温室大棚监测控制系统

第一篇：温室大棚监测控制系统

现代温室大棚监测控制系统技术特点与典型应用

概述

随着国民经济的迅速发展，现代农业得到了长足的进步，温室工程已成为高效农业的一个重要组成部分。计算机自动控制的智能温室自问世以来，已成为现代农业发展的重要手段和措施。温室大棚监测控制系统的功能在于以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。托普物联网研制的温室大棚监测控制系统是用通用组态软件结合自动化设备在现代农业上的一个典型应用，该系统很好地完成了温室大棚环境监控的各项需求，为此类需求呈现了一个成熟的方案。

一、温室大棚监测控制系统简介

1、系统定义

智能温室监测系统就是根据无线网络获取的植物实时的生长环境信息，如通过各个类型的传感器可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。

该系统利用物联网技术，可实时远程获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，通过模型分析，远程或自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，保证温室大棚内环境最适宜作物生长，为作物高产、优质、高效、生态、安全创造条件。同时，该系统还可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向农户推送实时监测信息、预警信息、农技知识等，实现温室大棚集约化、网络化远程管理，充分发挥物联网技术在设施农业生产中的作用。本系统适用于各种类型的日光温室、连栋温室、智能温室。

2、系统组成

该系统包括：传感终端、通信终端、无线传感网、控制终端、监控中心和应用软件平台。 (1)传感终端

温室大棚环境信息感知单元由无线采集终端和各种环境信息传感器组成。环境信息传感器监测空气温湿度、土壤水分温度、光照强度、二氧化碳浓度等多点环境参数，通过无线采集终端以GPRS方式将采集数据传输至监控中心，以指导生产。

(2)通信终端及传感网络建设

温室大棚无线传感通信网络主要由如下两部分组成：温室大棚内部感知节点间的自组织网络建设;温室大棚间及温室大棚与农场监控中心的通信网络建设。前者主要实现传感器数据的采集及传感器与执行控制器间的数据交互。温室大棚环境信息通过内部自组织网络在中继节点汇聚后，将通过温室大棚间及温室大棚与农场监控中心的通信网络实现监控中心对各温室大棚环境信息的监控。

(3)控制终端 温室大棚环境智能控制单元由测控模块、电磁阀、配电控制柜及安装附件组成，通过GPRS模块与管理监控中心连接。根据温室大棚内空气温湿度、土壤温度水分、光照强度及二氧化碳浓度等参数，对环境调节设备进行控制，包括内遮阳、外遮阳、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备。

(4)视频监控系统

作为数据信息的有效补充，基于网络技术和视频信号传输技术，对温室大棚内部作物生长状况进行全天候视频监控。该系统由网络型视频服务器、高分辨率摄像头组成，网络型视频服务器主要用以提供视频信号的转换和传输，并实现远程的网络视频服务。在已有Internet上，只要能够上网就可以根据用户权限进行远程的图像访问、实现多点、在线、便捷的监测方式。

(5)监控中心

监控中心由服务器、多业务综合光端机、大屏幕显示系统、UPS及配套网络设备组成，是整个系统的核心。建设管理监控中心的目的是对整个示范园区进行信息化管理并进行成果展示。

(6)应用软件平台

通过应用软件平台可将土壤信息感知设备、空气环境监测感知设备、外部气象感知设备、视频信息感知设备等各种感知设备的基础数据进行统一存储、处理和挖掘，通过中央控制软件的智能决策，形成有效指令，通过声光电报警指导管理人员或者直接控制执行机构的方式调节设施内的小气候环境，为作物生长提供优良的生长环境。

二、功能叙述

温室环境包括非常广泛的内容，但通常所说的温室环境主要指空气与土壤的温湿度、光照、CO2浓度等。计算机通过各种传感器接收各类环境因素信息，通过逻辑运算和判断控制相应温室设备运作以调节温室环境。输出和打印设备可帮助种植者作全面细致的数据分析，保存历史数据。本系统主要具备以下几部分功能： 综合环境控制

采用计算机实现环境参数比较分析，四季连续工况调控系统。，比例调节环境温度、湿度与通风。CO2 发生装置按需比例调节环境CO2浓度，夏季室外屋顶喷淋，在保证室内光照强度的前提下，组合调节环境温度与通风，达到强制降低环境温度的效果。通过计算机对温室各电动执行器进行整体调节，自动调控到作物生长所需求的温、湿、光、水、气等条件，另外通过臭氧消毒净化器对温室进行消毒。 肥水灌溉控制

采用计算机肥水灌溉运筹系统。根据作物区的需要，对水培区的营养液成分，PH和EC值进行 综合调控。对基培和土培区主要是根据作物生产需要，设定基质、土壤的水势值，自动调节滴灌、喷灌系统的灌溉时间和次数。 紧急状态处理

采用计算机实测环境参数、状态极限值反馈报警保护系统。根据作物的各项参数设定温室环境的极限值和作物生长环境参数极限值报警保护系统，提高了整个系统安全性。 信息处理

采用计算机集散控制信息管理系统。信息处理由中心控制计算机完成。主机通过局部数字通讯网络与现场控制机相连，实现远动双向控制及全系统集中数据处理。其功能包括运行实时参数执行器模拟状态显示，历史数据存储、检索，数据平均值报表、曲线显示与打印。

三、温室的环境参数指标

针对本系统所涉及的两栋温室，根据栽培的作物和所处的环境，具体参数如下： 1. 葡萄温室

a、在冬季休眠期约90多天需保持温室内温度为5℃。休眠期以后白天需控制温室内温度为25-30℃，夜间需控制在15-18℃。

b、湿度需保持在50-75%不能超过95%。 c、光照强度应保持在45000-55000勒克斯

d、二氧化碳浓度在上午日出后到10点左右保持在1000PPM左右。 e、PH值保持在7-7.5。

f、EC值离子总浓度保持在1‰-2‰，随时进行调整。 2. 黄瓜、番茄温室：

a、在苗期需保持温室内温度在13-15℃，定植后白天上午应保持在25-28℃，下午应保持在20-25℃，夜间应保持在15-18℃。

b、湿度黄瓜在白天保持在70-75%，夜间保持在85-90%;番茄白天保持在65-75%，夜间保持在75-85%。 c、光照强度番茄应保持在50000勒克斯左右，保证12个小时光照;黄瓜应保持在40000勒克斯左右，保证8-10小时光照。

d、二氧化碳浓度在上午日出后到10点左右保持在1000PPM左右。 e、PH值保持在6.5-7.5。

f、EC值离子总浓度保持在1‰-2‰，随时进行调整。

黄瓜和番茄在冬季早春即11月中旬至下年2月上旬期间比较关键。

以上参数在监控软件中进行编写，环境参数超出设定范围时进行相应调节同时产生报警提醒值 班人员注意。

托盘物联网简介

托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角!

托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。

托普物联网三大系统产品

我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统(环境监测传感设备)、传输系统(数据传输处理网络)、应用系统(终端智能控制平台。)

托普物联网模块化智能集成系统

托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。

1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。

2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。

3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。

4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。

5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。

6、作业模块：即中央控制室。可通过总控室对整个区域情况进行监测，包括各个区域采集点参数、控制作业状态、实时视频图像、施肥喷药状况、报警信息等。

第二篇：农业大棚环境监控系统的监测内容及应用解决方案

1. 前言

1.1国内外农业温室大棚系统的现状

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农业温室大棚智能监控系统，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监控系统，如温室环境监控系统，施肥灌溉监控系统，工厂化育苗智能监控系统等，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、实用型的农业温室大棚智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农业温室大棚智能监控系统。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农业温室智能集成监控系统是非常必要的。智能化农业温室大棚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，计算机监控在农业温室大棚种植中得到了越来越广泛的应用，并正在成为农业温室大棚监控的核心。智能化农业温室大棚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农业温室大棚智能监控系统是非常必要的。

1.2本监控系统简介

农业温室大棚智能监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建农业温室大棚智能化软硬件平台，实现对农业温室大棚中温度、湿度、二氧化碳等因子的自动监测。

本系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、二氧化碳浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由数据采集设备单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的温度、湿度、二氧化碳参数等，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、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、改善农业温室大棚气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。

1.3本控制系统具有的特点 1.3.1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。

1.3.2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风机、卷帘、灌溉等。 1.3.3完善的资料处理功能

通过中央控制软件，可以不问断地记录温度、湿度、二氧化碳等传感器的信息以及各种控制设备的动作记录等。

1.4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环境参数及设备进行监测和控制。

2. 农业温室大棚智能监控系统的设计

2.1系统设计要求

农业温室大棚智能监控系统是一个涉及到温度、湿度、二氧化碳浓度及种植品种等多种因素的监控系统。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：110v-380v交流：

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、二氧化碳浓度等参数进行准确的测量：

4、能根据种植品种的不同，可以设定温度、湿度、二氧化碳浓度的预警。 2.2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。

2.3系统整体架构

系统采用上、下位机监控方案，下位机为系统前端采集设备，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：

3. 农业温室大棚智能监控系统的建设 3.1 系统介绍

该系统利用温度、湿度、二氧化碳等传感器采集现场的相关数据，采集到的数据在现场就通过无线方式发送到数据服务器中，通过应用服务器和web服务器对采集到的数据进行应用和显示。

系统网络结构分为三层，第一层为数据管理层：由电脑和以太网组成;第二层为数据传输层：采用GPRS无线数据传输;第三层为数据采集层：由GPRS远程测控终端和传感器组成，该层和第一层之间无需电缆连接;所有的传感器和GPRS远程测控终端只需要用一根电缆连接。 3.2 数据管理层

中心采用通过GPRS/GSM 网路把室外各站点传感器数据发送到中心计算机，在这里进行各个站点参数设置，及对各站点运行情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，实时显示所有大棚站的温湿度、二氧化碳数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。 建立GPRS中心连接的两种方式：

A.监控中心服务器采用固定IP地址，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求(适用监控点数较多几百上千个)。

B.监控中心服务器采用动态IP地址(可以申请花生壳软件采用域名的方式)，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求(适合监控点数在300个左右的)。 3.3 数据传输层

本系统数据采集层与数据管理层(中央处理系统)之间的通信、采用目前应用已经比较成熟的GPRS网络实现远程通信。

采用GPRS无线数据传输具备如下特点：

1、可靠性高：

与SMS短信息方式相比，GPRS采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。

2、实时性强：

GPRS具有实时在线的特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS实际数据传输速率在30Kbps左右，完全能满足系统数据传输速率(≥10Kbps)的需求。

3、监控范围广：

GPRS网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。比较很多无线数据网络(集群，双向传呼，CDPD，CDMA)而言，其网络覆盖是最好的。

4、系统建设成本低：

由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装设备就即可，建设成本低;也免去了网络维护费用。

5、系统运营成本低：

采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月流量收费，从而实现了系统的低成本通信。

6、可对各监测点仪器设备进行远程控制：

通过GPRS双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。

7、系统的传输容量，扩容性能好：

能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要;由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监测中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。

总之，它真正体现了少用少付费的原则。通过GPRS无线网络将用户设备数据传输到Internet中的一台主机上，实现数据远程传输，可广泛应用于“物联网”涉及的各个行业。

传感器用来对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度进行实时数据采集。根据温室作物生长特点和环境要求，选择精度较高、运行稳定，性价比较高的传感器是十分有必要的。在该项目所采用的传感器类别及性能参数如下： 防护型红外二氧化碳变送器是在进口红外二氧化碳传感器基础上设计的一款专门用于在农业等多种高湿场合使用的产品系列，该产品系统有电压、4-20mA电流接口可选配。该产品采用多重防护，确保内部的传感器不受外界高湿等环境影响，确保传感器可靠稳定工作。产品具有更低的供耗，信号输出更加稳定，并且嵌入了自动校准模式，确保长期工作稳定性和精确度。

4. 监控系统软件平台(软件功能可定制)

农业温室大棚智能监控系统的软件管理功能主要包括用户管理模块、数据实时显示模块、历史数据管理模块、报警数据管理模块、曲线分析模块、网络信息发布及资源共享模块等功能。

4.1实时数据显示模块

数据实时显示模块主要是将各种传感器实时采集到的环境参数、设备运行状态进行显示，以满足人们对温室环境监测的需求。

4.2历史数据管理模块

用户可通过访问系统服务器，远程检索回放站端的任意历史数据。系统提供了智能化快速检索回放历史数据的功能，可按时问、异常情况等进行检索，大大降低了检索时间和复杂程度，使用户可以迅速地查找到需要的历史资料。

4.3报警数据管理模块

通过该模块，用户可以实现全方位的报警信息通报。在线报警栏中的报警信息，在每一个监控页面都是相同的，无论在中心还是办公网络内的客户端，可以让操作人员最短时间内发现报警信息，解决故障。

4.5曲线数据分析模块

一个好的农业大棚温室智能监控系统，不仅在于它能实时、远程监控系统，关键还要能够提供曲线数据.通过对曲线数据的分析，从中找出对温室中农作物生长最为有利各种参数，并通过与农业专家系统的接口.提供一个农作物生长最为有效的模型。

4.6网络信息发布及资源共享模块

位于监控中心的监控服务器与厂区内的局域网络连接，在局域网内进行信息发布，这样厂区管理层的人员都可以在它自己办公室里的计算里随时通过IE的方式访问主机服务器内的全部数据和画面。

每位浏览者都将拥有唯一的用户名和密码的身份验证，它的用户名决定它的监控范围。虽然是采用IE的方式访问现场数据，但所看到的全部数据及画面与信息中心服务器的内容完全相同、效果也完全一样。速度方面也不会任何的延时。 通常厂区办公管理网络允许被连接到互联网，这样即使出差在外地的领导也同样可以连回厂内访问现场的数据。

5. 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、二氧化碳浓度等参数的变化，按照预先设定的条件对风机、灌溉、二氧化碳发生器等设备进行全自动控制，系统具有功能强大、性能优越、配置灵活、安全可靠等优点。

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1、全天候不间断在线监测，无论晴雨雷雪，均可实现数据的持续采集，让数据具有连续性，对农业温室环境参数的历史分析和技术优化变得更加有效。

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2、所有数据实现无纸化记录，历史可查，可根据客户的需求定制各种分析报表和打印格式，使该系统更加人性化和实用性。

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3、真实有效的现场数据给政府、企业的管理上带来的可追溯、可衡量的标准，降低了管理的难度。

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4、降低环境对监测的影响，无论是有毒有害的环境还是障碍物，都可实现信号的远程无线采集，降低现场巡检的难度，提高巡检和参数记录的难度。

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5、大大降低人力成本，通过该系统的运用，减少了人员的投入，实现让更少的人管理更多的设备和安全领域。

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6、实现了防患于未然，该系统会对历史运行数据和安全警戒值进行扫描判断，当变化达到临界值时会自动通过手机短信方式通知用户，让用户及时对设备和安全隐患进行及时处理，做到早发现早处理。

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7、良好的功能扩展性，使得该系统能随时适应客户需求的变化，做到及时的调整和优化，顺应客户的变化而变化。

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8、加密的数据和多层安全保护，让客户对数据的管理更加安全可靠，不会担心数据被劫持和破解。

第三篇：蔬菜温室大棚温湿度监控系统

系统背景及实施意义 随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，对于蔬菜大棚来说，最重要的一个管理因素是温湿度控制。温湿度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，所以要将温湿度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，工人依据读取的温度值来调节大棚内的温度。如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。温室大棚的温度控制成为一个难题。现在，随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。 为此，在现代化的蔬菜大棚管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜大棚温度，适应生产需要。它以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。 苏州木兰开发的蔬菜温室大棚温湿度监控系统是专为蔬菜种植温室研制的温湿度智能监控系统，能够自动监控室内温湿度。本方案结合了蔬菜栽培温室的特点，采用温湿度传感器，克服了传统模拟式温湿度传感器的不稳定、误差大、容易受干扰、需要定期校准等严重缺陷，本产品测量数据准确，精度高，运行稳定，质量可靠，在蔬菜温室大棚具有广阔的应用前景。

三、系统组成、工作原理及方案介绍 在蔬菜温室里安放木兰公司生产的ML-T220温湿度传感电子标签及相应的读卡设备。标签会将采集到的温湿度信息，如蔬菜大棚里的温度湿度等，通过无线方式不停地向外发送信息，这样安装在附近的读卡器就能接收到这些信息，并将接收到的的信息传到管理中心的主机。如果温室当前的温湿度不利于蔬菜生长，主机就会按照使用人员指定的方式输出多种报警来提醒大棚管理员做出相应的操作，从而实现塑料大棚蔬菜的智能化管理。 监控系统安装后，操作人员可根据传感器实时温湿度数据对温室内部采暖、通风等设备进行操作，有效解决了现代化智能连栋温室运行费用高，耗能大等缺点。监测系统还可根据蔬菜生长条件设置警报值，当温湿度异常时进行报警，提醒工作人员注意。本套系统防水防尘，可以长时间运行于温室等高温高湿环境。并采用无线传输技术，保证在温室这样的多钢结构建筑中信号的稳定传输。 工作原理如下图所示 温湿度检测模拟图：

四、系统功能、特点、优势 SHT1x数字温度传感器具有电阻温度系数大，感应灵敏，电阻率高，元件尺寸小，电阻值随温度变化而变化基本呈线性关系，在测温范围内，物理、化学性能稳定，长期复现性好，测量精度高。(如果用户有特殊的需求，可以自己指定传感器) 系统功能及优势：

◆系统优越性 系统结构清晰，高度集成化，安装、操作简单，适用于各类使用环境，操作界面充分考虑客户个性化需求，系统运行稳定性好。 ◆自动记录 实时更新并自动记录温湿值，所有温湿度历史记录及相关数据真实可靠，存储方式专用

◆易于查询 查询任何该蔬菜温室内的固定测点及移动测点的温湿度历史数据记录、温湿度历史曲线、温湿度预警信息、温湿度超限信息、超限处理措施及整改提示、监测点环境情况评估、监测点故障、监测点地理位置等信息。

◆完整精确且灵活记录打印 将预订的时间点自动记录所有测点的温湿度值及报警信息，形成可查询、打印的历史记录、历史曲线、报表。

◆灵活的报警功能 报警方式有电脑声光报警、就地测点声光报警、预设地点(值班室)声光报警、手机短信报警、电子邮件报警等。

◆传感器在线标定 需要标定系统测试精度时无须拆卸传感器，只需通过软件设定即可。

◆系统可扩充性强 测点可在一定范围内任意增加。

◆安装简单 接线方便可靠。

◆低功耗 低功耗设计：独有的自备电源管理方案，配有小容量UPS电源。 系统特点：

◆远距离 : 识别的最远距离是 80m (正常的距离是 0 ～50米，50～80米的距离要另外配置天线)，识别距离可调。

◆防冲突性 : 先进的防碰撞技术，可同时识别 200 个 / 秒以上标识。

◆高速度 : 最高识别速度可达 200 公里 / 小时。

◆安全性 : 加密算法与认证，确保数据安全，防止链路窃听与数据破解。 ◆方向性 : 可实现有方向性和无方向性的识别。

◆高可靠 : -40 ℃ -85 ℃，防冲击。

◆成本性 : 全部采用 0.18uM 的芯片，成本更低。

◆功耗性 : 超低功耗，更健康、更安全。

◆传输性 : 全球开放的 ISM 微波频段，无须申请和付费。

◆高抗干扰性 : 对现场各种干扰源无特殊要求高抗干擾性 : ◆温度特性：±0.1℃(如果要求的温度范围更宽，则要特殊定)

◆湿度特性：±2%H(如果要求的湿度范围更宽，则要特殊定制)

◆测量时间间隔：至少需要1.5S(如果需要更快，则要特殊定制开发)

五、系统硬件设备介绍

1、 温湿度传感电子标签ML-T220 由苏州木兰公司研制生产的2.4G远距离ML-T220温湿度传感电子标签，ML-T220传感标签以SHT1x数字温度传感谢器作为测温元件，它具有电阻温度系数大，感应灵敏，电阻率高，元件尺寸小，电阻值随温度变化而变化基本呈线性关系，在测温范围内，物理、化学性能稳定，长期复现性好，测量精度高。 温度传感标签除识别与定位功能外，还可通过感温装置获取实时温度数据，并将被监测的物体温度数据通过电子标签传递给监控管理系统，从而实现对监控过程中温度预警。 ML-T220温湿度传感电子标签的领先技术和出众特点使得其在温室大棚、冷链、医疗、仓库管理、电力故障检测等需要检测温湿度的地方提供了一种全新的检测理念。 技术参数

1.电气特征 静态电流 小于2µA 工作电流 小于15mA 电池寿命 3-5年(使用寿命20年)

2.微波链路特性 信号调制方式 GFSK 通訊速率 双向1024Kbit/s 工作频率 2.45GHz 最大輸出功率 0dbm 位误码率 10-9

3.物理特征 外壳材料 高温改性 ABS 塑料 标签类型 只读型 外型 132×67×50mm 重量 25克 颜色 多种顏色 防护等级 IP34 安装方式 插入或放于物品內部

4.工作环境

1) 对现场各种干扰源无特殊要求

2) 工作温度：-30℃ ～ +65℃ 3) 工作湿度：小於 85 % 4) 存储温度： -40 ℃ ～ +80℃ 5) 震动：10 ～ 2000 Hz，15g三个轴 6) 抗电磁干扰：10V/m 0.1 ～ 1000MHz AM 调幅电磁波 产品特点 ※ 远距离 : 识别的最远距离是 80m (正常的距离是 0 ～50米，50～80米的距离要另外配置天线)，识别距离可调。 ※ 防冲突性 : 先进的防碰撞技术，可同时识别 200 个 / 秒以上标识。 ※ 高速度 : 最高识别速度可达 200 公里 / 小时。 ※ 安全性 : 加密算法与认证，确保数据安全，防止链路窃听与数据破解。 ※ 方向性 : 可实现有方向性和无方向性的识别。 ※ 高可靠 : -40 ℃ -85 ℃，防冲击。 ※ 成本性 : 全部采用 0.18uM 的芯片，成本更低。 ※ 功耗性 : 超低功耗，更健康、更安全。 ※ 传输性 : 全球开放的 ISM 微波频段，无须申请和付费。 ※ 高抗干扰性 : 对现场各种干扰源无特殊要求。

2、 2.4G远距离读卡器ML-M5000 是由的ML-M5000(双读头)读写器，拥有自主技术专利的优越的双读头设计，确保了快、多、准的数据处理。针对工业环境而设计，抗干扰、抗粉尘，完全适应潮湿环境下远距离、大流量、高速度的可靠识别。优秀的防爆防水功能，满足恶劣环境下正常运行。该读写器由9～12V的直流供电，防冲突抗干扰，信号传输能力强，使用寿命长达15年，能够满足恶劣的工业环境。 技术参数 1.工作环境 1)抗干扰和防雷设计,满足工业环境要求 2)使用温度：-40℃～+80℃ 3)保存温度：-60℃～+80℃ 4)抗电磁干扰：10V/m 0.1-1000MHz AM调幅电磁波 2.主要技术参数 1)电气特征 参数 规格 电 源 +9V到+12V DC(MAX 1000mA) 通信接口 RS485波特率：2400-38400， 通讯检错CRC16循环冗余校验 可靠性 MTBF≥70000小时 工作寿命 15年 2)微波链路特性 参数 规格 信号调制方式 GFSK 频率 2.4 - 2.45 GHz 发射功率 ≤3dBm(可用软件进行调整) 天线极化 垂直 读写区域 全向范围(若需定向可选择定向天线) 微波通讯距离 2～50m 微波通讯检错 CRC16循环冗余校验 通讯加密 面谈 位误码率/B.E.R 10-7 3)主要性能参数 ※ ML-M5000读写器是专用于RFID的识别和编程; ※ 采用DC9V～12V/1000mA的供电可以4S钟同时识别100张卡不漏数据(非常可靠的数据,符合本安要求); ※ 读卡距离的距离是5-50m，写卡的距离是2～15米; ※ 能识别移动速度200公里/小时以内快速移动的电子标签; ※ 工作的频率在2.4GHz-2.5GHz ISM微波段; ※ 数据速率是1Mbps，射频功率是-20dBm～0dBm且可调，最大峰值功率1毫瓦; ※ 在-40℃-85℃的工作环境的接受灵敏度是-90dBm; ※ 开发接口与其他设备连接是RS485，异步通讯速率2400BPS-19200BPS; ※ 通过发命令的方式调节读写器的接收距离，以及相关的技术参数。

六、系统软件功能介绍 蔬菜大棚温湿度控制系统的功能介绍:

1、系统能对大棚环境温湿度进行采集和显示(现场观温，软件记录)

2、能通过上位机端远程设定蔬菜的生长期适宜温湿度

3、管理人员可以随时查询采集过来的温湿度历史记录、温湿度预警信息、温湿度超限信息、超限处理措施及整改提示、监测点环境情况评估、监测点故障、监测点地理位置等信息。(以数据方式和动态曲线方式显示)

4、一台上位机控制多个大棚 蔬菜大棚温湿度控制系统工作过程

5、管理人员在上位机软件设置要控制的大棚编号和温湿度上限和下限值，通过串口发送出去。

6、自动记录 实时更新并自动记录温湿值

7、系统优越性 系统结构清晰，高度集成化，安装、操作简单

8、完整精确且灵活记录打印 软件功能界面如下： 温湿度监控系统软件实时显示图 软件实测温度曲线图

1、将过去以人的经验进行依据进行管理的传统方式转变化依靠先进的传感器、采集器、控制器、通信网络、电脑终端等实现更加精准的自动化管理，全面提升管理水平，提高综合效益。

2、通过综合管理系统实现温室大棚内自动监测，包括棚内温湿度、土壤温湿度、棚内光照度、棚内二氧化碳浓度，棚内通风换气系统、棚内补光灯自动调控、棚内土壤灌溉控制等。所有数据通过局域网方式传输到监控中心的电脑上。

3、所有的传感器参数通过485总线连接到现场的控制柜里，控制柜通过触摸屏设定各种参数的控制值，超出每一种参数的设定报警值，控制柜中的相应控制输出就会控制后端相应的设备。譬如光线不够，系统实现对灯光的控制，以延长光照时间，促进植物生长，二氧化碳浓度高了，方便打开/关闭通风系统等。

4、同时现场的控制柜内会输出局域网端口信号与网络光端机接口对接，在5公里外的监测的电脑上装上软件，就可以实现对所有传感器的监测数据实时显示出来，并可以以实时曲线、历史曲线方式查看任一时间内的数据变化趋势，所有数据自动存储、记录，并可以excel格式导出永久保存。

总之通过测控系统，将实现对棚内环境和设备实现控制与调节，全面提高对温室大棚的有效管控，提高自动化水平和工作效率。

第四篇： 智能农业温室大棚管理系统项目计划书

一、项目背景

近年来，农业温室基础设施发展迅速，但是在自动监控方面仍存在着诸多问题。温室监控区域较大，需要大量的传感器节点构成大型监控网络，通过各种传感器采集诸如温度、空气湿度、光照度、土壤湿度、EC值、pH值等信息，实现自动化监控。传统温室监测与控制系统多采用有线连接，布线复杂，往往造成温室内线缆纵横交错、使用不便、安装维护困难、可靠性差等问题。

无线传感器技术被认为是满足温室应用需求且代替有线连接的最好方式。惠企物联科技结合最新的ZIGBEE无线技术，将传感器整合到无线传送网络中：通过在农业大棚内布置温度、湿度、光照、等传感器，对棚内环境进行检测，从而对棚内的温湿度，光照等进行自动化控制。通过更加精细和动态监控的方式，来对农作物进行管理，更好的感知到农作物的环境，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平。

二、现存问题

 首先是成本较高。一般来讲，一套智能化的控制系统成本主要包括硬件成本、运行成本和维护成本。硬件成本包括各仪器仪表、通信线缆等。整个系统也不能自由组合或者裁剪应用于不同的对象，使得难以得到推广和普及。同时，由于系统复杂、布线繁多、故障率高而且使得故障后的维修成本极大。另外，系统庞大造成的运行成本也不是一笔小费用。  其次是布线复杂。温室中有大量分散的传感器和执行机构，这些设备可能随着作物的改变而进行调整，同时错综复杂的线缆也需要重新铺设，工作量较大。为了科学、合理地实现大面积温室环境参数的自动检测与控制，电子检测装置和执行机构的设置不仅数量大而且分布广，连接着各个装置与机构的线缆，也因此纵横交错。当温室内生产的果蔬作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置常常需要调整，连接着各个装置与机构的线缆有时也需要重新布置。这不仅增大了温室的额外投资成本和安装与维护的难度，有时也影响了作物的良好生长。

 第三，故障解决难。当数据无法正常接收时，检查人员不知道是线路问题还是节点故障。另外，目前的控制系统多采用基于现场总线的分布式模式，当总线出现故障时，虽然各控制节点尚能正常工作，但是上位机却无法正常管理整个网络，专家控制策略无法实施。

三、项目意义

(1)实现广范围的测量，需求传感器节点多

当前温室生产的首要特点就是监控区域很大，普通单个连栋温室都有几千平方米，而一个园区温室群的面积可能会在几百亩以上，因此需要大量的传感器节点构建传感器网络，在每个温室中采集诸如空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度、营养液EC值、pH值以及室外天气参数等信息，除此以外，目前对作物生理参数的检测也逐渐受到人们的重视，因此将会有更多的传感器节点被用于温室生产。另外，用于驱动温室中执行机构的控制节点的数量也不能忽略。由此可见，温室对其监测与控制系统的首要需求就是网络容量大。 (2)检测点位置灵活变动 温室中大量分散的传感器，但随着作物的生长而需要不断调整位置;或者当温室内生产的作物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置也常常需要调整;另外，温室的利用结构也会经常根据用户需要而不断改变，这就要求系统中各个节点能根据需要随意变换位置而不影响系统工作。 (3)节点数目可随意增减

作物生长阶段不同，环境因子对作物的影响可能也不同，生长初期可能对温度比较敏感，而后期可能对光照比较敏感，这就要求系统可以随意改变节点的类型和数量。除此以外，随着作物的生长，用户可能还需要对植物的生理参数进行监测而需要不断增加传感器节点。在某些科研温室中，也经常需要改变传感器节点的类型和数量，以达到精确监测与控制。上述这些情况都需要所用的监控系统的节点能随意增减。 (4)系统可靠性

系统故障而造成的经济损失不可估量。如果系统出现问题而未能被及时发觉和修复，那么可能对作物造成致命的伤害，尤其在一些恶劣的天气例如高温和寒冷气候条件下，这将直接影响产量和收益。另外，温室内湿度高、光照强、具有一定的酸性，都会导致线缆的腐蚀、老化，从而降低系统的可靠性和抗干扰性，这对于检查系统故障造成困难。例如，当数据无法正常接收时，检查人员不知道是线路问题还是节点故障，这对及时发现和解决故障带来不便。因此，温室测控系统必须要可靠。

四、项目介绍

4.1 ZIGBEE技术介绍

ZIGBEE技术是IEEE(美国电子和电气工程师协会)研发的新一代无线通讯技术。可应用在固定、便携或移动设备上的，低成本、低功耗的低速率无线连接技术;2001年8月，美国HONEYWELL等公司发起成立了ZigBee联盟，他们提出的ZigBee技术被确认为IEEE 802.15.4标准;现联盟内有众多的成员企业。

ZIGBEE技术现已被非常的应用，诸多的芯片厂家，如TI,三星，飞利浦等等，都生产出了与该协议技术兼容的芯片，并被大量的应用。

ZIGBEE属于微波段2.4GHZ频率，可实现远距离(0~1000米)传送给路由器;一般有3部分组成：ZIGBEE传感器标签、 ZIGBEE路由器、 ZIGBEE协调器组成，需外接2.4~3.7V的电源，当标签检测到现场的数据后，通过电磁波的传导，远距离的无线传输给路由器，路由器在已同样的原理传输给协调器，协调器一方面可以将数据通过串口传送给电脑，以供系统分析控制，一方面可以通过内置的单片系统处理、分析、控制所接受的数据。整个传输过程均通过无线传输，传送速率在250K/s,且在传送过程中对数据的加密保护，实现了快速、安全的现场数据采集。

ZIGBEE在无线传输的过程中，可以自动的实现自组网、多跳、就进识别的功能，当现场的单个路由出现问题时，其他路由会自动的寻找其他的线路，不会耽误系统的运行; 4.2系统简介

温室大棚对环境的要求非常高，温度、湿度、光照、CO

2、等一系列的参数均对其影响重大。优秀的温室大棚管理，即对于以上环境变量的严格管理。

在本系统中，我们采用不同的传感器来实现对环境的监控，像无线温度传感器、无线湿度传感器、无线光照度传感器、无线CO2传感器等。以无线温度传感器为例，该传感器采用3大模块组成：

1、温度传感器模块;

2、单片机系统模块;

3、无线发送模块。温度传感器模块检测到现场的温度数据后，将数据交由单片机处理，单片机通过模拟转数字-数字转模拟的处理，最终驱动无线发送模块将数据无线发出。此无线温度传感器的传输距离可达120米。

无线温度传感器将数据向外发送，安装在室内的或室外的路由器接受该数据，并将数据整理后，发送给ZIGBEE协调器，协调器会将数据整理并通过串口上传电脑，电脑即根据现场的数据，与温度标准值进行比较，如若超出标准值，电脑则控制温室内外的：天窗、侧窗、内遮阳保温幕、外遮阳幕、风机、等开启。同时，温室内的传感器时时检测现场数据，当现场温度达到标准值后，电脑即关闭控制。

4.3系统硬件组成

系统硬件按照控制的流程分3大部分：数据采集部分、数据传输部分、控制部分。

4.3.1数据采集部分

 温度传感器：该传感器采用3大模块组成：

1、温度传感器模块，采用美国进口的DS18B20模拟头，精度等级在± 0.5℃;

2、单片机系统模块;

3、无线发送模块。

4、长待机电池。温度传感器模块检测到现场的温度数据后，将数据交由单片机处理，单片机通过模拟转数字-数字转模拟的处理，最终驱动无线发送模块将数据无线发出。每只传感器都带有一个ID号，而此ID号是有24位的字母、数字组成，可以实现无限的序号组合，即可实现全球唯一ID号;每只标签的ID号与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 此无线温度传感器的传输距离可达120米。

 湿度传感器：该传感器采用3大模块组成：

1、湿度传感器模块，采用美国进口的SHT11模拟头，精度等级在± 3%RH;

2、单片机系统模块;

3、无线发送模块。

4、长待机电池。湿度传感器模块检测到现场的湿度数据后，将数据交由单片机处理，单片机通过模拟转数字-数字转模拟的处理，最终驱动无线发送模块将数据无线发出。每只传感器都带有一个ID号，而此ID号是有24位的字母、数字组成，可以实现无限的序号组合，即可实现全球唯一ID号;每只标签的ID号与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 此无线湿度传感器的传输距离可达120米。

 光照度传感器：该传感器采用3大模块组成：

1、温度传感器，采用美国德州仪器的传感器，可测量0~20万lus;

2、单片机系统模块;

3、无线发送模块。

4、长待机电池。光照度传感器模块检测到现场的温度数据后，将数据交由单片机处理，单片机直接将接受到的传感器数字信号处理，并驱动无线发送模块将数据无线发出。每只传感器都带有一个ID号，而此ID号是有24位的字母、数字组成，可以实现无限的序号组合，即可实现全球唯一ID号;每只标签的ID号与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 此无线光照度传感器的传输距离可达120米。

 CO2传感器：该传感器采用美国(Telaire)公司产品，该传感器采用红外光谱形式，0-2000PPM 的量程能满足植物研究的所有需求。传感器对科研型温室高温、高湿不敏感。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

 雨量传感器：本仪器反斗部件翻转灵敏，性能稳定，工作可靠。承雨口采用不锈钢皮整体冲拉而成，光洁度高，滞水产生的误差小。仪器外壳用不锈钢制成，防锈能力强，外观质量佳。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

 降雨感知传感器：探头为美国德州仪器 TI 公司产品，主要用于探测是否有降雨，该产品具有判断降雨和结露的不同情况，具有工作可靠，价格便宜等特点。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。 

风速风向传感器：风速风向传感器”选用美国Davis(戴维斯)公司产品(Davis6410)。“风速风向传感器”内部装有精密旋转运动部件，这些机械部件的稳定性非常好，能在恶劣环境下保持传感器的测量精度。，外壳高强度特殊工程塑料具有极好的抗紫外老化作用。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

 土壤湿度传感器：采用水利部认证传感器，该传感器采用先进的“时域反射原理”，杆式设计，感应部分 48cm，适用于测量任何类型土壤的体积含水量，测量精确，性能稳定可靠，此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

 水暖水温传感器与土壤温度传感器：采用美国DALAIS 公司温度传感器，外套“密封不锈钢铠甲”。特性：一致性好，精度高，密封性好，此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

 液面湿度传感器: 主要测量植物表面的叶面蒸发程度及植物表面的湿度情况，适用于高档花卉。例：一品红，该系列传感器适用于农业、园林、气象、环保等领域对温度和湿度的测量，经过绝缘封装等加工工艺，可在高温高湿等恶劣环境中长期稳定地工作。此传感器采用有线传输。该只传感器与其所在的位置是相对应的，这个可以在系统建数据库时，位置绑定在该ID号的信息中。即当系统读取到序号为“1234567”的ID号时，系统即会知道该标签是处于：第几号温室?那个位置段?，如该标签测量的数据较高时，系统就会知道具体的位置。

以上的诸多品种传感器，可直接安放在温室内，或温室外。其中最为常用的传感器为温度传感器、湿度传感器、光照传感器，在本系统中针对此3种传感器，我们采用无线的传输方式，用无线模块将数据送至无线路由器。其他种类传感器因考虑用量较少，用无线传输方式成本较高，暂时用有线传输数据。

4.3.2数据传输部分

 无线路由器：识读标签;微波2.4~2.5GHz微波频段;吊挂式或固定支架安装，防尘防水，与标签的读写距离0~300米。

无线路由器的信号覆盖到无线传感器的接收范围内时，路由器即能采集到标签过来的数据信息;

因现场需要检测不同位置的环境，会安装较多的传感器，路由器接收的数据具备冗长性，通过数据融合，将多个无线传感器数据整理成更精准的数据，无线发送给协调器;

路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。

 无线协调器：识读中继器，接收中继传送过来的信息，并将数据用串口上传工控机;识别距离0~300米可调;微波2.4~2.5GHz频段;吊挂式或固定支架安装，工业RS485串口，防尘防水。

协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。当现场数据较大，较多时，亦不会产生数据的拥堵。

4.3.3控制部分

 工控机：采用工业PC机，较强的功能与性能，具备工业级别的串口通讯、I/O口输入输出。

内置强大的软件控制功能：稳定的数据采集、基于实际应用的数据分析、专家数据库、精准的控制逻辑。

 PLC控制：采用西门子公司的S7系列PLC;多路稳定的I/O控制、工业级别的串口通讯、精准的控制时序、

 驱动控制：电机、气缸、电磁阀

 现场执行单元：内遮阳，外遮阳，顶开窗，侧开窗，湿帘外开窗，湿帘水泵，湿帘风机，2组风机，内循环风机，补光灯，喷雾，微喷等设备。(甲方单独配置)

4.4系统软件

本系统软件着重分析了温室中的：空气温度、空气湿度、土壤温度、光照度，4大参数，这是温室环境控制中最重要的4个参数。

4.4.1空气温度控制

4.4.1.1现场数据采集

在温室内安放多个无线传感器，因传感器无线发送数据，所以不用担心布线的繁杂，可以将传感器安放在温室内的任何一个地方，并且可以随意的调整位置。传感器还内存有ID号，每个传感器的ID是全球唯一，是代表该传感器的身份。传感器安放好后，传感器的ID号、采集的数据、所在位置等信息会一并的传给路由。

温度管理一般把一天分为午前、午后、前半夜和后半夜4个时段来进行温度调节。午前以促进光合作用、增加同化量为主;午后光合作用呈下降趋势;日落后以促进体内同化物的运转;夜温以抑制呼吸、减少消耗、增加积累; 传感器内置单片控制系统，因此可以设置传感器检测和外发数据的周期，就可以设置传感器外发数据的周期为1次/小时、1次/分钟、或1次/30秒等，一来可以根据现场的实际需求而定，二来可以为传感器节省电能，使用的时间更长久。

4.4.1.2数据传输

传感器将采集到的数据无线发送给室内的路由器，路由器接收并转化传感器的数据，标签是利用电磁波形式传递数据，路由接收后，解调该数据。 在同一时间会有多个标签向路由发送数据，路由会将接收到的数据进行融合，整理成较精准的数据发出。如：

路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。如图：

协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。工业RS485串口连接电脑，防尘防水。 4.4.1.3控制时序

A、温度高于标准值：每种植物都有不同的温度生长曲线，植物在不同的时间段都会有不同的适宜生长温度，如在每一天中，植物对于温度的需求就有4种，这是因为其处于不同的时段，会有不同的转化机能。当温室内的空气温度高于标准值时，系统会自动比较在某时段标准值与实际值的差异，进而来控制不同设备进行降温。

 如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的温度数据为35.4℃时， 数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。

 系统为保证该温度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值27℃，并与现场数据比对，判断比现场的温度高8.4℃，即会控制降温设备开启。

 控制降温设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前温度值不能降低到目标值时，会顺序开启降温设备;当现场温度与目标温度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

 天窗：分段开启顶开窗系统;通过室外自然温室调整温室内的温度，依此原理，直至顶开窗系统为 100%。

 侧窗：再分段开启侧窗通风系统;依此原理，直至侧开窗系统为 100%。

 强制降温过程：自然通风不能降低温室内的温度时，系统自动关闭自然通风相关设备，采用强制通风的方式来控制室内温度。延时后，关闭天窗，其次关闭侧窗。  湿帘外翻窗：开启湿帘外翻窗。  一组风机：开启第一组风机。  湿帘水泵：开启湿帘水泵。  二组风机：开启第二组风机。

 循环风机：在一定的时间内判断当温室内的温室不均匀时，开启循环风机。  喷林或喷雾：开启屋顶喷淋系统。

 报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启温度过高报警，提示用户需增加降温设备。 系统会时时检测现场温度，当现场温度趋于目标温度时，系统即关闭降温设备。

B、温度低于标准值：

 如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的温度数据为20℃时， 数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。

 系统为保证该温度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值27℃，并与现场数据比对，判断比现场的温度低7℃，即会控制升温设备开启。

 控制升温设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前温度值不能升温到目标值时，会顺序开启升温设备;当现场温度与目标温度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

 内遮阳保温幕：拉下内遮阳保温幕，不使室内温度外泄。  外遮阳幕：若外界光照较强，可打开外遮阳幕，通过光照升温。  热风炉、水暖空调、暖气：打开加热装置，是室内温度升温。

 报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启温度过高报警，提示用户需增加降温设备。

系统会时时检测现场温度，当现场温度趋于目标温度时，系统即关闭升温设备。

4.4.2空气湿度控制

4.4.2.1现场数据采集

在温室内安放多个无线传感器，因传感器无线发送数据，所以不用担心布线的繁杂，可以将传感器安放在温室内的任何一个地方，并且可以随意的调整位置。传感器还内存有ID号，每个传感器的ID是全球唯一，是代表该传感器的身份。传感器安放好后，传感器的ID号、采集的数据、所在位置等信息会一并的传给路由。

湿度传感器内置单片控制系统，因此可以设置传感器检测和外发数据的周期，就可以设置传感器外发数据的周期为1次/小时、1次/分钟、或1次/30秒等，一来可以根据现场的实际需求而定，二来可以为传感器节省电能，使用的时间更长久。

4.4.2.2数据传输

传感器将采集到的数据无线发送给室内的路由器，路由器接收并转化传感器的数据，标签是利用电磁波形式传递数据，路由接收后，解调该数据。

在同一时间会有多个标签向路由发送数据，路由会将接收到的数据进行融合，整理成较精准的数据发出。如：

路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。如图：

协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。工业RS485串口连接电脑，防尘防水。

4.4.2.3控制时序

A、湿度高于标准值：

 如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的湿度数据为80%RH时，数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。

 系统为保证该湿度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值65%RH，并与现场数据比对，判断比现场的温度高15%RH，即会控制除湿设备开启。

 控制除湿设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前湿度值不能降低到目标值时，会顺序开启除湿设备;当现场湿度与目标湿度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

 侧窗：分段开启侧窗通风系统，进行除湿，依此原理，直至侧开窗系统为 100%。  除湿机控制：开启除湿机进行除湿。

 报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启湿度过高报警，提示用户需增加除湿设备。

系统会时时检测现场湿度，当现场湿度趋于目标温度时，系统即关闭除湿设备。 B、湿度低于标准值：

 如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的湿度数据为40%RH时，数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。

 系统为保证该湿度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值65%RH，并与现场数据比对，判断比现场的温度低15%RH，即会控制加湿设备开启。

 控制加湿设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前湿度值不能升到到目标值时，会顺序开启加湿设备;当现场湿度与目标湿度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

 加湿机控制：开启加湿机进行加湿。需设置相应的目标值，系统就会自动运行。判断时间保证了不是判断瞬间湿度值的超标，而是判断湿度度整体趋势的变化;在一定的时间内湿度值都超标，才启动控制条件。稳定判断时间保证温室设备启动后，不判断瞬间达到目标值，而是稳定一段时间后才判断。避免了控制条件很快反复上升;也避免设备电机频繁启动，从而更好的保护电机.  报警：判断温度降不到目标值,则计算机会开启湿度过高报警，提示用户需增加除湿设备。

系统会时时检测现场湿度，当现场湿度趋于目标温度时，系统即关闭加湿设备。

4.4.3土壤温度控制

4.4.3.1现场数据采集 在温室内安放多个有线传感器，传感器时时的通过线缆向电脑发送数据。

4.4.3.2控制时序

土壤温度低于标准值：

 该传感器是数字传感器，内存有0~99的ID号，现场变送出数字信号传送给电脑。现场的温度数据为15℃时，系统为保证该湿度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值25℃，并与现场数据比对，判断比现场的温度低10℃，即会控制升温设备开启。

 控制升温设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前湿度值不能提高到目标值时，会顺序开启升温设备;当现场温度与目标温度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

 内遮阳保温幕：拉下内遮阳保温幕，不使室内温度外泄。  外遮阳幕：若外界光照较强，可打开外遮阳幕，通过光照升温。  热风炉、水暖空调、暖气：打开加热装置，是室内温度升温。

 报警：判断温度升不到目标值,则计算机会开启温度过低报警，提示用户需增加升温设备。

系统会时时检测现场温度，当现场温度趋于目标温度时，系统即关闭升温设备。

4.4.4光照度控制

4.4.4.1现场数据采集

在温室内安放多个无线光照传感器，因传感器无线发送数据，所以不用担心布线的繁杂，可以将传感器安放在温室内的任何一个地方，并且可以随意的调整位置。传感器还内存有ID号，每个传感器的ID是全球唯一，是代表该传感器的身份。传感器安放好后，传感器的ID号、采集的数据、所在位置等信息会一并的传给路由。

传感器内置单片控制系统，因此可以设置传感器检测和外发数据的周期，就可以设置传感器外发数据的周期为1次/小时、1次/分钟、或1次/30秒等，一来可以根据现场的实际需求而定，二来可以为传感器节省电能，使用的时间更长久。

4.4.4.2数据传输

传感器将采集到的数据无线发送给室内的路由器，路由器接收并转化传感器的数据，传感器是利用电磁波形式传递数据，路由接收后，解调该数据。

在同一时间会有多个标签向路由发送数据，路由会将接收到的数据进行融合，整理成较精准的数据发出。如：

路由器除接收并发送无线传感器的数据外，还可以作为其他路由器的上位路由，其他路由可以借此路由进行与协调器的通讯。如图：

协调器是最终连接电脑的设备，它前端采集路由数据，后端向电脑传送数据。工业RS485串口连接电脑，防尘防水。 4.4.4.3控制时序

光照度低于标准值：每种植物都有不同的温度生长曲线，植物在不同的时间段都会有不同的适宜生长光照度，如在每一天中，植物对于光照度的需求就有多种，这是因为其处于不同的时段，会有不同的转化机能。当温室内的光照度高于标准值时，系统会自动比较在某时段标准值与实际值的差异，进而来控制不同设备进行调整。

 如：ID号为“123456789”的传感器，检测到现场的光照度数据为50lux时，数据经由无线路由，无线协调器，最终将数据上传给工控机。

 系统为保证该光照度值不是瞬间的值，会在第一次接收到该ID号的数据后延时0~90秒，再取值比较，借以准确的判断该值是一个趋势值。

 系统会调出在该段时间的标准值300lux，并与现场数据比对，判断比现场的温度低250lux，即会控制设备开启调控。

 控制光照设备的开启顺序：系统在一定的时间内(0~99秒可调)判断当前光照值不能升到目标值时，会顺序开启补光设备;当现场光照度与目标光照度相差较大时，系统控制跳跃开启其中的某项设备。

 外遮阳幕打开：徐缓的打开外遮阳棚，使室外的阳光能照射进来  内遮阳幕打开：打开外遮阳棚，使室外的阳光能照射进来  补光灯：打开补光灯，进行补光。

 报警：判断光照度降不到目标值,则计算机会开启光照度过高报警，提示用户需增加光照度设备。

系统会时时检测现场光照度，当现场光照度趋于目标温度时，系统即关闭光照设备。

4.4.5风速对外拉幕的保护

当室外风速超过保护值时，则系统自动启动外拉幕的风速保护功能。条件级别保证外拉幕在非正常情况下(例：大风)，优先自动收拢外拉幕，避免外拉幕遭到毁灭性破坏。判断时间保证了不是判断瞬间风的超标，而是判断风整体趋势的变化;在一定的时间内风都超标，才启动控制条件。稳定判断时间保证温室设备启动后，不判断瞬间达到目标值，而是稳定一段时间后，才判断。避免了控制条件很快反复上升;也避免设备电机频繁启动，从而更好的保护电机。

4.4.6风向及风速对天窗的保护

大风、雨雪保护：系统不是判断瞬间风速的超标，而是判断风整体趋势的变化，以进行大风时的关闭通风窗的保护。风向传感器能判断出是迎风还是背风，以进行不同级别的保护。 4.4.7 CO2施肥

通过定时控制设置，可设多组 co2 施肥时间规律的选择 4.4.8 专家数据库 系统内置最新的农业专家数据库，根据不同作物的生产特性和要求可以自动调用相对应的最佳控制方案和参数。

4.4.9 数据报表、绘制曲线：

记录的数据可以导出“EXECL”报表。同时可以生成全日、全周、全月的变化趋势曲线图。

五、项目扩展

5.1 GSM无线短信报警功能：(选配项)

系统可实现“GSM 无线短信报警”，可以将“温室的报警信息”以短信的方式迅速发到相关人员的“手机或PDA”上，请求人工干预。

不同的温室、不同的管理员手机号，均可以通过灵活的设定将他们组合关联起来。因此，任何一个温室出现报警都能迅速发到和该温室相关的一人或多人的手机号。 5.2远程监控功能(选配项)

通过连接宽带互联网，可以实现互联网远程登陆访问功能，方便异地监控。

六、项目总结

本方案立足物联网的ZIGBEE应用技术，结合温室环境的实际应用，将先进的信息技术应用到传统的农业，解决了农业低成本、布线的繁杂、高故障率等问题。实现了温室内：传感器节点的简易扩展、快速的数据传送、稳定的系统控制。

第五篇：农业大棚智能检测环境系统

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农业大棚智能检测环境系统

作者：王峰萍 王佳

来源：《现代电子技术》2012年第14期

摘 要：介绍了以 STC89C52单片机为核心的光照和温度控制系统的工作原理和设计方法。系统由TSL2561光传感器和 DS18B20温度传感器采集数据传输给控制器，通过外围设备 LCM12864显示现场光照度和温度值，并设计上位机程序，通过串口通信实时获取光照度和温度，所采集的数据放入到Access数据库当中，然后从数据库读出光照度和温度的值，通过曲线显示到PC机上，进行实时曲线监控。同时，系统具有温度和光强报警功能。

关键词：STC89C52; VC++; Access; 照度和温度控制系统; DS18B20; TSL2561