一种农业多功能物联网监控系统的制作方法

本实用新型涉及农业物联网领域，特别涉及一种农业多功能物联网监控系统及监控方法。

背景技术：

物联网 (Internet of Things，简称：IoT) 从字面上讲，就是物物相连的互联网。它的目的是将泛在 (Ubiquitous) 的终端设备，包括传感器、控制器、智能手机终端、家居智能设备等连接起来，实现实时的信息交换和通讯。物联网被普遍认为是下一代信息技术发展的新兴热点。

农业物联网是物联网应用的重要领域，它综合运用物联网及各种通讯技术，将农业生产场所的温度、湿度、pH 值、光照度、土壤养分等传感器连接起来，获取农业生产环境数据；并连接风机、喷滴灌、卷膜、地热、遮阳篷等农业设施，远程或自动地控制这些设备的启停，调节环境使之处于最适宜作物生长的状态。

现有技术存在的问题和缺点

农业物联网控制方面，多基于网络模块相互协调来控制风机、喷滴灌、卷膜、地热、遮阳篷等农业设施，这些模块都是不成熟的产品，在农业生产环境复杂的情况下，一些控制模块外壳和内部芯片会因为昼夜热胀冷缩而变形，更不用说其中有些模块都是一些没有经验的加工厂生产就直接拿出去使用。假设在通信良好的情况下，由于控制模块在野外时间较长发生变形，根本不能控制风机、喷滴灌、卷膜、地热、遮阳篷等农业设施。模块发生变形或损坏，现场手动控制都不能使用，这样会给农业企业带来巨大的损失。

农业物联网多基于 Zigbee，低功耗 Bluetooth 等无线组网技术，由于嵌入式硬件计算能力弱，通讯能力受功耗、成本及组网原理的限制，导致数据丢失率高、网络延迟率大、系统健壮性差。对于一些只有数据采集监测的物联网应用，这些限制还不算突出；而对于大规模的分布式物联网控制应用，网络的上述特性会造成诸如控制反馈不及时、控制指令丢失率高、控制可靠性差等问题，控制效率显著降低，严重阻碍农业物联网监控系统的大规模发展应用。

农业物联网针对的物种的不同，使用的系统程序和控制方法也应该不同。动物所需要的环境和植物所需要的环境是不同的，假设农业企业有动物和植物两种物种，导致农业企业需要有两张系统来控制，给农业企业带来控制的不便。

分析其根源，有以下两方面原因：

第一，目前物联网监控系统一般采用“上报数据——远端服务器运算——下发控制指令”的模式，中心服务器充当了“指挥官”或者“智慧大脑”的角色，现场的物联传感器只是远端服务器的“千里眼”和“机器手”。由于从传感器到中心服务器之间的网络层次多，可能会有 Zigbee、Bluetooth、Wifi、GPRS、CDMA、3G、4G 等多种通讯协议间的转换，网络的高丢包率和大延迟导致通讯链路的任何一环故障，都会造成“智慧大脑”看不到听不到、无事件可处理、发出的指令无法执行。这样，再智能的“控制大脑”也会瘫痪不可用。

第二，农业企业的野外环境的复杂性使得它的控制要求也变得复杂起来而目前物联网监控系统难以满足灵活组态的需求。远端中心服务器上的自动控制逻辑是针对所有农业企业设计，往往只能实现比较通用简单规则，如定时控制、超限控制等，涉及多变量因素的复杂控制要求难以实现，针对具体农企的特色控制需求无法灵活组态。针对此问题，一些生产厂家拿一些所谓大学学院开发的模块，能灵活组合使用的来给农户使用，却忽略农业野外环境的复杂性，导致模块在野外或更恶劣的环境下模块变形，连最起码的手动控制都不能使用，从而给农业企业带来巨大的损失。

第三，农业物联网针对的物种的不同，使用的系统程序和控制方法也应该不同。动物所需要的环境和植物所需要的环境是不同的，假设农业企业有动物和植物两种物种，那么农业企业就需要用两种系统来控制，给农业企业控制系统带来不便。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种农业多功能物联网监控系统及监控方法，最大程度上保证数据传输的稳定性和远程控制的可靠性，通过一种多功能系统能满足农业物联网物种的不同，满足农企业多种控制需求。

本实用新型提供的一种农业多功能物联网监控系统，包括传感器设备、农业设施、控制器、通讯盒子、物联网平台以及用户终端；其中，

所述传感器设备将监测到的环境数据发送给控制器，所述控制器为可编程控制器控制器PLC，其接收环境数据后经整理根据内置的程序或者接收外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到农业设施，控制农业设施的动作；

所述通讯盒子为控制器与外部网络间搭建网络通道，使控制器与用户终端可以通过公共网络进行信息交互；

所述物联网平台通过通讯盒子与控制器进行信息交互，为系统提供数据存储与显示功能。物联网平台还可以显示监测的数据值和设置控制命令。

所述农业设施包括植物农业设施和畜牧舍农业设施，并分别配置有植物传感器和畜牧舍传感器。

所述控制器分为植物控制器和畜牧舍控制器，所述植物控制器其接收植物传感器发送的环境数据后经整理根据内置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到植物农业设施，控制植物农业设施的动作；

所述畜牧舍控制器其接收畜牧舍传感器发送的环境数据后经整理根据内置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到畜牧舍农业设施，控制畜牧舍农业设施的动作。

所述通讯盒子为工业级的网络通讯盒子，所述控制器为工业级的可编程控制器控制器PLC，并且所述控制器与通讯盒子设置在工业级的智能电控柜中。

所述电控柜分为植物电控柜和畜牧舍电控柜，在所述植物电控柜和畜牧舍电控柜间通过路由器进行信息交互。

一种农业多功能物联网监控方法，该方法基于传感器设备从现场采集的环境数据，通过可编程控制器控制器PLC集中控制，对农业设备进行现场控制；采用工业级智能控制柜将数据传输到物联网平台以及用户终端上，实现远程控制。

该方法具体为：

所述传感器设备采集环境数据并发送至可编程控制器控制器上，所述可编程控制器控制器接收环境数据后经整理根据内置的程序并将控制指令发送到农业设施，控制农业设施的动作；或者可编程控制器控制器接收环境数据后，接收外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到农业设施，控制农业设施的动作。

所述可编程控制器控制器接收环境数据后，接收外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到农业设施，控制农业设施的动作具体为：

所述可编程控制器控制器通过通讯盒子接入到公共网络，并将其接收到的环境数据发送给用户终端；

所述用户终端设置有APP程序，用户通过APP程序检测现场环境情况，并发出控制指令给可编程控制器控制器；

所述可编程控制器控制器将控制指令发送给农业设施控制其动作；

所述农业设施的工作情况再由可编程控制器控制器发送到用户终端上。

所述农业设施包括植物农业设施和畜牧舍农业设施，并分别配置有植物传感器和畜牧舍传感器；

所述控制器分为植物控制器和畜牧舍控制器，所述植物控制器其接收植物传感器发送的环境数据后经整理根据内置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到植物农业设施，控制植物农业设施的动作；

所述畜牧舍控制器其接收畜牧舍传感器发送的环境数据后经整理根据内置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到畜牧舍农业设施，控制畜牧舍农业设施的动作。

所述控制器与通讯盒子设置在工业级的智能电控柜中，所述智能电控柜上设有人工调节开关，所述人工调节开关连接可编程控制器控制器，通过所述人工调节开关可人为强制开启或关闭农业设施。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型及实用新型专提供了农业物联网一套系统多种控制方法，通过工业级多种编程PLC与工业级网络通信盒子组合，工业级柜子能抵抗野外环境多种自然因素，传输信号以有线和无线相互配合，最大程度上保证数据传输的稳定性和远程控制的可靠性，工业级多种编程PLC通过工业级网络通信盒子与平台实时同步，可远程通过平台修改PLC程序，使系统变的灵活多变，一个网络通讯盒子可以连接多个PLC，使其通过一个网络通信盒子把数据同步到一个平台上，通过一种多功能系统能满足农业物联网物种的不同，满足农企业多种控制的需求。

第一：所采用的PLC和网络通讯盒子及智能电控柜，都是工业级的元器件材料，能抵御野外自然环境恶劣的因素。

第二：采的传输方式是有线和无线，也可以相互配合的使用，使其传输信号达到最稳定的状态。

第三：一个系统能调节两种不同的物种所需要的环境。

第四：根据农业企业的不同要求，系统可以灵活多变的调整程序。

第五：程序可以通过网络平台远程调整和控制，也可以通过APP终端控制。

附图说明

图1为本实用新型第一种实施例的结构图；

图2为本实用新型第一种实施例的结构图；

其中，110-物联网平台、111-APP终端、112-公共网络、113-网络通讯盒子、115、220-可编程控制器控制器PLC；116、221-智能电控柜；117、222-物联网传感器；118、223-农业设施、225-畜牧舍、226-植物大棚。

具体实施方式

本实用新型提供空一种农业多功能物联网监控系统及监控方法，为使本实用新型的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实用新型的一个方面，提供一种农业多功能物联网监测方式，包括：

物联网传感器采集动植物环境数据，通过有线稳定的方式传输给智能电柜中的工业级多种编程PLC。

根据实用新型的一个方面，提供一种农业物联网数据的同步和传输方式，包括：

工业级网络通信盒子与工业级多种编程PLC组合，两者以网络方式连接，网络通信盒子把数据传输给网络平台，盒子的通信的方式有两种有线和无线，也可以相互配合的使用，使其传输信号达到最稳定的状态。工业级网络通信盒子与工业级多种编程PLC以网络方式连接的同时，PLC的数据与网络数据进行同步。其中PLC的程序也可以通过网络平台来进行改写同步，无需程序员跑到现场更改程序，农业企业也可以与程序员远程交流更改程序，使其程序控制变的灵活多变。

根据实用新型的一个方面，提供一种农业多功能物联网的控制方法，包括：

第一、本地手动控制，通过控制工业级智能电控柜上的功能按钮，来控制风机、喷滴灌、卷膜、地热、遮阳篷等农业设施。这种本地手动控制即使有最恶劣的环境都能使用，能确保农业生产的照常进行。

第二、本地自动控制，通过手机APP或网络浏览器登入网址进行阈值设定，把数据同步到现场的工业级智能电控柜中的PLC中，由PLC进行数据计算，来控制风机、喷滴灌、卷膜、地热、遮阳篷等农业设施，这种设定可以为农业企业省心节本。

第三、远程手动控制，通过手机APP或网络浏览器登入网址进行远程开启和关闭，把数据同步到现场的工业级智能电控柜中的PLC中，来控制风机、喷滴灌、卷膜、地热、遮阳篷等农业设施，遇到极端天气可以有效快速的控制农业设施，减少农业企业的损失。

根据实用新型的一个方面，提供一种农业多功能物联网监测控制系统控制：网络通信盒子能连接多个可编程控制器PLC同步到平台。假设有两种不同的物种，通过不同的PLC，经过同一个网络通信盒子连接同步到一个系统平台，方便农业企业控制。

实施例1

所述传感器设备采集环境数据并发送至可编程控制器控制器上，所述可编程控制器控制器接收环境数据后经整理根据内置的程序并将控制指令发送到农业设施，控制农业设施的动作；或者可编程控制器控制器接收环境数据后，接收外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到农业设施，控制农业设施的动作。

所述可编程控制器控制器接收环境数据后，接收外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到农业设施，控制农业设施的动作具体为：

所述可编程控制器控制器通过通讯盒子接入到公共网络，并将其接收到的环境数据发送给用户终端；

所述用户终端设置有APP程序，用户通过APP程序检测现场环境情况，并发出控制指令给可编程控制器控制器；所述可编程控制器控制器将控制指令发送给农业设施控制其动作；所述农业设施的工作情况再由可编程控制器控制器发送到用户终端上。

如图1所示物联网传感器117感知环境中温度、湿度、pH 值、光照度、土壤养分等，把环境转化成数据，传输智能电控柜118中的给可编程控制器PLC115。

1、控制方式：

第一种：自动控制前提是把智能电控柜116开关调节到自动上

可编程控制器LPC115接收到数据，并根据设定的程序自动进行计算，并且发出指令给农业设施118，使其开始工作并反馈给可编程控制器PLC115开始工作信号。当环境中的温度、湿度、pH 值、光照度、土壤养分等达到适合的值时，物联网传感器117感知环境中的温度、湿度、pH 值、光照度、土壤养分等，把环境转化成数据，再次传输给传输智能电控柜116中可编程控制器PLC115。可编程控制器PLC115再次根据设定的程序自动进行计算，并且发出指令给农业设施118，使其停止工作并反馈给可编程控制器PLC115停止工作信号。这样循环工作达到自动控制的目的。

第二种：远程控制的前提是把智能电控柜116开关调节到自动上

可编程控制器LPC115接收到数据，把计算好的数据传输给网络通讯盒子113，网络通讯盒子113用有线和无线相互配合的方式接入公共网络112。公共网络把数据传输给物联网平台110和APP终端111进行数据同步，用户可以通过物联网平台110和APP终端111发出指令给公共网络平台112，公共网络平台112再把指令通过给网络通讯盒子113传输给可编程控制器PLC115。可编程控制器PLC115通过智能电控柜116控制农业设施启动或关闭，农业设施118工作开始并反馈给可编程控制器PLC115开始工作信号。可编程控制器PLC115并把工作信号再经过网络通讯盒子113，网络通讯盒子113把工作信号通过公共网络112，传输到物联网平台110和APP终端111，显示已经启动或停止了。

第三种：强制控制前提是把智能电控柜116开关调节开与关上。

人为的强制开启农业设施118，只需要开启智能电控柜116上的按钮。也可以人的强制关闭农业设施118，只需要关闭智能电控柜116上的按钮。即使是自动控制失灵和远程控制失灵，还是可以人为的去强制开启和关闭农业设施118。

2、远程编写程序：物联网平台110把需要修改程序和设置好自动程序，通过公共网络112，把程序传输给智能电控柜116中的网络通讯盒子113给可编程控制器PLC115。对可编程控制器PLC115程序进行修改和进行自动程序的设定。

如图：2所示物联网传感器117感知畜牧舍225环境中温湿度、氨气、硫化氢气体等和物联网传感器222感知植物大棚226环境中温度、湿度、光照度、土壤养分等，把环境转化成数据，分别传输给智能电控柜118和智能电控柜221中的中的可编程控制器PLC115和可编程控制器PLC115。

实施例2

如图2所示，本实用新型提供的另一种农业多功能物联网监控方法的另一种实施方式，该方法基于传感器设备从现场采集的环境数据，通过可编程控制器控制器PLC集中控制，对农业设备进行现场控制；采用工业级智能控制柜将数据传输到物联网平台以及用户终端上，实现远程控制。

该方法具体为：

所述传感器设备采集环境数据并发送至可编程控制器控制器上，所述可编程控制器控制器接收环境数据后经整理根据内置的程序并将控制指令发送到农业设施，控制农业设施的动作；或者可编程控制器控制器接收环境数据后，接收外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到农业设施，控制农业设施的动作。

所述可编程控制器控制器接收环境数据后，接收外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到农业设施，控制农业设施的动作具体为：

所述可编程控制器控制器通过通讯盒子接入到公共网络，并将其接收到的环境数据发送给用户终端；

所述用户终端设置有APP程序，用户通过APP程序检测现场环境情况，并发出控制指令给可编程控制器控制器；

所述可编程控制器控制器将控制指令发送给农业设施控制其动作；

所述农业设施的工作情况再由可编程控制器控制器发送到用户终端上。

所述农业设施包括植物农业设施和畜牧舍农业设施，并分别配置有植物传感器和畜牧舍传感器；

所述控制器分为植物控制器和畜牧舍控制器，所述植物控制器其接收植物传感器发送的环境数据后经整理根据内置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到植物农业设施，控制植物农业设施的动作；

所述畜牧舍控制器其接收畜牧舍传感器发送的环境数据后经整理根据内置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并将控制指令发送到畜牧舍农业设施，控制畜牧舍农业设施的动作。

所述控制器与通讯盒子设置在工业级的智能电控柜中，所述智能电控柜上设有人工调节开关，所述人工调节开关连接可编程控制器控制器，通过所述人工调节开关可人为强制开启或关闭农业设施。

1、控制方式：

第一种：自动控制前提是把智能电控柜116开关和智能电控柜221开关调节到自动上；可编程控制器LPC115和可编程控制器LPC220接收到数据，并根据设定的程序自动进行计算，并且分别发出指令给农业设施118和农业设施223，分别使其开始工作，并分别反馈给可编程控制器PLC115和可编程控制器LPC220开始的工作信号。当畜牧舍225环境中的温湿度、氨气、硫化氢气体等达到适合的值时和植物大棚226环境中温度、湿度、光照度、土壤养分等达到适合的值时，物联网传感器117和传感器222把环境转化成数据，再次分别传输给智能电控柜116中可编程控制器PLC115和智能电控柜221中可编程控制器PLC220。可编程控制器PLC115和可编程控制器PLC220再次根据设定的程序自动进行计算，并且分别发出指令给农业设施118和农业设施223，使其分别停止工作并反馈给可编程控制器PLC115和可编程控制器PLC220停止工作信号。这样循环工作达到自动控制的目的。

第二种：远程控制前提是把智能电控柜116开关和智能电控柜221开关调节到自动上；可编程控制器LPC115接收到数据和可编程控制器LPC220，可编程控制器LPC115把计算好的数据直接传输给网络通讯盒子113，而可编程控制器LPC220需要通过网络路由器119传输给网络通讯盒子113，网络通讯盒子113用有线和无线相互配合的方式接入公共网络112。公共网络把数据传输给物联网平台110和APP终端111进行数据同步，用户可以通过物联网平台110和APP终端111发出两个不同的指令给公共网络平台112，公共网络平台112再把指令通过给网络通讯盒子113分别传输给可编程控制器PLC115和可编程控制器PLC220。可编程控制器PLC115通过智能电控柜116控制农业设施118启动或关闭，而可编程控制器PLC220通过智能电控柜221控制农业设施223启动或关闭。农业设施118工作开始并反馈给可编程控制器PLC115开始工作信号，而农业设施225工作开始并反馈给可编程控制器PLC220开始工作信号。可编程控制器PLC11把工作信号直接传输网络通讯盒子113，而可编程控制器PLC220需要通过网络路由器221传输给网络通讯盒子113。网络通讯盒子113把两组工作信号通过公共网络112，传输到物联网平台110和APP终端111，显示已经启动或停止了。

第三种：强制控制前提是把智能电控柜116和智能电控柜221开关调节开与关上；人为的强制开启畜牧舍225中的农业设施118和植物大棚225中的农业设施223，只需要开启智能电控柜116和智能电控柜221上的按钮。也可以人的强制关闭农业设施118和农业设施223，只需要关闭智能电控柜116和智能电控柜221上的按钮。即使是自动控制失灵和远程控制失灵，还是可以人为的去强制开启和关闭农业设施118和农业设施223。

2、远程编写程序：物联网平台110把需要修改程序和设置好自动程序，通过公共网络112，把程序分别传输给智能电控柜116中的可编程控制器PLC115和智能电控柜221中的可编程控制器PLC220，对可编程控制器PLC115程序进行修改和进行自动程序的设定。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。