花卉智能大棚物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案

1 花卉 基地 大棚 物聯(lián)網(wǎng) 應(yīng)用 方案 二 零一 一 年 一 月 2 目 錄 一、項目概況 .、方案設(shè)計簡述及產(chǎn)品定位 .計依據(jù) .計相關(guān)標(biāo)準 .計原則 .、系統(tǒng)構(gòu)成 .統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 .統(tǒng)描述 .制策略 . 控制功能 . 控制系統(tǒng) .線終端應(yīng)用 . 短信應(yīng)用 . 終端 C/S 程序應(yīng)用 . 移動應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)應(yīng)用 .、系統(tǒng)配 置 . 錯誤 !未定義書簽。 類型統(tǒng)計 . 錯誤 !未定義書簽。 備清單 . 錯誤 !未定義書簽。 3 一、 項目 概況 本方案適用于通過物聯(lián)網(wǎng)平臺，建立一套應(yīng)用于花卉種植基地區(qū)域內(nèi)大棚的自動化與信息化的解決方案 。 研究農(nóng)作物生長調(diào)節(jié)的目的，就是要提高單位面積的產(chǎn)量。而要提高單位面積的產(chǎn)量，就必須提高光合作用的效率。影響光合作用效率的外界條件主要有以下幾點： 光照： 光合作用是一個光生物化學(xué)反應(yīng)，所以光合作用的效率隨著光照強度的增加而加快。在一定范圍內(nèi)幾乎是呈正相關(guān)。但超過一定范圍之后，光合作用效率的增加轉(zhuǎn)慢；當(dāng)達到某一光照強度時，光合作用效率就不再增加，這種現(xiàn)象稱為光飽和現(xiàn)象。 二氧化碳 陸生植物光合作用所需要的碳源，主要是空氣中的二氧化碳，二氧化碳主要是通過葉片氣孔進入葉子。大氣中的二氧化碳含量，如以容積表示， 僅為 ，對植物的光合作用來說是比較低的。但光合過程中需要相當(dāng)多的二氧化碳，二氧化碳是光合作用的原料，對光合作用的效率影響很大。如果空氣中的二氧化碳濃度降低，光合速率會急劇減慢。 溫度 光合作用過程是由酶所催化的化學(xué)反應(yīng)，而溫度直接影響酶的活性，因此，溫度對光合作用的影響也很大。除了少數(shù)的例子以外，一般植物可在 1035 下正常地進行光合作用，其中 2530 最適宜。 礦質(zhì)元素 礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。礦物元素是合成葉綠素生物合成所必需的物質(zhì)，缺乏時便影響碳水化合物的轉(zhuǎn)變和運輸， 這樣也就間接影響了光合作用；同時，礦物元素也參與光合作用中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變和能量傳遞，所以對光合作用影響很大 。 水分 4 水分是光合作用原料之一，缺乏時可使光合速率下降。葉子要在含水量較高的條件下才能生存，具體來說，缺水使氣孔關(guān)閉，影響二氧化碳進入葉內(nèi)，使光合速率下降。 因此，采用基于自動控制 、智能傳感等 技術(shù)手段的 智能溫室系統(tǒng) 可以便捷地對溫室中 的 單項環(huán)境因子 進行控制，可以大幅提升溫室作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，并且可以調(diào)節(jié)作物生長周期，滿足反季節(jié)作物的生產(chǎn)需求。 智能溫室控制主要是根據(jù)外界環(huán)境的溫度、濕度、二氧化碳含量、光照 以及風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等氣候因素，來控制溫室內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)、光照，創(chuàng)造出適合作物生長的最佳環(huán)境，同時還需對影響作物生長的各種 礦物 元素進行動態(tài)的配方管理。在這種控制中，溫度、濕度、二氧化碳含量、光照等被控量之間存在著強烈的相互關(guān)系，某個被控量的改變，會影響到其他被控量的變化。 針對智能溫室的特點，智能溫室控制系統(tǒng)應(yīng)是一種具有良好控制精度、較好的動態(tài)品質(zhì)和良好穩(wěn)定性的系統(tǒng)。對植物生長不同階段的需求制 定出監(jiān)測的標(biāo)準，對溫室環(huán)境監(jiān)測，將測得的參數(shù)進行比較后進行調(diào)整 和統(tǒng)計，探索一條花卉生產(chǎn)的標(biāo)準化路線。 根據(jù)種植 基地的現(xiàn)場情況以及與使用方充分溝通之后，本方案將實現(xiàn)以下四個功能： 信息采集信 ： 包括 棚內(nèi) 溫度、濕度、光照信息 采集 與區(qū)域內(nèi)氣象參數(shù)的采集 等； 信息 傳輸 與處理部分，主要功能是將采集的信息轉(zhuǎn)換成計算機可識別的標(biāo)準量信息 進行處理，輸出決策的指令； 執(zhí)行器 部分，控制 移動噴淋 系統(tǒng)、 遮光簾卷揚 系統(tǒng)及 溫棚 的開關(guān) 卷揚 等系統(tǒng)，使植物的生長實 現(xiàn)工廠化的生產(chǎn)控制過程。 無線網(wǎng)絡(luò)接入部分，主要功能是通過移動 絡(luò)，使用移動終端對現(xiàn)場環(huán) 境參數(shù)，設(shè)備運行狀態(tài)進行訪問。 5 二、 方案設(shè)計簡述 及產(chǎn)品定位 結(jié)合近年新技術(shù)的廣泛使用，我們設(shè) 想將整個 控制 、 監(jiān)視 、信息的傳輸作為一個整體過程，除了符合工藝劃分要求，還要結(jié)合總線技術(shù)的技術(shù)特性、動力配電等因素，做出合理的控制 配置 。 計依據(jù) 錦苑花卉大棚相關(guān)控制要求 智能溫室種植工藝要求 計相關(guān)標(biāo)準 本設(shè)計方案嚴格執(zhí)行控制系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的國家標(biāo)準。 部分相關(guān)標(biāo)準和規(guī)范目錄如下： 中華人民共和國國家標(biāo)準 4064 電氣設(shè)備安全設(shè)計導(dǎo)則 14050 系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求 工業(yè)機械電氣設(shè)備 第 1 部分：通用技術(shù)條件 10297 溫室加熱系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范 計原則 在本 系統(tǒng) 技術(shù)方案的設(shè)計中，著重考慮到系統(tǒng)的先進性、可靠性、可操作性、可維護性、擴展性、安全性、經(jīng)濟性。 對軟件系統(tǒng)進行改動，優(yōu)化，升級；以及硬件系統(tǒng)擴容的同時，設(shè)備能夠保持正常運行；該系統(tǒng)的運行狀態(tài)在自動，手動，閉鎖之間切換的時候應(yīng)該做到無縫切換；軟件系統(tǒng)要求上手容易，有足夠的冗余量以便將來的擴容，開發(fā)運行功能同時具備； 先進性 6 可靠性 可維護性 可 操作性 擴展性 安全性 經(jīng)濟性 7 三、 系統(tǒng)構(gòu)成 及實現(xiàn)方式 本系統(tǒng)方案以 感知層、傳輸層、應(yīng)用層三 層網(wǎng)絡(luò)為主線， 分布式 I/O 為集成架構(gòu)， 全集成自動化為目標(biāo)， 并利用無線移動通信技術(shù) ,通過無線移動終端設(shè)備訪問傳感器設(shè)備同時回寫指令 改變參數(shù) 控制 傳感器， 在充分 理解花卉智能溫棚生產(chǎn) 工藝 和用戶實際需求的 基礎(chǔ)上構(gòu)建管控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 統(tǒng)描述 大棚自動 控制系統(tǒng)由氣象參數(shù)采集站，室內(nèi)環(huán)境參數(shù)傳感器，執(zhí)行器，分布式控制系統(tǒng)，集中監(jiān)控中心，無線網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備組成。 8 氣象參數(shù)采集站： 用于采集室外環(huán)境參數(shù)（室外 溫度、室外濕度、室外光照輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、雨雪信號等） 環(huán)境傳感器： 室內(nèi)多點溫度、室內(nèi)多點濕度、室內(nèi)光照 強度 。 執(zhí)行器： 內(nèi)遮光簾， 移動噴淋機 ，開關(guān)棚系統(tǒng) 。 分布式控制器： 由處理器，通訊模塊，輸入輸出模塊，電源模塊組成，是整個控制系統(tǒng)的核心部分。 集中監(jiān)控中心： 對溫室的環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備的運行狀態(tài)進行圖形化顯示、記錄并自動生 成 數(shù)據(jù)報表和曲線圖。 制策略 設(shè)備控制層是與設(shè)備直接聯(lián)系，通過 控制器 和智能儀表對各工藝段、單機設(shè)備進行過程控制，完成設(shè)備具體的控制要求和聯(lián)動關(guān)系，以此滿足生產(chǎn)的工藝要求。 自動控制：控制系統(tǒng)在自動方式下，按照權(quán)限進行集中或現(xiàn)場操作，實現(xiàn)對各 執(zhí)行機構(gòu) 的自動控制 ；同時，采集相關(guān)設(shè)備的溫度、 濕度 狀態(tài)、電機狀態(tài)等過程工藝參數(shù) 和設(shè)備狀態(tài) ，按 設(shè)定 算法調(diào)節(jié)控制變量最終滿足各工藝參數(shù)的要求。其動作次序按照生產(chǎn)工藝確定，減小設(shè)備同時起動對電網(wǎng)的沖擊。 單機控制：控制系統(tǒng)提供單機操作功能，實現(xiàn)人工對各 執(zhí)行機構(gòu)的 電機進行啟動 /停止操作以及主機設(shè)備所必需的 維護 、測試等操作。 系統(tǒng)包括溫度控制，濕度控制 ，照度控制，等子系統(tǒng)： 1. 溫度控制 子系統(tǒng)： 設(shè) 定 溫 度 花 棚 實 際 溫 度開 關(guān) 棚 卷 揚控 制 器當(dāng)溫度高于設(shè)定值時，控制器啟動 開關(guān)棚卷揚 ， 開啟通風(fēng)簾，引 入室外空氣，排出熱空氣，室溫溫度降低，達到設(shè)定值；當(dāng)溫度低于設(shè)定值時，控制器同時啟動 開關(guān)棚卷揚，關(guān)閉大棚通風(fēng)簾 。 9 2. 濕度控制子系統(tǒng) ： 設(shè) 定 濕 度 花 棚 實 際 濕 度移 動 噴 淋 機控 制 器開 關(guān) 棚 卷 揚當(dāng)濕度高于設(shè)定值時，控制器開啟通風(fēng)簾 ， 引 入室外空氣，排 出濕氣，室溫濕度降低，達到設(shè)定值；當(dāng)濕度低于設(shè)定值時，控制器 啟動 移動噴淋機同時關(guān)閉大棚通風(fēng)簾 ，使溫室濕度上升，達到設(shè)定值。 3. 噴淋自動 控制子系統(tǒng)： 設(shè) 定 程 序 大 棚 實 時 圖 像移 動 噴 淋 機控 制 器控制器根據(jù)設(shè)定程序 啟動 /停止移動噴淋 機， 對大棚進行例行灌溉或者在發(fā)生病害時噴灑藥液，同時以棚內(nèi)實時圖像為依據(jù)，確保無噴淋死角 。 同時也可以使用單機模式，對棚內(nèi)某個區(qū)域進行噴淋。 4. 照度控制子系統(tǒng)： 設(shè) 定 照 度 花 棚 實 際 照 度遮 光 簾 卷 揚 系 統(tǒng)控 制 器當(dāng)照度高于設(shè)定值時，控制器啟動遮光簾卷揚系統(tǒng)，打開遮光簾，增加室內(nèi)照度，達到設(shè)定值；當(dāng)照度低于設(shè)定值時，控制器啟動遮光簾圈養(yǎng)系統(tǒng)，關(guān)閉遮光簾，減少室內(nèi)照度，達到設(shè)定值。 5. 水肥控制子系統(tǒng) 水肥控制子系統(tǒng)為順序控制，即按照設(shè)定好的程序啟 動變頻器， 驅(qū)動水泵輸送肥水或者清水， 這是一套相對獨立的系統(tǒng) ，這里暫不做詳細說明。 線終端應(yīng)用 該部分的應(yīng)用分為短信應(yīng)用和終端 C/S 程序應(yīng)用 以及移動應(yīng)用服務(wù)器的數(shù) 10 據(jù)應(yīng)用 。 無線終端應(yīng)用 是基于 溫室計算機控制系統(tǒng)而實現(xiàn)的，是 智能溫室控制系統(tǒng) 的延伸和擴展。 短信查詢 系統(tǒng)支持利用手機通過 短信網(wǎng)關(guān) 發(fā)送相應(yīng)的查詢指令進行實時查詢當(dāng)前傳感器的各個參數(shù)，并返回參數(shù)數(shù)值到手機； 例如：在手機終端編輯“ 送至“ 106573488540”進行溫度查詢。其中， “ 控制信號，“ 106573488540”是 道 號碼。 短信控制 系統(tǒng)支持利用手機通過 短信網(wǎng)關(guān) 可以發(fā)送 相應(yīng)的 控制指令進行實時的更改傳感器設(shè)備的參數(shù)數(shù)值以達到遠程控制傳感器的目的 ，并返回更改成功的提示信息 。 例如：在手機終端編輯“ ”發(fā)送至“ 106573488540”進行停止加濕器。其中， “ ”是控制信號，“ 106573488540”是 道 號碼。 故障反饋短信 另外 系統(tǒng)若有故障發(fā)生，將以短信方式實時返回故障參數(shù)數(shù)值到手機。 (上操作系 統(tǒng) )通過 進行操作 實時查詢、控制傳感器，同時 并回傳響應(yīng)參數(shù)到無線 智能 終端 。 通過 無線智能終端能夠?qū)崟r的查詢溫度、濕度、 二氧化碳濃度，照度以及水肥灌溉的傳感器參數(shù)值。 同時可以主動設(shè)置新的傳感器參數(shù)值并會回寫到控制系統(tǒng)，從而改變各個傳感器設(shè)備的參數(shù)數(shù)值。 以溫度控制為例說明： 參數(shù)查詢 點擊“獲取”按鈕，該指令通過 傳到監(jiān)控系統(tǒng)，并提取當(dāng)前溫度數(shù)值后回傳并顯示到文本框中。 11 錦 苑 花 卉錦 苑 花 卉溫 度 控 制濕 度 控 制 照 度 控 制水 肥 控 制C O 控 制系 統(tǒng) 設(shè) 置退 出注 銷錦 苑 花 卉 溫 度 控 制錦 苑 花 卉 溫 度 控 制返 回提 交獲 取恢 復(fù) 默 認2 5 當(dāng) 前 溫 度默 認 溫 度設(shè) 置 溫 度確 認 設(shè) 置主界面 溫度控制頁面 參數(shù)控制 點擊“恢復(fù)默認”按鈕，系統(tǒng)將把大棚的溫度重置到預(yù)先設(shè)定的默認溫度數(shù)值 25（該溫度根據(jù)實際設(shè)定）。設(shè)置溫度功能提供從下拉框選中溫度，完后點擊“確認設(shè)置” 。從而 達到遠程改變大棚溫度的目的 。 移動應(yīng)用服務(wù)器負責(zé)從網(wǎng)絡(luò)中接收監(jiān)測檢的數(shù)據(jù)，同時接收用戶的無線終端用戶的 訪問。 另外，在 道的幫助下，可以接收用戶的短信請求，并把用戶需要的信息通過短信的