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基于物聯(lián)網(wǎng)的設施農業(yè)溫室大棚智能控制系統研究

作者:陜西溫室大棚 發(fā)布日期: 2018-12-17 二維碼分享

本課題來(lái)源于太原市科技支撐新農村建設項目“設施農業(yè)溫室大棚自適應控制系統與示范”(項目編號:120157),是針對當前我國溫室大棚環(huán)境調控水平落后、運行管理依賴(lài)經(jīng)驗、網(wǎng)絡(luò )化程度低等問(wèn)題提出的,這些問(wèn)題嚴重制約了溫室大棚生產(chǎn)效率的提高。因此,本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),設計和開(kāi)發(fā)了一種溫室大棚智能控制系統,實(shí)現溫室大棚主要環(huán)境參數的在線(xiàn)監測、執行機構的自動(dòng)控制,以及溫室大棚的科學(xué)管理,達到溫室大棚自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化和科學(xué)化生產(chǎn)的目標,對于提升我國溫室大棚生產(chǎn)力,提高溫室大棚現代化水平具有重要意義。

主要研究?jì)热萑缦?通過(guò)深入分析溫室大棚環(huán)境參數特點(diǎn)和控制要求,在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架內制定了溫室大棚的總體控制方案,分為感知層、傳輸層和應用層,整個(gè)系統由單套集控系統、多套現場(chǎng)控制系統以及通訊網(wǎng)絡(luò )組成,集控系統對各現場(chǎng)控制系統進(jìn)行集中管理和控制,現場(chǎng)控制系統可脫離網(wǎng)絡(luò )單獨運行,滿(mǎn)足不同規模水平溫室大棚的控制需求?,F場(chǎng)控制系統作為環(huán)境感知節點(diǎn)和智能化控制終端,處于物聯(lián)網(wǎng)感知層,依據溫室大棚現場(chǎng)實(shí)際環(huán)境情況,設計了以PLC為核心的現場(chǎng)控制系統。通過(guò)傳感器檢測空氣溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度和土壤濕度信息;綜合手動(dòng)控制和自動(dòng)控制方法控制執行機構動(dòng)作;采用觸摸屏實(shí)現溫室大棚現場(chǎng)的人機交互;借助短信報警控制器實(shí)現遠程監控。系統通訊網(wǎng)絡(luò )處于物聯(lián)網(wǎng)傳輸層,依據傳輸層的設計要求,構建了溫室現場(chǎng)局域網(wǎng)和遠程廣域網(wǎng)相結合的數據傳輸體系。

現場(chǎng)局域網(wǎng)采用基于以太網(wǎng)的有線(xiàn)傳輸方式;遠程廣域網(wǎng)采用互聯(lián)網(wǎng)與GSM移動(dòng)通信相結合的傳輸技術(shù),實(shí)現感知層數據的可靠傳輸和廣泛互聯(lián)。集控系統處于物聯(lián)網(wǎng)應用層,主要實(shí)現感知層數據的各類(lèi)處理過(guò)程,包括數據存儲、數據預處理、智能控制和人機交互?;贚ab VIEW軟件開(kāi)發(fā)了溫室大棚集中監控管理平臺,通過(guò)OPC服務(wù)器與現場(chǎng)控制器進(jìn)行數據交換;以SQL Server軟件為開(kāi)發(fā)平臺建立了溫室大棚數據庫系統,實(shí)現運行數據的科學(xué)管理;提出了一種綜合軟件補償、分布圖法和取平均值法的數據預處理方法,消除數據誤差的影響;提出了一種溫濕度變結構模糊控制方法,改善控制系統穩態(tài)性能,通過(guò)LabVIEW環(huán)境下的PID和模糊控制工具包實(shí)現了模糊控制器的設計;開(kāi)發(fā)了集中監控管理平臺數據采集、實(shí)時(shí)監測、控制輸出、參數設置和數據管理過(guò)程的人機交互界面,提高管理效率。設計并搭建了溫室試驗平臺,在試驗平臺上進(jìn)行了控制系統的調試與試驗。調試與試驗結果表明:系統的硬件設計合理,通訊網(wǎng)絡(luò )穩定,集中監控管理平臺各項功能正常,提出的數據預處理方法和智能控制方法效果良好,將環(huán)境參數穩定在合理水平,滿(mǎn)足設施農業(yè)溫室大棚的現代化管理需求。


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