通過星云天啟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、排氣扇、水泵、通風(fēng)口等設(shè)備對大棚進行遠程智能化管理，根據(jù)白天和夜間溫度參考軌跡，采用模糊算法遠程監(jiān)測與自動控制大棚內(nèi)溫控設(shè)備運行，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，提高果實品質(zhì)，達到利潤最大化，為用戶創(chuàng)造最大的經(jīng)濟效益。

IOTACS物聯(lián)網(wǎng)遠程自動化控制系統(tǒng)主機控制箱

 一、IOTACS系統(tǒng)架構(gòu)組成

      （1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成 

      根據(jù)工藝運行的需求，我們做如下的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)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(guān)量輸出接口采集與控制大棚內(nèi)電機、傳感器、繼電器等設(shè)備。主機自帶七寸觸摸屏可現(xiàn)場手動觸摸控制。每一個大棚配一臺主機為一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。最終通過IOTACS主機GPRS模塊將各個大棚采集的數(shù)據(jù)都匯集到監(jiān)控中心。

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

      1：大棚內(nèi)電機控制數(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)控中心遠程控制系統(tǒng)軟件平臺

     （2）組網(wǎng)特點 

      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，以后可以任意擴展控制系統(tǒng)。 

      整個系統(tǒng)采用多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即大棚現(xiàn)場主機觸摸屏控制平臺與遠程監(jiān)測控制平臺兩種，首先通過主機現(xiàn)場采集大棚內(nèi)各種傳感器數(shù)值，可實時在主機上顯示。同時數(shù)據(jù)通過主機內(nèi)置GPRS模塊可將數(shù)據(jù)上傳到遠程監(jiān)測控制平臺，用戶也可在遠程實時查看操控。將過程實時數(shù)據(jù)、運行操作監(jiān)視數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)。有效地提高了通訊的效率，降低了通訊負荷。 

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

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，達到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進生長發(fā)育、防治病蟲害等目的。     

      遠程大棚監(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、卷簾機等對溫度進行自動調(diào)節(jié)，同時通過控制加濕機及除濕機的工作自動調(diào)節(jié)環(huán)境的相對濕度，使環(huán)境的溫度和濕度達到適宜的范圍。 

      （2）大棚環(huán)境特點與調(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。進行蔬菜大棚栽培，必須掌握大棚內(nèi)環(huán)境的特點，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)代化大棚遠程控制流程

      本方案使用星云天啟IOTACS物聯(lián)網(wǎng)遠程控制系統(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)，通過星云天啟大數(shù)據(jù)云計算軟件輸出幫助種植者作全面細致的數(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，實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)采集。并采取可靠的光纖通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程的設(shè)備的操作和相關(guān)數(shù)據(jù)的報警提示等。以及根據(jù)目前國家提倡的環(huán)保節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)對每個大棚都有相關(guān)的能源的計量裝置，方便了客戶對自己所用資源的調(diào)配和對運行參數(shù)的維護。 

      （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。計算機通過各種傳感器接收各類環(huán)境因素信息，通過邏輯運算和判斷控制相應(yīng)溫室設(shè)備運作以調(diào)節(jié)溫室環(huán)境。主機可搭配繼電器遠程控制或現(xiàn)場控制大棚內(nèi)各種電機的啟停。輸出和打印設(shè)備可幫助種植者作全面細致的數(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)大棚遠程監(jiān)控中心控制系統(tǒng) 

     （1）系統(tǒng)的原理特點 

      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，實現(xiàn)農(nóng)機和農(nóng)藝的有機結(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)器負責(zé)數(shù)據(jù)的實時采集和存儲。通訊服務(wù)器負責(zé)數(shù)據(jù)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(nèi)部策略的參數(shù) , 設(shè)置數(shù)據(jù)采集參數(shù)和報表供操作員對生產(chǎn)過程的控制回路、測量參數(shù)進行監(jiān)測并實現(xiàn)自動記錄、報表打印和報警打印；通過以太網(wǎng)通信完成與現(xiàn)場控制層的局部控制器進行通信。

     （3）遠程監(jiān)測控制平臺  

      我們將根據(jù)要求使用星云天啟工控軟件作為開發(fā)平臺，該平臺開發(fā)系統(tǒng)可在手機、平板、電腦等移動用戶端設(shè)備登錄，用戶可隨時隨地登錄產(chǎn)看管理，并可設(shè)置超級管理員、普通管理員等多個權(quán)限賬號，每個權(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，同時運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)會自動彈出報警窗口提示，并自動運行相應(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、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)雜生動的實時數(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]

      星云天啟采用數(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、一致性好、響應(yīng)速度快。J通過標(biāo)準(zhǔn)RS-232或485串行接口可與計算機組成多點溫濕度測量系統(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，可以直接配接計算機。

      [溫濕度傳感器技術(shù)參數(shù)]

      [傳感器類型]  進口數(shù)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(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】

      星云天啟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用型產(chǎn)品。變送器外殼采用壁掛安裝設(shè)計，結(jié)構(gòu)精致、外形美觀，是一款應(yīng)用范圍廣泛、性價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，可以直接配接計算機。

      【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SGND

      藍線：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具有的產(chǎn)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(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。

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。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)濟又實用的產(chǎn)品。

      【土壤水分傳感器特點】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】

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

      ● 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

      ● 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(xiàn)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(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自校驗功能

      測量原理 主動氣體擴散

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

      響應(yīng)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(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)

      儲運溫度 -20~80℃

      外殼材料 防火ABS

五、系統(tǒng)拓撲圖