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現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)大棚種植智能化控制管理系統(tǒng)

一、系統(tǒng)組網(wǎng)絡(luò)以及通訊協(xié)議

（1）系統(tǒng)組網(wǎng)絡(luò)組成

根據(jù)工藝運(yùn)行的需求，我們做如下的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計：網(wǎng)絡(luò)采用RS485總線設(shè)計。每5個大棚為一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。所有的傳感器均走485總線，最終通過集線器將各個大棚的數(shù)據(jù)都匯集到監(jiān)控中心。

整個系統(tǒng)可承載的數(shù)據(jù)分成如下的幾個部分：

1：工業(yè)控制數(shù)據(jù)2：采集數(shù)據(jù)

3：工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS總線通訊

4：控制系統(tǒng)（2）組網(wǎng)特點

自動化控制系統(tǒng)是開放的控制系統(tǒng)，除了具有良好的網(wǎng)絡(luò)通訊能力外，還具有與其它控制系統(tǒng)通訊功能和標(biāo)準(zhǔn)的對外通訊接口，以后可以任意擴(kuò)展控制系統(tǒng)。

整個系統(tǒng)采用多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即生產(chǎn)管理網(wǎng)和生產(chǎn)控制網(wǎng)，將過程實時數(shù)據(jù)、運(yùn)行操作監(jiān)視數(shù)據(jù)信息同非實時信息及共享資源信息分開，分別使用不同的網(wǎng)絡(luò)。有效地提高了通訊的效率，降低了通訊負(fù)荷。

以現(xiàn)場控制為最優(yōu)原則，其次是監(jiān)控中心、最后是遠(yuǎn)程控制、

（3）采用的通訊協(xié)議

Modbus協(xié)議由著名的自動化設(shè)備制造商莫迪康公司開發(fā)，是應(yīng)用于自動控制器上的一種通用協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

二、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚控制系統(tǒng)

（1）控制系統(tǒng)概述

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要途徑，已經(jīng)越來越受到世界各國的重視，而設(shè)施農(nóng)業(yè)中問世工程的建設(shè)與發(fā)展是都市型發(fā)展的重要組成部分，是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段。希望通過改變植物生長的自然環(huán)境、．創(chuàng)造適合植物最佳的生長條件，避免外界惡劣的氣候，達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長發(fā)育、防治病蟲害等目的。

遠(yuǎn)程大棚監(jiān)控系統(tǒng)是一種用于家庭、倉庫(廠房、花棚和塑料薄膜大棚)內(nèi)環(huán)境溫濕度監(jiān)控及控制的全自動遠(yuǎn)程智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它通過控制加熱器及制冷器(通風(fēng))對溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，同時通過控制加濕機(jī)及除濕機(jī)的工作自動調(diào)節(jié)環(huán)境的相對濕度，使環(huán)境的溫度和濕度達(dá)到適宜的范圍。

（2）大棚環(huán)境特點與調(diào)控

大棚因有塑料薄膜覆蓋，形成了相對封閉與露地不同的特殊小氣候。進(jìn)行蔬菜大棚栽培，必須掌握大棚內(nèi)環(huán)境的特點，并采取相應(yīng)的調(diào)控措施，滿足蔬菜生長發(fā)育的條件，從而獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

大棚內(nèi)環(huán)境條件：1、棚內(nèi)光照2、棚內(nèi)空氣溫度：3、棚內(nèi)空氣濕度

4、棚內(nèi)二氧化碳含量

5、土壤的溫度6、土壤的濕度

（3）現(xiàn)代化大棚遠(yuǎn)程控制工藝

本方案使用融安特系列系列高速32位控制器、高性能溫度濕度以及二氧化碳傳感器、照度變送器等硬件組成，通過目前的高速光纖網(wǎng)絡(luò)建造一個現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)用溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)可自動監(jiān)測調(diào)節(jié)農(nóng)作物環(huán)境的溫濕度、光照、二氧化碳濃度、通風(fēng)、卷簾升降、滴灌控制、門禁等參數(shù)，通過融安特軟件輸出幫助種植者作全面細(xì)致的數(shù)據(jù)分析，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)的通訊協(xié)議傳遞給上位數(shù)據(jù)存儲和顯示區(qū)域，實現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集。并采取可靠的光纖通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程的設(shè)備的操作和相關(guān)數(shù)據(jù)的報警提示等。以及根據(jù)目前國家提倡的環(huán)保節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)對每個大棚都有相關(guān)的能源的計量裝置，方便了客戶對自己所用資源的調(diào)配和對運(yùn)行參數(shù)的維護(hù)。

（4）控制系統(tǒng)的原理

溫室環(huán)境包括非常廣泛的內(nèi)容，但通常所說的溫室環(huán)境主要指空氣與土壤的溫濕度、光照、二氧化碳濃度等。計算機(jī)通過各種傳感器接收各類環(huán)境因素信息，通過邏輯運(yùn)算和判斷控制相應(yīng)溫室設(shè)備運(yùn)作以調(diào)節(jié)溫室環(huán)境。輸出和打印設(shè)備可幫助種植者作全面細(xì)致的數(shù)據(jù)分析，保存歷史數(shù)據(jù)。

（5）控制系統(tǒng)功能1．風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)2．卷簾控制系統(tǒng)3．滴灌控制系統(tǒng)

4．室內(nèi)溫度濕度控制系統(tǒng)

5．室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)

三、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)的原理特點

溫室測控自動化注重于節(jié)省勞動力，提高溫室生產(chǎn)的效率和技術(shù)水平，實現(xiàn)溫度、濕度的測量記錄和卷簾、滴灌等設(shè)備的自動化控制，實現(xiàn)農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝的有機(jī)結(jié)合。從而大幅度提高溫室生產(chǎn)的技術(shù)水平，協(xié)助推進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)向精品、高端、高效方向發(fā)展。

（2）系統(tǒng)的功能

數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實時采集和存儲。通訊服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的運(yùn)算和報表等邏輯的輸出，操作員站進(jìn)行控制回路的建立、修改局部控制器中的內(nèi)部策略的參數(shù) , 設(shè)置數(shù)據(jù)采集參數(shù)和報表供操作員對生產(chǎn)過程的控制回路、測量參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測并實現(xiàn)自動記錄、報表打印和報警打?。煌ㄟ^以太網(wǎng)通信完成與現(xiàn)場控制層的局部控制器進(jìn)行通信。

（3）上位組態(tài)軟件及其開發(fā)

我們將根據(jù)要求使用1套組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺，開發(fā)系統(tǒng)是一個集成的開發(fā)環(huán)境，可以創(chuàng)建工程畫面、分析曲線、報表生成，定義變量、編制動作腳本等，同時可以配置各種系統(tǒng)參數(shù)等。我們說的“組態(tài)”就在這里完成，運(yùn)行系統(tǒng)將開發(fā)完的系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行，完成計算機(jī)監(jiān)控的過程。開發(fā)人員可以在開發(fā)環(huán)境中完成監(jiān)控界面的設(shè)計、動畫連接的定義、數(shù)據(jù)庫的配置等。開發(fā)系統(tǒng)可以方便的生成各種復(fù)雜生動的畫面，可以逼真的反映現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

（4）協(xié)調(diào)運(yùn)行軟件模塊

我們會根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及目前行業(yè)的運(yùn)行情況，我們將采用融安特程序開發(fā)一套運(yùn)行模塊來實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚遠(yuǎn)程控制計算需要的參數(shù)，將其寫入數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)庫

采用Microsoft SQL Server）中，以備下一步的處理，在每個季節(jié)到來的時候我們可以根據(jù)我們預(yù)先設(shè)計的計算方法來提前模擬其運(yùn)行的情況。以及根據(jù)使作物的生長及其所適應(yīng)的環(huán)境條件的前提下。并且該軟件可以連系到上位的軟件，可以采集其相關(guān)的數(shù)據(jù)。并可以根據(jù)其做相應(yīng)的計算。完成提前計算數(shù)據(jù)模型。運(yùn)行策略，實監(jiān)控，數(shù)據(jù)計算和采集，三個系統(tǒng)統(tǒng)一工作在一個數(shù)據(jù)庫平臺上，形成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，即一個平臺三種應(yīng)用。

開放的現(xiàn)代遠(yuǎn)程大棚運(yùn)行軟件模塊

SQLSEVER數(shù)據(jù)計算模塊運(yùn)行策略控制模塊

蔬菜大棚自動化控制系統(tǒng) –

四、系統(tǒng)所需具體詳細(xì)參數(shù)

1、大棚內(nèi)壁掛式溫濕度傳感器

[溫濕度傳感器簡介]

融安特采用數(shù)字溫濕度傳感器，標(biāo)準(zhǔn)RS-232或485通信接口。本品采用遞推平均數(shù)字軟件濾波與硬件電路濾波相結(jié)合的濾波方法，使外界對采樣的干擾盡可能降到最低，全量程精度高、穩(wěn)定性能強(qiáng)、一致性好、響應(yīng)速度快。J通過標(biāo)準(zhǔn)RS-232或485串行接口可與計算機(jī)組成多點溫濕度測量系統(tǒng)。

[濕度傳感器適用場合]

工業(yè)現(xiàn)場測量、辦公室、超市、檔案室、生產(chǎn)車間、倉庫、機(jī)房、工地等測量的場合。變送器輸出，標(biāo)準(zhǔn)RS-232或485通信接口，可以直接配接計算機(jī)。

[溫濕度傳感器技術(shù)參數(shù)]

[傳感器類型] 進(jìn)口數(shù)字溫濕度敏感元件

[工作電源] 帶變送輸出功能時供電電源：24VAC或24VDC

其他功能供電電源可為：24VAC/24VDC/12VAC/12VDC

[變送輸出]范圍]1、-40～80℃ 2、-20～60℃ 3、0～50℃（具有變送輸出功能時需注明溫度范圍，出廠默認(rèn)為-40～80℃）

[濕度變送器] 范圍：0-100%RH

[變送器準(zhǔn)確度] 溫度： ≤±0.5℃@25℃

[濕度精度] ±3%RH @20%～80%RH，25℃

[傳感器通訊]輸出 RS485口 RS232口

[傳感器通訊地址] 0-255

[變送器通訊協(xié)議] 標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議

[變送器結(jié)構(gòu)形式] 變送、探頭一體式、白色ABS工程塑料

[傳感器工作電流] ≤100mA

[傳感器外形尺寸] 120X80X42mm

[變送器安裝方式] 壁掛式

[傳感器工作環(huán)境] –40℃～80℃，無結(jié)露

2、大棚內(nèi)光照傳感器

【照度變送器產(chǎn)品簡介】

融安特照度變送器采用具有較高靈敏度的感光探測器，配合高精度線性放大電路，經(jīng)過嚴(yán)密檢測、生產(chǎn)的具有多種測量范圍和信號輸出類型的實用型產(chǎn)品。變送器外殼采用壁掛安裝設(shè)計，結(jié)構(gòu)精致、外形美觀，是一款應(yīng)用范圍廣泛、性價比極高的光照度測量產(chǎn)品。

【照度變送器應(yīng)用場合】

農(nóng)業(yè)大棚、工業(yè)現(xiàn)場測量、辦公室、超市、檔案室、生產(chǎn)車間、倉庫、機(jī)房、工地等測量的場合。標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓或電流變送器輸出，標(biāo)準(zhǔn)RS-232或485通信接口，可以直接配接計算機(jī)。

【照度變送器技術(shù)參數(shù)】

【產(chǎn)品名稱】 照度變送器

【工作電壓】 12VDC 或24VDC

【測量范圍】 0-100000Lux 或指定

【廁靈精度】 ±3%

【輸出信號】 0-5V 0-10V 1-5V 三線制 4-20mA

【通訊輸出】 RS232或485

【安裝方式】 壁掛式

【顯示方式】 LCD液晶屏

【工作環(huán)境】 0-50度 0-80%RH

接線顏色說明：

對于通訊接口輸出功能的產(chǎn)品：

紅線：電源+； 綠線：電源-/RS232通訊時SGND

藍(lán)線：RS485B-/RS232RXD 黃線：RS485A+/RS232TXD

對于模擬信號輸出功能的產(chǎn)品：

紅線：電源+； 綠線：電源-/模擬信號公共-

黃線：模擬信號輸出+

對于模擬信號輸出和通訊接口同時具有的產(chǎn)品：

紅線：電源+； 黑線：電源-/RS232通訊時SGND

藍(lán)線：RS485A+/RS232TXD 黃線：模擬信號輸出+

綠線：RS485B-/RS232RXD

3、土壤溫度傳感器

【防水型溫度變送器產(chǎn)品簡介】

溫度變送器采用高精度線性放大電路，并選用高精度的元器件，使產(chǎn)品具有靈敏度高，穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高和使用壽命長等優(yōu)點。

應(yīng)用場合：

溫度變送器廣泛應(yīng)用在工業(yè)溫度測量、暖通空調(diào)、檔案室、生產(chǎn)車間、倉庫、機(jī)房、通風(fēng)管道、樓宇自控、工地等測量場所。直流電壓或電流輸出，可以直接配接二次儀表。溫度變送器采用防水變送外殼，可以工作在露天或濕度較大的場所，對于極低溫度如-40℃，采用軍工級元件，確保長期穩(wěn)定地工作。

【防水型溫度變送器技術(shù)參數(shù)】

傳感器類型 溫度

傳感器類型 進(jìn)口溫度敏感元件

工作電源、輸出信號

1、24VDC/AC 2、12VDC/AC （0～5V輸出）

2、24VDC/AC （0～10V輸出）

3、24VADC （4～20）mA輸出

4、24VDC/AC 2、12VDC/AC RS232或RS485

數(shù)字信號輸出通訊協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu協(xié)議

準(zhǔn)確度 ≤±0.5℃@0-50℃

通訊輸出 RS232口 RS485口

結(jié)構(gòu)形式 變送、探頭一體式、白色ABS工程塑料

工作電流 ≤30mA

外形尺寸 84x59x33mm

安裝方式 壁掛式

工作環(huán)境 –20℃-80℃

4土壤濕度變送器