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                                        IOTACS農業大棚溫室智能化自動控制系統方案

                                        來源:智慧云谷發布時間:2017-03-22 02:16瀏覽量:11190





                                              通過智慧云谷IOTACS農業大棚溫室智能化自動控制系統的建設, 能極大地提高農業大棚的管理水平, 并通過大棚內溫濕度傳感器,已獲得足夠的作物生長的氣候控制設定值,本文針對溫室作物生長的問題,通過現場采集大棚內溫濕度傳感器、光照度傳感器、土壤溫濕度傳感器等控制大棚卷簾機、排氣扇、水泵、通風口等設備對大棚進行遠程智能化管理,根據白天和夜間溫度參考軌跡,采用模糊算法遠程監測與自動控制大棚內溫控設備運行,節約人力物力,科學有效管理,充分利用光照及水分利用效率,提高果實品質,達到利潤最大化,為用戶創造最大的經濟效益。





                                        IOTACS物聯網遠程自動化控制系統主機控制箱



                                         一、IOTACS系統架構組成

                                              (1)系統網絡組成 

                                              根據工藝運行的需求,我們做如下的網絡系統設計:IOTACS主機通過2路RS485接口、16路12位A/D采集接口、12路開關量輸出接口采集與控制大棚內電機、傳感器、繼電器等設備。主機自帶七寸觸摸屏可現場手動觸摸控制。每一個大棚配一臺主機為一個網絡節點。最終通過IOTACS主機GPRS模塊將各個大棚采集的數據都匯集到監控中心。

                                              整個系統可承載的數據分成如下的幾個部分: 

                                              1:大棚內電機控制數據 

                                              2:大棚內傳感器采集數據 

                                              3:工業標準的MODBUS總線通訊 

                                              4:監控中心遠程控制系統軟件平臺

                                             (2)組網特點 

                                              自動化控制系統是開放的控制系統,除了具有良好的網絡通訊能力外,還具有與其它控制系統通訊功能和標準的對外通訊接口,以后可以任意擴展控制系統。 

                                              整個系統采用多級網絡結構,即大棚現場主機觸摸屏控制平臺與遠程監測控制平臺兩種,首先通過主機現場采集大棚內各種傳感器數值,可實時在主機上顯示。同時數據通過主機內置GPRS模塊可將數據上傳到遠程監測控制平臺,用戶也可在遠程實時查看操控。將過程實時數據、運行操作監視數據信息同非實時信息及共享資源信息分開,分別使用不同的網絡。有效地提高了通訊的效率,降低了通訊負荷。 

                                              以現場控制為最優原則,其次是監控中心遠程控制





                                        IOTACS物聯網采集通訊架構圖



                                        二、IOTACS物聯網農業大棚溫室智能化自動控制系統

                                              (1)控制系統概述 

                                              隨著社會經濟的發展,設施農業作為農業可持續發展的一個重要途徑,已經越來越受到世界各國的重視,而設施農業中問世工程的建設與發展是都市型發展的重要組成部分,是設施農業發展的高級階段。希望通過改變植物生長的自然環境、.創造適合植物最佳的生長條件,避免外界惡劣的氣候,達到調節產期,促進生長發育、防治病蟲害等目的。     

                                              遠程大棚監控系統是一種用于家庭、倉庫(廠房、花棚和塑料薄膜大棚)內環境溫濕度監控及控制的全自動遠程智能調節系統。它通過控制換氣扇、排風口、卷簾機等對溫度進行自動調節,同時通過控制加濕機及除濕機的工作自動調節環境的相對濕度,使環境的溫度和濕度達到適宜的范圍。 

                                              (2)大棚環境特點與調控 

                                              大棚因有塑料薄膜覆蓋,形成了相對封閉與露地不同的特殊小氣候。進行蔬菜大棚栽培,必須掌握大棚內環境的特點,并采取相應的調控措施,滿足蔬菜生長發育的條件,從而獲得優質高產。 

                                              大棚內環境條件: 

                                              1、棚內光照 

                                              2、棚內空氣溫度: 

                                              3、棚內空氣濕度 

                                              4、棚內二氧化碳含量 

                                              5、土壤的溫度

                                              6、土壤的濕度 

                                             (3)現代化大棚遠程控制流程

                                              本方案使用智慧云谷IOTACS物聯網遠程控制系統、高性能溫度濕度以及二氧化碳傳感器、照度變送器等硬件組成,通過目前的GPRS網絡建造一個現代化農業用溫室大棚環境監控系統。本系統可自動監測調節農作物環境的溫濕度、光照、二氧化碳濃度、通風、卷簾升降、滴灌控制等參數,通過智慧云谷大數據云計算軟件輸出幫助種植者作全面細致的數據分析,將數據通過網絡和相關的通訊協議傳遞給上位數據存儲和顯示區域,實現遠程的數據采集。并采取可靠的光纖通訊網絡實現遠程的設備的操作和相關數據的報警提示等。以及根據目前國家提倡的環保節能的標準對每個大棚都有相關的能源的計量裝置,方便了客戶對自己所用資源的調配和對運行參數的維護。 

                                              (4)控制系統的原理 

                                              溫室環境包括非常廣泛的內容,但通常所說的溫室環境主要指空氣與土壤的溫濕度、光照、二氧化碳濃度等。計算機通過各種傳感器接收各類環境因素信息,通過邏輯運算和判斷控制相應溫室設備運作以調節溫室環境。主機可搭配繼電器遠程控制或現場控制大棚內各種電機的啟停。輸出和打印設備可幫助種植者作全面細致的數據分析,保存歷史數據。 

                                              (5)控制系統功能      

                                              1.風機控制系統 

                                              2.卷簾控制系統 

                                              3.滴灌控制系統 

                                              4.室內溫度濕度控制系統 

                                              5.室內燈光控制系統 

                                        三、IOTACS物聯網農業大棚遠程監控中心控制系統 

                                             (1)系統的原理特點 

                                              溫室測控自動化注重于節省勞動力,提高溫室生產的效率和技術水平,實現溫度、濕度的測量記錄和卷簾、滴灌等設備的自動化控制,實現農機和農藝的有機結合。從而大幅度提高溫室生產的技術水平,協助推進設施農業向精品、高端、高效方向發展。 

                                             (2)系統的功能 

                                              數據服務器負責數據的實時采集和存儲。通訊服務器負責數據的運算和報表等邏輯的輸出,操作員站進行控制回路的建立、修改局部控制器中的內部策略的參數 , 設置數據采集參數和報表供操作員對生產過程的控制回路、測量參數進行監測并實現自動記錄、報表打印和報警打;通過以太網通信完成與現場控制層的局部控制器進行通信。

                                             (3)遠程監測控制平臺  

                                              我們將根據要求使用智慧云谷工控軟件作為開發平臺,該平臺開發系統可在手機、平板、電腦等移動用戶端設備登錄,用戶可隨時隨地登錄產看管理,并可設置超級管理員、普通管理員等多個權限賬號,每個權限的用戶功能不一樣,該系統可以創建文字版、圖片版、歷史記錄、數據匯總等,同時運用模糊算法可以配置各種系統參數,例如設置溫度超標會自動彈出報警窗口提示,并自動運行相應的設備。開發人員可以在開發環境中完成監控界面的設計、動畫連接的定義、數據庫的配置等。系統可以根據現場工況生成各種復雜生動的實時數據顯示畫面,可以逼真的反映現場數據。





                                        登錄界面




                                        四、配套產品詳細參數

                                              1、大棚內壁掛式溫濕度傳感器                       

                                              [溫濕度傳感器簡介]

                                              智慧云谷采用數字溫濕度傳感器,標準RS-232或485通信接口。本品采用遞推平均數字軟件濾波與硬件電路濾波相結合的濾波方法,使外界對采樣的干擾盡可能降到最低,全量程精度高、穩定性能強、一致性好、響應速度快。J通過標準RS-232或485串行接口可與計算機組成多點溫濕度測量系統。

                                              [濕度傳感器適用場合]

                                              工業現場測量、辦公室、超市、檔案室、生產車間、倉庫、機房、工地等測量的場合。

                                              變送器輸出,標準RS-232或485通信接口,可以直接配接計算機。

                                              [溫濕度傳感器技術參數]

                                              [傳感器類型]  進口數字溫濕度敏感元件

                                              [工作電源]    帶變送輸出功能時供電電源:24VAC或24VDC

                                              其他功能供電電源可為:24VAC/24VDC/12VAC/12VDC  

                                              [變送輸出]范圍]1、-40~80℃  2、-20~60℃  3、0~50℃(具有變送輸出功能時需注明溫度范圍,出廠默認為-40~80℃) 

                                              [濕度變送器]    范圍:0-100%RH

                                              [變送器準確度]  溫度:  ≤±0.5℃@25℃

                                              [濕度精度]     ±3%RH @20%~80%RH,25℃

                                              [傳感器通訊]輸出    RS485口    RS232口

                                              [傳感器通訊地址]    0-255

                                              [變送器通訊協議]  標準MODBUS協議

                                              [變送器結構形式]  變送、探頭一體式、白色ABS工程塑料

                                              [傳感器工作電流]  ≤100mA

                                              [傳感器外形尺寸]  120X80X42mm

                                              [變送器安裝方式]  壁掛式

                                              [傳感器工作環境] –40℃~80℃,無結露

                                              2、大棚內光照傳感器



                                            



                                              【照度變送器產品簡介】

                                              智慧云谷照度變送器采用具有較高靈敏度的感光探測器,配合高精度線性放大電路,經過嚴密檢測、生產的具有多種測量范圍和信號輸出類型的實用型產品。變送器外殼采用壁掛安裝設計,結構精致、外形美觀,是一款應用范圍廣泛、性價比極高的光照度測量產品。

                                              【照度變送器應用場合】

                                              農業大棚、工業現場測量、辦公室、超市、檔案室、生產車間、倉庫、機房、工地等測量的場合。標準模擬電壓或電流變送器輸出,標準RS-232或485通信接口,可以直接配接計算機。

                                              【照度變送器技術參數】

                                              【產品名稱】  照度變送器

                                              【工作電壓】  12VDC 或24VDC

                                              【測量范圍】  0-100000Lux 或指定

                                              【廁靈精度】  ±3%

                                              【輸出信號】  0-5V 0-10V 1-5V 三線制 4-20mA

                                              【通訊輸出】  RS232或485

                                              【安裝方式】  壁掛式

                                              【顯示方式】  LCD液晶屏

                                              【工作環境】  0-50度 0-80%RH

                                              接線顏色說明:

                                              對于通訊接口輸出功能的產品:

                                              紅線:電源+; 綠線:電源-/RS232通訊時SGND

                                              藍線:RS485B-/RS232RXD 黃線:RS485A+/RS232TXD

                                              對于模擬信號輸出功能的產品:

                                              紅線:電源+; 綠線:電源-/模擬信號公共-

                                              黃線:模擬信號輸出+

                                              對于模擬信號輸出和通訊接口同時具有的產品:

                                              紅線:電源+; 黑線:電源-/RS232通訊時SGND

                                              藍線:RS485A+/RS232TXD 黃線:模擬信號輸出+

                                              綠線:RS485B-/RS232RXD

                                              3、土壤溫度傳感器





                                              【防水型溫度變送器產品簡介】



                                              溫度變送器采用高精度線性放大電路,并選用高精度的元器件,使產品具有靈敏度高,穩定性好,準確度高和使用壽命長等優點。

                                        應用場合: 

                                              溫度變送器廣泛應用在工業溫度測量、暖通空調、檔案室、生產車間、倉庫、機房、通風管道、樓宇自控、工地等測量場所。直流電壓或電流輸出,可以直接配接二次儀表。溫度變送器采用防水變送外殼,可以工作在露天或濕度較大的場所,對于極低溫度如-40℃,采用軍工級元件,確保長期穩定地工作。

                                              【防水型溫度變送器技術參數】 

                                              傳感器類型   溫度

                                              傳感器類型  進口溫度敏感元件

                                              工作電源、輸出信號 

                                              1、24VDC/AC   2、12VDC/AC (0~5V輸出)

                                              2、24VDC/AC              (0~10V輸出)

                                              3、24VADC                (4~20)mA輸出

                                              4、24VDC/AC   2、12VDC/AC  RS232或RS485

                                              數字信號輸出通訊協議采用標準modbus-rtu協議

                                              準確度    ≤±0.5℃@0-50℃

                                              通訊輸出   RS232口                  RS485口   

                                              結構形式  變送、探頭一體式、白色ABS工程塑料

                                              工作電流  ≤30mA

                                              外形尺寸  84x59x33mm

                                              安裝方式  壁掛式

                                              工作環境 –20℃-80℃     

                                              4、土壤濕度變送器






                                              【土壤水分傳感器產品簡介】土壤水分傳感器是根據射頻電容原理來測量土壤水份體積百分比的一種新型傳感器。它具有測量體積小巧、攜帶方便、響應速度快、精度高,工作穩定、可靠等特點。土壤水分傳感器密封性好,并配有不銹鋼探針,適合于各種土質,不受土壤中化肥和金屬離子的影響,可直插埋入土壤中,是一款測量土壤水分含量既經經濟又實用的產品。

                                              【土壤水分傳感器特點】土壤水分傳感器可廣泛應用于農業、氣象、環境、林業、水利、科研等需要測量土壤水分的領域。

                                              【土壤水分傳感器技術參數】

                                              測量參數 土壤水分體積百分含量(W%)

                                              測理原理 射頻電容原理

                                              工作電壓 5VDC 12-24VDC

                                              輸出信號 0-2VDC 三線制4-20mA

                                              測量范圍 0-100%

                                              測量精度 ±3%(0-50%)

                                              工作電流 21~26mA,典型值21mA

                                              工作環境 -40~60℃, 20~90%RH

                                              探針規格 直徑為3mm,長度為50mm

                                              密封材料 環氧樹脂

                                              信號線長度 標配1米

                                              5、二氧化碳變送器



                                            



                                              【二氧化碳變送器產品簡介】

                                              用于檢測和控制環境空氣中CO2濃度。

                                              【二氧化碳變送器產品特點】

                                              ●高性能NDIR數字式傳感器及電路,精確測量和溫度補償

                                              ● 良好的長期穩定性和可靠性,響應速度快

                                              ● 傳感器大于15年壽命,免維護

                                              ● 輕巧外殼,美觀大方,方便安裝

                                              ● 多種輸出方式可選,可選繼電器輸出實現報警或控制功能

                                              【二氧化碳變送器適用場合】

                                              適用于住宅、商場、賓館以及倉庫等室內環境的二氧化碳監測。

                                              【二氧化碳變送器技術參數】

                                              傳感器    NDIR傳感器,帶ABC自校驗功能

                                              測量原理 主動氣體擴散

                                              精   度    1、 75ppm或10%讀數,取大值   2、 30ppm+5%讀數

                                              響應時間 <10s(30cc/min,慢流速空氣)

                                              漂   移    <±10ppm/年

                                              量   程    0~2000ppm,或其它(0~5000ppm)

                                              輸   出   4~20mA,0~10V,RS485/Modbus

                                              繼電器    2×SPST,1A/30VDC,0.5A/125VAC

                                              負   載     ≤600Ω(電流),≥2KΩ(電壓)

                                              電   源    18~30VAC/DC

                                              顯   示    大屏幕LCD數字顯示(可選)

                                              顯示精度 1ppm

                                              工作環境 0~50℃,0~95%RH(無結露)

                                              儲運溫度 -20~80℃

                                              外殼材料 防火ABS

                                        五、系統拓撲圖






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