集群溫室環境監控管理系統方案V2

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瀚之顯集群溫室環境監控管理系統方案

南京瀚之顯電子科技****

2023年5月

一、系統介紹

1、系統簡介

瀚之顯集群溫室環境監測系統遵循實用性、靈活性、經濟性的設計原則，採用國際先進的無線感測器網路技術，由大量可監測空氣溫度、空氣濕度、日照強度等環境引數的微感測器節點通過無線的方式互聯構成。

本系統可實時採集溫室內溫度、**溫度、濕度、光照、光合有效輻射、土壤溫度、土壤濕度、土壤水分、土壤ph、土壤ec電導、co2濃度及植物葉綠素、養分和水分等環境引數和植物生長資訊，以及室外大氣溫度、室外濕度、太陽輻射強度、風向風速、雨雪量等環境因子，以直觀的圖表和曲線的方式顯示給使用者，系統利用環境資料與作物資訊，指導使用者進行正確的栽培管理。根據不同作物在不同季節對生長環境的不同需求，採用資料探勘技術，通過對溫室中內迴圈風機、通風風機、溼簾、天窗、內遮陽、外遮陽、捲簾機、加溫、二氧化碳施肥器等裝置的控制，以實現對溫室微環境的自動控制。系統結合環境狀態報警模組、遠端**監測模組，實現對設施農業綜合生態資訊引數的自動監測、對溫室環境因子的自動控制，以期達到實現對溫室的智慧型化管理。

系統根據需要監測專案還可包括室內鍋爐溫度、管道溫度、相對空氣濕度、保溫幕狀況、通窗狀況、幫浦的工作狀況、ec調節池和回流管數值、ph調節池和回流管數值等。

2、功能特點

(1)裝置穩定、安裝方便

瀚之顯vnet物聯網閘道器採用arm9微處理器，linux系統平台，能夠對溫室內外環境24小時不間斷監測，可以實現不間斷無線傳輸到控制後台，並進行資料收集整理、分析，建立資料庫，為標準化生產控制提供依據支援。系統採用特有資料處理邏輯，在系統出現異常狀況下，以多種方式進行報警。

(2)webgis環境監控

系統以圖形方式將採集點進行呈現，使用者可以直觀的獲取當前採集點的環境因子資訊，對於異常資訊以特殊顏色進行標識報警。結合遠端**監控，使用者可更直觀的檢視

溫室中的實時狀況，並可通過該平台對溫室中的所有可控裝置（風機、溼簾、天窗、捲簾機等）進行實時的操作。

(3)統一平台操作

使用者不管在何地，以ie方式經過使用者安全認證後登陸統一平台，實現採集、監控、分析、管理等操作，對溫室進行自動化、無人化、標準化的生產控制；使用者也可以在指定頁面輸入設定的控制目標引數，如溫度、濕度，以及控制範圍，程式就會根據內建控制規律和控制邏輯關係自動執行。

(4)多種形式報警功能

可設定各監控點位的環境因子的報警限值，當出現資料異常時可自動發出報警訊號,並根據系統設定的控制方式觸發相應自動控制動作。報**式有現場多**聲光報警、網路客戶端報警、**語音報警及手機簡訊息報警等，並可在不同的時刻通知不同的值班人員。

二、系統設計

1、設計策略

無線溫、濕度等環境因子感測器定時採集溫室現場的環境因子傳送給**控制計算機，**計算機監控系統實時根據現場環境狀況與目標環境狀況進行推演，從而得出期望的控制指令，並且通過無線方式傳送給遮陽、通風、補光和加濕等控制裝置。從而使得溫室環境自動保持在適合作物生長的環境中。

2、模組組成

!感測器採集模組

實時採集溫室內外環境因子，並將採集結果發生到重要監控系統，共查詢與自動控制決策。

!自動控制模組

根據感測器採集模組的環境因子，結合自動控制邏輯，實現對溫室環境的自動調節。!**監測模組

安裝於溫室現場、可通過遠端實時檢視溫室環境狀況，完成對溫室內容的作物監控、裝置監控、人員的監控。客戶可以通過遠端**，檢視企業生產產品及生產狀態。農業專家可以通過遠端**及相關歷史環境引數，進行指導科學生產。

3、系統拓撲圖

4、軟體設計

(1)實時環境查詢

實時將溫室環境中各種採集器採集到的環境因子（溫度、濕度、二氧化碳、室外溫濕度、風速、風向、降雨狀況等），通過影象、曲線、**方式進行顯示。(2)實時裝置控制

進行使用者身份確認後登陸該系統後，可實時的對當前溫室中的裝置進行遠端控制。

(3)遠端**監控

在任何地方都可以通過**顯示模組實時顯示當前溫室的景象。檢視溫室裝置的執行狀況，作物的長勢等。

(4)執行狀態設定

修改、儲存pc機及溫室環境監控儀及室外氣象站中所有的執行引數及控制、報警條件引數。包括調整各裝置內部時鐘、資料測量及儲存間隔、裝置執行狀態和效能引數、設定溫室內部的目標溫度、濕度、光照強度及二氧化碳濃度值等。(5)資料記錄儲存

每間隔一定的時間就自動將各智慧型溫室監控儀中的測量資料匯入pc 機中，同時對這些資料進行格式調整、組合及彙總、並存入資料庫檔案中以備進行進一步的資料處理。

(6)資料統計分析

使用者可以設定任意時間間隔（從1分鐘到數年）對任意一組資料進行各種限定條件下的測量資料、裝置狀態及報警資訊的查詢、統計、分析、彙總，並以曲線和報表等多種形式顯示或列印出來。

5、硬體設計

每一棟溫室配置一套無線綜合採集器，各類溫濕度、光照等無線感測器、無線io 控制器等通過wsn無線感測網組成乙個智慧型無線網路，多個溫室群將各自環境引數適時上傳給上位控制主機。系統根據環境引數採集系統獲取的資料，結合實際作物生長適宜環境，通過無線io控制器驅動各類溼簾降溫系統、通風系統、加熱系統、補光系統等構成整個自動化控制網路。

(1)裝置組成

名稱說明

無線感測網閘道器管理無線網路與各種採集裝置，並進行資料的儲存。

無線溫濕光採集器採集溫室中溫度、濕度、光照值。

無線二氧化碳採集器採集溫室中co2含量。

無線土壤ph值採集器測量土壤ph值，判定土壤狀況。

無線土壤ec電導採集器測量土壤ec電導，判定土壤狀況。

無線閥門控制器在自動施肥、自動噴灌時的閥門控制。

無線io控制器控制風機、溼簾、補光燈、捲簾、天窗等裝置。

無線土壤溫度採集器採集溫室內部土壤當前溫度。

無線土壤濕度採集器採集溫室內部土壤當前濕度。

無線光輻照採集器採集光照實際有效功率值。

戶外氣象站採集大氣溫度、室外濕度、太陽輻射強度、風向、風速、雨雪量。

網路攝像機實時監控溫室中作物狀況、裝置狀況、人員狀況。

**監控系統工業計算機，對系統進行管理、設定、分析等。

報警裝置如簡訊貓、聲光報警器等。系統發生超限異常時進行報警。

無線tts語音**器採集或控制完成後，實時播報當前溫室中的環境狀況以及控制狀態無線led顯示終端實時顯示當前溫室中環境狀態

電氣控制櫃實現無線io控制，該控制櫃放於原溫室的控制系統旁邊。

(2)主要裝置介紹

a.無線感測器閘道器

!供電電壓範圍：+7v～+45v dc；

!485隔離電壓：2500 vdc；

!乙太網介面(htu10201):100mbase-t;

!無線可視距離:400公尺;

!無線速率：250k bps；

!接收靈敏度:-102dbm（1%per）;

!無線工作頻段:779mhz~787mhz;

!天線:防水橡膠終端天線;

!防護等級:ip65，防水接頭，電纜保護軟管;

!工作溫度:-20°c~+75°c;

!協議：標準vnet無線感測網協議和tcp/ip協議；!工業級外殼。

b.溫濕光環境採集器

供電電源

!供電方式：1 號 3.6v鋰電池；

!電池壽命：≥2年（無線網路響應延遲1分鐘，30分鐘傳送1 次資料，25℃±5℃）；濕度測量

!測量範圍：0％rh～100％rh（非結露）；

!準確度：濕度±3％rh (20％rh～80％rh，25℃) ；

!測量解析度：8位（可提高至12位）；

!長期穩定性：≤1%rh/y ；

!響應時間：≤4s（1m/s 風速）；

!電路工作溫度：－20℃～70℃；

溫度測量

!測量範圍：20℃~70℃；

!準確度：±0.5℃；

!長期穩定性：≤0.1℃/y ；

!響應時間：≤15s（1m/s 風速）；

!電路工作溫度：－20℃～70℃；

光照度測量

!感光體：帶濾光片的矽藍光伏探測器；

!測量範圍：0lux~200000lux；

!波長範圍：380nm～730nm；

!余弦修正功能：≤5%；

!溫度特性：≤0.5%/℃；

!電路工作溫度：－20℃～70℃；

無線通訊

!通訊頻段：780m 頻段；

!無線速率：250kbps；

!通道數量：4；

!裝置位址：全球唯一64bits的mac位址；

!無線可視距離：400公尺；

!接收靈敏度：-102dbm（1%per）；

!無線工作頻段：779mhz~787mhz；

!天線：防水橡膠終端天線；

!防護等級：ip65，防水接頭，電纜保護軟管；

!工作溫度：-20°c~+75°c；

!協議：標準vnet無線感測網協議；

!工業級鋁鑄防水外殼；

安裝方式

!殼體尺寸：180mm × 130mm × 53mm（不包括天線）；

!安裝方式：豎立固定支架，光照感測器受光面應遮擋，朝向南方；

!產品重量：約220克；

6、自動控制描述

(1)溫度自動調整

a.降溫（風機、天窗、溼簾等）

夏季採用自然和強制通風降溫的方式進行降溫。由監控儀根據目標溫度與實際室溫的偏差以及室溫的變化率進行模糊計算。

"先開啟頂開窗系統進行自然通風調整溫室內的溫度，經過時間判斷後，如果溫度值還不能降低，再開啟側窗系統。

"如自然通風不能降低溫室內的溫度值，則由電腦關閉自然通風，採用強制通風的方式來控制室內濕度。

"開啟溼簾外翻窗，然後開啟風機，進行溫度判斷，如果溫度還下不來，則開啟溼簾水幫浦，如溫度還降不下來，則計算機會開啟溫度過高報警，提示使用者需增加降溫裝置。

b.加溫（供熱）

冬季採用暖氣加溫或地源熱幫浦**空調系統的方式，由監控儀根據目標溫度與實際室溫的偏差以及室溫的變化率進行模糊計算，通過調節暖氣恆溫閥的開合度來控制室內溫度。

(2)濕度自動調整

a.降濕（風機）

由室內感測器採集溫室內部的上、中、下三部溫度值來進行模糊計算出溫室內的溫差值，如果溫差值過大，則自動開啟迴圈風機。同時採集溫室內的濕度值，如果濕度值偏差過大，也自動開啟迴圈風機，以平衡溫室內的濕度偏差值。

b.加濕（噴霧）

系統內部有一套根據室內濕度感測器的值，與設定目標值進行對比，如高於設定目標值，則自動關閉噴霧閥門。如低於設定目標值，則自動開啟噴霧閥門。

也可採用輪灌方式，可設定在某個時間段，進行噴霧的方式，可每個小時，噴霧一次，同時也可設定灌溉的次數。

(3)光照度自動調整

a.遮陽（內遮陽、外遮陽）

在光照較高時，計算機通過室外氣象站系統採集的高靈敏度光照值，與計算機設定的控制目標進行對比，如高於計算機設定目標值，則自動展開外拉幕，進行遮光。如低於計算機設定目標值，則自動收攏遮陽。

b.補光（led植物補光燈）

通過室內資料採集器傳回來的高靈敏度的光照值，與設定目標值進行對比，如高於設定目標值，則自動關閉補光燈。如低於設定目標值，則自動開啟補光燈。

同時，內部有乙個光照累積時間的設定值，如累積時間不夠的話，則補光燈會在選定時間開啟補光燈，進行補光。可通過定時器，來設定不同時間，開啟補光燈，開多長時間。

(4)灌溉控制

系統內部有一套根據土壤濕度感測器採集的值，與設定目標值進行對比，如高於設定目標值，則自動關閉灌溉閥門。如低於設定目標值，則自動開啟灌溉閥門。

也可採用輪灌方式，可設定在某個時間段，進行灌溉的方式，可每個小時，灌溉一次，同時也可設定灌溉的次數。

三、專案收益

1、環境自動監測，提公升管理效率

集群溫室環境監控管理系統實時採集溫室中環境因子狀況，週期性儲存，實時、準確、資料量大，同時它給資料分析提供了前提和基礎，這是手工測量無法實現的，手工測量不僅周期長、耗時多，測量的準確性較差，不能確保每次都能提供可靠、準確的基礎資料。可在遠處通過**監控方式實時檢視溫室中的環境狀況，裝置狀況、人員狀況。

2、環境自動控制，顯著提高產量

在溫度、濕度等環境因子出現異常時，系統立即進行環境的自動控制，使得溫室中環境始終處於適合作物生長的環境中，減少了病蟲害、顯著的縮短作物的生長週期，避免了因為高濕、高溫、低溫狀態下的植物生長作物生病、燒苗、生長緩慢等狀況。3、執行成本低，維護量少

該系統的執行成本很低，農業專家通過遠端資料檢視、**檢視即可實現生產指導，現場指導，可大大減少到現場所需要的人力物力等。系統採用模組化設計，各裝置經過數萬次的嚴格測試，跟使用家用電器一樣使用該系統，可無障的執行數年。

4、減少施肥、澆水用量，節約能源支出

系統可以準確採集室溫、葉溫、地溫、濕度、土壤含水量、溶液濃度、二氧化碳濃度、風向、風速以及作物生長狀況等引數，並將室內溫、光、水、肥、氣等諸多因素綜合直接協調到最佳狀態，據計算，可有效減少供暖、節電、節水、節肥和節藥，使整體能耗降低15%~50%。

集群溫室環境監控管理系統方案V2

溫室大棚環境監控系統方案

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