水肥一體化MQTT應(yīng)用案例

一、客戶介紹

  目前我國農(nóng)業(yè)用水面臨資源短缺的問題，同時(shí)農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重，造成我們不可能通過單純?cè)黾有滤磥砭徑廪r(nóng)業(yè)用水的緊缺狀況。

    通過水肥一體化物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制技術(shù)，可以根據(jù)檢測土壤水分、作物種類的需肥規(guī)律，設(shè)置周期性水肥計(jì)劃實(shí)施輪灌。實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉、施肥的定時(shí)、定量控制，充分提高水肥利用率。實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥、改善土壤環(huán)境，提高作物品質(zhì)。

二、客戶所面臨的問題

1. 設(shè)備協(xié)議不統(tǒng)一，無法有效對(duì)接

由于水肥一體項(xiàng)目中使用的設(shè)備多樣性，設(shè)備協(xié)議也不同，傳統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)不支持多種PLC協(xié)議，無法進(jìn)行統(tǒng)一接入。 

2. 采集多種數(shù)據(jù)上報(bào)

網(wǎng)關(guān)要求能夠連接多種傳感器，采集諸如空氣溫濕度、光照、CO2含量、土壤溫濕度、土壤PH、流量等參數(shù)信息，通過多個(gè)主題進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)

3.對(duì)采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定性要求高

水肥一體化項(xiàng)目尤其注重?cái)?shù)據(jù)采集的完整性，在網(wǎng)關(guān)斷網(wǎng)的情況下，也需要網(wǎng)關(guān)能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后上傳數(shù)據(jù)

4. 需要支持PLC遠(yuǎn)程上下載

由于項(xiàng)目分布點(diǎn)眾多，無法做到全部現(xiàn)場管理，迫切需要支持PLC遠(yuǎn)程上下載功能

5. 項(xiàng)目參數(shù)自動(dòng)化調(diào)優(yōu)

項(xiàng)目中需要實(shí)時(shí)監(jiān)控項(xiàng)目內(nèi)數(shù)據(jù)的變化情況，對(duì)于不同的環(huán)境需要及時(shí)調(diào)整設(shè)備進(jìn)行處理，采取人工處理，無法有效及時(shí)的調(diào)整參數(shù)，因此需要自動(dòng)化調(diào)優(yōu)參數(shù)，達(dá)到節(jié)省人力的目的

三、方案總體設(shè)計(jì)

為了解決客戶上述問題，我們提出使用藍(lán)蜂MQTT 網(wǎng)關(guān)作為水肥一體化項(xiàng)目系統(tǒng)的核心監(jiān)控設(shè)備，通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)對(duì)接大棚內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到云端服務(wù)器。最終實(shí)現(xiàn)水肥一體機(jī)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，設(shè)備遠(yuǎn)程控制等功能

具體整體架構(gòu)圖如下

四、詳細(xì)方案設(shè)計(jì)

4.1 功能設(shè)計(jì)

4.2.1連接阿里云MQTT服務(wù)器

客戶需求：

需要將采集到的數(shù)據(jù)上報(bào)給阿里云服務(wù)器，用于做數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和存儲(chǔ)分析。

解決方案：

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)支持對(duì)接多種MQTT云服務(wù)器，包括阿里云，騰訊云，華為云,OneNet,以及自建MQTT服務(wù)器。

通過藍(lán)蜂MQTT配置工具，可對(duì)MQTT網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接服務(wù)器配置，可填寫阿里云服務(wù)器連接參數(shù)，支持阿里云動(dòng)態(tài)注冊(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速連接至阿里云服務(wù)器。

4..2對(duì)接大棚內(nèi)設(shè)備

客戶需求：

需要根據(jù)客戶要求建立與設(shè)備連接，并配置相關(guān)采集的變量數(shù)據(jù)

解決方案：

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，支持多種PLC協(xié)議和儀表傳感器，能夠連接多種下位機(jī)設(shè)備，包括西門子，三菱，信捷，臺(tái)達(dá)，Modbus，可根據(jù)需要進(jìn)行下位設(shè)備連接，支持RS232,RS485,以及LAN口進(jìn)行通訊。 

通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)配置頁面中驅(qū)動(dòng)管理功能，可進(jìn)行驅(qū)動(dòng)配置管理，支持創(chuàng)建/編輯，刪除驅(qū)動(dòng)，設(shè)置通訊口配置信息等，如圖

變量管理可用來配置要上報(bào)給水務(wù)平臺(tái)的具體的變量，支持新增、編輯、導(dǎo)入、導(dǎo)出、復(fù)制等功能，能夠快速方便的定義好要上報(bào)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息配置。

4.2.3上報(bào)數(shù)據(jù)

客戶需求：

對(duì)于一部分溫度、光照、濕度等數(shù)據(jù)，需要定時(shí)進(jìn)行上報(bào)，對(duì)于其他類型的數(shù)據(jù)，PH、CO2含量等，則需要根據(jù)變化數(shù)據(jù)來進(jìn)行上報(bào)。

解決方案：

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)可以設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)上報(bào)主題，同時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)上報(bào)的方式可使用三種：定時(shí)上報(bào)，條件上報(bào)，變化上報(bào)，能夠按照客戶的實(shí)際需求進(jìn)行選擇

在此項(xiàng)目中，可使用定時(shí)上報(bào)和變化上報(bào)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào) 

同時(shí)，針對(duì)于上報(bào)數(shù)據(jù)的格式，可通過自定義腳本實(shí)現(xiàn)定制化，實(shí)現(xiàn)腳本上報(bào)哪些數(shù)據(jù)，上報(bào)什么樣格式的數(shù)據(jù)。可通過腳本進(jìn)行定制化調(diào)整，達(dá)到客戶實(shí)機(jī)的數(shù)據(jù)要求

通過腳本功能，可實(shí)現(xiàn)上報(bào)數(shù)據(jù)的JSON格式如下：

上報(bào)json示例：

{

"code": "200",

"data": {

"msgId": "976",

"sn": "200121011045",

"greenhouse":"1",

"time": 1655185922470,

 "value": {

        "AirHumidity": "0",

"AirTemperature": "0",

"CO2": "0",

"HighVentilateMotor": "0",

"Illuminance": "0",

"InsulationQuilt": "0",

"InvoluteMembrane": "0",

"LowVentilateMotor": "0",

"SoilEC": "0",

"SoilHumidity": "0",

"SoilPH": "0",

"SoilTemperature": "0",

"SolenoidValve1": "0",

"SolenoidValve2": "0",

"WaterMeter": "0",

"WaterPump": "0",

"LiquidLevelFloat": "0",

"Reserved1": "0",

"Reserved2": "0",

"Reserved3": "0",

}

}

}

4.2.4遠(yuǎn)程控制設(shè)備

        客戶需求：

        通過阿里云平臺(tái)，使用MQTT協(xié)議對(duì)設(shè)備下發(fā)對(duì)應(yīng)數(shù)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)于內(nèi)卷膜電機(jī)、上下通風(fēng)電機(jī)等設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，可進(jìn)行開啟或關(guān)閉

        解決方案：

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，支持通過MQTT協(xié)議進(jìn)行數(shù)寫變量功能，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行寫值操作，通過請(qǐng)求主題向設(shè)備寫入變量的值，通過響應(yīng)主題發(fā)送寫入結(jié)果，在大棚管理系統(tǒng)中，下發(fā)對(duì)應(yīng)設(shè)備數(shù)值后，即可通過網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程項(xiàng)設(shè)備寫入數(shù)值，達(dá)到遠(yuǎn)程控制設(shè)備目的

應(yīng)用場景舉例：

比如發(fā)現(xiàn)大棚室內(nèi)溫度過高，則可通過配置寫變量主題，向PLC寫入參數(shù)，實(shí)現(xiàn)大棚的棉被電機(jī)遠(yuǎn)程開啟功能

寫變量請(qǐng)求主題示例：

/hcvhaj5yoHd/mqttx_0ea6d383/user/write/req

寫變量響應(yīng)主題示例：

/hcvhaj5yoHd/mqttx_0ea6d383/user/write/resp

默認(rèn)請(qǐng)求json示例：

{

        "msgId":"1",

        "sn":"200122200001",

        "greenhouse":"1",

"type": "default",

"data": {

        "key": "SolenoidValve1",

"readKey": "SolenoidValve2",

"value":"1"

}

}

4.2.5斷點(diǎn)續(xù)傳

當(dāng)網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)，網(wǎng)關(guān)會(huì)將報(bào)文緩存到存儲(chǔ)中，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后補(bǔ)發(fā)緩存的報(bào)文，并支持?jǐn)?shù)據(jù)采集時(shí)間的上報(bào)，從而保證數(shù)據(jù)的連續(xù)和完整性

4.2.6PLC遠(yuǎn)程上下載

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)支持進(jìn)行PLC遠(yuǎn)程上下載操作，選擇開啟遠(yuǎn)程上下載功能后，可以通過網(wǎng)關(guān)建立與PLC的虛擬網(wǎng)絡(luò)通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC程序遠(yuǎn)程上下載功能。

目前支持主流PLC設(shè)備的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程上下載和在線監(jiān)測，即使設(shè)備遠(yuǎn)在國外，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。

4.2.6 通過腳本功實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)調(diào)優(yōu)

客戶需求：

項(xiàng)目中需要實(shí)時(shí)監(jiān)控項(xiàng)目內(nèi)數(shù)據(jù)的變化情況，對(duì)于不同的環(huán)境需要及時(shí)調(diào)整設(shè)備進(jìn)行處理，采取人工處理，無法有效及時(shí)的調(diào)整參數(shù)，因此需要自動(dòng)化調(diào)優(yōu)參數(shù)，達(dá)到節(jié)省人力的目的

解決方案：

藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)的支持強(qiáng)大的腳本功能，當(dāng)某些任務(wù)或功能在常規(guī)情況下難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，可編寫腳本進(jìn)行解決，通過腳本編寫控制程序和處理邏輯，能夠實(shí)現(xiàn)在某些特定條件下，自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的功能，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目參數(shù)自動(dòng)調(diào)優(yōu)，極大增強(qiáng)整個(gè)網(wǎng)關(guān)對(duì)于業(yè)務(wù)的支撐，讓網(wǎng)關(guān)功能更強(qiáng)大

腳本案例舉例：

通過發(fā)現(xiàn)大棚室內(nèi)溫度，當(dāng)網(wǎng)關(guān)判斷溫度過高，網(wǎng)關(guān)自動(dòng)向PLC寫入參數(shù)，實(shí)現(xiàn)大棚的棉被電機(jī)遠(yuǎn)程開啟功能，達(dá)到降溫的目的，當(dāng)棚內(nèi)溫度低于10攝氏度，則需要自動(dòng)關(guān)閉大棚棉被電機(jī)控制開關(guān)，達(dá)到保溫的目的

腳本實(shí)現(xiàn)方案：

創(chuàng)建2個(gè)腳本，腳本1設(shè)置運(yùn)行環(huán)境為：條件執(zhí)行，滿足temp溫度> 30后，執(zhí)行寫值1操作，腳本2設(shè)置運(yùn)行環(huán)境為：條件執(zhí)行，滿足temp溫度<10后，執(zhí)行寫值0操作，達(dá)到自動(dòng)控制棚內(nèi)溫度的目的

腳本1示例代碼如下：

function main(){

                API.writeSignalValue("temp1",1);

}

腳本2示例代碼如下：

function main(){

                API.writeSignalValue("temp1",0);

}

五、方案的優(yōu)勢

1.統(tǒng)一的協(xié)議：使用藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)可以將各個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)上報(bào)，方便管理和維護(hù)。

2.高效的數(shù)據(jù)傳輸：藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)具有較低的帶寬占用和低功耗特點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)傳輸更加高效，省流量，節(jié)約成本

3.安全可靠：藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)具有較高的安全性，可以通過加密等方式保證數(shù)

4.實(shí)時(shí)監(jiān)控：通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和讀取，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)大棚內(nèi)數(shù)值異常情況并采取應(yīng)對(duì)措施。

5.遠(yuǎn)程管理：通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)，能夠對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程上下載和實(shí)時(shí)監(jiān)測，提高管理效率。

6.性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大：客戶端軟件操作簡單容易上手，方便基層人員操作，在常規(guī)功能無法支持的情況下，可通過編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)比較復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯和功能。

7. 提高作物品質(zhì)與產(chǎn)量：通過藍(lán)蜂MQTT網(wǎng)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，可有效的控制棚內(nèi)濕度，溫度、土壤濕度等條件，能夠降低病蟲害對(duì)種植戶造成的損失，起到了增收的作用，減少農(nóng)藥用量與人工打藥的成本。

六、客戶現(xiàn)場圖片