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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(shè)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(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)作物的健康成長和及時調(diào)整栽培、管理等措施提供及時的科學(xué)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(shè)施栽培等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，快速準(zhǔn)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(jī)技術(shù)對相應(yīng)的農(nóng)業(yè)氣象參數(shù)進(jìn)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(jī)工作，故這里選用單片機(jī)進(jìn)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(shè)備傳送給上位PC 機(jī)進(jìn)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(jì)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)得到了長足的進(jìn)步，全國各地根據(jù)需要普遍建設(shè)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(yuǎn)程監(jiān)控與管理系統(tǒng)。采用傳感器技術(shù)、依托傳統(tǒng)溫室大棚生產(chǎn)工藝、設(shè)計的具有高可靠性、安全性、可擴(kuò)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(shù)和組態(tài)軟件實時遠(yuǎn)程獲取溫室大棚內(nèi)部的空氣溫度、濕度、光照強(qiáng)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(yuǎn)程或自動控制濕簾風(fēng)機(jī)、噴淋滴灌、內(nèi)外遮陽、頂窗側(cè)窗、加溫補(bǔ)光等設(shè)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(jī)、PDA、計算機(jī)等信息終端向農(nóng)戶推送實時監(jiān)測信息、預(yù)警信息、農(nóng)技知識等，實現(xiàn)溫室大棚集約化、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)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(jī)中心服務(wù)器控制平臺和下位機(jī)現(xiàn)場控制節(jié)點： ◇中心服務(wù)器控制平臺可選用物聯(lián)網(wǎng)感知應(yīng)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(wù)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(qiáng)度及二氧化碳濃度等參數(shù)，對環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行控制，包括內(nèi)遮陽、外遮陽、風(fēng)機(jī)、濕簾水泵、頂部通風(fēng)、電磁閥等設(shè)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(jìn)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(luò)監(jiān)控-----利用通信網(wǎng)絡(luò)形式，可監(jiān)測傳輸距離無限遠(yuǎn)。 ◇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(jìn)行多點實時動態(tài)采集，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)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(jìn)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(qiáng)度，可以直接與相關(guān)的補(bǔ)光系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)等設(shè)備相連，必要時自動打開相關(guān)設(shè)備。通過無線傳輸技術(shù)將相關(guān)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(dāng)濃度超過系統(tǒng)設(shè)定闕值范圍時，通過無線傳輸技術(shù)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到用戶監(jiān)控終端，由相關(guān)工作人員做出相應(yīng)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(shù)指標(biāo)。用戶可以通過上位機(jī)來監(jiān)測、查詢各區(qū)域的數(shù)據(jù)。也可以對個分塊進(jìn)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(jìn)行操作。 （6）報警控制 用戶可設(shè)定某些參數(shù)指標(biāo)的上限和下限。比如大棚溫度應(yīng)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(jī)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(wù)器平臺、手機(jī)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(shè)備故障及異常帶來不便，影響作物的生長。設(shè)備可進(jìn)行擴(kuò)展冗余，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，輔助設(shè)備進(jìn)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(yīng)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(guān)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(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺，按照相關(guān)設(shè)定進(jìn)行分析展示并進(jìn)一步完成相應(yīng)控制。 （1）友好的用戶登陸管理界面 規(guī)定用戶使用權(quán)限，不同用戶提供不同的操作權(quán)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(jìn)行分析做出改進(jìn)，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(shè)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(shè)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(yuǎn)程控制 現(xiàn)場采集設(shè)備將采集到的數(shù)據(jù)通過有線、無線、3G/2G無線網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)程控制功能通過繼電器控制設(shè)備或模擬輸出模塊對溫室大棚自動化設(shè)備進(jìn)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(jī)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(qiáng)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(shè)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(yīng)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(jī)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(lǐng)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(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、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(shù)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(shè)備或網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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。