一、方案背景

近年來，隨著溫室農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，草莓溫室大棚種植面積不斷擴(kuò)大。然而，草莓生長對環(huán)境條件極為敏感，溫度、濕度、光照、土壤水分等參數(shù)的變化直接影響其產(chǎn)量與品質(zhì)。傳統(tǒng)管理模式依賴人工經(jīng)驗(yàn)，難以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境因子的精準(zhǔn)控制，尤其在極端天氣頻發(fā)、勞動(dòng)力成本上升的背景下，溫室管理的精細(xì)化、智能化需求日益迫切。

為此，某智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)商要求建設(shè)一套草莓溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對溫室內(nèi)部多個(gè)環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控與智能預(yù)警，提升草莓種植的科學(xué)化管理水平。對此，物通博聯(lián)（WideIOT）提供高性價(jià)比、靈活組網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

二、前期調(diào)研

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研，草莓溫室需接入的監(jiān)測設(shè)備及數(shù)據(jù)類別如下：

1、溫濕度傳感器：空氣溫度、相對濕度（RS485，Modbus RTU協(xié)議）。

2、光照輻射傳感器：光合有效輻射或太陽總輻射（RS485，Modbus RTU協(xié)議）。

3、土壤多參數(shù)傳感器：土壤溫度、含水率、電導(dǎo)率（RS485，Modbus RTU協(xié)議）。

4、二氧化碳濃度傳感器：CO?含量（RS485，Modbus RTU協(xié)議）。

5、風(fēng)機(jī)、卷簾機(jī)、灌溉電磁閥：設(shè)備開關(guān)狀態(tài)及遠(yuǎn)程控制（西門子PLC、以太網(wǎng)口、S7協(xié)議）。

三、系統(tǒng)架構(gòu)及選型

1. 感知層

每個(gè)溫室大棚內(nèi)部部署溫濕度、光照、土壤多深度探頭、CO?傳感器及環(huán)境控制PLC設(shè)備（風(fēng)機(jī)、卷簾、滴灌閥）。傳感器通信接口以RS485為主，協(xié)議統(tǒng)一為Modbus RTU；PLC為西門子S7-200SMART，采用S7協(xié)議。

2. 傳輸層

采用物通博聯(lián) WD140 LoRa采集終端 作為棚內(nèi)數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)，支持多路RS485傳感器與PLC接入，并通過LoRa無線通信將數(shù)據(jù)上傳至 WG593工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)。WG593通過4G網(wǎng)絡(luò)，采用MQTT協(xié)議JSON報(bào)文將數(shù)據(jù)上報(bào)至云端平臺(tái)。

·支持LoRa組網(wǎng)+4G上網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

·具備4G、WiFi、有線以太網(wǎng)上網(wǎng)方式

·支持MQTT、TCP、HTTP等上行協(xié)議

·內(nèi)置邊緣計(jì)算能力，支持?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)處理

·支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳、數(shù)據(jù)緩存、遠(yuǎn)程配置

·低功耗設(shè)計(jì)，適配太陽能/電池供電

·IP30防護(hù)等級，適用于高溫高濕環(huán)境

3. 平臺(tái)層

農(nóng)業(yè)云平臺(tái)接收各網(wǎng)關(guān)上報(bào)的MQTT數(shù)據(jù)，解析后存入MySQL數(shù)據(jù)庫，并提供可視化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)測、歷史曲線、設(shè)備控制、告警管理及農(nóng)事記錄等功能模塊，實(shí)現(xiàn)從環(huán)境感知到設(shè)備控制的閉環(huán)管理。

四、實(shí)現(xiàn)功能

1、環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測

對棚內(nèi)溫度、濕度、光照、CO?、土壤水分等多要素進(jìn)行分鐘級采集，生成可視化曲線與日報(bào)/周報(bào)，輔助種植者掌握溫室小氣候演變規(guī)律。

2、遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)控制

根據(jù)預(yù)設(shè)閾值（如溫度過高、濕度過低），遠(yuǎn)程控制風(fēng)機(jī)、卷簾機(jī)、灌溉電磁閥等設(shè)備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，減少人力成本，提高響應(yīng)速度。

3、遠(yuǎn)程監(jiān)管與移動(dòng)查看

管理人員可通過手機(jī)端或電腦端遠(yuǎn)程查看各棚區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)，隨時(shí)隨地掌握溫室運(yùn)行情況，提升管理效率。

4、低功耗LoRa組網(wǎng)，降低布線成本

LoRa無線通信的方式，無需鋪設(shè)長距離信號線，適用于大棚分散、子設(shè)備較多的場景，大幅降低施工難度與維護(hù)成本。

5、智能告警與分級通知

針對溫度異常、濕度過高、土壤缺水、設(shè)備離線等情況設(shè)定多級告警策略，通過微信、短信、郵件等方式推送至相關(guān)負(fù)責(zé)人，確保及時(shí)處置。

6、數(shù)據(jù)報(bào)表與生產(chǎn)決策支持

系統(tǒng)自動(dòng)生成環(huán)境日報(bào)、設(shè)備運(yùn)行報(bào)表、能耗統(tǒng)計(jì)表等，支持按棚區(qū)、按時(shí)間段導(dǎo)出，為種植計(jì)劃調(diào)整、品種優(yōu)選和產(chǎn)量預(yù)測提供數(shù)據(jù)支撐。

7、跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享

平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)API接口，可將環(huán)境數(shù)據(jù)推送至上級農(nóng)業(yè)監(jiān)管平臺(tái)或科研系統(tǒng)，助力區(qū)域農(nóng)業(yè)數(shù)字化管理與科研協(xié)作。