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>& >&智能温室监测系统智能温室监测系统
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&&& 智能温室监测系统也可称之为智能温室监测控制系统、温室大棚智能控制系统。托普物联网研发的智能温室监测系统利用环境数据与作物信息,指导用户进行正确的栽培管理。
智能温室监测系统可广泛应用于农业、园艺、畜牧业等领域,在需要特殊环境要求的场所实施监控和管理,为实现对生态作物的健康成长和及时调整栽培、管理等措施提供及时的科学的依据,同时实现监管自动化。
  一、智能温室监测系统的介绍
  我国是一个农业大国,目前在广大农村,农业温室比比皆是。近年来,随着我国农业和农村经济的发展,农业生产方式逐步由传统的粗放经营式向现代集约型经营方式转变,农业科技示范园,作为现代集约型农业和高新科技应用的示范窗口,应运而生。随着科学技术的进步,温室的结构档次在逐步的提高,建设一种可提高温室内作物产量和质量,降低生产成本,减轻工作人员劳动强度的温室智能监控系统,是广大温室作物生产人员的迫切需求。
  目前,虽然也有不少单位或个人引进了一些国外的计算机智能控制系统,如温室环境控制系统,施肥灌溉控制系统,工厂化育苗智能控制系统等,这些系统真正实现了温室控制的智能化和自动化,但往往存在投资过大.系统维护不方便等各种发展制约瓶颈,再者就是要求温室的管理操作人员本身有较高的文化素质和较丰富的工程技术经验,目前我国广大农民还不具备,这也限制了国外同类产品在国内的推广应用。开发低价位、实用型的温室只能监控系统对于推进我国农业自动化、智能化进程具有重要的意义,同时也具有很大的市场潜力。据调查,目前市场上迫切需要的是一种低成本、操作使用简便的实用温室智能监控系统。针对这一要求及我国日光温室量大、面广的特点,研究一种既符合我国农业水平实际又适合农民经济承受能力、技术上不低于国外同类产品的日光温室智能集成控制系统是非常必要的。
  智能化温室是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施,是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境,彻底摆脱传统农业对自然环境的依赖性。目前,计算机控制在温室种植中得到了越来越广泛的应用,并正在成为温室控制的核心。智能化温室研究是当今兴起的一门横跨生物学、计算机科学、电子科学、机械设计和环境控制等几大学科的综合了多种高新技术的边缘学科。
  从目前我国农业发展政策看,未来10一15年我国农业科技进步的重要内容就是推动规模经营和农业产业化的发展,所以研究开发适合我国的国情的光温室的智能集中控制系统是非常必要的。
  二、本监控系统的特点
智能温室监测系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术与专家系统于一体,通过预装多种作物生长所需的适宜环境参数,搭建温室智能化软硬件平台,实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制。
  本系统可以模拟基本的生态环境因子,如温度、湿度、光照、CO2浓度等,以适应不同生物生长繁育的需要,它由智能监控单元组成,按照预设参数,精确的测量温室的气候、土壤参数等,并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构(遮阳幕、加热器、湿帘水泵及风机、通风系统等),程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。
  该系统的使用,可以为植物提供一个理想的生长环境,并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。
  1、预测性:通过对气候参数的分析,可以预测控制设备的运行情况,提高设备的利用率,降低能耗。
  2、强大的扩展功能:通过选用不同的外围设备,可以控制温室环境及灌溉、施肥等。
  3、完善的资料处理功能:通过中央控制软件,可以不问断地记录各种传感器的信息以及各种控制设备的动作记录等。
  4、远程监控功能:即使工作人员不在现场,也可以通过远程监控系统对温室内的设备参数进行监视和控制。
  5、数据联网功能:通过GPRS,可将各种数据联入局域网或INTERNET,真正实现数据共享。
  三、智能温室监测系统的设计
 (1)系统设计要求
  日光温室智能控制系统是一个涉及到温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度及蔬菜品种等多种因素的复杂系统。因此,该系统的没计应具备以下功能:
  l、较宽的工作电压范围:160V一一260V&Ac:
  2、能长时间连续、稳定、可靠的工作;3、能对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等参数进行准确的测量:
  4、能根据蔬菜品种的不同,可以人工/自动设定温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等参数的报警范围:
  5、可以设定系统的控制状念:手动控制状态和自动控制状态。在手动控制状态下.系统只具有参数检测和警告功能,对电机、水泵等控制设备不作控制。在自动控制状态下,系统既具有参数检测和警告功能,又能对电机、水泵等控制设备进行自动调控。
  6、温室内部前端设备既能单独工作,又具有数据远传、联网功能;7、检测中心的计算机通过GPRS网络或zigbbe网络可与多个前端设备相连,并能检测、控制这些设备的被控对象。
 &(2)系统设计原则
  1、系统性能稳定,运行可靠。
  2、操作简单,维护方便。
  3、整个系统易于扩展。
  4、运行经济节能,维护费用低。
  5、性能价格比高。
 (3)系统整体架构
  本系统采用上、下位机控制方案,下位机为系统前端控制器,实施对温室大棚环境参数的检测与环境调整机构的控制;上位机为系统远程监控计算机,采用可视化编程语言设计界面友好的环境监测与管理系统,实现对温室的远程监控与管理操作。其基本的框架图如下:
 &&四、系统优势
本系统采用分布式控制结构,依据分散采集数据。集中操作管理,相对独立的设计思想,综合运用计算机网络通信和模糊控制技术,实现了单个温室的智能控制以及多个温室的联网监控。控制系统可根据温室内温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等参数的变化,按照预先设定的条件对风机、水泵、卷帘机、开窗机、加热、灌溉、二氧化碳发生器等设备进行全自动控制,也可以根据需要实现手动控制。系统具有功能强大、性能优越、配置灵活、安全可靠等优点。
  1、低带宽占用本系统大大降低了数据实时传输占用的网络带宽。当多个监控点同时工作,出现大比特流的数据同时传输时,平均占用带宽不到250kbps,大大节约了用户的网络资源投入。
  2、无限制位点远程实时监控通过GPRS和zigbee完成组网,可同时对无限制多个监控位点实施远程实时监控,并可实时查看各监控点的各种监控数据。
  3、系统结构灵活数字化温室智能监控系统采用标准的组网方式,支持IP单播、组播功能,可以组成点对点的监控系统,又可以组成一个中心对各站点的系统;在网络上可以设置多个监控工作站,满足多个用户的需要.也可以用WEB方式组成多级监控系统。
  4、扩展性强采用模块化设计,能够平滑实现系统功能的升级以及与其他农业系统的接口,尤其是与农业专家系统的接口。
  5、易操作性本系统采用的操作平台是Windows中文版,控制界面为图形方式,界面、菜单全为中文,用户可以非常迅速地熟悉操作软件的使用。
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  QSH-WSK智能温室动控制系统,是专门为农业温室、农业环境控制、气象观测开发生产的环境自动控制系统。可测量风向、风速、温度、湿度、光照、气压、雨量、太阳辐射量、太阳紫外线、土壤温度、土壤水分等农业环境要素,根据温室作物生长要求,自动控制开关窗、卷膜、风机湿帘、生物补光、灌溉施肥等环境控制设备,自动调控温室内环境,达到适宜植物生长的范围,为植物生长提供优秀环境。智能温室控制系统可以使温室运行于经济节能状态,实现温室的无人值守自动化运行,减轻人员劳动强度,降低温室能耗和运行成本。
二:监测功能:
监测环境因子:
大气环境类:环境温度,环境相对湿度,露点温度,雨雪,大气压力,风速,风向,降水量,水面蒸发,叶面湿度,叶面温度,日照时数,光照度,太阳总辐射等
土壤参数类:土壤温度,土壤湿度,土壤热通量,土壤水势,土壤导电率等;
生态环境类:CO2等;
智能温室控制系统控制器功能强大,数据采集测量精度高,可采集多项环境因子的数据,具有16路继电器输出,可以控制16个点的设备。核心部件采用高性能32位微处理器为主控CPU,内置大容量数据存储器,可连续存储10万条数据永不丢失。便携式防震结构,工业化标准设计,适合在恶劣环境中使用,大屏幕汉字液晶显示屏输出,一屏可显示多路环境测量数据,便于现场直接观测。继电器指示灯指示各继电器的开关状态。
通讯方式:
有线传输方式:通过标准RS232/RS485/USB通讯接口,与监测中心PC机有线连接,长有线通讯距离可达1000米,实时传送采集数据,也可通过网络接口实现一个中心对多个站点的实时监测;
无线传输方式:可根据通讯距离的不同分为短距离无线数传、中距离无线数传、长距离无线数传三种无线传输方式。
(1)短距离无线数传方式:采用先进的微波射频通讯传输模块,通讯距离在0~300米范围之内,无任何通讯费用。
(2)中距离无线数传方式:采用电台方式进行数据传输,通讯距离在0~2000米范围之内,不收取任何通讯费用数据传输稳定。
(3)长距离无线数传方式:采用GSM网/GPRS/3G网通讯技术,结合Internet网络通讯协议,配备无线通讯控制器可实现监测中心对各个站点进行实时监测,远程监控各温室的环境数据与控制状态,不受距离限制,数据传输可靠。3G优点在于传输数度快,稳定,可传输容量较大的数据,广泛应用于视频传输等领域,缺点为网络覆盖面较小,此通讯方式是今后发展的趋势。
三、设定功能:
   QSH-WSK智能温室控制器可以设定各运行参数,通过监测温室内的环境温度、环境湿度、光照度、二氧化碳的浓度等来自动控制天窗、侧窗、内遮阳、外遮阳、风机、外翻窗、加温设备等的目标值和设备的开启/关闭时间等等,通过监测土壤的水分、土壤的温度、电导率等参数来自动控制电磁阀和水泵、施肥系统设备的开启/停止等目标值。
控制逻辑简单描述如下:
当环境温度高出设定值,室内光线高于设定值时,收拢外遮阳网;
当温度高于设定温度上限值,会循环一组开风机及湿帘水泵降温,每十钟换一组风机,如果还降不下来,会同时打开两组降温。当湿帘风机降温时,内幕会自动收拢,天窗关闭提高降温效果,降温后,如温度不低于下限,内幕会自动收起。
夜间保温,定时夜间展开保温膜,进行保温。
雨雪逻辑,当下雪时,自动关闭天窗,保护作物;
大风超过设定上限时,自动收起外阳网,保护外网不被破坏
水分控制:当作物水分下降到所设定的湿度下限时,喷灌系统则自动喷灌“保湿喷(雾)灌时长” 时间。达到设定上限,灌溉会自动停止。
喷灌系统自动化
定时启动和关闭,如早8点-完5点(可调节),在启动的时间内,可以定时“喷灌间隔值”喷灌一次。而每一次喷灌时间可以设定“喷灌延续时间值”。
定时灯光控制部分:可以设定从时间开始到时间结结束开灯或关灯,给作物补光;
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智能温室控制系统
&&& 温室控制系统就是依据温室内外装设的温湿度传感器、光照传感器、CO2传感器、室外气象站等采集或观测的信息,通过控制设备(如控制箱、控制器、计算机等)控制驱动/执行机构(如风机系统、开窗系统、灌溉施肥系统等),对温室内的环境气候(如温度、湿度、光照、CO2等)和灌溉施肥进行调节控制以达到栽培作物的生长发育需要。温室自动控制系统分为数字式控制仪控制系统、控制器控制系统和计算机控制系统。
&&& (1)数字式控制仪控制系统& 这种控制系统往往只对温室的某一环境因子进行控制。控制仪用传感器监测温室内的某一环境因子,并对其设定上限值和下限值,然后控制仪自动对驱动设备进行开启或关闭,从而使温室的该环境因子控制在设定的范围内。如温控仪可通过风机、湿帘降温等手段来调节温室的温度。这种系统由于成本较低,对运行要求不高的温室来说很适用。
&&& (2)控制器控制系统& 数字式控制仪采用单因子控制,在控制过程中只对某一要素进行控制,不考虑其他要素的影响和变化,局限性非常大。实际上影响作物生长的众多环境因素之间是相互制约、相互配合的,当某一环境要素发生变化时,相关的其他要素也要相应改变才能达到环境要素的优化组合。控制器控制系统就是采用了综合环境控制。这种控制方法根据作物对各种环境要素的配合关系,当某一要素发生变化时,其他要素自动做出相应改变和调整,能更好地优化环境组合条件。控制器控制系统由单片机系统或可编程控制器与输入输出设备及驱动/执行机构组成。
&&& (3)计算机控制系统& 计算机控制系统有两类,一类由控制器控制系统与计算机系统构成,这类系统的控制器可以独立控制,将控制系统的大脑设置在计算机的主机中,计算机只需完成监视和数据处理工作,温室管理者可以利用微机进行文字处理及其他工作;另一类计算机作为专用的计算机,它是控制系统的大脑,不能用它从事其他工作。
&&& 温室控制系统根据驱动/执行机构的不同,可细分为开窗控制系统、风机控制系统、拉幕控制系统、风机湿帘水泵控制系统、补光控制系统、灌溉施肥控制系统、CO2施肥控制系统、充气泵控制系统(双层充气膜温室专用)等。
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