通過智慧云谷IOTACS農(nóng)業(yè)大棚溫室智能化自動控制系統(tǒng)的建設(shè)， 能極大地提高農(nóng)業(yè)大棚的管理水平， 并通過大棚內(nèi)溫濕度傳感器，已獲得足夠的作物生長的氣候控制設(shè)定值，本文針對溫室作物生長的問題，通過現(xiàn)場采集大棚內(nèi)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(jī)、排氣扇、水泵、通風(fēng)口等設(shè)備對大棚進(jìn)行遠(yuǎn)程智能化管理，根據(jù)白天和夜間溫度參考軌跡，采用模糊算法遠(yuǎn)程監(jiān)測與自動控制大棚內(nèi)溫控設(shè)備運(yùn)行，節(jié)約人力物力，科學(xué)有效管理，充分利用光照及水分利用效率，提高果實(shí)品質(zhì)，達(dá)到利潤最大化，為用戶創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益。

IOTACS物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程自動化控制系統(tǒng)主機(jī)控制箱

一、IOTACS系統(tǒng)架構(gòu)組成

（1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成

根據(jù)工藝運(yùn)行的需求，我們做如下的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：IOTACS主機(jī)通過2路RS485接口、16路12位A/D采集接口、12路開關(guān)量輸出接口采集與控制大棚內(nèi)電機(jī)、傳感器、繼電器等設(shè)備。主機(jī)自帶七寸觸摸屏可現(xiàn)場手動觸摸控制。每一個(gè)大棚配一臺主機(jī)為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。最終通過IOTACS主機(jī)GPRS模塊將各個(gè)大棚采集的數(shù)據(jù)都匯集到監(jiān)控中心。

整個(gè)系統(tǒng)可承載的數(shù)據(jù)分成如下的幾個(gè)部分：

1：大棚內(nèi)電機(jī)控制數(shù)據(jù)

2：大棚內(nèi)傳感器采集數(shù)據(jù)

3：工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS總線通訊

4：監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)軟件平臺

（2）組網(wǎng)特點(diǎn)

自動化控制系統(tǒng)是開放的控制系統(tǒng)，除了具有良好的網(wǎng)絡(luò)通訊能力外，還具有與其它控制系統(tǒng)通訊功能和標(biāo)準(zhǔn)的對外通訊接口，以后可以任意擴(kuò)展控制系統(tǒng)。

整個(gè)系統(tǒng)采用多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即大棚現(xiàn)場主機(jī)觸摸屏控制平臺與遠(yuǎn)程監(jiān)測控制平臺兩種，首先通過主機(jī)現(xiàn)場采集大棚內(nèi)各種傳感器數(shù)值，可實(shí)時(shí)在主機(jī)上顯示。同時(shí)數(shù)據(jù)通過主機(jī)內(nèi)置GPRS模塊可將數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)測控制平臺，用戶也可在遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看操控。將過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、運(yùn)行操作監(jiān)視數(shù)據(jù)信息同非實(shí)時(shí)信息及共享資源信息分開，分別使用不同的網(wǎng)絡(luò)。有效地提高了通訊的效率，降低了通訊負(fù)荷。

以現(xiàn)場控制為最優(yōu)原則，其次是監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制

IOTACS物聯(lián)網(wǎng)采集通訊架構(gòu)圖

二、IOTACS物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)大棚溫室智能化自動控制系統(tǒng)

（1）控制系統(tǒng)概述

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要途徑，已經(jīng)越來越受到世界各國的重視，而設(shè)施農(nóng)業(yè)中問世工程的建設(shè)與發(fā)展是都市型發(fā)展的重要組成部分，是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段。希望通過改變植物生長的自然環(huán)境、.創(chuàng)造適合植物最佳的生長條件，避免外界惡劣的氣候，達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長發(fā)育、防治病蟲害等目的。

遠(yuǎn)程大棚監(jiān)控系統(tǒng)是一種用于家庭、倉庫（廠房、花棚和塑料薄膜大棚）內(nèi)環(huán)境溫濕度監(jiān)控及控制的全自動遠(yuǎn)程智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它通過控制換氣扇、排風(fēng)口、卷簾機(jī)等對溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，同時(shí)通過控制加濕機(jī)及除濕機(jī)的工作自動調(diào)節(jié)環(huán)境的相對濕度，使環(huán)境的溫度和濕度達(dá)到適宜的范圍。

（2）大棚環(huán)境特點(diǎn)與調(diào)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(jìn)行蔬菜大棚栽培，必須掌握大棚內(nèi)環(huán)境的特點(diǎn)，并采取相應(yīng)的調(diào)控措施，滿足蔬菜生長發(fā)育的條件，從而獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

大棚內(nèi)環(huán)境條件：

1、棚內(nèi)光照

2、棚內(nèi)空氣溫度：

3、棚內(nèi)空氣濕度

4、棚內(nèi)二氧化碳含量

5、土壤的溫度

6、土壤的濕度

（3）現(xiàn)代化大棚遠(yuǎn)程控制流程

本方案使用智慧云谷IOTACS物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、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(wǎng)絡(luò)建造一個(gè)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)用溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)可自動監(jiān)測調(diào)節(jié)農(nóng)作物環(huán)境的溫濕度、光照、二氧化碳濃度、通風(fēng)、卷簾升降、滴灌控制等參數(shù)，通過智慧云谷大數(shù)據(jù)云計(jì)算軟件輸出幫助種植者作全面細(xì)致的數(shù)據(jù)分析，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)的通訊協(xié)議傳遞給上位數(shù)據(jù)存儲和顯示區(qū)域，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集。并采取可靠的光纖通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的設(shè)備的操作和相關(guān)數(shù)據(jù)的報(bào)警提示等。以及根據(jù)目前國家提倡的環(huán)保節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)對每個(gè)大棚都有相關(guān)的能源的計(jì)量裝置，方便了客戶對自己所用資源的調(diào)配和對運(yùn)行參數(shù)的維護(hù)。

（4）控制系統(tǒng)的原理

溫室環(huán)境包括非常廣泛的內(nèi)容，但通常所說的溫室環(huán)境主要指空氣與土壤的溫濕度、光照、二氧化碳濃度等。計(jì)算機(jī)通過各種傳感器接收各類環(huán)境因素信息，通過邏輯運(yùn)算和判斷控制相應(yīng)溫室設(shè)備運(yùn)作以調(diào)節(jié)溫室環(huán)境。主機(jī)可搭配繼電器遠(yuǎn)程控制或現(xiàn)場控制大棚內(nèi)各種電機(jī)的啟停。輸出和打印設(shè)備可幫助種植者作全面細(xì)致的數(shù)據(jù)分析，保存歷史數(shù)據(jù)。

（5）控制系統(tǒng)功能

1.風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

2.卷簾控制系統(tǒng)

3.滴灌控制系統(tǒng)

4.室內(nèi)溫度濕度控制系統(tǒng)

5.室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)

三、IOTACS物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控中心控制系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)的原理特點(diǎn)

溫室測控自動化注重于節(jié)省勞動力，提高溫室生產(chǎn)的效率和技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度的測量記錄和卷簾、滴灌等設(shè)備的自動化控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝的有機(jī)結(jié)合。從而大幅度提高溫室生產(chǎn)的技術(shù)水平，協(xié)助推進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)向精品、高端、高效方向發(fā)展。

（2）系統(tǒng)的功能

數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和存儲。通訊服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的運(yùn)算和報(bào)表等邏輯的輸出，操作員站進(jìn)行控制回路的建立、修改局部控制器中的內(nèi)部策略的參數(shù) ， 設(shè)置數(shù)據(jù)采集參數(shù)和報(bào)表供操作員對生產(chǎn)過程的控制回路、測量參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測并實(shí)現(xiàn)自動記錄、報(bào)表打印和報(bào)警打印;通過以太網(wǎng)通信完成與現(xiàn)場控制層的局部控制器進(jìn)行通信。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)測控制平臺

我們將根據(jù)要求使用智慧云谷工控軟件作為開發(fā)平臺，該平臺開發(fā)系統(tǒng)可在手機(jī)、平板、電腦等移動用戶端設(shè)備登錄，用戶可隨時(shí)隨地登錄產(chǎn)看管理，并可設(shè)置超級管理員、普通管理員等多個(gè)權(quán)限賬號，每個(gè)權(quán)限的用戶功能不一樣，該系統(tǒng)可以創(chuàng)建文字版、圖片版、歷史記錄、數(shù)據(jù)匯總等，同時(shí)運(yùn)用模糊算法可以配置各種系統(tǒng)參數(shù)，例如設(shè)置溫度超標(biāo)會自動彈出報(bào)警窗口提示，并自動運(yùn)行相應(yīng)的設(shè)備。開發(fā)人員可以在開發(fā)環(huán)境中完成監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)、動畫連接的定義、數(shù)據(jù)庫的配置等。系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場工況生成各種復(fù)雜生動的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示畫面，可以逼真的反映現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

登錄界面

四、配套產(chǎn)品詳細(xì)參數(shù)

1、大棚內(nèi)壁掛式溫濕度傳感器

【溫濕度傳感器簡介】

智慧云谷采用數(shù)字溫濕度傳感器，標(biāo)準(zhǔn)RS-232或485通信接口。本品采用遞推平均數(shù)字軟件濾波與硬件電路濾波相結(jié)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(wěn)定性能強(qiáng)、一致性好、響應(yīng)速度快。J通過標(biāo)準(zhǔn)RS-232或485串行接口可與計(jì)算機(jī)組成多點(diǎn)溫濕度測量系統(tǒng)。

【濕度傳感器適用場合】

工業(yè)現(xiàn)場測量、辦公室、超市、檔案室、生產(chǎn)車間、倉庫、機(jī)房、工地等測量的場合。

變送器輸出，標(biāo)準(zhǔn)RS-232或485通信接口，可以直接配接計(jì)算機(jī)。

【溫濕度傳感器技術(shù)參數(shù)】

【傳感器類型】 進(jìn)口數(shù)字溫濕度敏感元件

【工作電源】 帶變送輸出功能時(shí)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(shí)需注明溫度范圍，出廠默認(rèn)為-40～80℃）

【濕度變送器】 范圍：0-100%RH

【變送器準(zhǔn)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(xié)議】 標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議

【變送器結(jié)構(gòu)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(huán)境】 –40℃～80℃，無結(jié)露

2、大棚內(nèi)光照傳感器

【照度變送器產(chǎn)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(jīng)過嚴(yán)密檢測、生產(chǎn)的具有多種測量范圍和信號輸出類型的實(shí)用型產(chǎn)品。變送器外殼采用壁掛安裝設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)精致、外形美觀，是一款應(yīng)用范圍廣泛、性價(jià)比極高的光照度測量產(chǎn)品。

【照度變送器應(yīng)用場合】

農(nóng)業(yè)大棚、工業(yè)現(xiàn)場測量、辦公室、超市、檔案室、生產(chǎn)車間、倉庫、機(jī)房、工地等測量的場合。標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓或電流變送器輸出，標(biāo)準(zhǔn)RS-232或485通信接口，可以直接配接計(jì)算機(jī)。

【照度變送器技術(shù)參數(shù)】

【產(chǎn)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(huán)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(chǎn)品：

紅線：電源+; 綠線：電源-/RS232通訊時(shí)SGND

藍(lán)線：RS485B-/RS232RXD 黃線：RS485A+/RS232TXD

對于模擬信號輸出功能的產(chǎn)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(shí)具有的產(chǎn)品：

紅線：電源+; 黑線：電源-/RS232通訊時(shí)SGND

藍(lán)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(chǎn)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(chǎn)品具有靈敏度高，穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用場合：

溫度變送器廣泛應(yīng)用在工業(yè)溫度測量、暖通空調(diào)、檔案室、生產(chǎn)車間、倉庫、機(jī)房、通風(fēng)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(wěn)定地工作。

【防水型溫度變送器技術(shù)參數(shù)】

傳感器類型 溫度

傳感器類型 進(jìn)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(shù)字信號輸出通訊協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu協(xié)議

準(zhǔn)確度 ≤±0.5℃@0-50℃

通訊輸出 RS232口 RS485口

結(jié)構(gòu)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(huán)境 –20℃-80℃

4、土壤濕度變送器

【土壤水分傳感器產(chǎn)品簡介】土壤水分傳感器是根據(jù)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(yīng)速度快、精度高，工作穩(wěn)定、可靠等特點(diǎn)。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(zhì)，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(jīng)經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的產(chǎn)品。

【土壤水分傳感器特點(diǎn)】土壤水分傳感器可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、氣象、環(huán)境、林業(yè)、水利、科研等需要測量土壤水分的領(lǐng)域。

【土壤水分傳感器技術(shù)參數(shù)】

測量參數(shù) 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(huán)境 -40～60℃， 20～90%RH

探針規(guī)格 直徑為3mm，長度為50mm

密封材料 環(huán)氧樹脂

信號線長度 標(biāo)配1米

5、二氧化碳變送器

【二氧化碳變送器產(chǎn)品簡介】

用于檢測和控制環(huán)境空氣中CO2濃度。

【二氧化碳變送器產(chǎn)品特點(diǎn)】

●高性能NDIR數(shù)字式傳感器及電路，精確測量和溫度補(bǔ)償

● 良好的長期穩(wěn)定性和可靠性，響應(yīng)速度快

● 傳感器大于15年壽命，免維護(hù)

● 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(shí)現(xiàn)報(bào)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(nèi)環(huán)境的二氧化碳監(jiān)測。

【二氧化碳變送器技術(shù)參數(shù)】

傳感器 NDIR傳感器，帶ABC自校驗(yàn)功能

測量原理 主動氣體擴(kuò)散

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

響應(yīng)時(shí)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(fù) 載 ≤600Ω（電流），≥2KΩ（電壓）

電 源 18~30VAC/DC

顯 示 大屏幕LCD數(shù)字顯示（可選）

顯示精度 1ppm

工作環(huán)境 0~50℃，0~95%RH（無結(jié)露）

儲運(yùn)溫度 -20~80℃

外殼材料 防火ABS

五、系統(tǒng)拓?fù)鋱D