农业的最大特点之一，就是它的生产过程是在自然条件下进行的，作物生长发育的全过程要受到气象、土壤、地形、植被等自然条件的影响。其中气候是影响农业生产的主要自然因素，气候环境为农作物的生长发育提供光、温、水、气等能量和物质资源，因此粮食产量的高低及品质的优劣在很大程度上是受气候条件综合影响的。

        所以，任何地方的农业生产都应考虑气象因素，注意利用有利的条件，避免和克服不利气象因子的影响，做到因地制宜和因时制宜，才能夺取高产稳产。

        既然气象条件对作物生长发育及产量形成的重要性不言而喻，以信息技术为支撑的精准农业的出现便顺理成章。石家庄圣启科技有限公司自主研发的农业小气候观测系统，就是针对农业生产中凭经验、靠天吃饭的状态，提出的一套靠科技、靠数据来实现农业增产增量的有效解决方案。

       

       
        传统农业依靠的是人工对环境信息的感知，对作物生长的环境无法量化，因而难以将作物生长的至优条件总结出来，更加难以复制；此外，人工无法实现24小时的现场管理，难以实时地掌握作物生长条件。

        圣启农业小气候自动观测系统，针对农业气候观测中，农林农田种植分布广、监测点多、布线和供电困难，温室棚内气候要求精度高、畜禽舍内环境因素复杂等特点，以数字数据图像远程管理为切入点，采用物联网技术和无线网络构建统一便捷的信息交互平台。

         

        其设计研发采用了先进的微电脑技术、传感器技术、自动控制技术，利用覆盖面广的GPRS或4G网络传输数据，利用智能人机界面和电脑、手机实现远程图像数据采集监测功能，从而达到远程无线随时随地的农业气候监测。

        农业小气候自动观测系统，主要由下位机采集系统、上位机软件应用平台及辅助扩展部分组成。

  


        农业小气候观测系统可对常规气象因子（大气温度，环境湿度，平均风速风向，瞬时风速风向，降水量，光照时数，太阳直接辐射，露点温度，土壤温度，土壤热通量，土壤水分，叶面湿度）进行直接测量，还可以测量水面蒸发，太阳光合有效辐射等多种要素。

        以环境参数的监测为基础，实现对设施农业综合生态信息自动监控、对环境进行自动控制和智能化管理。以下对应用广泛的监测参数做具体说明。

（1）温湿度监测

        通过温湿度传感器监测环境空气温湿度、地表温湿度、土壤温湿度等，并能对数据进行采集、分析运算、控制、存储、发送等。

      

（2）光照度监测

        通过光感和光敏传感器监测记录光线的强度，通过无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端。

（3）CO2、O2 浓度监测

        在监测地部署二氧化碳浓度传感器，实时监测二氧化碳的含量，当浓度超过系统设定阙值范围时，通过无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端，由相关工作人员做出相应调整。

（4）风速、风向监测

        由风力推动垂直于水平面的圆形杯口带动铅直轴转动，由于单位时间内该轴转动的圈数与风速有关，可由转数的多少，测定风速。风速、风向的监测采用气象专用的传感器，具有高精度高可靠性的特点。

        利用风速传感器和风向传感器，自动测量即时风速、风向，与传统产品相比具有精度高、量程宽、输入线电阻高、观测方便、稳定可靠等优点。通过显示屏实时显示风速、风向等级，同时具有声音报警功能，在设置运行时，窗口显示的是风速报警控制值，加、减可以设置报警值，当超过预设风速时，发出控制命令（切断设备电源，使设备停止工作）进行声光报警。

（5）雨量监测

        采用雨量计可以实现降雨雨量的检测、存储、显示、报警。雨量记录计体积小巧，操作简单，承雨口采用不锈钢整体冲压而成，光洁度高，防锈能力强，外关质量佳，滞水产生的误差小。

        可以全程跟踪记录雨量数据，记录时间长，存储容量大，仪器可脱开计算机独立工作，软件功能强大，数据查看方便，随时可以将记录中数据导出到计算机中，并可以存储为EXCEL表格文件，生成数据曲线，以供其它分析软件进一步进行数据处理。

（6）太阳辐射监测

        将接收到的太阳辐射能以最小的损失转变成其他形式能量，如热能、电能，以便进行测量。监测太阳辐射的收支数据，即有助于农业气象学和生态学研究，同时也对蒸发、植物的蒸腾，水循环研究具有及其重要参考价值。

（7）水面蒸发监测

       水资源供应是农田作物生长的核心条件，维持水分持续供应是保障农作物成活率的关键要素。受到自然环境的影响，农田土壤中水分常出现异常蒸发现象，大大降低了土壤水分含量，对农作物生长造成不利影响。

       因此有必要对水面蒸发情况进行监测。水面蒸发监测是利用蒸发传感器观测水面蒸发在不同时间段的变化规律，实时掌握农业环境中的水面蒸发数据。


        

   系统硬件主要由：气象支架、太阳能电池板、室外控制柜等三部分组成。

        气象支架：气象支架是进行农业小气候观测必不可少的设备，用一架设观测仪器。该观测架应轻便、易装卸，尤其是所用材料宜细小、坚固，避免架体对周围小气候的影响。

       太阳能电池板：太阳能电池板通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应、光化学效应直接或间接转换成电能的装置。太阳能板将太阳的热能转换为电能对仪器进行供电。在农业小气候观测站上对使用市政供电不方便的区域，可根据客户要求配置太阳能电池板。

   室外控制柜：通过室外防雨型控制柜实现基本的参数显示，发布预警信息。柜体钢板厚度符合标准，形状大小可按需求定制。由于常年经受风吹雨打，具有抗碰撞、防尘、防水、保温隔热，房静电等特点。控制柜带文本屏/触摸屏显示，操作简单方便。柜体防护等级高，可广泛应用于室外田间小气候监测，农业气象监测等领域。

       中央管理室软件部分主要包含管理中心远程发布服务器，农业气候环境参数电脑在线管理软件设备，手机APP远程监测软件，图像视频管理软件设备，和大屏信息显示发布设备。

 

（1）电脑管理软件平台

       在办公室内安装工控机和显示器，能够实时在线显示监测区域采集到的数据信息，并以实时曲线的方式显示给用户。界面可分区域显示每一个监测点的参数值。包括空气温湿度、土壤温湿度、风速风向、太阳辐射、水量、水面蒸发，数值显示清晰，一目了然。

（2）大屏信息显示发布平台

       大型LED显示屏主要在监测区域中心地带作实时数据的显示与设备动作的指示使用，提升基地项目整体形象和观赏性与实用性，同时也方便了管理员的日常数据检查和实时信息参考。

       大型LED显示屏有落地式和吊挂式两种，并且分为数码管显示和点阵显示两种类型。数码管显示直观的数字变化且显示模式固定，对于不需要做显示界面修改的地方比较适用。而点阵显示屏的显示比较细腻，并且可以自由定制显示界面，可实现分页显示，定时刷新和显示图片和动画等功能。根据需要，可分多钟语言显示。

         

（3）智能手机APP远程监测平台

       目前，由圣启科技自主研发的农业小气候观测物联网系统，配备了手机APP端的监控系统。

       基于Android 智能手机端的农业小气候观测物联网系统，重点设计有基于电子地图的试点基地，环境实时数据、环境数据趋势、环境预警信息，利用移动终端统一展现田间作物种植、工人劳动等基地的生产信息、环境信息。

       用户可以通过手机端操作平台，远程随时随地查看监测区域的环境参数，能够使用手机端及时接受、查看环境报警信息。