1 花卉 基地 大棚 物聯(lián)網(wǎng) 應(yīng)用 方案 二 零一 一 年 一 月 2 目 錄 一、項(xiàng)目概況 .、方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述及產(chǎn)品定位 .計(jì)依據(jù) .計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) .計(jì)原則 .、系統(tǒng)構(gòu)成 .統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 .統(tǒng)描述 .制策略 . 控制功能 . 控制系統(tǒng) .線終端應(yīng)用 . 短信應(yīng)用 . 終端 C/S 程序應(yīng)用 . 移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)應(yīng)用 .、系統(tǒng)配 置 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 類型統(tǒng)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 備清單 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 3 一、 項(xiàng)目 概況 本方案適用于通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，建立一套應(yīng)用于花卉種植基地區(qū)域內(nèi)大棚的自動(dòng)化與信息化的解決方案 。 研究農(nóng)作物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)的目的，就是要提高單位面積的產(chǎn)量。而要提高單位面積的產(chǎn)量，就必須提高光合作用的效率。影響光合作用效率的外界條件主要有以下幾點(diǎn)： 光照： 光合作用是一個(gè)光生物化學(xué)反應(yīng)，所以光合作用的效率隨著光照強(qiáng)度的增加而加快。在一定范圍內(nèi)幾乎是呈正相關(guān)。但超過(guò)一定范圍之后，光合作用效率的增加轉(zhuǎn)慢；當(dāng)達(dá)到某一光照強(qiáng)度時(shí)，光合作用效率就不再增加，這種現(xiàn)象稱為光飽和現(xiàn)象。 二氧化碳 陸生植物光合作用所需要的碳源，主要是空氣中的二氧化碳，二氧化碳主要是通過(guò)葉片氣孔進(jìn)入葉子。大氣中的二氧化碳含量，如以容積表示， 僅為 ，對(duì)植物的光合作用來(lái)說(shuō)是比較低的。但光合過(guò)程中需要相當(dāng)多的二氧化碳，二氧化碳是光合作用的原料，對(duì)光合作用的效率影響很大。如果空氣中的二氧化碳濃度降低，光合速率會(huì)急劇減慢。 溫度 光合作用過(guò)程是由酶所催化的化學(xué)反應(yīng)，而溫度直接影響酶的活性，因此，溫度對(duì)光合作用的影響也很大。除了少數(shù)的例子以外，一般植物可在 1035 下正常地進(jìn)行光合作用，其中 2530 最適宜。 礦質(zhì)元素 礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。礦物元素是合成葉綠素生物合成所必需的物質(zhì)，缺乏時(shí)便影響碳水化合物的轉(zhuǎn)變和運(yùn)輸， 這樣也就間接影響了光合作用；同時(shí)，礦物元素也參與光合作用中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變和能量傳遞，所以對(duì)光合作用影響很大 。 水分 4 水分是光合作用原料之一，缺乏時(shí)可使光合速率下降。葉子要在含水量較高的條件下才能生存，具體來(lái)說(shuō)，缺水使氣孔關(guān)閉，影響二氧化碳進(jìn)入葉內(nèi)，使光合速率下降。 因此，采用基于自動(dòng)控制 、智能傳感等 技術(shù)手段的 智能溫室系統(tǒng) 可以便捷地對(duì)溫室中 的 單項(xiàng)環(huán)境因子 進(jìn)行控制，可以大幅提升溫室作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，并且可以調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)周期，滿足反季節(jié)作物的生產(chǎn)需求。 智能溫室控制主要是根據(jù)外界環(huán)境的溫度、濕度、二氧化碳含量、光照 以及風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等氣候因素，來(lái)控制溫室內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)、光照，創(chuàng)造出適合作物生長(zhǎng)的最佳環(huán)境，同時(shí)還需對(duì)影響作物生長(zhǎng)的各種 礦物 元素進(jìn)行動(dòng)態(tài)的配方管理。在這種控制中，溫度、濕度、二氧化碳含量、光照等被控量之間存在著強(qiáng)烈的相互關(guān)系，某個(gè)被控量的改變，會(huì)影響到其他被控量的變化。 針對(duì)智能溫室的特點(diǎn)，智能溫室控制系統(tǒng)應(yīng)是一種具有良好控制精度、較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和良好穩(wěn)定性的系統(tǒng)。對(duì)植物生長(zhǎng)不同階段的需求制 定出監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)，將測(cè)得的參數(shù)進(jìn)行比較后進(jìn)行調(diào)整 和統(tǒng)計(jì)，探索一條花卉生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化路線。 根據(jù)種植 基地的現(xiàn)場(chǎng)情況以及與使用方充分溝通之后，本方案將實(shí)現(xiàn)以下四個(gè)功能： 信息采集信 ： 包括 棚內(nèi) 溫度、濕度、光照信息 采集 與區(qū)域內(nèi)氣象參數(shù)的采集 等； 信息 傳輸 與處理部分，主要功能是將采集的信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)量信息 進(jìn)行處理，輸出決策的指令； 執(zhí)行器 部分，控制 移動(dòng)噴淋 系統(tǒng)、 遮光簾卷?yè)P(yáng) 系統(tǒng)及 溫棚 的開關(guān) 卷?yè)P(yáng) 等系統(tǒng)，使植物的生長(zhǎng)實(shí) 現(xiàn)工廠化的生產(chǎn)控制過(guò)程。 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入部分，主要功能是通過(guò)移動(dòng) 絡(luò)，使用移動(dòng)終端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán) 境參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行訪問(wèn)。 5 二、 方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述 及產(chǎn)品定位 結(jié)合近年新技術(shù)的廣泛使用，我們?cè)O(shè) 想將整個(gè) 控制 、 監(jiān)視 、信息的傳輸作為一個(gè)整體過(guò)程，除了符合工藝劃分要求，還要結(jié)合總線技術(shù)的技術(shù)特性、動(dòng)力配電等因素，做出合理的控制 配置 。 計(jì)依據(jù) 錦苑花卉大棚相關(guān)控制要求 智能溫室種植工藝要求 計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 本設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格執(zhí)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 部分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范目錄如下： 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 4064 電氣設(shè)備安全設(shè)計(jì)導(dǎo)則 14050 系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求 工業(yè)機(jī)械電氣設(shè)備 第 1 部分：通用技術(shù)條件 10297 溫室加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 計(jì)原則 在本 系統(tǒng) 技術(shù)方案的設(shè)計(jì)中，著重考慮到系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、可操作性、可維護(hù)性、擴(kuò)展性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，優(yōu)化，升級(jí)；以及硬件系統(tǒng)擴(kuò)容的同時(shí)，設(shè)備能夠保持正常運(yùn)行；該系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)在自動(dòng)，手動(dòng)，閉鎖之間切換的時(shí)候應(yīng)該做到無(wú)縫切換；軟件系統(tǒng)要求上手容易，有足夠的冗余量以便將來(lái)的擴(kuò)容，開發(fā)運(yùn)行功能同時(shí)具備； 先進(jìn)性 6 可靠性 可維護(hù)性 可 操作性 擴(kuò)展性 安全性 經(jīng)濟(jì)性 7 三、 系統(tǒng)構(gòu)成 及實(shí)現(xiàn)方式 本系統(tǒng)方案以 感知層、傳輸層、應(yīng)用層三 層網(wǎng)絡(luò)為主線， 分布式 I/O 為集成架構(gòu)， 全集成自動(dòng)化為目標(biāo)， 并利用無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù) ,通過(guò)無(wú)線移動(dòng)終端設(shè)備訪問(wèn)傳感器設(shè)備同時(shí)回寫指令 改變參數(shù) 控制 傳感器， 在充分 理解花卉智能溫棚生產(chǎn) 工藝 和用戶實(shí)際需求的 基礎(chǔ)上構(gòu)建管控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 統(tǒng)描述 大棚自動(dòng) 控制系統(tǒng)由氣象參數(shù)采集站，室內(nèi)環(huán)境參數(shù)傳感器，執(zhí)行器，分布式控制系統(tǒng)，集中監(jiān)控中心，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備組成。 8 氣象參數(shù)采集站： 用于采集室外環(huán)境參數(shù)（室外 溫度、室外濕度、室外光照輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、雨雪信號(hào)等） 環(huán)境傳感器： 室內(nèi)多點(diǎn)溫度、室內(nèi)多點(diǎn)濕度、室內(nèi)光照 強(qiáng)度 。 執(zhí)行器： 內(nèi)遮光簾， 移動(dòng)噴淋機(jī) ，開關(guān)棚系統(tǒng) 。 分布式控制器： 由處理器，通訊模塊，輸入輸出模塊，電源模塊組成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分。 集中監(jiān)控中心： 對(duì)溫室的環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行圖形化顯示、記錄并自動(dòng)生 成 數(shù)據(jù)報(bào)表和曲線圖。 制策略 設(shè)備控制層是與設(shè)備直接聯(lián)系，通過(guò) 控制器 和智能儀表對(duì)各工藝段、單機(jī)設(shè)備進(jìn)行過(guò)程控制，完成設(shè)備具體的控制要求和聯(lián)動(dòng)關(guān)系，以此滿足生產(chǎn)的工藝要求。 自動(dòng)控制：控制系統(tǒng)在自動(dòng)方式下，按照權(quán)限進(jìn)行集中或現(xiàn)場(chǎng)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)各 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的自動(dòng)控制 ；同時(shí)，采集相關(guān)設(shè)備的溫度、 濕度 狀態(tài)、電機(jī)狀態(tài)等過(guò)程工藝參數(shù) 和設(shè)備狀態(tài) ，按 設(shè)定 算法調(diào)節(jié)控制變量最終滿足各工藝參數(shù)的要求。其動(dòng)作次序按照生產(chǎn)工藝確定，減小設(shè)備同時(shí)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。 單機(jī)控制：控制系統(tǒng)提供單機(jī)操作功能，實(shí)現(xiàn)人工對(duì)各 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng) /停止操作以及主機(jī)設(shè)備所必需的 維護(hù) 、測(cè)試等操作。 系統(tǒng)包括溫度控制，濕度控制 ，照度控制，等子系統(tǒng)： 1. 溫度控制 子系統(tǒng)： 設(shè) 定 溫 度 花 棚 實(shí) 際 溫 度開 關(guān) 棚 卷 揚(yáng)控 制 器當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，控制器啟動(dòng) 開關(guān)棚卷?yè)P(yáng) ， 開啟通風(fēng)簾，引 入室外空氣，排出熱空氣，室溫溫度降低，達(dá)到設(shè)定值；當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，控制器同時(shí)啟動(dòng) 開關(guān)棚卷?yè)P(yáng)，關(guān)閉大棚通風(fēng)簾 。 9 2. 濕度控制子系統(tǒng) ： 設(shè) 定 濕 度 花 棚 實(shí) 際 濕 度移 動(dòng) 噴 淋 機(jī)控 制 器開 關(guān) 棚 卷 揚(yáng)當(dāng)濕度高于設(shè)定值時(shí)，控制器開啟通風(fēng)簾 ， 引 入室外空氣，排 出濕氣，室溫濕度降低，達(dá)到設(shè)定值；當(dāng)濕度低于設(shè)定值時(shí)，控制器 啟動(dòng) 移動(dòng)噴淋機(jī)同時(shí)關(guān)閉大棚通風(fēng)簾 ，使溫室濕度上升，達(dá)到設(shè)定值。 3. 噴淋自動(dòng) 控制子系統(tǒng)： 設(shè) 定 程 序 大 棚 實(shí) 時(shí) 圖 像移 動(dòng) 噴 淋 機(jī)控 制 器控制器根據(jù)設(shè)定程序 啟動(dòng) /停止移動(dòng)噴淋 機(jī)， 對(duì)大棚進(jìn)行例行灌溉或者在發(fā)生病害時(shí)噴灑藥液，同時(shí)以棚內(nèi)實(shí)時(shí)圖像為依據(jù)，確保無(wú)噴淋死角 。 同時(shí)也可以使用單機(jī)模式，對(duì)棚內(nèi)某個(gè)區(qū)域進(jìn)行噴淋。 4. 照度控制子系統(tǒng)： 設(shè) 定 照 度 花 棚 實(shí) 際 照 度遮 光 簾 卷 揚(yáng) 系 統(tǒng)控 制 器當(dāng)照度高于設(shè)定值時(shí)，控制器啟動(dòng)遮光簾卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)，打開遮光簾，增加室內(nèi)照度，達(dá)到設(shè)定值；當(dāng)照度低于設(shè)定值時(shí)，控制器啟動(dòng)遮光簾圈養(yǎng)系統(tǒng)，關(guān)閉遮光簾，減少室內(nèi)照度，達(dá)到設(shè)定值。 5. 水肥控制子系統(tǒng) 水肥控制子系統(tǒng)為順序控制，即按照設(shè)定好的程序啟 動(dòng)變頻器， 驅(qū)動(dòng)水泵輸送肥水或者清水， 這是一套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng) ，這里暫不做詳細(xì)說(shuō)明。 線終端應(yīng)用 該部分的應(yīng)用分為短信應(yīng)用和終端 C/S 程序應(yīng)用 以及移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)器的數(shù) 10 據(jù)應(yīng)用 。 無(wú)線終端應(yīng)用 是基于 溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的，是 智能溫室控制系統(tǒng) 的延伸和擴(kuò)展。 短信查詢 系統(tǒng)支持利用手機(jī)通過(guò) 短信網(wǎng)關(guān) 發(fā)送相應(yīng)的查詢指令進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢當(dāng)前傳感器的各個(gè)參數(shù)，并返回參數(shù)數(shù)值到手機(jī)； 例如：在手機(jī)終端編輯“ 送至“ 106573488540”進(jìn)行溫度查詢。其中， “ 控制信號(hào)，“ 106573488540”是 道 號(hào)碼。 短信控制 系統(tǒng)支持利用手機(jī)通過(guò) 短信網(wǎng)關(guān) 可以發(fā)送 相應(yīng)的 控制指令進(jìn)行實(shí)時(shí)的更改傳感器設(shè)備的參數(shù)數(shù)值以達(dá)到遠(yuǎn)程控制傳感器的目的 ，并返回更改成功的提示信息 。 例如：在手機(jī)終端編輯“ ”發(fā)送至“ 106573488540”進(jìn)行停止加濕器。其中， “ ”是控制信號(hào)，“ 106573488540”是 道 號(hào)碼。 故障反饋短信 另外 系統(tǒng)若有故障發(fā)生，將以短信方式實(shí)時(shí)返回故障參數(shù)數(shù)值到手機(jī)。 (上操作系 統(tǒng) )通過(guò) 進(jìn)行操作 實(shí)時(shí)查詢、控制傳感器，同時(shí) 并回傳響應(yīng)參數(shù)到無(wú)線 智能 終端 。 通過(guò) 無(wú)線智能終端能夠?qū)崟r(shí)的查詢溫度、濕度、 二氧化碳濃度，照度以及水肥灌溉的傳感器參數(shù)值。 同時(shí)可以主動(dòng)設(shè)置新的傳感器參數(shù)值并會(huì)回寫到控制系統(tǒng)，從而改變各個(gè)傳感器設(shè)備的參數(shù)數(shù)值。 以溫度控制為例說(shuō)明： 參數(shù)查詢 點(diǎn)擊“獲取”按鈕，該指令通過(guò) 傳到監(jiān)控系統(tǒng)，并提取當(dāng)前溫度數(shù)值后回傳并顯示到文本框中。 11 錦 苑 花 卉錦 苑 花 卉溫 度 控 制濕 度 控 制 照 度 控 制水 肥 控 制C O 控 制系 統(tǒng) 設(shè) 置退 出注 銷錦 苑 花 卉 溫 度 控 制錦 苑 花 卉 溫 度 控 制返 回提 交獲 取恢 復(fù) 默 認(rèn)2 5 當(dāng) 前 溫 度默 認(rèn) 溫 度設(shè) 置 溫 度確 認(rèn) 設(shè) 置主界面 溫度控制頁(yè)面 參數(shù)控制 點(diǎn)擊“恢復(fù)默認(rèn)”按鈕，系統(tǒng)將把大棚的溫度重置到預(yù)先設(shè)定的默認(rèn)溫度數(shù)值 25（該溫度根據(jù)實(shí)際設(shè)定）。設(shè)置溫度功能提供從下拉框選中溫度，完后點(diǎn)擊“確認(rèn)設(shè)置” 。從而 達(dá)到遠(yuǎn)程改變大棚溫度的目的 。 移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)中接收監(jiān)測(cè)檢的數(shù)據(jù)，同時(shí)接收用戶的無(wú)線終端用戶的 訪問(wèn)。 另外，在 道的幫助下，可以接收用戶的短信請(qǐng)求，并把用戶需要的信息通過(guò)短信的