水肥一體化MQTT應用案例

一、客戶介紹

目前我國農業用水面臨資源短缺的問題，同時農業用水浪費現象非常嚴重，造成我們不可能通過單純增加新水源來緩解農業用水的緊缺狀況。 通過水肥一體化物聯網遠程精準控制技術，可以根據檢測土壤水分、作物種類的需肥規律，設置周期性水肥計劃實施輪灌。實現對灌溉、施肥的定時、定量控制，充分提高水肥利用率。實現節水節肥、改善土壤環境，提高作物品質。

二、客戶所面臨的問題

1. 設備協議不統一，無法有效對接

由于水肥一體項目中使用的設備多樣性，設備協議也不同，傳統的網關不支持多種PLC協議，無法進行統一接入。

2. 采集多種數據上報

網關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、流量等參數信息，通過多個主題進行數據上報
3.對采集數據穩定性要求高

水肥一體化項目尤其注重數據采集的完整性，在網關斷網的情況下，也需要網關能夠存儲數據，并在網絡恢復后上傳數據

4. 需要支持PLC遠程上下載

由于項目分布點眾多，無法做到全部現場管理，迫切需要支持PLC遠程上下載功能

5. 項目參數自動化調優

項目中需要實時監控項目內數據的變化情況，對于不同的環境需要及時調整設備進行處理，采取人工處理，無法有效及時的調整參數，因此需要自動化調優參數，達到節省人力的目的

三、方案總體設計

為了解決客戶上述問題，我們提出使用藍蜂MQTT 網關作為水肥一體化項目系統的核心監控設備，通過藍蜂MQTT網關對接大棚內的設備進行數據采集，再通過MQTT協議將數據轉發到云端服務器。最終實現水肥一體機項目的數據實時監測，設備遠程控制等功能

具體整體架構圖如下

四、詳細方案設計

4.1 功能設計

4.2.1連接阿里云MQTT服務器

客戶需求：

需要將采集到的數據上報給阿里云服務器，用于做數據的實時監控和存儲分析。

解決方案：

藍蜂MQTT網關支持對接多種MQTT云服務器，包括阿里云，騰訊云，華為云,OneNet,以及自建MQTT服務器。

通過藍蜂MQTT配置工具，可對MQTT網關進行連接服務器配置，可填寫阿里云服務器連接參數，支持阿里云動態注冊，能夠實現快速連接至阿里云服務器。

4..2對接大棚內設備

客戶需求：

需要根據客戶要求建立與設備連接，并配置相關采集的變量數據

解決方案：

藍蜂MQTT網關，支持多種PLC協議和儀表傳感器，能夠連接多種下位機設備，包括西門子，三菱，信捷，臺達，Modbus，可根據需要進行下位設備連接，支持RS232,RS485,以及LAN口進行通訊。

通過藍蜂MQTT網關配置頁面中驅動管理功能，可進行驅動配置管理，支持創建/編輯，刪除驅動，設置通訊口配置信息等，如圖

變量管理可用來配置要上報給水務平臺的具體的變量，支持新增、編輯、導入、導出、復制等功能，能夠快速方便的定義好要上報數據基礎信息配置。

4.2.3上報數據

客戶需求：

對于一部分溫度、光照、濕度等數據，需要定時進行上報，對于其他類型的數據，PH、CO2含量等，則需要根據變化數據來進行上報。

解決方案：

藍蜂MQTT網關可以設置多個數據上報主題，同時對于數據上報的方式可使用三種：定時上報，條件上報，變化上報，能夠按照客戶的實際需求進行選擇

在此項目中，可使用定時上報和變化上報的方式進行數據上報

同時，針對于上報數據的格式，可通過自定義腳本實現定制化，實現腳本上報哪些數據，上報什么樣格式的數據。可通過腳本進行定制化調整，達到客戶實機的數據要求

通過腳本功能，可實現上報數據的JSON格式如下：

上報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遠程控制設備

客戶需求：

通過阿里云平臺，使用MQTT協議對設備下發對應數值，實現對于內卷膜電機、上下通風電機等設備的遠程操作，可進行開啟或關閉

藍蜂MQTT網關，支持通過MQTT協議進行數寫變量功能，可對設備進行寫值操作，通過請求主題向設備寫入變量的值，通過響應主題發送寫入結果，在大棚管理系統中，下發對應設備數值后，即可通過網關遠程項設備寫入數值，達到遠程控制設備目的

應用場景舉例：

比如發現大棚室內溫度過高，則可通過配置寫變量主題，向PLC寫入參數，實現大棚的棉被電機遠程開啟功能

寫變量請求主題示例：

/hcvhaj5yoHd/mqttx_0ea6d383/user/write/req

寫變量響應主題示例：

/hcvhaj5yoHd/mqttx_0ea6d383/user/write/resp

默認請求json示例：

{

"msgId":"1",

"sn":"200122200001",

"greenhouse":"1",

"type": "default",

"data": {

"key": "SolenoidValve1",

"readKey": "SolenoidValve2",

"value":"1"

}

}

4.2.5斷點續傳

當網關的網絡異常時，網關會將報文緩存到存儲中，待網絡恢復后補發緩存的報文，并支持數據采集時間的上報，從而保證數據的連續和完整性

4.2.6PLC遠程上下載

藍蜂MQTT網關支持進行PLC遠程上下載操作，選擇開啟遠程上下載功能后，可以通過網關建立與PLC的虛擬網絡通道，實現對PLC程序遠程上下載功能。

目前支持主流PLC設備的程序進行遠程上下載和在線監測，即使設備遠在國外，也可以實現遠程管理。

4.2.6 通過腳本功實現參數自動調優

客戶需求：

項目中需要實時監控項目內數據的變化情況，對于不同的環境需要及時調整設備進行處理，采取人工處理，無法有效及時的調整參數，因此需要自動化調優參數，達到節省人力的目的

解決方案：

藍蜂MQTT網關的支持強大的腳本功能，當某些任務或功能在常規情況下難以實現時，可編寫腳本進行解決，通過腳本編寫控制程序和處理邏輯，能夠實現在某些特定條件下，自動調整參數的功能，實現項目參數自動調優，極大增強整個網關對于業務的支撐，讓網關功能更強大

腳本案例舉例：

通過發現大棚室內溫度，當網關判斷溫度過高，網關自動向PLC寫入參數，實現大棚的棉被電機遠程開啟功能，達到降溫的目的，當棚內溫度低于10攝氏度，則需要自動關閉大棚棉被電機控制開關，達到保溫的目的

腳本實現方案：

創建2個腳本，腳本1設置運行環境為：條件執行，滿足temp溫度> 30后，執行寫值1操作，腳本2設置運行環境為：條件執行，滿足temp溫度<10后，執行寫值0操作，達到自動控制棚內溫度的目的

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、方案的優勢

__1.統一的協議：__使用藍蜂MQTT網關可以將各個設備之間的數據統一通過MQTT協議數據上報，方便管理和維護。

__2.高效的數據傳輸：__藍蜂MQTT網關具有較低的帶寬占用和低功耗特點，使得數據傳輸更加高效，省流量，節約成本

__3.安全可靠：__藍蜂MQTT網關具有較高的安全性，可以通過加密等方式保證數

__4.實時監控：__通過藍蜂MQTT網關實時數據采集和讀取，能夠及時發現大棚內數值異常情況并采取應對措施。

__5.遠程管理：__通過藍蜂MQTT網關，能夠對設備實現遠程上下載和實時監測，提高管理效率。

__6.性能穩定，功能強大：__客戶端軟件操作簡單容易上手，方便基層人員操作，在常規功能無法支持的情況下，可通過編寫腳本程序實現比較復雜的業務邏輯和功能。
__7.提高作物品質與產量：__通過藍蜂MQTT網關進行遠程監控，可有效的控制棚內濕度，溫度、土壤濕度等條件，能夠降低病蟲害對種植戶造成的損失，起到了增收的作用，減少農藥用量與人工打藥的成本。

審核編輯 黃宇