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農業大棚智能溫室監測系統概述及需求


智能溫室監測系統是根據無線網絡獲取的植物實時的生長環境信息,如通過各個類型的傳感器可監測土壤水分、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、植物養分含量等參數。其它參數也可以選配,如土壤中的PH值、電導率等等。信息收集、負責接收無線傳感匯聚節點發來的數據、存儲、顯示和數據管理,實現所有基地測試點信息的獲取、管理、動態顯示和分析處理以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶,并根據以上各類信息的反饋對農業園區進行自動灌溉、自動降溫、自動卷模、自動進行液體肥料施肥、自動噴藥等自動控制。


 



 一、概述

  農業大棚智能溫室監測系統通過實時采集農業大棚內空氣溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤水分等環境參數,根據農作物生長需要進行實時智能決策,并自動開啟或者關閉指定的環境調節設備。通過該系統的部署實施,可以為農業生態信息自動監測、對設施進行自動控制和智能化管理提供科學依據和有效手段。

  大棚監控及智能控制解決方案是通過可在大棚內靈活部署的各類無線傳感器和網絡傳輸設備,對農作物溫室內的溫度,濕度、光照、土壤溫度、土壤含水量、CO2濃度等與農作物生長密切相關環境參數進行實時采集,在數據服務器上對實時監測數據進行存儲和智能分析與決策,并自動開啟或者關閉指定設備(如遠程控制澆灌、開關卷簾等)。

溫室智能控制系統是利用環境數據與作物信息,指導用戶進行正確的栽培管理。物聯網溫室環境監測系統可廣泛應用于農業、園藝、畜牧業等領域,在需要特殊環境要求的場所實施監控和管理,為實現對生態作物的健康成長和及時調整栽培、管理等措施提供及時的科學的依據,同時實現監管自動化。

近年來,隨著溫室大棚化種植、工廠化育秧和設施栽培等農業生產技術的廣泛應用,快速準確地環境參數的收集和分析就成為現實的需求,利用計算機技術對相應的農業氣象參數進行采集,則一方面可及時了解作物生長的環境參數,另一方面也可根據采集的參數控制大棚環境的調節從而為農作物的生長提供適宜的生長環境。由于溫室內的濕度、溫度等環境條件不適合于普通PC 機工作,故這里選用單片機進行數據采集,而采集的數據可通過串口發射接收設備傳送給上位PC 機進行分析處理。

 智能溫室控制系統,是專門為農業溫室、農業環境控制、氣象觀測開發生產的環境自動控制系統。可測量溫室大棚內的環境溫度、環境濕度、光照強度、土壤溫度、土壤水分、二氧化碳濃度等農業環境因子,根據溫室作物生長要求,自動控制開關窗、卷膜、風機濕簾、生物補光、灌溉施肥等環境控制設備,自動調控溫室內環境,達到適宜植物生長的范圍,為植物生長提供更佳環境。智能溫室控制系統可以使溫室運行于經濟節能狀態,實現溫室的無人值守自動化運行,減輕人員勞動強度,降低溫室能耗和運行成本。

溫室智能控制系統可根據溫室內的土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、時間等參數來自動控制電磁閥和水泵、施肥系統等的自動動作,通過空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、雨雪傳感器等參數來自動控制天窗、側窗、內遮陽、外遮陽、風機、濕簾、外翻窗、加溫設備、加濕設備、二氧化碳發生器等的自動化動作,使溫室內的環境保持在用戶設定范圍內。

本公司研發的溫室智能自動化控制系統功能以土壤濕度值、土壤溫度、時間、空氣溫度、空氣濕度、光照、二氧化碳等為基礎,用戶可以設定其參數的目標值,程序根據用戶設定的目標值控制及監測電磁閥、水泵、施肥系統、天窗、側窗、內遮陽、外遮陽、風機、濕簾、外翻窗、加溫設備、加濕設備、二氧化碳發生器等設備的狀態,以保證溫室內以上幾項參數在用戶設定的目標值范圍之內。計算機系統無需開機。

二、客戶需求

1)智能溫室大棚控制系統

隨著國民經濟的迅速發展,現代農業得到了長足的進步,全國各地根據需要普遍建設了日光溫室、塑料大棚等為農作物創造出良好的生長環境。溫室工程成為高效農業的重要組成部分。


溫室大棚就是建立一個模擬適合生物生長的氣候條件,創造一個人工氣象環境,來消除溫度、濕度等對生物生長的限制。能使不同的農作物在不適合生長的季節產出,部分或完全的擺脫農作物對自然條件的依賴。

廣州萊安智能化系統開發有限公司開發的智能溫室大棚控制系統是針對溫室大棚正常有效運轉的控制要求配置的遠程監控與管理系統。采用傳感器技術、依托傳統溫室大棚生產工藝、設計的具有高可靠性、安全性、可擴展性的軟硬件系統。

智能溫室大棚監測控制系統充分利用物聯網技術和組態軟件實時遠程獲取溫室大棚內部的空氣溫度、濕度、光照強度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、葉面濕度、露點溫度等環境參數及視頻圖像,通過模型分析,遠程或自動控制濕簾風機、噴淋滴灌、內外遮陽、頂窗側窗、加溫補光等設備,保證溫室大棚內的環境更適宜作物生長;同時,該系統還可以通過手機、PDA、計算機等信息終端向農戶推送實時監測信息、預警信息、農技知識等,實現溫室大棚集約化、網絡化遠程管理。

三、系統優勢:

l  采用工業485總線,光纖城際網絡,標準工業電流信號相結合的方式進行數據采集與傳輸,確保數據傳輸穩定性,情況下盡量降低成本,降低現場施工布線的復雜程度。

l  采用正版工業自動化組態軟件,支持本地軟件和遠程軟件的升級,方便以后功能擴展。

l  永遠在線、接收和發送數據為內部系統不會產生通訊費用。

l  應用靈活、方便:只要將RS-485信號、RJ45信號通過硬件協議轉換器可直接對接服務器計算機串口。

l  采集監控執行機構采用模塊化JCJ716B/DO設備級聯,可方便以后硬件升級,采集點擴展,控制設備擴展等。

l  組網簡單、迅速、靈活。

l  對于工業485網絡,固定設備地址管理,自動識別終端設備,保證用網絡的連接和安全性。

l  內置看門狗,具備異常重起。

l  除了提供標準的通用功能外,還可根據用戶的特殊需求定制功能。

l  控制操作簡單,可現場通過控制柜開關控制各種設備動作,也可以通過培育中心綜合服務器工控機操作個設備的運行啟停。

l  培育中心采用工業專用計算機IPC作為主控綜合服務器。保證數據采集及各種受控設備的穩定運行。

四、現場數據采集與控制功能

智能溫室大棚內的各參數傳感器,對溫室環境進行多點實時動態采集,經過A/D轉換送入單片機處理,驅動執行裝置從而實現溫室環境的自動智能調節。顯示裝置實時顯示溫室內的溫濕度、光照度等數值,能夠更加一目了然地展示溫室大棚數據全貌。

1)溫濕度監測

通過溫濕度傳感器監測大棚室外空氣環境溫濕度、室內空氣環境溫濕度、地表溫濕度、土壤溫濕度等,并能對數據進行采集、分析運算、控制、存儲、發送等。

2)光照度監測

通過光感和光敏傳感器監測記錄溫室大棚內光線的強度,可以直接與相關的補光系統、遮陽系統等設備相連,必要時自動打開相關設備。通過無線傳輸技術將相關數據傳送到用戶監控終端。

3CO2O2濃度監測

在溫室大棚內部署二氧化碳濃度傳感器,實時監測溫室中二氧化碳的含量,當濃度超過系統設定闕值范圍時,通過無線傳輸技術將相關數據傳送到用戶監控終端,由相關工作人員做出相應調整。

4)分區域檢測

同一個棚內劃區域控制管理,可實現每個種植區不同溫濕度、不同氣體配置等環境技術指標。用戶可以通過上位機來監測、查詢各區域的數據。也可以對個分塊進行單獨控制和整體協調控制。

5)灌溉及噴藥施肥控制

水灌溉與農藥噴灑采用一套管線系統,根據植物生長模式,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生報警信息,并在上位機中控平臺和現場控制節點顯示出來。

7)節點故障通知

現場控制節點出現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,當設備出現故障時,輔助設備進行0切換。從而實現連續無故障運行,增加系統穩定性和可靠性。

9)自定義控制模式

可以根據溫室大棚具體控制和監測需要,定制一些相應的監測項目及控制內容,該項目可以使模擬信號、數字信號、開關信號、頻率信號等監測和控制。

五、監測軟件數據平臺

生態農業智能溫室大棚自動監控軟件,采集溫室大棚內現場數據,經傳感器數據模塊傳送至ZigBee節點或RS485節點上,然后通過有線、無線、3G/2G網絡傳輸到數據平臺,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,保證系統安全,操作簡單而富有人性化。

2、實時\歷史、曲線\報表數據分析

系統將采集到的數據信息以實時曲線的方式顯示給用戶,并根據需要按照日、月、季、年參數變化曲線生成歷史報表。便于對溫室大棚運轉情況進行分析做出改進,提高溫室大棚的生產效率。

3、多種形式的報警功能,適合不同場合需要

工作人員根據溫室大棚內的具體情況設置溫度、濕度等參數限值。在監測時,如發現有監測結果超出設定的閾值時,系統會自動發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

現場采集設備將采集到的數據通過有線、無線、3G/2G無線網絡傳輸到中控數據平臺,用戶從終端可以查看溫室大棚現場的實時數據,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、自動換氣系統、自動澆灌系統。

5、監控終端

監控終端通過可視化、多媒體的人機界面實現以下主要功能:①溫室大棚內植物生長環境狀況全面顯示、查詢,包括各種參數、光照強度以及歷史數據等;②向溫室大棚內監控系統發調度命令、調整設備運轉狀況,確保溫室內為植物生長更適宜環境。

 6、平臺軟件

  系統平臺軟件共由以下4個部分組成:

  (1)數據收集、存儲服務軟件

  完成傳感器數據的獲取、解析、分類,更后按預設的格式存入數據庫。

  (2)展示、決策軟件

  圖形化界面,從數據庫中讀取相應數據,以表格和曲線的方式將傳感器數據顯示出來,支持多種查詢顯示方式。可自定義決策系統控制對象及決策算法,與對象控制軟件互聯實現自動化控制。

  (3)遠程控制軟件

  完成現場控制對象的操作,圖形化操作界面,支持重定義遠端開關名稱等信息,可與決策軟件進行對接,實現自動化控制。

  (4SDK二次開發包

  通過SDK開發包,用戶可以完全用自己熟悉的開發平臺開發自主知識產權的數據展示和決策平臺。

  通過SDK開發包,使用戶無需了解本系統的硬件等底層信息的前提下,完成一套環境監測應用系統的開發。

  我們的SDK提供了:

  ①數據收集、存儲服務軟件的詳細編程接口及說明

  ②對象控制軟件的編程接口及說明

  ③曲線顯示界面例程

  ④數據庫數據檢索例程

  ⑤設備對象控制例程

  上述4個組成軟件中,數據收集、存儲服務軟件和對象控制軟件是與底層硬件直接聯系的,用戶無需對該部分軟件進行任何的編程開發,只需要通過SDK開發自己的展示、決策軟件,與我們的數據收集、存儲服務軟件和對象控制軟件進行數據交互即可。

六、控制柜/主控器/控制器

1:主控制器可在線實時24小時連續的采集和記錄監測點位的溫度、濕度、風速、二氧化碳、光照強度等各項參數情況,以數字、和圖像等多種方式進行實時顯示和記錄存儲監測信息,監測點位可擴展點。

2:數據集中器提供RS485接口,在沒有配無線監控電腦或監控電腦損壞、癱瘓,可隨時用RS485連接電腦導出將數據轉至其它電腦。

3:溫濕度監控軟件采用標準windows 98/2000/XP全中文圖形界面,實時顯示、記錄各監測點的數據值和曲線變化,統計各個數據的歷史數據、更大值、更小值及平均值,累積數據等。

4:監控主機端利用監控軟件可隨時打印每時刻的數據及運行報告。

5:主控器功能強大的數據處理與通訊能力,采用計算機網絡通訊技術,

局域網內的任何一臺電腦都可以訪問監控電腦,在線查看監控點位的變化情況,實現遠程監測。系統不但能夠在值班室監測,領導在自己辦公室可以非常方便地觀看和監控。

6:系統可擴充多種記錄數據分析處理軟件,能進行繪制棒圖、餅圖,進行曲線擬合等處理,可按TXT格式輸出,也能進入EXCEL電子表格等office的軟件進行數據處理。

七、監控軟件控制功能簡述

1.用戶登陸

  規定用戶使用權限,非用戶不能登陸系統,保證系統安全。

可設置權限對用戶和密碼進行修改。分兩級權限:溫室察看權限、參數修改權限。

2.系統監控

    監控室內外溫度、濕度、光照度、土壤水分、土壤溫度、二氧化碳、風速、雨雪等各種設備的動作和狀態;

當溫室內出現異常時進行聲音、圖像報警。

3.控制功能

可通過計算機屏幕實現控制設備的自動及手動轉換;

自動:能根據用戶設定的參數(溫度、時間)對天窗、外遮陽、風機、水泵進行保溫、降溫控制。當打開濕簾和風機時系統會關閉天窗。

手動:通過鼠標操作實現各種控制設備的開啟、關閉和啟停,實現遠程強制手動控制操作。


4.參數設定及瀏覽

對所要實現自動控制的參數(溫濕度、光照度等)進行設定,以滿足自動控制要求。

5.實時曲線

實時趨勢曲線可將系統采集到的溫室內的數據以實時曲線的方式顯示出來,以便于觀察系統檢測狀態。

6.歷史曲線

可顯示出溫室內各測量參數的日、月、季、年參數變化曲線,根據該曲線可合理的設置系統參數值,以及分析各參數變化對作物生長的影響。

7.報表

  可將溫室內數據測量結果送入至軟件的報表服務器中,以報表形式對各參數進行分析和瀏覽。

8.打印

可對歷史曲線、報表進行打印,方便數據查詢。


.智能控制器:16路控制器輸出

.無線GPRS發送主機

八、系統拓展-安卓手機/平板電腦遠程監控設定

  手機/平板電腦遠程實時監測、查詢、設定、控制;通過網絡傳輸方式,將溫室大棚內所有環境數據上傳至平板電腦或手機,只要安裝我公司自主研發的安卓系統客戶端即可實現。時時刻刻掌握棚內環境數據,輕輕松松操控溫室大棚被控設備!(加濕器,除濕器,升溫,降溫,風機自控,自動打開天窗,自動拉幕(簾幕)自動灌溉系統等!








 


九、農業大棚主要監測參數

空氣溫濕度、土壤溫濕度、農業光照度、空氣壓力、降雨量、風向、風速、二氧化碳 co2、氧氣濃度 O3、氨氣濃度NH3

 

主要應用領域

1.陸地農業生產 → 監測氣候、土壤、雨量、把握用農藥和肥料的時間和用量以及灌溉的情況。

2.溫室設施農業生產 → 監測空氣的溫度、濕度、土壤的溫度及含水量、光照度、 二氧化碳的含量、雨量。

3.畜禽養殖農業生產 → 二氧化碳、氨氣、硫化氫、空氣溫濕度、光照強度、視頻

十一、智能溫室監測系統架構設計

 


智能溫室監測系統架構

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