智慧农业物联网平台方案

“面朝黄土背朝天，风吹日晒满身土”，这是传统农民生产的真实写照。我国是农业大国，农村人口有9亿多，占全国总人口的70％左右，农业生产总值占国民生产总值的20％。但我国农业多数还停留在传统农业的阶段，大部分地区农业基础设施落后，导致农业劳动生产率低；且我国农业集约化手段主要表现在使用大量化肥和农药，其对水体、土壤、大气和生物多样性所造成的负面影响是巨大的，生态环境的破坏反过来会极大影响农作物的生长。

2016年9月，农业部印发《十三五”全国农业农村信息化发展规划》，提出“十三五”期间，把信息化作为农业现代化的制高点，以建设智慧农业为目标，着力加强农业信息基础设施建设，着力提升农业信息技术创新应用能力，着力完善农业信息服务体系，加快推进农业生产智能化、经营网络化、管理数据化、服务在线化，全面提高农业农村信息化水平。

2017年1月，农业部办公厅关于做好2017年数字农业建设试点项目前期工作的通知指出，2017年重点开展大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖4类数字农业建设试点项目，结合产业类型，支持精准作业、精准控制设施设备、管理服务平台等内容建设。

根据国际研究预测，全球智慧农业将快速发展，全球智慧农业的市场规模将从2016年的90.2亿美元达到2025年接近700亿美元的规模，中国作为农业大国，其智慧农业发展市场空间极大。

近年来，随着信息化社会的到来，物联网技术逐渐向农业渗透，为了让广大农民群众在分享信息化发展成果上有更多获得感，国家不断推出各种智慧农业相关政策，致力于通过数据和知识为生产者提供科学的解决方案，弥补经验的不足，最终提高整体效益。

农业温室大棚种植是一种现代化的种植方式，极大提高了人们的生活水平，在全国各地得到了广泛的应用。但现阶段温室大棚大多仍采用传统的人工观测和控制方式，不仅投入成本高，还难以达到科学合理种植的需求，严重影响温室大棚的种植产量和质量。

智慧农业大棚监控系统应运而生，依靠先进的物联网技术解决温室大棚人工检测的痛点，减少成本，实现科学种植，提高温室大棚的种植产量和质量。

2、解决方案简介

苏州新导智能科技有限公司的智慧农业大棚检测系统是基于先进的智能无线传感器网络构建，转为农业大棚相关数据采集推出的高可靠性一体化解决方案。系统可以实时采集空气温度，空气湿度，二氧化碳浓度，光照强度，土壤湿度，土壤温度等等数据，通过RoLa DTU进行数据采集上报，在后端形成数据报表，全面直观的呈现各个监控点的农业数据及其变化情况，并根据设定阈值来反向控制农业大棚内风机，水帘，电磁阀等设备，完成智慧农业的闭环控制。（可扩展功能）系统能够灵活化部署，可根据客户具体需求增减检测的数据类型。

本系统具备高可靠性及环境适应性，可24小时连续稳定工作，及时准确的反映区域农业数据的状况和变化规律并反向指导农业生产，降低人力成本与实践成本，增加作物产量，提高作物质量，达到现代化科学合理种植的需求。

Lora智慧农业相比于传统Zigbee或其他无线技术优势，主要体现在以下几个方面：

1）基础信息的采集

信息采集是智慧农业的基础，DTU是一种基于 LoRa 技术的无线数据传输终端，利用 LoRa网络为用户提供无线数据传输功能。DTU以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供 RS232 和 RS485 接口，可直接连接串口设备，实现数据透明传输功能；低功耗设计，可实现数字量输入输出、模拟量输入、脉冲计数等功能，可快速帮助集成商、开发者实现各种场合的传感数据采集；

2）环境控制

比如进行农作物灌溉、温度控制、光照控制等等，这对于智慧农业进行规模化管理、远程管理具有实际的意义。LoRa网关与 DTU的通信距离最远可达10Km，支持 Wi-Fi、以太网和4G（可选）等多种方式入网，并具备 WiFi 路由器等实用功能，其覆盖范围广、使用方式灵活、安装便捷等特点，应用于农作物的规模化管理、远程管理中，不仅能够节省大量的人力物力，也能够降低外界环境对于农业生长的影响。

3）智慧管理

智慧农业的核心在于智慧管理，智慧管理需要一个完整的体系结构进行支撑，新导智能“DTU + LoRa网关+ IoT 平台”基于LoRa技术的套件，提供端到端的 LoraWan 解决方案，可快速将传统行业应用升级成 LoRa无线物联网应用，实现对农业产业的“智慧”管理。

LoRa终端功耗极低，一颗电池可使用3-5年，同等条件下，需要的网关数量少，且不需布线，施工成本低，同时还支持多种多样的应用接入，其应用于农业产业可以给农户提供低功耗、高可靠、大规模部署、用得起的工业级物联网系统，节水，更节力，为农业从事者带来最大的收益。

3、系统应用逻辑图

4、系统功能特点

l  实时监测：空气温度，空气湿度，二氧化碳浓度，光照强度，土壤温度，土壤湿度等数据

l  采用定制界别RoLa DTU,实现前端多个传感器集中采集，通过LoRa无线网络集中上传给网关，最大限度减少现场布线组网施工工作量

l  支持平台功能定制以及本地部署，可根据不同需求进行功能增减

l  支持浏览器数据浏览，可配合其他硬件实现户外LED大屏信息实时展示

l  软硬件均模块化组合设计，检测要素自选，系统硬件高度可定制性

l  方案高性价比，低功耗，高稳定性，高精度，无人值守

5、系统架构

系统硬件拓扑图

系统架构详细说明

见上图，本系统主要分为三大部分，

l  感知与控制层:用于前端数据采集的四合一传感器和土壤温湿度传感器。

l  数据传输层：RoLa DTU，RoLa网关，内网交换机。

l  功能应用层：服务器数据中心存储，操作电脑端数据查询监测，手机端数据查询监测（可扩展），室外LED大屏数据展示（可扩展），基于采集到数据扩展出来的其他应用

1）感知层

根据项目情况，我们选择了两款多合一传感器，供电标准与数据输出标准统一，最大化减少前端传感器部署数量，达到降低硬件成本，减少项目施工工作量的目的。

四合一传感器：用于探测大气温度，大气湿度，光照度以及二氧化碳浓度四种数据。

安装方式为监测点位就近壁装。供电由集中供电电源供电，输出RS485数据接入到RoLa DTU 的RS485数据采集端口。

土壤温湿度传感器：用于探测土壤温度，土壤湿度两种数据。

安装方式有两种：第一，在测量地点根据测量深度，刨开表层土壤，将传感器垂直插入土壤。第二，在测量地点，根据测量深度，垂直挖传感器大小的坑，将传感器钢针水平方向放置在坑内，然后降坑填满压实，确保传感器与土壤紧密接触。供电由前端集中供电电源供电，输出RS485数据接入到RoLa DTU 的RS485数据采集端口。

本项目共计425个大棚，每个大棚有两个检测点，每个检测点需分别部署一个四合一传感器加一个土壤温湿度传感器以及用于供电的12V集中供电电源一个。共计850个四合一传感器，850个土壤温湿度传感器，850个集中供电电源。

2）数据传输层

前端传感器采集到的信号通过RS485有线方式汇总到前端DTU设备，DTU通过RoLa无线网络，将数据上传给RoLa网关，网关再通过RJ45有线网络经交换机将汇总数据传输给服务器数据中心。

DTU设备每组检测点配备一个，汇总传感器数据，供电部分由前端集中供电电源供电，DTU设备与集中供电电源安装于前端室外防水电气箱内。

RoLa网关根据现场情况部署在大棚周边建筑物内，需要12V直流供电以及RJ45网线接入交换机局域网。

本项目共计425个大棚，每个大棚有两个检测点，每个检测点需部署一个DTU设备。配置850个DTU设备，按照数量统计需要配备6台RoLa网关（安装位置条件最理想状态，根据现场环境有可能需要增加1-2台用作信号补充）

3）功能应用层

数据检测

列表形式显示各项检测数据值，并可对每项数据做阈值设定，达到或超出阈值系统报警提示。

数据报表

根据检测到的各项数据，形成各种所需报表，便于查询比对，优化生产。

设备管理

软件端实现对前端DTU设备工作参数的工作状态检测，在线配置，方便使用。

6、智慧农业应用场景

小张是农业大省山东省潍坊市的一个蔬菜种植大户，他和52岁的父亲二人经营着6000多亩的田地。由于父亲年岁已大，地里的活儿全靠小张夫妇两自己上阵，即便在农忙时节，他也不用雇工，最好的帮手是农场里的那些自动化设备。

智能化设备·省力

与“面朝黄土背朝天，风吹日晒满身土”的描述不同，小张自从采用上了新导的智慧农业解决方案，现在的日常工作轻松Lee很多，他可以一边喝着星巴克咖啡，一边刷着朋友圈，施肥、灌溉完全自动化，哪些地方浇过水，哪些地方没施肥，绝对不会搞混，电脑显示屏上记录的一目了然。

大多数时候，小张都会随身带着华为平板登陆云平台，系统会提醒他该施肥、该浇水了，他便远程控制自动施肥设备、自动喷淋设备进行运作。灌溉工作不必跑到田间地头，通过远程控制就可以打开/关闭灌溉系统，省事、省力、省钱！当然，系统也会提醒他何时应该下地查看一下，尽到一个农民最起码的责任与义务，但完全没有传统农民那么辛苦。

环境智能化监控·省事

小张对农场的土地情况了如指掌，田地里安装的传感器，可以实时监测气压、光照度、空气温湿度、二氧化碳浓度等参数并通过LoRa通讯技术上传至云平台，这些信息可以帮助他判断每个地块的播种、收获、耕作时间。若是大棚种植，小张还能远程控制风机和遮阳板运作，调整大棚内温度及光照度，以达到最佳耕作环境。

在大田中，即使相隔两三米远的两块土地，土壤的水分含量、营养情况、农作物的生长情况都不可能完全相同。过去几千年中，农民并不区分这种差异，会把同样的品种以等间距播种下去。如今，精准农业颠覆了这一传统，传感器可实时监测土壤温湿度、土壤养分参数，在肥力高的地方密植，在肥力低的地方稀植，以带来收益最大化。

能耗管理系统·省钱

有句话这样讲，“一步错步步错”。事实上，从作物生产规划、耕种管理到采收，小张每天都需要做出多项重大决策，这些决策大多都是环环相扣的，若一步走错，就不得不忍受减产的下场。

小张采用高性能的数据采集与监控设备，配合能耗管理系统，能够以最低限度的用水量、施肥量来获取最大的产量或收益，不仅可以实时监控田地用水、电情况，还免去了传统抄表的繁琐步骤，实现对灌溉、施肥的定时、定量控制，提高全方位的水肥管理水平。

影响作物生长的因素有很多，土壤、气候、水分等等，作物产量是这些因素的综合结果。因此，在现代农业领域，农民光凭经验做出决策已远远不够，需要依靠科学和专业分析得出优化决策。

基于LoRa物联网技术的智慧农业解决方案既考虑农作物的生长阶段，又考虑土壤状况和天气情况，提高灌溉的精细化程度，为农业从事者带来更大的收益、同时更节水、更节力。该方案不依赖运营商网络，结合用户需求，基于用户自身的网络覆盖，将标准化种养殖的技术带到农业生产之中，为农业生产提供精准化种植、智能化决策。

发展智慧农业符合创新、协调、绿色、开放、共享的理念，智慧农业技术的创新与应用不仅改变农业生产经营管理与服务，还会影响到人的生活与生态环境。