現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)管理方案設(shè)計

1、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)管理方案設(shè)計智能農(nóng)業(yè)基于軟件平臺的溫室大棚智能監(jiān)控管理系統(tǒng)，結(jié)合當(dāng)前新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)高效利用各類農(nóng)業(yè)資源和改善環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，不但可以最大限度提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)實生產(chǎn)力，而且是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。一、概述托普物聯(lián)網(wǎng)研制的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)也可儀稱之為溫室智能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)利用環(huán)境數(shù)據(jù)與作物信息，指導(dǎo)用戶進(jìn)行正確的栽培管理。物聯(lián)網(wǎng)溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、園藝、畜牧業(yè)等領(lǐng)域，在需要特殊環(huán)境要求的場所實施監(jiān)控和管理，為實現(xiàn)對生態(tài)作物的健康成長和立馬調(diào)整栽培、管理等措施提供立馬的科學(xué)的依據(jù)，同時實現(xiàn)監(jiān)管自動化。精確農(nóng)業(yè)（Pr

2、ecisin Agriculture ） 是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，它最大的特點就是“精確”，利用衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)、遙測遙感技術(shù)、計算機(jī)自動控制技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，用以提高產(chǎn)量，降低能耗。精確農(nóng)業(yè)的推廣不但可以最大限度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，而且是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，溫室大棚已經(jīng)相當(dāng)普及，隨之而來的溫室大棚智能監(jiān)控管理平臺搭建的需求愈發(fā)強(qiáng)烈。傳統(tǒng)的溫室大棚多為人工通過簡單的溫濕度計量設(shè)備或者簡單的儀器儀表獲取環(huán)境狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)經(jīng)驗手動控制各個調(diào)節(jié)閥。此種方式效率低下，控制效果也無法達(dá)到智能自動的要求，因此傳統(tǒng)的監(jiān)控管理方式已顯

3、示出諸多局限性。二、系統(tǒng)設(shè)計原則可擴(kuò)展性系統(tǒng)在設(shè)計過程中除滿足當(dāng)前需求外，還需為日后的系統(tǒng)擴(kuò)展留有足夠的接口，所有功能模塊均為可組態(tài)化設(shè)計，可以靈活的增加或者刪除?？杉尚韵到y(tǒng)在設(shè)計過程中需具備高度集成性，滿足于第三方平臺的實時交互集成需求?？煽刂菩韵到y(tǒng)建成后，要求對溫室中的溫濕度、光照強(qiáng)度、噴灌裝置等設(shè)備可實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動、手動控制，保證溫室作物處于最優(yōu)的生長環(huán)境中。三、系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場實際需求，溫室大棚智能監(jiān)控管理系統(tǒng)需要滿足一下設(shè)計目標(biāo)：1、系統(tǒng)可實現(xiàn)各個溫室大棚的空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)的采集和匯總。2、系統(tǒng)可實現(xiàn)對各個溫室大棚的智能控制，需配套合適的控制策

4、略實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)、噴淋灌溉、遮陽調(diào)光等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。3、系統(tǒng)需要保證溫室大棚的內(nèi)環(huán)境最適宜作物的生長，為作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、安全創(chuàng)造條件。4、系統(tǒng)數(shù)據(jù)除了滿足匯總歸納分析的需求，還可實現(xiàn)遠(yuǎn)程瀏覽，可通過手機(jī)、PDA等移動終端實時對現(xiàn)場環(huán)境實現(xiàn)監(jiān)控管理。四、系統(tǒng)組成為了實現(xiàn)上述設(shè)計目標(biāo)，本系統(tǒng)包括現(xiàn)場采集傳感終端、控制終端、無線通信網(wǎng)絡(luò)終端、監(jiān)控中心系統(tǒng)平臺4部分組成。1、傳感終端溫室大棚環(huán)境信息采集單元主要由各種環(huán)境信息傳感器組成，包括以下幾類1）數(shù)字溫濕度傳感器該傳感器可實現(xiàn)相對溫度和濕度的環(huán)境信息測量，具備專業(yè)的數(shù)字化集成技術(shù)和溫濕度測量技術(shù)，保證數(shù)據(jù)的真實有效性。傳感器自身符合超低功耗

5、設(shè)計，單線或者兩線串行接口連接方式，可直接與控制器連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。2）土壤水分傳感器該傳感器可實現(xiàn)長期無人值守的土壤含水量監(jiān)測，外殼抗腐蝕能力強(qiáng)，可長期深埋在土壤中而不會受到損壞，具備高精度、高靈敏度等特點?？蓪崿F(xiàn)表層土壤和深層土壤墑情的定點監(jiān)測和在線測量，數(shù)據(jù)可直接由水分監(jiān)測儀獲取，或者直接與控制器相連。3）光照強(qiáng)度傳感器該傳感器用于對溫室大棚內(nèi)可見光光照強(qiáng)度的測量，輸出信號符合通用標(biāo)準(zhǔn)，能夠根據(jù)當(dāng)前的光照條件自動調(diào)整量程范圍，從而在不同光照強(qiáng)度下均可保持準(zhǔn)確的精度。4）二氧化碳濃度傳感器紅外二氧化碳濃度傳感器基于紅外光譜吸收原理，測量溫室中的空氣二氧化碳濃度，可實時感應(yīng)濃度變化。其優(yōu)異的

6、可靠性保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免其他氣體的交叉反應(yīng)。以上四大類傳感器可實時采集溫室大棚內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度和空氣中二氧化碳濃度等主要數(shù)據(jù)，通過通信總線傳送至控制終端。2、控制終端為了實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能，每個溫室大棚配備PLC可編程控制器作為控制終端。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，其標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的設(shè)計，使得用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。為了保證溫室大棚內(nèi)的環(huán)境適合作物的生長，控制器中加載預(yù)先設(shè)計好的控制策略程序。溫度控制：當(dāng)溫室大棚內(nèi)溫度高于設(shè)定上限值時，控制器發(fā)出指令關(guān)閉加熱器，之后開啟通風(fēng)設(shè)備;當(dāng)溫室

7、大棚內(nèi)溫度低于設(shè)定下限值時，控制器發(fā)出指令關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備，之后開啟加熱器，從而保證溫室大棚內(nèi)的溫度動態(tài)平衡?？諝?土壤濕度控制：當(dāng)溫室大棚內(nèi)空氣/土壤濕度高于設(shè)定上限值時，控制器發(fā)出指令關(guān)閉噴淋灌溉設(shè)備，之后開啟通風(fēng)設(shè)備;當(dāng)溫室大棚內(nèi)空氣/土壤濕度低于設(shè)定下限值時，控制器發(fā)出指令關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備，之后開啟噴淋灌溉設(shè)備，保證空氣和土壤的恒定濕度。光照強(qiáng)度控制：當(dāng)溫室大棚內(nèi)光照強(qiáng)度高于設(shè)定上限值時，控制器發(fā)出指令關(guān)閉光照器;當(dāng)溫室大棚內(nèi)光照強(qiáng)度低于設(shè)定下限值時，控制器發(fā)出指令開啟光照器，使得作物達(dá)到最佳的光合作用狀態(tài)。二氧化碳濃度控制：當(dāng)溫室大棚內(nèi)二氧化碳濃度高于設(shè)定上限值時，控制器發(fā)出指令關(guān)閉氣體發(fā)生

8、器;當(dāng)溫室大棚內(nèi)二氧化碳濃度低于設(shè)定下限值時，控制器發(fā)出指令開啟氣體發(fā)生器，使得空氣中二氧化碳濃度達(dá)到最佳含量。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測：除了對溫室大棚內(nèi)的作物生長環(huán)境進(jìn)行控制外，控制器還負(fù)責(zé)實時監(jiān)控各個傳感終端的狀態(tài)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障會立馬產(chǎn)生報警，通知監(jiān)控中心操作人員。3、無線通信網(wǎng)絡(luò)終端為了減少通信線路鋪設(shè)的施工量，選擇無線通信方式講數(shù)據(jù)匯總到監(jiān)控中心。每個溫室大棚配備GPRS DTU數(shù)據(jù)傳輸單元，具備串口串行通信接口，支持自動心跳檢測，支持自動斷線續(xù)傳，可保持永久在線狀態(tài)。監(jiān)控中心配備接收裝置，數(shù)據(jù)通過GPRS/Internet網(wǎng)絡(luò)實時匯總至監(jiān)控中心。此種方式可節(jié)約大部分通信組網(wǎng)費用，每月只需

9、支付少量流量費，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。4、監(jiān)控中心系統(tǒng)平臺監(jiān)控中心系統(tǒng)平臺選用科技獨立研發(fā)的具備自主知識產(chǎn)權(quán)的FrceCntrl系列組態(tài)軟件，實現(xiàn)溫室大棚系統(tǒng)的整體智能管理。監(jiān)控中心系統(tǒng)平臺作為本系統(tǒng)的核心部件，可實時獲取各個溫室大棚的環(huán)境參數(shù)，使得工作人員隨時了解棚內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境。結(jié)合控制策略和當(dāng)前氣候狀況，可以對控制終端的控制策略進(jìn)行優(yōu)化。系統(tǒng)可以將各個設(shè)備的工作狀態(tài)、系統(tǒng)報警信息、系統(tǒng)操作記錄等情況反饋給工作人員，同時可顯示在監(jiān)控中心配備的大屏幕中，使得整個系統(tǒng)的運行狀況盡在掌握中。人性化的模塊化設(shè)計，便于各個功能模塊的修改、增刪，減少了系統(tǒng)維護(hù)的成本，加強(qiáng)了系統(tǒng)的時效性。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瀏

10、覽功能，可配備獨立的WEB服務(wù)器，用于遠(yuǎn)程客戶瀏覽。如需對數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的分析處理，可配備獨立的數(shù)據(jù)服務(wù)器和關(guān)系數(shù)據(jù)庫，軟件中配備DBCRuter組件，輕松實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲。智能農(nóng)業(yè)基于軟件平臺的溫室大棚智能監(jiān)控管理系統(tǒng)，結(jié)合當(dāng)前新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)高效利用各類農(nóng)業(yè)資源和改善環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，不但可以最大限度提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)實生產(chǎn)力，而且是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。托普物聯(lián)網(wǎng)簡介托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項目。浙江托普儀器是國內(nèi)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商，依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實力，和自主研發(fā)的配套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需

11、求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、GIS信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、食品安全溯源解決方案、食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方案、溫室大棚智能控制解決方案等。托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測傳感設(shè)備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺。）托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng)托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢，開發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。1、

12、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個園區(qū)或完成對異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能。2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個園區(qū)或遠(yuǎn)程控制異地園區(qū)進(jìn)行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風(fēng)機(jī)，自動補(bǔ)光及遮陽，自動卷簾，自動開窗關(guān)窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動控制。3、視頻監(jiān)控模塊：即實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實時得到植物生長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時看到作物的實時生長狀況。4、預(yù)警模塊：即遠(yuǎn)程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報警、短信報警、語音報警等方式進(jìn)行預(yù)警。5、溯源模塊：即農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品從種植準(zhǔn)備階段、種植和培育階段、生長階段、收