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1、 厦门四信通信科技有限公司厦门四信通信科技有限公司 Xiamen Four-Faith Communication Technology Co.,Ltd.地址：厦门市软件园观日路44号3楼J1-J2 1 电话：0592-6300324、6300325 网址：http:/www.four- 传真：0592-5912735 大棚环境远程监控系统方案 www.four- 厦门四信通信科技有限公司厦门四信通信科技有限公司 Xiamen Four-Faith Communication Technology Co;Ltd 厦门四信通信科技有限公司厦门四信通信科技有限公司 Xiamen Four-Fait
2、h Communication Technology Co.,Ltd.地址：厦门市软件园观日路44号3楼J1-J2 2 电话：0592-6300324、6300325 网址：http:/www.four- 传真：0592-5912735 一、项目背景 近年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、光照度、CO2浓度等环境因子对作物的生产有很大的影响。传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，目前国内可以实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。针对目前大棚发展的趋势，提出
3、了一种大棚智能监控系统的设计。根据大棚智能监控的特殊性，需要传输大棚现场参数给管理者，并把管理者的命令下发到现场执行设备，同时又要使上级部门可随时通过互连网或者手机信息了解区域大棚的实时状况。基于 GPRS 的智能大棚监控系统使这些成为可能。二、项目分析 2.1 系统组成 2.1.1 大棚现场采集控制终端 大棚现场采集控制终端负责 24 小时采集温室内温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度、CO2 浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数。2.1.2 无线传输设备 厦门四信 IP MODEM F2103 采用标准的 232/485 通信接口，只要内置一张 GPRS 数据卡就能和互联网进行通信，和大棚现
4、场采集终端通过 232/485 连接后，将采集终端送上来的数据原封不动的通过网络传输到数据管理中心。F2103 的通用性强，即插即用，体积小巧安装使用简单便捷，无需太多专业技能，而且针对不同的工程情况可选择不同的网络 IP MODEM,型号规格为 F2X03。厦门四信通信科技有限公司厦门四信通信科技有限公司 Xiamen Four-Faith Communication Technology Co.,Ltd.地址：厦门市软件园观日路44号3楼J1-J2 3 电话：0592-6300324、6300325 网址：http:/www.four- 传真：0592-5912735 2.1.3 数据管理
5、中心 数据中心对现场实时采集的温室内温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度、CO2 浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行分析处理，不仅进行完成的统计做出相应的统计报表，并做出趋势分析，且以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。当温湿度超过设定值的时候，自动开启或者关闭指定设备。2.2 系统总架构 首先用 232/485 先将大棚数据采集终端和 F2103 连接起来，将 SIM 卡插进 F2103 中，给F2103 上电即可，此时 F2103 会自动连接到数据中心。数据中心服务器一般通过固定 IP、ADSL、APN 的形式接入网络。无线传输设备 F2103
6、通过 GPRS 网络连接到远程数据中心服务器主机，与中心建立TCP/IP 连接后开启透明数据通道。当采集终端需要上报数据的时候将数据直接送往串口，此时 F2103 就会把收到的数据原封不动地发送到数据中心服务器主机。当数据中心下发的命令或数据通过通道传输到 F2103 后，F2103 通过串口送到采集终端，从而实现了数据双向透明传输。厦门四信通信科技有限公司厦门四信通信科技有限公司 Xiamen Four-Faith Communication Technology Co.,Ltd.地址：厦门市软件园观日路44号3楼J1-J2 4 电话：0592-6300324、6300325 网址：http
7、:/www.four- 传真：0592-5912735 2.3 系统实现功能 1：可在线实时 24 小时连续的采集和记录监测点位的温度、湿度、风速、二氧化碳、光照、空气洁净度、供电电压电流等各项参数情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，监测点位可扩充多达上千个点。2：可设定各监控点位的温湿度报警限值，当出现被监控点位数据异常时可自动发出报警信号，报警方式包括：现场多媒体声光报警、网络客户端报警、电话语音报警、手机短信息报警等。上传报警信息并进行本地及远程监测，系统可在不同的时刻通知不同的值班人员；3：数据集中器提供 USB 接口，在没有配监控电脑或监控电脑损坏、瘫痪
8、，可随时用U 盘导出将数据转至其它电脑。4：数据集中器端提供具有信号输出协议的端口，可接通信设备（GPRS IP MODEM等）进行无线传输。5：温湿度监控软件采用标准 windows 98/2000/XP 全中文图形界面，实时显示、记录各监测点的温湿度值和曲线变化，统计温湿度数据的历史数据、最大值、最小值及平均值，累积数据，报警画面。6：监控主机端利用监控软件可随时打印每时刻的温湿度数据及运行报告。7：强大的数据处理与通讯能力，采用计算机网络通讯技术，局域网内的任何一台电脑都可以访问监控电脑，在线查看监控点位的温湿度变化情况，实现远程监测。系统不但能够在值班室监测，领导在自己办公室可以非常方
9、便地观看和监控。8：系统可扩充多种记录数据分析处理软件，能进行绘制棒图、饼图，进行曲线拟合等处理，可按 TEXT 格式输出，也能进入 EXCEL 电子表格等 office 的软件进行数据处理。9：控制软件的编制采用软件工程管理，开放性与可扩充性极强，由于采用硬件功能的软件化的系统设计思想及系统硬件的模块化、通讯网络化设计，系统可根据需要升级软件功能与扩展硬件种类。10：系统设计时预留有接口，可随时增加减硬软件设备，系统只要做少量的改动即可，可以在很短的时间内完成。可根据政策和法规的改变随时增加新的内容。11：设备改进、检修过程中及检修完成后，均不需要停止或重新启动机房监控系统。12：系统都均做
10、可靠行接地，以防静电。厦门四信通信科技有限公司厦门四信通信科技有限公司 Xiamen Four-Faith Communication Technology Co.,Ltd.地址：厦门市软件园观日路44号3楼J1-J2 5 电话：0592-6300324、6300325 网址：http:/www.four- 传真：0592-5912735 三、项目架构实施 3.1 F2103 与大棚现场数据采集终端的连接 一个大棚里面会有多个传感器采集点，通过 485 将采集数据统一汇聚到集成采设备，工业集采设备采用 232/485 通信方式与无线通信模块 F2103 进行连接，对传感器数据进行集中轮询后将数
11、据通过串口送往 F2103。IP MODEM 用 户终端（用 户终端（DB9 母头）母头）IP MODEM 接口：RS232 1 RXD 2 TXD 3 4 GND 5 6 7 8 9 1 2 RXD 3 TXD 4 5GND 6 7 8 9 A（红线）B（黑线）接口：RS485 1 2 3 4 5 A 6 7 8 B 9 用户终端用户终端 厦门四信通信科技有限公司厦门四信通信科技有限公司 Xiamen Four-Faith Communication Technology Co.,Ltd.地址：厦门市软件园观日路44号3楼J1-J2 6 电话：0592-6300324、6300325 网址：
12、http:/www.four- 传真：0592-5912735 3.2 数据中心网络接入方式分析 1.专线接入 中心采用 APN 专线，所有点都采用内网固定 IP 客户中心通过一条 2M APN 专线接入移动公司 GPRS 网络，双方互联路由器之间采用私有固定 IP 地址进行广域连接，在GGSN 与移动公司互联路由器之间采用 GRE 隧道。为客户分配专用的 APN，普通用户不得申请该 APN。用于 GPRS 专网的 SIM 卡才能进入专网 APN，防止其他非法用户的进入。用户在内部建立 RADIUS 服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在 APN 路由器内，启用路由器本地认证功能）。只
13、有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。用户在内部建立 DHCP 服务器（或在 APN 路由器内，启用 DHCP 功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行 IP 地址和端口过滤。此种方案无论实时性，安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。2.ADSL 拨号连接（动态公网 IP 地址）中心采用 ADSL 等 INTELNET 公网连接，采用公网动态 IP+DNS 解析服务的。
14、客户先与 DNS 服务商联系开通动态域名，IP MODEM 先采用域名寻址方式连接 DNS 服务器，再由 DNS 服务器找到中心公网动态 IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定 IP 的费用，但稳定性受制于 DNS 服务器的稳定，所以要寻找可靠的 DNS 服务商。此种方案适合小规模应用。3.通过固定公网 IP 连接 中心采用 ADSL 等 INTELNET 公网连接，采用公网固定 IP 服务的。此种方案先向 INT ERNET 运营商申请 ADSL 等宽带业务，中心有公网固定 IP 的。IP MODEM 直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。3.3 数据中心软件平台构建 中心端
15、软件的构建有多种方式，对于传入数据的方式的不同，我们提供不同的软件来帮助客户快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。目前四信提供三种方式的中心接口：厦门四信通信科技有限公司厦门四信通信科技有限公司 Xiamen Four-Faith Communication Technology Co.,Ltd.地址：厦门市软件园观日路44号3楼J1-J2 7 电话：0592-6300324、6300325 网址：http:/www.four- 传真：0592-5912735 1.首先是对于组态软件，目前很多组态软件厂家已经集成了我们的驱动了，可以直接配置使用；2.对于后台中心软件只读串口数据的情况，提
16、供一个虚拟串口软（TCP2COM），利用虚拟串口软件可以将以太网数据转化为串口数据，从而实现利用无线公网传输数据且又对现有系统不做修改的完美结合。3.在客户想要开发自己的数据中心是，此时我公司会提供一个动态链接库，利用动态链接库客户可以很轻松的与传输通道进行对接，同时会提供一个的数据中心 DEMO 软件，不仅开放源码还全程协助客户进行自己数据中心软件和功能的开发。客户可能通过动态链接库快速开发一个灵活的，稳定的，功能齐全的终端管理和数据交互的中心软件。下图为后台中心管理软件：四、方案特点 1.大棚基地基本位于偏远地区，因此采用覆盖广泛的 GPRS 网络，而且 F2103 的高信号捕捉，必要是采
17、用高增益天线，可确保网络的正常运行。2.一般大棚种植者却是专业的网络管理员，如果监控网络出现问题则会带来许多不便，四信IP MODEM 采用高性能工业级处理器以及看门狗等安全机制设计，保证 IP MODEM 万一通信中断也会自行检测然后自动断电重启，保证 IP MODEM 永远在线，通信链路永远正常。3.IP MODEM 采用标准的工业串口通信，即插即用，且高规格的模具设计，体积小巧方便维护，工程人员无需太多专业知识，在短时间内即可是系统运行。4.在国家大力推行三农政策的环境下，市场对大棚种植的需求迅猛增长，且规模也在不断的扩大，采用 F2103GPRS 或者 APN 组网可灵活解决项目点不断
18、增加的需求，可随时对现有的系统新增监控点而且对现有系统部产生任何影响。5.多中心设计，可同时设置 5 个中心监控采集现场，避免因某个中心网络不稳定或者关闭导致无法对矿井现场进行监控而产生安全隐患。6.如果大棚监测参数需要临时修改的话，如果每次都要去现场那是一件非常费时费力的事情，在此 F2103 进行人性化工程设计，可是工程人员无需到现场就可以远程直接对网络参数进行相应的配置，达到时间和人力的合理利用。7.四信 F2103 采用高规格材料选配，可在-25+65C、相对湿度 95%(无凝结)环境下正常工作。厦门四信通信科技有限公司厦门四信通信科技有限公司 Xiamen Four-Faith Communication Technology Co.,Ltd.地址：厦门市软件园观日路44号3楼J1-J2 8 电话：0592-6300324、6300325 网址：http:/www.four- 传真：0592-5912735 五、小结 大棚种植应用越来越广泛，实现了高效率的农业生产，借助无线远程监控系统很好的解决了大棚种植维护难的现象。无线远程监控的应用在大棚种植领域得到了充分的体现，相信无线监控的应用在其他领域也会得到更多的应用，物联网的价值在不断的体现。