水肥一体化MQTT应用案例

一、客户介绍

  目前我国农业用水面临资源短缺的问题，同时农业用水浪费现象非常严重，造成我们不可能通过单纯增加新水源来缓解农业用水的紧缺状况。

    通过水肥一体化物联网远程精准控制技术，可以根据检测土壤水分、作物种类的需肥规律，设置周期性水肥计划实施轮灌。实现对灌溉、施肥的定时、定量控制，充分提高水肥利用率。实现节水节肥、改善土壤环境，提高作物品质。

二、客户所面临的问题

1. 设备协议不统一，无法有效对接

由于水肥一体项目中使用的设备多样性，设备协议也不同，传统的网关不支持多种PLC协议，无法进行统一接入。 

2. 采集多种数据上报

网关要求能够连接多种传感器，采集诸如空气温湿度、光照、CO2含量、土壤温湿度、土壤PH、流量等参数信息，通过多个主题进行数据上报

3.对采集数据稳定性要求高

水肥一体化项目尤其注重数据采集的完整性，在网关断网的情况下，也需要网关能够存储数据，并在网络恢复后上传数据

4. 需要支持PLC远程上下载

由于项目分布点众多，无法做到全部现场管理，迫切需要支持PLC远程上下载功能

5. 项目参数自动化调优

项目中需要实时监控项目内数据的变化情况，对于不同的环境需要及时调整设备进行处理，采取人工处理，无法有效及时的调整参数，因此需要自动化调优参数，达到节省人力的目的

三、方案总体设计

为了解决客户上述问题，我们提出使用蓝蜂MQTT 网关作为水肥一体化项目系统的核心监控设备，通过蓝蜂MQTT网关对接大棚内的设备进行数据采集，再通过MQTT协议将数据转发到云端服务器。最终实现水肥一体机项目的数据实时监测，设备远程控制等功能

具体整体架构图如下

四、详细方案设计

4.1 功能设计

4.2.1连接阿里云MQTT服务器

客户需求：

需要将采集到的数据上报给阿里云服务器，用于做数据的实时监控和存储分析。

解决方案：

蓝蜂MQTT网关支持对接多种MQTT云服务器，包括阿里云，腾讯云，华为云,OneNet,以及自建MQTT服务器。

通过蓝蜂MQTT配置工具，可对MQTT网关进行连接服务器配置，可填写阿里云服务器连接参数，支持阿里云动态注册，能够实现快速连接至阿里云服务器。

4..2对接大棚内设备

客户需求：

需要根据客户要求建立与设备连接，并配置相关采集的变量数据

解决方案：

蓝蜂MQTT网关，支持多种PLC协议和仪表传感器，能够连接多种下位机设备，包括西门子，三菱，信捷，台达，Modbus，可根据需要进行下位设备连接，支持RS232,RS485,以及LAN口进行通讯。 

通过蓝蜂MQTT网关配置页面中驱动管理功能，可进行驱动配置管理，支持创建/编辑，删除驱动，设置通讯口配置信息等，如图

变量管理可用来配置要上报给水务平台的具体的变量，支持新增、编辑、导入、导出、复制等功能，能够快速方便的定义好要上报数据基础信息配置。

4.2.3上报数据

客户需求：

对于一部分温度、光照、湿度等数据，需要定时进行上报，对于其他类型的数据，PH、CO2含量等，则需要根据变化数据来进行上报。

解决方案：

蓝蜂MQTT网关可以设置多个数据上报主题，同时对于数据上报的方式可使用三种：定时上报，条件上报，变化上报，能够按照客户的实际需求进行选择

在此项目中，可使用定时上报和变化上报的方式进行数据上报 

同时，针对于上报数据的格式，可通过自定义脚本实现定制化，实现脚本上报哪些数据，上报什么样格式的数据。可通过脚本进行定制化调整，达到客户实机的数据要求

通过脚本功能，可实现上报数据的JSON格式如下：

上报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远程控制设备

客户需求：

通过阿里云平台，使用MQTT协议对设备下发对应数值，实现对于内卷膜电机、上下通风电机等设备的远程操作，可进行开启或关闭

解决方案：

蓝蜂MQTT网关，支持通过MQTT协议进行数写变量功能，可对设备进行写值操作，通过请求主题向设备写入变量的值，通过响应主题发送写入结果，在大棚管理系统中，下发对应设备数值后，即可通过网关远程项设备写入数值，达到远程控制设备目的

应用场景举例：

比如发现大棚室内温度过高，则可通过配置写变量主题，向PLC写入参数，实现大棚的棉被电机远程开启功能

写变量请求主题示例：

/hcvhaj5yoHd/mqttx_0ea6d383/user/write/req

写变量响应主题示例：

/hcvhaj5yoHd/mqttx_0ea6d383/user/write/resp

默认请求json示例：

{

"msgId":"1",

"sn":"200122200001",

"greenhouse":"1",

"type": "default",

"data": {

"key": "SolenoidValve1",

"readKey": "SolenoidValve2",

"value":"1"

}

}

4.2.5断点续传

当网关的网络异常时，网关会将报文缓存到存储中，待网络恢复后补发缓存的报文，并支持数据采集时间的上报，从而保证数据的连续和完整性

4.2.6PLC远程上下载

蓝蜂MQTT网关支持进行PLC远程上下载操作，选择开启远程上下载功能后，可以通过网关建立与PLC的虚拟网络通道，实现对PLC程序远程上下载功能。

目前支持主流PLC设备的程序进行远程上下载和在线监测，即使设备远在国外，也可以实现远程管理。

4.2.6 通过脚本功实现参数自动调优

客户需求：

项目中需要实时监控项目内数据的变化情况，对于不同的环境需要及时调整设备进行处理，采取人工处理，无法有效及时的调整参数，因此需要自动化调优参数，达到节省人力的目的

解决方案：

蓝蜂MQTT网关的支持强大的脚本功能，当某些任务或功能在常规情况下难以实现时，可编写脚本进行解决，通过脚本编写控制程序和处理逻辑，能够实现在某些特定条件下，自动调整参数的功能，实现项目参数自动调优，极大增强整个网关对于业务的支撑，让网关功能更强大

脚本案例举例：

通过发现大棚室内温度，当网关判断温度过高，网关自动向PLC写入参数，实现大棚的棉被电机远程开启功能，达到降温的目的，当棚内温度低于10摄氏度，则需要自动关闭大棚棉被电机控制开关，达到保温的目的

脚本实现方案：

创建2个脚本，脚本1设置运行环境为：条件执行，满足temp温度> 30后，执行写值1操作，脚本2设置运行环境为：条件执行，满足temp温度<10后，执行写值0操作，达到自动控制棚内温度的目的

脚本1示例代码如下：

function main(){

API.writeSignalValue("temp1",1);

}

脚本2示例代码如下：

function main(){

API.writeSignalValue("temp1",0);

}

五、方案的优势

1.统一的协议：使用蓝蜂MQTT网关可以将各个设备之间的数据统一通过MQTT协议数据上报，方便管理和维护。

2.高效的数据传输：蓝蜂MQTT网关具有较低的带宽占用和低功耗特点，使得数据传输更加高效，省流量，节约成本

3.安全可靠：蓝蜂MQTT网关具有较高的安全性，可以通过加密等方式保证数

4.实时监控：通过蓝蜂MQTT网关实时数据采集和读取，能够及时发现大棚内数值异常情况并采取应对措施。

5.远程管理：通过蓝蜂MQTT网关，能够对设备实现远程上下载和实时监测，提高管理效率。

6.性能稳定，功能强大：客户端软件操作简单容易上手，方便基层人员操作，在常规功能无法支持的情况下，可通过编写脚本程序实现比较复杂的业务逻辑和功能。

7. 提高作物品质与产量：通过蓝蜂MQTT网关进行远程监控，可有效的控制棚内湿度，温度、土壤湿度等条件，能够降低病虫害对种植户造成的损失，起到了增收的作用，减少农药用量与人工打药的成本。

六、客户现场图片