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                  溫室大棚物聯網實訓系統

                  發布于:2015/9/9 18:09:03 點擊量:

                      智慧溫室大棚是農業自動化、智能化的集中體現,是物聯網在農業領域運用的最典型案例。智能溫室大棚綜合運用了物聯網和農業自動化的大部分技術,如:農業環境監測、農作物信息監測、農作物生長環境調控、農業信息化自動化等多方面技術。
                      中智訊以智慧溫室大棚為例,設計了一套物聯網實訓系統。以zigbee無線傳感器網絡、農業常用智能儀表、智能網關、組態軟件、溫室大棚沙盤為核心,綜合體現了物聯網的無線傳感器網絡、傳感器和執行器開發運用、嵌入式技術、3G移動通信技術、Android移動開發、組態軟件、農業物聯網系統設計等多方面的技術,為物聯網實訓教學提供了一個優秀的平臺。

                  一、功能概述 
                      如圖 1.1,溫室大棚實訓系統由2部分構成:溫室大棚、主控機柜。
                       

                  圖 1.1 溫室大棚實訓系統組成示意圖


                      溫室大棚沙盤是真實溫室大棚的等比縮小模型,具有智能化溫室大棚的絕大部分功能。同時具有外形美觀、占地面積小、操作簡便、展示直觀等多方面的特點。
                      主控機柜集成了智能溫室大棚實訓系統的整套控制系統,是智能溫室大棚的控制中心。
                      整套系統具有以下功能:
                  1. 農業環境監測。具有土壤水分傳感器、土壤溫度傳感器、空氣溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、光照度傳感器、土壤PH值傳感器等,用于全方位實時監測農作物的生產環境。
                  2. 農作物信息監測。使用攝像頭監控農作物生長情況、病蟲害情況,使用超聲波傳感器進行農作物高度自動檢測,繪制作物生長曲線圖。
                  3. 農作物生產環境調控。控制系統可以根據農作物的生長環境變化控制滴灌或噴灌閥門、通風系統、遮陽罩,實現農業生長環境最優化閉環調控。
                  4. 無線傳感器網絡。以zigbee、wifi、3G等無線網絡技術作為通信系統的構建基礎,構建一套完整、容易實施、擴展方便、調整快捷的無線通信系統。農業組態軟件。使用組態軟件作為系統控制核心,組態軟件實時查詢各個傳感器信息,對農業環境和作物生長情況進行監控,用戶可以在組態軟件上編寫控制規則和算法,對噴灌系統、施肥系統、通風系統、光照系統進行控制,實現最優化的農作物自動閉環調控。
                  5. Web遠程訪問。所有的數據通過智能化的網關傳輸到英特網的服務器上,用戶可以通過手機、電腦訪問服務器,查看溫室大棚的所有信息,接管控制權限,對整個溫室大棚進行人工干預。


                  二、溫室大棚沙盤 
                      本實訓系統標配溫室大棚沙盤,如圖1.2所示。
                        

                  圖 1.2 溫室大棚沙盤 


                      溫室大棚沙盤包含以下部分:
                  1. 大棚主體。包含大棚、模擬農作物、真正土壤。
                  2. 噴灌系統。可根據土壤濕度、水分情況,自動實時噴灌。
                  3. 光照系統。可根據光照情況,實現遮陽罩自動控制。
                  4. 通風系統。可根據空氣質量,實現自動排風換氣。
                  5. 無線傳感器網絡。多種農作物生長傳感器、環境監測傳感器。
                  6. 監控攝像頭。監控農作物生長情況。
                  7. 可選真實農作物。
                      除了標準沙盤之外,我司樂于和客戶共同規劃,定制特色溫室大棚沙盤,可結合學校的教學科研情況,增減或修改系統的功能。
                      我司也為客戶提供實際沙盤建設方案,圖 1.3是我司為廣東白云學院提供的溫室大棚建設效果圖,圖 1.4是實際實施局部照片。
                      

                   圖 1.3 溫室大棚建設效果圖

                   

                   圖 1.4 溫室大棚實際建設局部圖


                  三、控制機柜 
                      如圖 1.5為溫室大棚實訓系統的控制系統。
                      控制系統采用包含以下幾個部分:
                  1. PC控制主機。PC主機運行組態軟件,對整個溫室大棚系統進行控制,顯示現場監控圖像,存儲歷史數據。
                  2. (可選)嵌入式智能網關。網關對傳感器信息進行匯集,并傳送到英特網上的服務器,接收服務器的查詢或控制指令。
                  3. 無線傳感器網絡協調器。匯集傳感器數據,提供給網關。接收網關的控制指令,并發送給每個傳感器和執行器節點,實現噴灌、通風、光照控制等控制。
                  4. 網絡接入。無線路由器,實現無線wifi網路接入。
                  5. 電源管理系統。包含空氣開關、急停開關、指示燈等,為整個系統提供安全穩定的220VAC、12VDC、5VDC等電源。
                  6. 工業機柜。使用電信級機柜作為控制系統載體,系統專業、使用方便、防護等級高。

                     

                   
                  圖 1.5 控制機柜

                  四、組態軟件 
                      如圖 1.6,本系統使用組態軟件進行系統控制。
                     
                   
                  圖 1.6 組態軟件

                      我們針對本實訓系統提供了一套完整的農業大棚組態軟件系統。
                      現在有不少物聯網實訓產品,其軟件都是功能固化的,用戶無法修改其軟件設計、功能。軟件和沙盤硬件是相互對應的,軟件無法修改也就限制了硬件的修改,因此,用戶只能進行沙盤的開關機、數據查閱等演示性操作,無法進行系統調整、優化、重構,這樣的物聯網實訓系統價值是很低的。
                      我司開發的組態軟件是可重構、再編程的。如圖 1.6,組態軟件里面有很多物聯網控件,我們稱之為“物元”,包括:
                  • 智能儀表:數碼儀表、曲線圖、拓撲圖等,用于顯示傳感器、時間計時等數據顯示。
                  • 感知元:物聯網各種感知元件,如溫室大棚常用的土壤溫度、土壤水分、空氣溫濕度、光照強度等傳感器。
                  • 控制元:物聯網常用控制元件,如電機、閥門、排風扇、電燈、警報器、繼電器等。
                      將物元直接拖入中央的程序編輯區,編輯“物元屬性”即可實現組態軟件上的物元與實際沙盤上的感知元件、控制元件等的關聯。比如將排風扇拖入編輯區,設置其圖形大小和形狀,在物元屬性欄里對“排風扇”這個物元進行賦值,將它關聯到真實沙盤的排風扇上,這個物元就添加完成。本物聯網實訓系統的組態控制軟件就有了排風扇的控制功能。
                      通過快捷菜單欄運行本軟件,右鍵點擊“排風扇”這個物元,可以啟動排風扇。啟動后我們可以看到組態軟件商排風扇這個物元的葉片就轉動起來,同時實際的溫室大棚上的排風上也轉起來了。
                      如果已經添加了其它的傳感器物元,比如二氧化碳傳感器,我們可以通過編寫控制規則,將傳感器的值和排風扇的控制動作關聯起來。當組態軟件檢測到二氧化碳濃度太高時,就會自動開啟排風扇,實現換氣動作。這樣,整個溫室大棚系統就能夠實現自動化控制、無人值守的目的。
                      上述只是針對排風扇物元添加的舉例,我們通過同樣的方式,添加溫室大棚上的所有物元,比如光照傳感器、噴灌頭閥門等等,從而實現整個控制軟件的設計。

                   五、Web服務系統、手機客戶端 
                      我們為溫室大棚設計一套基于web的服務系統和手機客戶端,包括服務器、數據庫、軟件等。用戶可以通過登錄訪問頁面或者使用手機客戶端獲取所有溫室大棚系統的所有信息,或接管系統控制。

                   



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