溫室大棚智能溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、溫室大棚智能溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案托普物聯(lián)網(wǎng)指出，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的不斷展開(kāi)，智能溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于溫室大棚智能化管理中。智能農(nóng)業(yè)基于軟件平臺(tái)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(shí)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(shí)生產(chǎn)力，而且是實(shí)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、概述精確農(nóng)業(yè)（Precision Agriculture ） 是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，它最大的特點(diǎn)就是“精確”，利用衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)、遙測(cè)遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)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

2、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(shí)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(lái)的溫室大棚智能監(jiān)控管理平臺(tái)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(guò)簡(jiǎn)單的溫濕度計(jì)量設(shè)備或者簡(jiǎn)單的儀器儀表獲取環(huán)境狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)控制各個(gè)調(diào)節(jié)閥。此種方式效率低下，控制效果也無(wú)法達(dá)到智能自動(dòng)的要求，因此傳統(tǒng)的監(jiān)控管理方式已顯示出諸多局限性。二、智能溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則可擴(kuò)展性系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)，可以靈活的增加或者刪除。可集成性系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程

3、中需具備高度集成性，滿足于第三方平臺(tái)的實(shí)時(shí)交互集成需求。可控制性系統(tǒng)建成后，要求對(duì)溫室中的溫濕度、光照強(qiáng)度、噴灌裝置等設(shè)備可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)、手動(dòng)控制，保證溫室作物處于最優(yōu)的生長(zhǎng)環(huán)境中。三、智能溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jì)目標(biāo)：1、系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)溫室大棚的智能控制，需配套合適的控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)、噴淋灌溉、遮陽(yáng)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(zhǎng)，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

4、需求，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程瀏覽，可通過(guò)手機(jī)、PDA等移動(dòng)終端實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理。智能溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成圖四、智能溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，本系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)采集傳感終端、控制終端、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)終端、監(jiān)控中心系統(tǒng)平臺(tái)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(shí)現(xiàn)相對(duì)溫度和濕度的環(huán)境信息測(cè)量，具備專業(yè)的數(shù)字化集成技術(shù)和溫濕度測(cè)量技術(shù)，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)有效性。傳感器自身符合超低功耗設(shè)計(jì)，單線或者兩線串行接口連接方式，可直接與控制器連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。2）土壤水分傳感器該傳感器可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期無(wú)人值守的土壤含水量監(jiān)測(cè)，外殼抗腐蝕

5、能力強(qiáng)，可長(zhǎng)期深埋在土壤中而不會(huì)受到損壞，具備高精度、高靈敏度等特點(diǎn)。可實(shí)現(xiàn)表層土壤和深層土壤墑情的定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和在線測(cè)量，數(shù)據(jù)可直接由水分監(jiān)測(cè)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(duì)溫室大棚內(nèi)可見(jiàn)光光照強(qiáng)度的測(cè)量，輸出信號(hào)符合通用標(biāo)準(zhǔn)，能夠根據(jù)當(dāng)前的光照條件自動(dòng)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(cè)量溫室中的空氣二氧化碳濃度，可實(shí)時(shí)感應(yīng)濃度變化。其優(yōu)異的可靠性保證數(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(shí)時(shí)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

6、主要數(shù)據(jù)，通過(guò)通信總線傳送至控制終端。2、控制終端為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能，每個(gè)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(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，其標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的設(shè)計(jì)，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(zhǎng)，控制器中加載預(yù)先設(shè)計(jì)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(shí)，控制器發(fā)出指令關(guān)閉加熱器，之后開(kāi)啟通風(fēng)設(shè)備;當(dāng)溫室大棚內(nèi)溫度低于設(shè)定下限值時(shí)，控制器發(fā)出指令關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備，之后開(kāi)啟加熱器，從而保證溫室大棚內(nèi)的溫度動(dòng)態(tài)平衡?？諝?土壤濕度控制：當(dāng)溫室大棚內(nèi)空

7、氣/土壤濕度高于設(shè)定上限值時(shí)，控制器發(fā)出指令關(guān)閉噴淋灌溉設(shè)備，之后開(kāi)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(shí)，控制器發(fā)出指令關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備，之后開(kāi)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(shí)，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(shí)，控制器發(fā)出指令開(kāi)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(shí)，控制器發(fā)出指令關(guān)閉氣體發(fā)生器;當(dāng)溫室大棚內(nèi)二氧化碳濃度低于設(shè)定下限值時(shí)，控制器發(fā)出指令開(kāi)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(cè)：除了對(duì)溫室大棚

8、內(nèi)的作物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行控制外，控制器還負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)傳感終端的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障會(huì)及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，通知監(jiān)控中心操作人員。3、無(wú)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(wú)線通信方式講數(shù)據(jù)匯總到監(jiān)控中心。每個(gè)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(dòng)心跳檢測(cè)，支持自動(dòng)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(guò)GPRS/Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)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(fèi)用，每月只需支付少量流量費(fèi)，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。4、監(jiān)控中心系統(tǒng)平臺(tái)監(jiān)控中心系統(tǒng)平臺(tái)選用科技獨(dú)立研發(fā)的具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ForceControl系列組態(tài)軟件，實(shí)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(tái)作為本系統(tǒng)的核心部件，可實(shí)時(shí)獲取各個(gè)溫室大棚的環(huán)境參數(shù)，使得工作人員隨時(shí)了解棚內(nèi)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境。結(jié)合控制策略和當(dāng)前氣候狀況，可以對(duì)控制終端的控制策略進(jìn)行優(yōu)化。系統(tǒng)可以將各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)、系統(tǒng)報(bào)警信息、系統(tǒng)操作記錄等情況反饋給工作人員，同時(shí)可顯示在監(jiān)控中心配備的大屏幕中，使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況盡在掌握中。軟件人性化的模塊化設(shè)計(jì)，便于各個(gè)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(shí)效性。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能，可配備獨(dú)立的WEB服務(wù)器，用于遠(yuǎn)程客戶瀏覽。如需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的分析處理，可配備獨(dú)立的數(shù)據(jù)服務(wù)器和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，