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生態(tài)農(nóng)業(yè)智能溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)設計方案 背景 溫室智能控制系統(tǒng)是利用環(huán)境數(shù)據(jù)與作物信息，指導用戶進行正確的栽培管理。物聯(lián)網(wǎng)溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可廣泛應用于農(nóng)業(yè)、園藝、畜牧業(yè)等領域，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)作物的健康成長和及時調(diào)整栽培、管理等措施提供及時的科學的依據(jù)，同時實現(xiàn)監(jiān)管自動化。 近年來，隨著溫室大棚化種植、工廠化育秧和設施栽培等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術的廣泛應用，快速準確地環(huán)境參數(shù)的收集和分析就成為現(xiàn)實的需求，利用計算機技術對相應的農(nóng)業(yè)氣象參數(shù)進行采集，則一方面可及時了解作物生長的環(huán)境參數(shù)，另一方面也可根據(jù)采集的參數(shù)控制大棚環(huán)境的調(diào)節(jié)從而為農(nóng)作物的生長提供適宜的生長環(huán)境。由于溫室內(nèi)的濕度、溫度等環(huán)境條件不適合于普通PC 機工作，故這里選用單片機進行數(shù)據(jù)采集，而采集的數(shù)據(jù)可通過串口發(fā)射接收設備傳送給上位PC 機進行分析處理。 第一部分：客戶需求 （1）智能溫室大棚控制系統(tǒng) 隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到了長足的進步，全國各地根據(jù)需要普遍建設了日光溫室、塑料大棚等為農(nóng)作物創(chuàng)造出良好的生長環(huán)境。溫室工程成為高效農(nóng)業(yè)的重要組成部分。 溫室大棚就是建立一個模擬適合生物生長的氣候條件，創(chuàng)造一個人工氣象環(huán)境，來消除溫度、濕度等對生物生長的限制。能使不同的農(nóng)作物在不適合生長的季節(jié)產(chǎn)出，部分或完全的擺脫農(nóng)作物對自然條件的依賴。 浙江托普儀器有限公司托普物聯(lián)網(wǎng)部自主研發(fā)的智能溫室大棚控制系統(tǒng)是針對溫室大棚正常有效運轉(zhuǎn)的控制要求配置的遠程監(jiān)控與管理系統(tǒng)。采用傳感器技術、依托傳統(tǒng)溫室大棚生產(chǎn)工藝、設計的具有高可靠性、安全性、可擴展性的軟硬件系統(tǒng)。 智能溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術和組態(tài)軟件實時遠程獲取溫室大棚內(nèi)部的空氣溫度、濕度、光照強度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、葉面濕度、露點溫度等環(huán)境參數(shù)及視頻圖像，通過模型分析，遠程或自動控制濕簾風機、噴淋滴灌、內(nèi)外遮陽、頂窗側(cè)窗、加溫補光等設備，保證溫室大棚內(nèi)的環(huán)境最適宜作物生長；同時，該系統(tǒng)還可以通過手機、PDA、計算機等信息終端向農(nóng)戶推送實時監(jiān)測信息、預警信息、農(nóng)技知識等，實現(xiàn)溫室大棚集約化、網(wǎng)絡化遠程管理。 第二部分：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制模式 （1）系統(tǒng)兩大組成部分 智能溫室大棚監(jiān)測控制系統(tǒng)主要包括：上位機中心服務器控制平臺和下位機現(xiàn)場控制節(jié)點： ◇中心服務器控制平臺可選用物聯(lián)網(wǎng)感知應用平臺或者是為客戶專門定制的操作監(jiān)測平臺。能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測、查詢、運算、建模、統(tǒng)計、控制、存儲、分析、報警等多項功能。 ◇現(xiàn)場控制節(jié)點由測控模塊、電磁閥、配電控制柜及安裝附件組成，與中心服務器控制平臺可通過有線、無線、3G/2G方式連接到一起。根據(jù)溫室大棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫度水分、光照強度及二氧化碳濃度等參數(shù)，對環(huán)境調(diào)節(jié)設備進行控制，包括內(nèi)遮陽、外遮陽、風機、濕簾水泵、頂部通風、電磁閥等設備。 （2）選擇合適的控制方式 ◇有線監(jiān)控-----通過現(xiàn)場布線方式進行數(shù)據(jù)傳輸。 ◇無線Zigbee監(jiān)控-----利用Zigbee模塊，對0-20KM范圍為的數(shù)據(jù)監(jiān)測傳輸。 ◇3G/2G網(wǎng)絡監(jiān)控-----利用通信網(wǎng)絡形式，可監(jiān)測傳輸距離無限遠。 ◇有線和無線結(jié)合------根據(jù)實際現(xiàn)場環(huán)境，靈活結(jié)合。 第三部分：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與控制功能 智能溫室大棚內(nèi)的各參數(shù)傳感器，對溫室環(huán)境進行多點實時動態(tài)采集，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入單片機處理，驅(qū)動執(zhí)行裝置從而實現(xiàn)溫室環(huán)境的自動智能調(diào)節(jié)。顯示裝置實時顯示溫室內(nèi)的溫濕度、光照度等數(shù)值，能夠更加一目了然地展示溫室大棚數(shù)據(jù)全貌。 （1）溫濕度監(jiān)測 通過溫濕度傳感器監(jiān)測大棚室外空氣環(huán)境溫濕度、室內(nèi)空氣環(huán)境溫濕度、地表溫濕度、土壤溫濕度等，并能對數(shù)據(jù)進行采集、分析運算、控制、存儲、發(fā)送等。 （2）光照度監(jiān)測 通過光感和光敏傳感器監(jiān)測記錄溫室大棚內(nèi)光線的強度，可以直接與相關的補光系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)等設備相連，必要時自動打開相關設備。通過無線傳輸技術將相關數(shù)據(jù)傳送到用戶監(jiān)控終端。 （3）CO2、O2濃度監(jiān)測 在溫室大棚內(nèi)部署二氧化碳濃度傳感器，實時監(jiān)測溫室中二氧化碳的含量，當濃度超過系統(tǒng)設定闕值范圍時，通過無線傳輸技術將相關數(shù)據(jù)傳送到用戶監(jiān)控終端，由相關工作人員做出相應調(diào)整。 （4）分區(qū)域檢測 同一個棚內(nèi)劃區(qū)域控制管理，可實現(xiàn)每個種植區(qū)不同溫濕度、不同氣體配置等環(huán)境技術指標。用戶可以通過上位機來監(jiān)測、查詢各區(qū)域的數(shù)據(jù)。也可以對個分塊進行單獨控制和整體協(xié)調(diào)控制。 （5）灌溉及噴藥施肥控制 水灌溉與農(nóng)藥噴灑采用一套管線系統(tǒng)，根據(jù)植物生長模式，可通過自動、手動方式進行操作。 （6）報警控制 用戶可設定某些參數(shù)指標的上限和下限。比如大棚溫度應在30-15攝氏度之間，高于或低于這個溫度范圍都會產(chǎn)生報警信息，并在上位機中控平臺和現(xiàn)場控制節(jié)點顯示出來。 （7）節(jié)點故障通知 現(xiàn)場控制節(jié)點出現(xiàn)故障時可及時以中心服務器平臺、手機短信、報警信息等方式通知管理者。 （8）備用冗余功能 為了避免設備故障及異常帶來不便，影響作物的生長。設備可進行擴展冗余，當設備出現(xiàn)故障時，輔助設備進行0切換。從而實現(xiàn)連續(xù)無故障運行，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。 （9）自定義控制模式 可以根據(jù)溫室大棚具體控制和監(jiān)測需要，定制一些相應的監(jiān)測項目及控制內(nèi)容，該項目可以使模擬信號、數(shù)字信號、開關信號、頻率信號等監(jiān)測和控制。 第四部分：監(jiān)測軟件數(shù)據(jù)平臺 生態(tài)農(nóng)業(yè)智能溫室大棚自動監(jiān)控軟件，采集溫室大棚內(nèi)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，經(jīng)傳感器數(shù)據(jù)模塊傳送至ZigBee節(jié)點或RS485節(jié)點上，然后通過有線、無線、3G/2G網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺，按照相關設定進行分析展示并進一步完成相應控制。 （1）友好的用戶登陸管理界面 規(guī)定用戶使用權限，不同用戶提供不同的操作權限，非用戶不能登陸系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全，操作簡單而富有人性化。 （2）實時\歷史、曲線\報表數(shù)據(jù)分析 系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)信息以實時曲線的方式顯示給用戶，并根據(jù)需要按照日、月、季、年參數(shù)變化曲線生成歷史報表。便于對溫室大棚運轉(zhuǎn)情況進行分析做出改進，提高溫室大棚的生產(chǎn)效率。 （3）多種形式的報警功能，適合不同場合需要 工作人員根據(jù)溫室大棚內(nèi)的具體情況設置溫度、濕度等參數(shù)限值。在監(jiān)測時，如發(fā)現(xiàn)有監(jiān)測結(jié)果超出設定的閾值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警提醒工作人員，報警形式包括：聲光報警、電話報警、短信報警、E-MAIL報警等。 （4）遠程控制 現(xiàn)場采集設備將采集到的數(shù)據(jù)通過有線、無線、3G/2G無線網(wǎng)絡傳輸?shù)街锌財?shù)據(jù)平臺，用戶從終端可以查看溫室大棚現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，并使用遠程控制功能通過繼電器控制設備或模擬輸出模塊對溫室大棚自動化設備進行控制操作，如自動噴灑系統(tǒng)、自動換氣系統(tǒng)、自動澆灌系統(tǒng)。 （5）監(jiān)控終端 監(jiān)控終端通過可視化、多媒體的人機界面實現(xiàn)以下主要功能：①溫室大棚內(nèi)植物生長環(huán)境狀況全面顯示、查詢，包括各種參數(shù)、光照強度以及歷史數(shù)據(jù)等；②向溫室大棚內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)調(diào)度命令、調(diào)整設備運轉(zhuǎn)狀況，確保溫室內(nèi)為植物生長最適宜環(huán)境。 第五部分：功能應用 1、房屋保溫、保濕性能評價； 2、溫室、大棚的溫度、濕度監(jiān)測管理； 3、倉庫的溫度、濕度監(jiān)測管理； 4、蘑菇栽培的溫度、濕度監(jiān)測管理； 5、孵化室溫度、濕度監(jiān)測管理； 6、機房、圖書館、檔案室、博物館的環(huán)境監(jiān)測管理； 7、煙草、糧庫、醫(yī)院等環(huán)境監(jiān)測管理； 8、其它領域需要的溫度、濕度監(jiān)測管理。 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)領域的研發(fā)實力，和自主研發(fā)的配套設備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域嶄露頭角！ 托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、通信技術、計算機技術、GIS信息技術，以及物聯(lián)網(wǎng)技術，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)測傳感設備）、傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡）、應用系統(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、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)或遠程控制異地園區(qū)進行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風機，自動補光及遮陽，自動卷簾，自動開窗關窗，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、預警模塊：即遠程植保預警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報警、短信報警、語音報警等方式進行預警。 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)品從種植準備階段、種植和培育階段、生長階段、收獲階段等對作物生長環(huán)境、噴藥施肥情況、病蟲害狀況等實施實時信息自動記錄，有據(jù)可查，在儲藏、運輸、銷售階段采用二維碼或者RFID射頻技術對各個階段數(shù)據(jù)記錄，這樣就能實現(xiàn)消費者拿到農(nóng)產(chǎn)品時通過終端設備或網(wǎng)絡就能查看到各類信息，才能放心食用。 6、作業(yè)模塊：即中央控制室?？赏ㄟ^總控室對整個區(qū)域情況進行監(jiān)測，包括各個區(qū)域采集點參數(shù)、控制作業(yè)狀態(tài)、實時視頻圖像、施肥噴藥狀況、報警信息等。