农业空气、土壤环境监测LED显示应用
时间：2025-04-14
涉川
一、方案介绍
现代农业对种植环境的依赖程度越来越高，精准掌握空气温湿度与土壤湿度等环境参数，已成为保障作物健康、提升产量与品质的重要手段。本方案围绕温室大棚、农田、育苗场等典型农业场景，通过部署空气温湿度传感器、土壤湿度传感器、4G数据采集终端与户外高亮LED实时显示屏，实现对环境关键参数的实时采集、智能传输、现场显示与远程监管。
系统可有效帮助农业管理人员第一时间了解温湿度变化趋势，及时采取通风、灌溉、补水等管理措施，保障农业种植全过程的生态适宜性，降低生产成本，提高管理效率，是智慧农业落地的关键组成模块。
二、监测目标
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实时监测空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤含水率等关键环境因子；
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将采集到的数据通过4G网络上传至管理平台；
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同时通过LED显示屏将监测数据在田间现场直观展示，方便现场查看；
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支持数据平台扩展与远程控制，提高智能化农业管理水平。
三、需求分析
农业生产过程中，尤其在温室大棚、果蔬基地、苗圃、经济作物种植等领域，对于环境的调控需求十分关键。以往人工采集方式存在效率低、误差大、响应慢等不足，而缺乏现场可视信息也导致管理决策滞后。
因此，需建立一套：
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自动感知环境参数；
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稳定传输数据至平台；
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本地直观显示数据；
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兼具扩展性与可远程运维的现代化农业环境监测系统。
设备 参数 环境监测设备 温湿度传感器 1、温度测量范围：-50～80℃;
2、温度测量分辨率：0.1℃;
3、温度测量精度：±0.5℃;
4、湿度测量范围：0~100RH%;
5、湿度分辨率：0.1 RH%;
6、湿度测量精度：±5 RH%;
7、供电电压：DC12-24V；
8、输出方式：RS485；
9、防护等级：IP45土壤湿度传感器 1、测量范围：温度-50～80℃、湿度0～100%；
2、测量分辨率：温度0.1℃、湿度0.1%；
3、测量精度：温度±0.5℃、湿度±3%；
4、供电电压：DC12-24V；
5、输出方式：RS485；
6、防护等级：IP45数据采集仪 数据采集系统：低功耗数据采集终端
内核： ARM 32位Cortex-M3 CPU
系统时钟：高可达72MHz
指令执行速度： 1.25Dmips/MHz
采样频率：0.5s/次
支持频段 4G 全网通
符合ETSI GSM Phase 2+标准、符合SMG31bis技术规范，支持波特率配置、时间同步、LBS定位、网络/短信/串口AT指令支持对接第三方开发平台，LED屏幕接入，远程程序升级，无线透传，4路数据接入等功能LED屏幕 全户外P5全彩显示屏，显示尺寸为：64cm*32cm，用于在大棚内实时显示监测的环境相关参数
框架制作：一体化金属防水工艺
像素间点距：5mm
像素密度：40000点/㎡
像素颜色：全彩
存储容量：2MByte
通讯接口：RS232串行接口或RS485串行接口
通讯：有线/无线，采用AES加密算法提高数据传输的安全性
四、监测方法
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空气温湿度监测
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利用温湿度一体传感器布设在种植区域中央或代表性位置；
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实时感知空气温度（-50～80℃）与湿度（0~100%RH）变化；
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采集频率0.5秒/次，输出至采集终端。
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土壤湿度监测
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将土壤传感器水平或垂直埋设在植物根区，监测0～100%含水率；
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同时感知土壤温度变化；
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适用于不同土质环境。
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数据采集与无线传输
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采用低功耗、内嵌4G模块的ARM芯片采集器；
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支持LBS定位、数据打包上传、远程升级与LED屏连接；
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支持4路并行数据输入，RS485接口通信。
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LED现场显示
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使用全彩LED户外屏幕，64cm×32cm尺寸，适合棚内查看；
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显示空气温度、湿度、土壤温度、湿度等实时参数；
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支持信息滚动、动态切换等方式，方便值守人员第一时间掌握数据。
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五、系统组成
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模块
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功能说明
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空气温湿度传感器
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实时监测空气中的温度与相对湿度
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土壤湿度传感器
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探测土壤层的水分与温度，反映土壤墒情
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数据采集终端
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多路输入、边缘计算、4G无线上传、LED联动控制
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户外LED显示屏
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实时展示环境数据，支持远程刷新与信息安全加密
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供电系统
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支持DC12-24V稳定供电，适配太阳能或农田微电网系统
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云平台（可扩展）
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支持远程查看数据、设定阈值、数据统计与图表生成（可对接）
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六、硬件参数（关键指标）
空气温湿度传感器：
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温度测量范围：-50～80℃，分辨率0.1℃，精度±0.5℃
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湿度测量范围：0～100%RH，分辨率0.1%RH，精度±5%RH
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输出方式：RS485；供电：DC12-24V；防护等级：IP45
土壤湿度传感器：
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温度范围：-50～80℃；湿度范围：0～100%
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分辨率：温度0.1℃，湿度0.1%；精度：±0.5℃ / ±3%
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输出方式：RS485；供电：DC12-24V；防护等级：IP45
数据采集仪：
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处理器：ARM 32位Cortex-M3，主频72MHz
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支持频段：全网通4G；支持远程升级、数据缓存、LED联动
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接口支持：RS485、串口AT指令、短信/网络通信、LBS定位等
LED显示屏：
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类型：全户外P5全彩
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显示尺寸：64cm×32cm，点距：5mm，像素密度：40000点/㎡
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防护设计：金属防水一体化外壳，适用于农业恶劣环境
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通讯接口：RS232/RS485，有线或无线通讯；支持AES数据加密
七、方案实现
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设备布设
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空气传感器安装在棚顶或柱体中部，避开风口与直射光；
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土壤传感器埋设于作物根部附近，根据作物种类设定埋深；
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采集终端置于防雨盒内，与传感器连接，通过4G上传数据并驱动LED屏。
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参数设置与联调
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设置温湿度与土壤水分的报警阈值；
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配置LED屏幕的显示内容顺序、字体大小与切换速度；
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校准采样周期、同步时间、上传间隔等参数。
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数据平台与管理
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若扩展远程平台功能，可实现多站点统一监控、历史数据查询、图表生成等；
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所有信息支持本地与远程双重查看，提升运行透明度与智能化水平。
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八、应用原理
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传感器感知的环境变量通过模拟/数字信号上传至数据采集终端；
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采集终端进行初步处理并上传至LED显示控制模块，同时通过4G模块发送至远程平台；
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LED屏幕根据实时数据刷新参数信息，让管理人员在田间地头第一时间了解环境状态；
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系统整体具备信息采集、传输、展示与决策支持等功能，构成智慧农业基础框架。
九、方案特点
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全自动化采集：温湿度、土壤数据实时自动上传；
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远程实时查看：可接入远程平台进行跨区种植环境监管；
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现场实时可视：LED屏幕直观展示，便于现场快速判断；
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高防护等级：设备支持IP45以上防水防尘，适合农业环境；
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易部署可扩展：标准RS485接口，支持多类型传感器接入；
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节能稳定运行：适配太阳能、蓄电池等独立供电方式；
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数据可追溯：支持报警、阈值设置与数据导出。
十、应用领域
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蔬菜大棚种植基地
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水果种植园/果树苗圃
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粮油作物田间环境监控
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草莓、蓝莓等高端经济作物基地
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现代农业示范园区
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农业科研试验基地
十一、效益分析
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类型
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预期效益
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农业效益
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提高作物健康管理水平，减少病害与水分胁迫带来的减产风险
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管理效益
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现场实时展示与远程可视化管理相结合，提升管理效率与反应速度
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成本效益
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降低人工巡查成本，提高决策科学性，节约水肥与电力资源
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智能效益
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为后续联动灌溉、风机控制、补光系统等提供数据基础
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教育/科普
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LED显示直观，适合教学实验场景与示范园区科普参观展示
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