以完成一个仓库的货位盘点工作。

2、盘点具体操作说明

盘点前冻结库存，准备盘点，商品盘点操作分两种形式，如下：

第一种：首先从系统中将当前库存报表导出来，在将此报表导入数据采集器，用数据采集器到仓库里进行盘点，扫描每个库位上的条形码，从而在数据采集器上进行核对，在数据采集器上会显示应有数量与实有数量，将扫描的条形码与库存报表核对，从而体现盘亏与盘赢，此后将盘亏与盘赢的结果文件以TXT形式导入系统数据库进行保存以便将来查询。

第二种：首先用数据采集器对整个库存的每个库位上的条形码进行扫描，数据采集器将产生一个文件（TXT），将此文件导入系统，系统会将此文件与当前库存报表进行核对，体现盘亏与盘赢，并将结果保存在数据库里以便将来查询。

商品物流码跟踪

只要输入商品条码获物流码，就可以对商品的所有出入库过程进行跟踪查询。可以详细地跟踪到商品的来源和去向。

报表查询

系统提供各种仓储管理所需的报表的自行制作功能，比如每日出入库统计表、每日异常预警情况总表、单客户、单库位库存统计表等报表。