本實用新型涉及農業物聯網領域，特別涉及一種農業多功能物聯網監控系統及監控方法。

背景技術：

物聯網 (Internet of Things，簡稱：IoT) 從字面上講，就是物物相連的互聯網。它的目的是將泛在 (Ubiquitous) 的終端設備，包括傳感器、控制器、智能手機終端、家居智能設備等連接起來，實現實時的信息交換和通訊。物聯網被普遍認為是下一代信息技術發展的新興熱點。

農業物聯網是物聯網應用的重要領域，它綜合運用物聯網及各種通訊技術，將農業生產場所的溫度、濕度、pH 值、光照度、土壤養分等傳感器連接起來，獲取農業生產環境數據；并連接風機、噴滴灌、卷膜、地熱、遮陽篷等農業設施，遠程或自動地控制這些設備的啟停，調節環境使之處于最適宜作物生長的狀態。

現有技術存在的問題和缺點

農業物聯網控制方面，多基于網絡模塊相互協調來控制風機、噴滴灌、卷膜、地熱、遮陽篷等農業設施，這些模塊都是不成熟的產品，在農業生產環境復雜的情況下，一些控制模塊外殼和內部芯片會因為晝夜熱脹冷縮而變形，更不用說其中有些模塊都是一些沒有經驗的加工廠生產就直接拿出去使用。假設在通信良好的情況下，由于控制模塊在野外時間較長發生變形，根本不能控制風機、噴滴灌、卷膜、地熱、遮陽篷等農業設施。模塊發生變形或損壞，現場手動控制都不能使用，這樣會給農業企業帶來巨大的損失。

農業物聯網多基于 Zigbee，低功耗 Bluetooth 等無線組網技術，由于嵌入式硬件計算能力弱，通訊能力受功耗、成本及組網原理的限制，導致數據丟失率高、網絡延遲率大、系統健壯性差。對于一些只有數據采集監測的物聯網應用，這些限制還不算突出；而對于大規模的分布式物聯網控制應用，網絡的上述特性會造成諸如控制反饋不及時、控制指令丟失率高、控制可靠性差等問題，控制效率顯著降低，嚴重阻礙農業物聯網監控系統的大規模發展應用。

農業物聯網針對的物種的不同，使用的系統程序和控制方法也應該不同。動物所需要的環境和植物所需要的環境是不同的，假設農業企業有動物和植物兩種物種，導致農業企業需要有兩張系統來控制，給農業企業帶來控制的不便。

分析其根源，有以下兩方面原因：

第一，目前物聯網監控系統一般采用“上報數據——遠端服務器運算——下發控制指令”的模式，中心服務器充當了“指揮官”或者“智慧大腦”的角色，現場的物聯傳感器只是遠端服務器的“千里眼”和“機器手”。由于從傳感器到中心服務器之間的網絡層次多，可能會有 Zigbee、Bluetooth、Wifi、GPRS、CDMA、3G、4G 等多種通訊協議間的轉換，網絡的高丟包率和大延遲導致通訊鏈路的任何一環故障，都會造成“智慧大腦”看不到聽不到、無事件可處理、發出的指令無法執行。這樣，再智能的“控制大腦”也會癱瘓不可用。

第二，農業企業的野外環境的復雜性使得它的控制要求也變得復雜起來而目前物聯網監控系統難以滿足靈活組態的需求。遠端中心服務器上的自動控制邏輯是針對所有農業企業設計，往往只能實現比較通用簡單規則，如定時控制、超限控制等，涉及多變量因素的復雜控制要求難以實現，針對具體農企的特色控制需求無法靈活組態。針對此問題，一些生產廠家拿一些所謂大學學院開發的模塊，能靈活組合使用的來給農戶使用，卻忽略農業野外環境的復雜性，導致模塊在野外或更惡劣的環境下模塊變形，連最起碼的手動控制都不能使用，從而給農業企業帶來巨大的損失。

第三，農業物聯網針對的物種的不同，使用的系統程序和控制方法也應該不同。動物所需要的環境和植物所需要的環境是不同的，假設農業企業有動物和植物兩種物種，那么農業企業就需要用兩種系統來控制，給農業企業控制系統帶來不便。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本實用新型實施例提供了一種農業多功能物聯網監控系統及監控方法，最大程度上保證數據傳輸的穩定性和遠程控制的可靠性，通過一種多功能系統能滿足農業物聯網物種的不同，滿足農企業多種控制需求。

本實用新型提供的一種農業多功能物聯網監控系統，包括傳感器設備、農業設施、控制器、通訊盒子、物聯網平臺以及用戶終端；其中，

所述傳感器設備將監測到的環境數據發送給控制器，所述控制器為可編程控制器控制器PLC，其接收環境數據后經整理根據內置的程序或者接收外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到農業設施，控制農業設施的動作；

所述通訊盒子為控制器與外部網絡間搭建網絡通道，使控制器與用戶終端可以通過公共網絡進行信息交互；

所述物聯網平臺通過通訊盒子與控制器進行信息交互，為系統提供數據存儲與顯示功能。物聯網平臺還可以顯示監測的數據值和設置控制命令。

所述農業設施包括植物農業設施和畜牧舍農業設施，并分別配置有植物傳感器和畜牧舍傳感器。

所述控制器分為植物控制器和畜牧舍控制器，所述植物控制器其接收植物傳感器發送的環境數據后經整理根據內置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到植物農業設施，控制植物農業設施的動作；

所述畜牧舍控制器其接收畜牧舍傳感器發送的環境數據后經整理根據內置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到畜牧舍農業設施，控制畜牧舍農業設施的動作。

所述通訊盒子為工業級的網絡通訊盒子，所述控制器為工業級的可編程控制器控制器PLC，并且所述控制器與通訊盒子設置在工業級的智能電控柜中。

所述電控柜分為植物電控柜和畜牧舍電控柜，在所述植物電控柜和畜牧舍電控柜間通過路由器進行信息交互。

一種農業多功能物聯網監控方法，該方法基于傳感器設備從現場采集的環境數據，通過可編程控制器控制器PLC集中控制，對農業設備進行現場控制；采用工業級智能控制柜將數據傳輸到物聯網平臺以及用戶終端上，實現遠程控制。

該方法具體為：

所述傳感器設備采集環境數據并發送至可編程控制器控制器上，所述可編程控制器控制器接收環境數據后經整理根據內置的程序并將控制指令發送到農業設施，控制農業設施的動作；或者可編程控制器控制器接收環境數據后，接收外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到農業設施，控制農業設施的動作。

所述可編程控制器控制器接收環境數據后，接收外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到農業設施，控制農業設施的動作具體為：

所述可編程控制器控制器通過通訊盒子接入到公共網絡，并將其接收到的環境數據發送給用戶終端；

所述用戶終端設置有APP程序，用戶通過APP程序檢測現場環境情況，并發出控制指令給可編程控制器控制器；

所述可編程控制器控制器將控制指令發送給農業設施控制其動作；

所述農業設施的工作情況再由可編程控制器控制器發送到用戶終端上。

所述農業設施包括植物農業設施和畜牧舍農業設施，并分別配置有植物傳感器和畜牧舍傳感器；

所述控制器分為植物控制器和畜牧舍控制器，所述植物控制器其接收植物傳感器發送的環境數據后經整理根據內置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到植物農業設施，控制植物農業設施的動作；

所述畜牧舍控制器其接收畜牧舍傳感器發送的環境數據后經整理根據內置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到畜牧舍農業設施，控制畜牧舍農業設施的動作。

所述控制器與通訊盒子設置在工業級的智能電控柜中，所述智能電控柜上設有人工調節開關，所述人工調節開關連接可編程控制器控制器，通過所述人工調節開關可人為強制開啟或關閉農業設施。

本實用新型采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

本實用新型及實用新型專提供了農業物聯網一套系統多種控制方法，通過工業級多種編程PLC與工業級網絡通信盒子組合，工業級柜子能抵抗野外環境多種自然因素，傳輸信號以有線和無線相互配合，最大程度上保證數據傳輸的穩定性和遠程控制的可靠性，工業級多種編程PLC通過工業級網絡通信盒子與平臺實時同步，可遠程通過平臺修改PLC程序，使系統變的靈活多變，一個網絡通訊盒子可以連接多個PLC，使其通過一個網絡通信盒子把數據同步到一個平臺上，通過一種多功能系統能滿足農業物聯網物種的不同，滿足農企業多種控制的需求。

第一：所采用的PLC和網絡通訊盒子及智能電控柜，都是工業級的元器件材料，能抵御野外自然環境惡劣的因素。

第二：采的傳輸方式是有線和無線，也可以相互配合的使用，使其傳輸信號達到最穩定的狀態。

第三：一個系統能調節兩種不同的物種所需要的環境。

第四：根據農業企業的不同要求，系統可以靈活多變的調整程序。

第五：程序可以通過網絡平臺遠程調整和控制，也可以通過APP終端控制。

附圖說明

圖1為本實用新型第一種實施例的結構圖；

圖2為本實用新型第一種實施例的結構圖；

其中，110-物聯網平臺、111-APP終端、112-公共網絡、113-網絡通訊盒子、115、220-可編程控制器控制器PLC；116、221-智能電控柜；117、222-物聯網傳感器；118、223-農業設施、225-畜牧舍、226-植物大棚。

具體實施方式

本實用新型提供空一種農業多功能物聯網監控系統及監控方法，為使本實用新型的目的，技術方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

實用新型的一個方面，提供一種農業多功能物聯網監測方式，包括：

物聯網傳感器采集動植物環境數據，通過有線穩定的方式傳輸給智能電柜中的工業級多種編程PLC。

根據實用新型的一個方面，提供一種農業物聯網數據的同步和傳輸方式，包括：

工業級網絡通信盒子與工業級多種編程PLC組合，兩者以網絡方式連接，網絡通信盒子把數據傳輸給網絡平臺，盒子的通信的方式有兩種有線和無線，也可以相互配合的使用，使其傳輸信號達到最穩定的狀態。工業級網絡通信盒子與工業級多種編程PLC以網絡方式連接的同時，PLC的數據與網絡數據進行同步。其中PLC的程序也可以通過網絡平臺來進行改寫同步，無需程序員跑到現場更改程序，農業企業也可以與程序員遠程交流更改程序，使其程序控制變的靈活多變。

根據實用新型的一個方面，提供一種農業多功能物聯網的控制方法，包括：

第一、本地手動控制，通過控制工業級智能電控柜上的功能按鈕，來控制風機、噴滴灌、卷膜、地熱、遮陽篷等農業設施。這種本地手動控制即使有最惡劣的環境都能使用，能確保農業生產的照常進行。

第二、本地自動控制，通過手機APP或網絡瀏覽器登入網址進行閾值設定，把數據同步到現場的工業級智能電控柜中的PLC中，由PLC進行數據計算，來控制風機、噴滴灌、卷膜、地熱、遮陽篷等農業設施，這種設定可以為農業企業省心節本。

第三、遠程手動控制，通過手機APP或網絡瀏覽器登入網址進行遠程開啟和關閉，把數據同步到現場的工業級智能電控柜中的PLC中，來控制風機、噴滴灌、卷膜、地熱、遮陽篷等農業設施，遇到極端天氣可以有效快速的控制農業設施，減少農業企業的損失。

根據實用新型的一個方面，提供一種農業多功能物聯網監測控制系統控制：網絡通信盒子能連接多個可編程控制器PLC同步到平臺。假設有兩種不同的物種，通過不同的PLC，經過同一個網絡通信盒子連接同步到一個系統平臺，方便農業企業控制。

實施例1

所述傳感器設備采集環境數據并發送至可編程控制器控制器上，所述可編程控制器控制器接收環境數據后經整理根據內置的程序并將控制指令發送到農業設施，控制農業設施的動作；或者可編程控制器控制器接收環境數據后，接收外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到農業設施，控制農業設施的動作。

所述可編程控制器控制器接收環境數據后，接收外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到農業設施，控制農業設施的動作具體為：

所述可編程控制器控制器通過通訊盒子接入到公共網絡，并將其接收到的環境數據發送給用戶終端；

所述用戶終端設置有APP程序，用戶通過APP程序檢測現場環境情況，并發出控制指令給可編程控制器控制器；所述可編程控制器控制器將控制指令發送給農業設施控制其動作；所述農業設施的工作情況再由可編程控制器控制器發送到用戶終端上。

如圖1所示物聯網傳感器117感知環境中溫度、濕度、pH 值、光照度、土壤養分等，把環境轉化成數據，傳輸智能電控柜118中的給可編程控制器PLC115。

1、控制方式：

第一種：自動控制前提是把智能電控柜116開關調節到自動上

可編程控制器LPC115接收到數據，并根據設定的程序自動進行計算，并且發出指令給農業設施118，使其開始工作并反饋給可編程控制器PLC115開始工作信號。當環境中的溫度、濕度、pH 值、光照度、土壤養分等達到適合的值時，物聯網傳感器117感知環境中的溫度、濕度、pH 值、光照度、土壤養分等，把環境轉化成數據，再次傳輸給傳輸智能電控柜116中可編程控制器PLC115。可編程控制器PLC115再次根據設定的程序自動進行計算，并且發出指令給農業設施118，使其停止工作并反饋給可編程控制器PLC115停止工作信號。這樣循環工作達到自動控制的目的。

第二種：遠程控制的前提是把智能電控柜116開關調節到自動上

可編程控制器LPC115接收到數據，把計算好的數據傳輸給網絡通訊盒子113，網絡通訊盒子113用有線和無線相互配合的方式接入公共網絡112。公共網絡把數據傳輸給物聯網平臺110和APP終端111進行數據同步，用戶可以通過物聯網平臺110和APP終端111發出指令給公共網絡平臺112，公共網絡平臺112再把指令通過給網絡通訊盒子113傳輸給可編程控制器PLC115。可編程控制器PLC115通過智能電控柜116控制農業設施啟動或關閉，農業設施118工作開始并反饋給可編程控制器PLC115開始工作信號。可編程控制器PLC115并把工作信號再經過網絡通訊盒子113，網絡通訊盒子113把工作信號通過公共網絡112，傳輸到物聯網平臺110和APP終端111，顯示已經啟動或停止了。

第三種：強制控制前提是把智能電控柜116開關調節開與關上。

人為的強制開啟農業設施118，只需要開啟智能電控柜116上的按鈕。也可以人的強制關閉農業設施118，只需要關閉智能電控柜116上的按鈕。即使是自動控制失靈和遠程控制失靈，還是可以人為的去強制開啟和關閉農業設施118。

2、遠程編寫程序：物聯網平臺110把需要修改程序和設置好自動程序，通過公共網絡112，把程序傳輸給智能電控柜116中的網絡通訊盒子113給可編程控制器PLC115。對可編程控制器PLC115程序進行修改和進行自動程序的設定。

如圖：2所示物聯網傳感器117感知畜牧舍225環境中溫濕度、氨氣、硫化氫氣體等和物聯網傳感器222感知植物大棚226環境中溫度、濕度、光照度、土壤養分等，把環境轉化成數據，分別傳輸給智能電控柜118和智能電控柜221中的中的可編程控制器PLC115和可編程控制器PLC115。

實施例2

如圖2所示，本實用新型提供的另一種農業多功能物聯網監控方法的另一種實施方式，該方法基于傳感器設備從現場采集的環境數據，通過可編程控制器控制器PLC集中控制，對農業設備進行現場控制；采用工業級智能控制柜將數據傳輸到物聯網平臺以及用戶終端上，實現遠程控制。

該方法具體為：

所述傳感器設備采集環境數據并發送至可編程控制器控制器上，所述可編程控制器控制器接收環境數據后經整理根據內置的程序并將控制指令發送到農業設施，控制農業設施的動作；或者可編程控制器控制器接收環境數據后，接收外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到農業設施，控制農業設施的動作。

所述可編程控制器控制器接收環境數據后，接收外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到農業設施，控制農業設施的動作具體為：

所述可編程控制器控制器通過通訊盒子接入到公共網絡，并將其接收到的環境數據發送給用戶終端；

所述用戶終端設置有APP程序，用戶通過APP程序檢測現場環境情況，并發出控制指令給可編程控制器控制器；

所述可編程控制器控制器將控制指令發送給農業設施控制其動作；

所述農業設施的工作情況再由可編程控制器控制器發送到用戶終端上。

所述農業設施包括植物農業設施和畜牧舍農業設施，并分別配置有植物傳感器和畜牧舍傳感器；

所述控制器分為植物控制器和畜牧舍控制器，所述植物控制器其接收植物傳感器發送的環境數據后經整理根據內置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到植物農業設施，控制植物農業設施的動作；

所述畜牧舍控制器其接收畜牧舍傳感器發送的環境數據后經整理根據內置的程序或者接受外部控制程序生成控制指令，并將控制指令發送到畜牧舍農業設施，控制畜牧舍農業設施的動作。

所述控制器與通訊盒子設置在工業級的智能電控柜中，所述智能電控柜上設有人工調節開關，所述人工調節開關連接可編程控制器控制器，通過所述人工調節開關可人為強制開啟或關閉農業設施。

1、控制方式：

第一種：自動控制前提是把智能電控柜116開關和智能電控柜221開關調節到自動上；可編程控制器LPC115和可編程控制器LPC220接收到數據，并根據設定的程序自動進行計算，并且分別發出指令給農業設施118和農業設施223，分別使其開始工作，并分別反饋給可編程控制器PLC115和可編程控制器LPC220開始的工作信號。當畜牧舍225環境中的溫濕度、氨氣、硫化氫氣體等達到適合的值時和植物大棚226環境中溫度、濕度、光照度、土壤養分等達到適合的值時，物聯網傳感器117和傳感器222把環境轉化成數據，再次分別傳輸給智能電控柜116中可編程控制器PLC115和智能電控柜221中可編程控制器PLC220。可編程控制器PLC115和可編程控制器PLC220再次根據設定的程序自動進行計算，并且分別發出指令給農業設施118和農業設施223，使其分別停止工作并反饋給可編程控制器PLC115和可編程控制器PLC220停止工作信號。這樣循環工作達到自動控制的目的。

第二種：遠程控制前提是把智能電控柜116開關和智能電控柜221開關調節到自動上；可編程控制器LPC115接收到數據和可編程控制器LPC220，可編程控制器LPC115把計算好的數據直接傳輸給網絡通訊盒子113，而可編程控制器LPC220需要通過網絡路由器119傳輸給網絡通訊盒子113，網絡通訊盒子113用有線和無線相互配合的方式接入公共網絡112。公共網絡把數據傳輸給物聯網平臺110和APP終端111進行數據同步，用戶可以通過物聯網平臺110和APP終端111發出兩個不同的指令給公共網絡平臺112，公共網絡平臺112再把指令通過給網絡通訊盒子113分別傳輸給可編程控制器PLC115和可編程控制器PLC220。可編程控制器PLC115通過智能電控柜116控制農業設施118啟動或關閉，而可編程控制器PLC220通過智能電控柜221控制農業設施223啟動或關閉。農業設施118工作開始并反饋給可編程控制器PLC115開始工作信號，而農業設施225工作開始并反饋給可編程控制器PLC220開始工作信號。可編程控制器PLC11把工作信號直接傳輸網絡通訊盒子113，而可編程控制器PLC220需要通過網絡路由器221傳輸給網絡通訊盒子113。網絡通訊盒子113把兩組工作信號通過公共網絡112，傳輸到物聯網平臺110和APP終端111，顯示已經啟動或停止了。

第三種：強制控制前提是把智能電控柜116和智能電控柜221開關調節開與關上；人為的強制開啟畜牧舍225中的農業設施118和植物大棚225中的農業設施223，只需要開啟智能電控柜116和智能電控柜221上的按鈕。也可以人的強制關閉農業設施118和農業設施223，只需要關閉智能電控柜116和智能電控柜221上的按鈕。即使是自動控制失靈和遠程控制失靈，還是可以人為的去強制開啟和關閉農業設施118和農業設施223。

2、遠程編寫程序：物聯網平臺110把需要修改程序和設置好自動程序，通過公共網絡112，把程序分別傳輸給智能電控柜116中的可編程控制器PLC115和智能電控柜221中的可編程控制器PLC220，對可編程控制器PLC115程序進行修改和進行自動程序的設定。

以上所述僅為本實用新型的實施方式，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。