花卉智能大棚物联网应用方案

1 花卉 基地 大棚 物联网 应用 方案 二 零一 一 年 一 月 2 目 录 一、项目概况 .、方案设计简述及产品定位 .计依据 .计相关标准 .计原则 .、系统构成 .统结构图 .统描述 .制策略 . 控制功能 . 控制系统 .线终端应用 . 短信应用 . 终端 C/S 程序应用 . 移动应用服务器的数据应用 .、系统配 置 . 错误 !未定义书签。 类型统计 . 错误 !未定义书签。 备清单 . 错误 !未定义书签。 3 一、 项目 概况 本方案适用于通过物联网平台，建立一套应用于花卉种植基地区域内大棚的自动化与信息化的解决方案 。 研究农作物生长调节的目的，就是要提高单位面积的产量。而要提高单位面积的产量，就必须提高光合作用的效率。影响光合作用效率的外界条件主要有以下几点： 光照： 光合作用是一个光生物化学反应，所以光合作用的效率随着光照强度的增加而加快。在一定范围内几乎是呈正相关。但超过一定范围之后，光合作用效率的增加转慢；当达到某一光照强度时，光合作用效率就不再增加，这种现象称为光饱和现象。 二氧化碳 陆生植物光合作用所需要的碳源，主要是空气中的二氧化碳，二氧化碳主要是通过叶片气孔进入叶子。大气中的二氧化碳含量，如以容积表示， 仅为 ，对植物的光合作用来说是比较低的。但光合过程中需要相当多的二氧化碳，二氧化碳是光合作用的原料，对光合作用的效率影响很大。如果空气中的二氧化碳浓度降低，光合速率会急剧减慢。 温度 光合作用过程是由酶所催化的化学反应，而温度直接影响酶的活性，因此，温度对光合作用的影响也很大。除了少数的例子以外，一般植物可在 1035 下正常地进行光合作用，其中 2530 最适宜。 矿质元素 矿质元素直接或间接影响光合作用。矿物元素是合成叶绿素生物合成所必需的物质，缺乏时便影响碳水化合物的转变和运输， 这样也就间接影响了光合作用；同时，矿物元素也参与光合作用中间产物的转变和能量传递，所以对光合作用影响很大 。 水分 4 水分是光合作用原料之一，缺乏时可使光合速率下降。叶子要在含水量较高的条件下才能生存，具体来说，缺水使气孔关闭，影响二氧化碳进入叶内，使光合速率下降。 因此，采用基于自动控制 、智能传感等 技术手段的 智能温室系统 可以便捷地对温室中 的 单项环境因子 进行控制，可以大幅提升温室作物的产量和品质，并且可以调节作物生长周期，满足反季节作物的生产需求。 智能温室控制主要是根据外界环境的温度、湿度、二氧化碳含量、光照 以及风速、风向、雨量等气候因素，来控制温室内的温度、湿度、通风、光照，创造出适合作物生长的最佳环境，同时还需对影响作物生长的各种 矿物 元素进行动态的配方管理。在这种控制中，温度、湿度、二氧化碳含量、光照等被控量之间存在着强烈的相互关系，某个被控量的改变，会影响到其他被控量的变化。 针对智能温室的特点，智能温室控制系统应是一种具有良好控制精度、较好的动态品质和良好稳定性的系统。对植物生长不同阶段的需求制 定出监测的标准，对温室环境监测，将测得的参数进行比较后进行调整 和统计，探索一条花卉生产的标准化路线。 根据种植 基地的现场情况以及与使用方充分沟通之后，本方案将实现以下四个功能： 信息采集信 ： 包括 棚内 温度、湿度、光照信息 采集 与区域内气象参数的采集 等； 信息 传输 与处理部分，主要功能是将采集的信息转换成计算机可识别的标准量信息 进行处理，输出决策的指令； 执行器 部分，控制 移动喷淋 系统、 遮光帘卷扬 系统及 温棚 的开关 卷扬 等系统，使植物的生长实 现工厂化的生产控制过程。 无线网络接入部分，主要功能是通过移动 络，使用移动终端对现场环 境参数，设备运行状态进行访问。 5 二、 方案设计简述 及产品定位 结合近年新技术的广泛使用，我们设 想将整个 控制 、 监视 、信息的传输作为一个整体过程，除了符合工艺划分要求，还要结合总线技术的技术特性、动力配电等因素，做出合理的控制 配置 。 计依据 锦苑花卉大棚相关控制要求 智能温室种植工艺要求 计相关标准 本设计方案严格执行控制系统设计相关的国家标准。 部分相关标准和规范目录如下： 中华人民共和国国家标准 4064 电气设备安全设计导则 14050 系统接地的型式及安全技术要求 工业机械电气设备 第 1 部分：通用技术条件 10297 温室加热系统设计规范 计原则 在本 系统 技术方案的设计中，着重考虑到系统的先进性、可靠性、可操作性、可维护性、扩展性、安全性、经济性。 对软件系统进行改动，优化，升级；以及硬件系统扩容的同时，设备能够保持正常运行；该系统的运行状态在自动，手动，闭锁之间切换的时候应该做到无缝切换；软件系统要求上手容易，有足够的冗余量以便将来的扩容，开发运行功能同时具备； 先进性 6 可靠性 可维护性 可 操作性 扩展性 安全性 经济性 7 三、 系统构成 及实现方式 本系统方案以 感知层、传输层、应用层三 层网络为主线， 分布式 I/O 为集成架构， 全集成自动化为目标， 并利用无线移动通信技术 ,通过无线移动终端设备访问传感器设备同时回写指令 改变参数 控制 传感器， 在充分 理解花卉智能温棚生产 工艺 和用户实际需求的 基础上构建管控网络系统。 统结构图 统描述 大棚自动 控制系统由气象参数采集站，室内环境参数传感器，执行器，分布式控制系统，集中监控中心，无线网络接入设备组成。 8 气象参数采集站： 用于采集室外环境参数（室外 温度、室外湿度、室外光照辐射、风速、风向、雨雪信号等） 环境传感器： 室内多点温度、室内多点湿度、室内光照 强度 。 执行器： 内遮光帘， 移动喷淋机 ，开关棚系统 。 分布式控制器： 由处理器，通讯模块，输入输出模块，电源模块组成，是整个控制系统的核心部分。 集中监控中心： 对温室的环境数据、设备的运行状态进行图形化显示、记录并自动生 成 数据报表和曲线图。 制策略 设备控制层是与设备直接联系，通过 控制器 和智能仪表对各工艺段、单机设备进行过程控制，完成设备具体的控制要求和联动关系，以此满足生产的工艺要求。 自动控制：控制系统在自动方式下，按照权限进行集中或现场操作，实现对各 执行机构 的自动控制 ；同时，采集相关设备的温度、 湿度 状态、电机状态等过程工艺参数 和设备状态 ，按 设定 算法调节控制变量最终满足各工艺参数的要求。其动作次序按照生产工艺确定，减小设备同时起动对电网的冲击。 单机控制：控制系统提供单机操作功能，实现人工对各 执行机构的 电机进行启动 /停止操作以及主机设备所必需的 维护 、测试等操作。 系统包括温度控制，湿度控制 ，照度控制，等子系统： 1. 温度控制 子系统： 设 定 温 度 花 棚 实 际 温 度开 关 棚 卷 扬控 制 器当温度高于设定值时，控制器启动 开关棚卷扬 ， 开启通风帘，引 入室外空气，排出热空气，室温温度降低，达到设定值；当温度低于设定值时，控制器同时启动 开关棚卷扬，关闭大棚通风帘 。 9 2. 湿度控制子系统 ： 设 定 湿 度 花 棚 实 际 湿 度移 动 喷 淋 机控 制 器开 关 棚 卷 扬当湿度高于设定值时，控制器开启通风帘 ， 引 入室外空气，排 出湿气，室温湿度降低，达到设定值；当湿度低于设定值时，控制器 启动 移动喷淋机同时关闭大棚通风帘 ，使温室湿度上升，达到设定值。 3. 喷淋自动 控制子系统： 设 定 程 序 大 棚 实 时 图 像移 动 喷 淋 机控 制 器控制器根据设定程序 启动 /停止移动喷淋 机， 对大棚进行例行灌溉或者在发生病害时喷洒药液，同时以棚内实时图像为依据，确保无喷淋死角 。 同时也可以使用单机模式，对棚内某个区域进行喷淋。 4. 照度控制子系统： 设 定 照 度 花 棚 实 际 照 度遮 光 帘 卷 扬 系 统控 制 器当照度高于设定值时，控制器启动遮光帘卷扬系统，打开遮光帘，增加室内照度，达到设定值；当照度低于设定值时，控制器启动遮光帘圈养系统，关闭遮光帘，减少室内照度，达到设定值。 5. 水肥控制子系统 水肥控制子系统为顺序控制，即按照设定好的程序启 动变频器， 驱动水泵输送肥水或者清水， 这是一套相对独立的系统 ，这里暂不做详细说明。 线终端应用 该部分的应用分为短信应用和终端 C/S 程序应用 以及移动应用服务器的数 10 据应用 。 无线终端应用 是基于 温室计算机控制系统而实现的，是 智能温室控制系统 的延伸和扩展。 短信查询 系统支持利用手机通过 短信网关 发送相应的查询指令进行实时查询当前传感器的各个参数，并返回参数数值到手机； 例如：在手机终端编辑“ 送至“ 106573488540”进行温度查询。其中， “ 控制信号，“ 106573488540”是 道 号码。 短信控制 系统支持利用手机通过 短信网关 可以发送 相应的 控制指令进行实时的更改传感器设备的参数数值以达到远程控制传感器的目的 ，并返回更改成功的提示信息 。 例如：在手机终端编辑“ ”发送至“ 106573488540”进行停止加湿器。其中， “ ”是控制信号，“ 106573488540”是 道 号码。 故障反馈短信 另外 系统若有故障发生，将以短信方式实时返回故障参数数值到手机。 (上操作系 统 )通过 进行操作 实时查询、控制传感器，同时 并回传响应参数到无线 智能 终端 。 通过 无线智能终端能够实时的查询温度、湿度、 二氧化碳浓度，照度以及水肥灌溉的传感器参数值。 同时可以主动设置新的传感器参数值并会回写到控制系统，从而改变各个传感器设备的参数数值。 以温度控制为例说明： 参数查询 点击“获取”按钮，该指令通过 传到监控系统，并提取当前温度数值后回传并显示到文本框中。 11 锦 苑 花 卉锦 苑 花 卉温 度 控 制湿 度 控 制 照 度 控 制水 肥 控 制C O 控 制系 统 设 置退 出注 销锦 苑 花 卉 温 度 控 制锦 苑 花 卉 温 度 控 制返 回提 交获 取恢 复 默 认2 5 当 前 温 度默 认 温 度设 置 温 度确 认 设 置主界面 温度控制页面 参数控制 点击“恢复默认”按钮，系统将把大棚的温度重置到预先设定的默认温度数值 25（该温度根据实际设定）。设置温度功能提供从下拉框选中温度，完后点击“确认设置” 。从而 达到远程改变大棚温度的目的 。 移动应用服务器负责从网络中接收监测检的数据，同时接收用户的无线终端用户的 访问。 另外，在 道的帮助下，可以接收用户的短信请求，并把用户需要的信息通过短信的