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1、巍图科技 WITU Page 1 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 温室智能监控温室智能监控系统系统解决方案解决方案 1、前前言言 1.1 国内外温室控制系统国内外温室控制系统的现状的现状 我国是一个农业大国，目前在广大农村，农业温室比比皆是。近年来，随着我国农业和农村经济的发展，农业生产方式逐步由传统的粗放经营式向现代集约型经营方式转变，农业科技示范园，作为现代集约型农业和高新科技应用的示范窗口，应运而生。随着科学技术的进步，温室的结构档次在逐步的提高，建设一种可提高温室内作
2、物产量和质量，降低生产成本，减轻工作人员劳动强度的温室智能监控系统，是广大温室作物生产人员的迫切需求。目前，虽然也有不少单位或个人引进了一些国外的计算机智能控制系统，如温室环境控制系统，施肥灌溉控制系统，工厂化育苗智能控制系统等，这些系统真正实现了温室控制的智能化和自动化，但往往存在投资过大系统维护不方便等各种发展制约瓶颈，再者就是要求温室的管理操作人员本身有较高的文化素质和较丰富的工程技术经验，目前我国广大农民还不具备，这也限制了国外同类产品在国内的推广应用。开发低价位、实用型的温室只能监控系统对于推进我国农业自动化、智能化进程具有重要的意义，同时也具有很大的市场潜力。据调查，目前市场上迫切
3、需要的是一种低成本、操作使用简便的实用温室智能监控系统。针对这一要求及我国日光温室量大、面广的特点，研究一种既符合我国农业水平实际又适合农民经济承受能力、技术上不低于国外同类产品的日光温室智能集成控制系统是非常必要的。智能化温室是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。它能营造相对独立的作物生长环境，彻底摆脱传统农业对自然环境的依赖性。目前，计算机控制在温室种植中得到了越来越广泛的应用，并正在成为温室控制的核心。智能化温室研究是当今兴起的一门横跨生物学、计算机科学、电子科学、机械设计和环境控制等几大学科的综合了多种高新技术
4、的边缘学科。从目前我国农业发展政策看，未来10一15年我国农业科技进步的重要内容就是推动规模经营和农业产业化的发展，所以研究开发适合我国的国情的光温室的智能集中控制系统是非常必要的。1.2 本监控系统的特点本监控系统的特点 温室智能监控系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术与专家系统于一体，通过预装多种作物生长所需的适宜环境参数，搭建温室智能化软硬件平台，实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制。巍图科技 WITU Page 2 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-m
5、ail: 本系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、光照、CO2浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的气候、土壤参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构（遮阳幕、加热器、湿帘水泵及风机、通风系统等），程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。本控制系统具有的特点：1、预测性：通过对气候参数的分析，可以预测控制设备的运行情况，提高设备的利用率，降低能耗。2、强大的扩展功能：通过选用不同的
6、外围设备，可以控制温室环境及灌溉、施肥等。3、完善的资料处理功能：通过中央控制软件，可以不问断地记录各种传感器的信息以及各种控制设备的动作记录等。4、远程监控功能：即使工作人员不在现场，也可以通过远程监控系统对温室内的设备参数进行监视和控制。5、数据联网功能：通过GPRS，可将各种数据联入局域网或INTERNET，真正实现数据共享。2、温室智能监控系统温室智能监控系统的的设计设计 2.1 系统系统设计要求设计要求 日光温室智能控制系统是一个涉及到温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度及蔬菜品种等多种因素的复杂系统。因此，该系统的没计应具备以下功能：l、较宽的工作电压范围：160V一一260V Ac
7、：2、能长时间连续、稳定、可靠的工作；3、能对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等参数进行准确的测量：4、能根据蔬菜品种的不同，可以人工自动设定温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等参数的报警范围：5、可以设定系统的控制状念：手动控制状态和自动控制状态。在手动控制状态下系统只具有参数检测和警告功能，对电机、水泵等控制设备不作控制。在自动控制状态下，系统既具有参数检测和警告功能，又能对电机、水泵等控制设备进行自动调控。6、温室内部前端设备既能单独工作，又具有数据远传、联网功能；7、检测中心的计算机通过GPRS网络或zigbbe网络可与多个前端设备相连，并能检测、控制这些设备的被控对象。巍图
8、科技 WITU Page 3 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 2.2 系统系统设计原则设计原则 1、系统性能稳定，运行可靠。2、操作简单，维护方便。3、整个系统易于扩展。4、运行经济节能，维护费用低。5、性能价格比高。2.3 系统系统整体架构整体架构 本系统采用上、下位机控制方案，下位机为系统前端控制器，实施对温室大棚环境参数的检测与环境调整机构的控制；上位机为系统远程监控计算机，采用可视化编程语言设计界面友好的环境监测与管理系统，实现对温室的远程监控与管理操作。其基本的框架
9、图如下：巍图科技 WITU Page 4 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 3、温室智能监控系统温室智能监控系统的建设的建设 3.1 下位机系统下位机系统 下位机位于温室控制现场，主要由传感器、数据采集控制器和执行机构组成，其系统结构见图1。下位机主要实现温室环境数据实时采集、处理与显示，以及对温室环境的调节，通过总线网络或无线通信模块，将监测的环境参数传输到上位PC机，并接受上位机的控制而产生控制决策，控制执行机构进行调节；具有脱机运行功能，可在上位机关机情况下独立工作，用户
10、或者专家通过键盘预设环境参数及实时采集的环境参数，自主运行下位机决策程序，实现温室自动控制。下位机自主控制流程见图2。图图1 1 下位机结构图下位机结构图 图图2 2 下位机自主控制流程下位机自主控制流程 数据采集控制模块土壤湿度传感器土壤温度传感器空气温湿度传感器雨量传感器光照传感器C02传感器开窗装置拉幕装置降温装置加温装置灌溉装置补光装置输入模块输入模块通讯系统传感器部分执行设备部分环境因子是否高出上限传感器采集环境参数开始关闭相应调节装置打开相应调节装置环境因子是否低于下限打开相应调节装置关闭相应调节装置是是否否巍图科技 WITU Page 5 of 17 巍图科技 WITU Tech
11、nology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 3.1.1 数据采集控制数据采集控制模块模块 数据采集控制模块是下位机系统的核心，可以采集传感器的输出的信号，并能输出控制信号进行智能控制，该模块的稳定程度决定了整个项目的好坏，因此，选择一款好的数据采集控制模块是相当有必要的。在本项目中，我们采用DMG-1数据采集控制模块，下面对其进行详细的说明。3.1.1.1 DMG-1 数据采集控数据采集控制模块说明制模块说明 DMG-1数据采集控制模块采用采用16位超低功耗单片机，单片机内部集成了所有外围电路，并在设计该产品时没有进行任何的扩
12、展，具有较高的靠性和抗干扰能力，缩小了产品的体积。DMG-1数据采集控制模块采用MODBUS规约，该规约具有开放、文本易得、协议简单等优点，被众多厂商所支持。因此DMG-1数据采集控制模块可广泛应用于消防、供水、石化、环保等各个行业，也被大多数系统集成商和自动化公司、研究所采用，是一种通用的数据采集控制模块。DMG-1数据采集控制模块具备RS485接口和RS232接口，在使用RS485接口时具有更高的通信速率和更远的通信距离。DMG-1 具体的功能特点如下：6路开关量输出，可以作为遥控、跳闸或者告警；6路开关量输入，也可以作为脉冲量输入；8路直流采样,可以接受各种变送器的信号；1个标准485通
13、信口，1个RS485/232接口，支持MODBUS或其它规约，扩展更加易；贴片安装，无外部总线，可靠性高，抗干扰能力强；卡式导轨或螺丝固定，现场安装更加便。3.1.1.2 DMG-1 数据采集控制模块性能参数数据采集控制模块性能参数 DMG-1数据采集控制模块的详细性能参数如下：1 1、直流模拟量输入直流模拟量输入 土壤水分传感器、土壤温度传感器、空气温湿度传感器、风速风向传感器、蒸发传感器等其他可以输出模拟信号传感器可通过直流模拟量输入接口与数据采集控制模块相连，从而完成对传感器采集参数设置，数据存储、传输等操作。容 量：8路/模块 输入信号：0-5V或0-20mA或4-20mA 转换速度：
14、5 uS(微秒)分 辨 率：12位 A/D（最大输入电压和最小输入电压的比值,模拟数字）计算方法：以电网频率为参考，每周波采32点，计算平均值作为测量值 精 度：0.2%FS 1字（FS满量程）巍图科技 WITU Page 6 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 2 2、脉冲量输入（与开关量输入共用）、脉冲量输入（与开关量输入共用）雨量传感器、流量计等可以输出频率信号的传感器，可以通过脉冲量输入接口与数据采集控制模块相连，从而完成传感器采集参数设置，数据存储、传输等操作。容 量：
15、6路/模块 额定输入：输入直流1248V 输入方式：光耦隔离 扫描方式：中断方式 最高计数频率：1000Hz 最小脉冲宽度：0.2ms 计数器字长：32位 3 3、开关量输出、开关量输出 通过该输出接口，将数据采集控制模块与继电器相连，通过弱电控制强电，进而控制执行设备的电源开关或电机，从而实现执行设备操作的自动化。容 量：6路/模块，每路提供一个常开触点，共用一个公共端 触点容量：250V/3A 交流 4 4、通信接口、通信接口 通过RS485通信接口，可实现数据的远程交互，并可通过485hub进行无限组网，实现多个数据采集控制模块之间的通讯。容量：2路 接口方式：RS485接口 RS232
16、接口 规约：MODBUS规约或者其他规约 5 5、安装使用环境、安装使用环境 该模块使用的环境具体如下：安装方式：卡式导轨安装或者底部螺丝固定 温度范围：-10 55 存贮温度：-2070 相对湿度：85%大气压力：86108Kpa 安装尺寸：1439040mm 电 源：交流 85265V 50HZ60HZ 或者 直流 24V 30%功 耗：小于1W 工作环境：无爆炸,无腐蚀性气体及导电尘埃,无严重霉菌存在,无剧烈振动,无冲击源；如果需要在此类环境下工作，请采取相应的防护措施。3.1.2 传感器部分传感器部分 传感器用来对温室内的温度、湿度、光照强度进行实时数据采集。根据温室作物生长特点和环境
17、要求，选择精度较高、运行稳定，性价比较高的传感器是十分有必要的。在该项目所采巍图科技 WITU Page 7 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 用的传感器类别及性能参数如下：3.1.2.1 土壤水分传感器土壤水分传感器 土壤水分传感器由不锈钢探针和防水探头构成，可长期埋设于土壤和堤坝内使用，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。项目中采用SWCP1土壤水分传感器，该土壤水分传感器的根据土壤介电常数随土壤含水率的变化而变化的特点，采用驻波比原理设计而成。其特点为 SWCP
18、1SWCP1土壤水分传感器特点土壤水分传感器特点 探针采用316L特种钢材，耐腐蚀性强；信号采用差分输出，稳定性好；测量精度高，相应速度极快 受土壤质地影响小，应用地区广泛；密封性等级为IP67，可长期埋入土壤或放入水环境中使用；SWCP1SWCP1土壤水分传感器土壤水分传感器性能参数为：性能参数为：测量参数：土壤容积含水量；量 程：0100%（m3/m3）；精 度：50以内误差为 1 3%，标定后可达到 1%以内；测量区域：90%的影响在围绕中央探针直径为 3cm、长为 6cm 圆柱体内；工作电压：12VDC/24VDC；输出信号：输出电压信号范围为 02V/02.5V，输出电流信号时范围为
19、 020mA/420mA。3.1.2.2 土壤温度土壤温度传感器传感器 土壤温度传感器用于检测土壤温度，一般使用的有效温度范围为1040oC（土壤热容积较大，温度变化不很明显），安装在温室内土壤中，以测量作物的生长、发育的土壤温度及浇水后土壤温度变动情况。根据温室的规格、种植作物的不同选择传感器的布设方式。项目中采用WTA-100土壤温度传感器，该传感器采用精密铂电阻探头制成，用来精确测量土壤表层、浅层、深层温度，仪器具有多种信号输出制式，可与信号采集监测系统配套使用 WTA-100土壤温度土壤温度传感器传感器特点为特点为：热响应时间少、减少了动态误差；直径小、长度不受限制；测量精度高、使用寿
20、命长；采用进口薄膜电阻元件，性能稳定。WTA-100土壤温度传感器土壤温度传感器性能参数为：性能参数为：量程：040/0100 精度：040时精度为0.5，0100时精度为1.0 分辨率：0.1 巍图科技 WITU Page 8 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 工作电压7.535VDC 电流输出：15mA（负载电阻500）420mA（负载电阻150）材料：防腐、防水，全密封、不锈钢结构 电缆长度：标准长度为2.5m，最长为50m 3.1.2.3 空气温湿度传感器空气温湿度传感
21、器 空气温湿度传感器是根据具有感湿特性的电介质介电常数随相对湿度而变化的特质设计而成，用来检测温室内的环境温湿度，一般有效的温度范围在-40100oC,有效的湿度范围在0100%。项目中采用WAH-C10空气温湿度传感器，其特点与性能参数如下：WAH-C10空气温湿度传感器特点：空气温湿度传感器特点：采用不锈钢外壳，具备螺纹接口，体积小巧，适合与小空间内测量使用；前端对流口安装有滤网，可有效阻挡污物，保护传感器；采用美国高精度温湿度传感器芯片，测量精度高，稳定性好。WAH-C10空气温湿度传感器空气温湿度传感器性能参数性能参数为为：温度范围：-40100 温度精度：1 测湿范围：0-100%R
22、H 测湿精度：1%RH 工作电压：7.535VDC 输出信号：02.5V或4-20mA 外形尺寸：1109032mm（16125mm）3.1.2.4 光照光照传感器传感器 光照传感器是用于检测作物生长环境的光照辐射强度，从而决定是否需要采取遮阳或补光操作，调节温室内的光照强度，以满足作物生长对光照的需求。项目中采用WLS-TH100光照传感器，可测定太阳辐射或光照辐射的值，其特点和参数为：WLS-TH100光照传感器特点光照传感器特点 传感器采用硅光原理，可测量全部太阳和天空向下的辐射；传感器接收的信号经过余弦修正，精度更高；在传感器的电缆上加载了一个电阻，使得传感器的微安级电流转换成毫伏级电
23、压信号；WLS-TH100光照传感器性能参数光照传感器性能参数 光谱范围：400-1100nm 稳定性：2%变化/超过1 年 精度：自然光照下的绝对误差最大5%巍图科技 WITU Page 9 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 测定范围：0-2000W 工作湿度范围：0-100%尺寸：2.4 x 2.6 cm；重量：35 g 3.1.2.5 雨量雨量传感器传感器 雨量传感器是测量自然界降雨量，将降雨量转换为数字信息输出，以满足信息传输、处理、记录和现实等的需要。可用于气象站、水
24、文站、农林、国防、野外测报站等有关部门，配合雨量记录仪来测量降水量、降水强度、降水时间等，可为供水调度、灌溉管理提供原始数据。项目中采用的WRS-G2000雨量传感器是根据将雨量转换为可以计量的物理信号的原理设计而成，其基本的特点和性能参数如下：WRS-G2000雨量传感器特点雨量传感器特点 线性度好，传输距离长，抗干扰能力强；漏斗出设计网孔，防止数据等杂物阻塞雨量下流；翻斗部件支撑系统制造精良，摩阻力矩小，因而翻斗部件翻转灵敏，性能稳定，工作可靠；仪器外壳用不锈钢制成，不起锈，外观质量佳；承雨口采用不锈钢皮整体冲拉而成，光洁度高，滞水产生的误差小；底盘内部深有水平调节泡，可以辅助底角将设备调
25、整到最佳水平度。WRS-G2000雨量传感器性能参数雨量传感器性能参数 测量单位：mm水柱；测量范围：小于8mm/min；精 度：4%；分 辨 率：0.1mm；降雨强度：04mm/min；工作电压：7.536V；输出信号：单干簧管通断或霍尔传感器通断；3.1.2.6 蒸发蒸发传感器传感器 蒸发传感器是用来测量液面蒸发量的仪器，经常在气象站与其他传感器相结合，用于农业、林业、气象、水利、科研等有关部门对水分蒸腾量、水面蒸发、水资源评估等科研观测试验。项目中采用的WES-P100蒸发传感器是采用高精度的称重原理测得蒸发皿内液体重量，再计算出液面的高度。其基本的参数如下：WES-P100蒸发蒸发传感
26、器性能参数传感器性能参数 测量单位：mm水柱；巍图科技 WITU Page 10 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 测量范围：050cm；精 度：1%工作电压：12V DC或24V DC；输出电压：020mV DC；输出电流：420mA；材 料：不锈钢外壳。3.1.2.7 风速风向风速风向复合复合传感器传感器 风速风向复合传感器是用来测量风力方向、风力强度的仪器，主要用于气象站、水文站、农林、国防、野外测报站等设置的气象系统中，能为农田系统、灌溉管理提供原始数据。项目中采用WS
27、D-C200风速风向复合传感器，其基本的特点及参数如下：WSD-C200风速风向复合传感器风速风向复合传感器特点特点 采用刚硬的抗腐蚀剂抗老化的热塑性塑料，不锈钢以及电镀铝，使仪器实现简单化和轻重量结构；风速、风向都为标准信号输出，共用一个信号变送器；WSD-C200风速风向复合传感器风速风向复合传感器性能参数性能参数 风速：测量范围：0-30m/s，阵风风速50m/s；测量精度：0.5m/s；启动风速：0.5m/s；输出信号：频率脉冲或420mA电流；工作环境：-4050oC，非凝结环境。风向：测量范围：360o；测量精度：5o；启动风速：0.8m/s,10o位移；输出信号：420mA电流或
28、02.5 V电压；风向标长度：20cm；风向标重量：240g。3.1.3 执行执行机构机构部分部分 3.1.3.1 开窗系统开窗系统 温室开窗系统是指在温室中使用电力或人工，通过开创传动机将温室顶窗或侧窗开启和关闭的系统。巍图科技 WITU Page 11 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 温室开窗系统主要用于温室的自然通风。自然通风是指在当室外存在自然风力时，由于温室的阻挡，气流发生绕流，在温室四周呈现变化的气流压力分布。温室迎风面气流受阻，流速降低、静压升高，而侧面和背风面
29、气流流速增大和产生涡流，静压降低。由于风压的作用，温室迎风面室内空气压力小于室外，侧面和背风面室内空气压力大于室外，外部空气便从迎风面温室墙面的开口进入室内，从侧面或背风面开口流出，从而完成自然通风过程。自然通风对温室的使用和种植是非常有必要的，它可以有效调控室内气温、湿度和C02浓度，达到满足室内栽培植物正常生长需求的需要，而且自然自然通风所需的开窗系统设备投资费用不高，运行管理费用低，遮阳面积小，不妨碍温室内的生产作业。在现代玻璃温室中，立面侧开窗、湿帘外翻窗、屋顶连续开窗均常用依靠电力驱动的齿轮齿条开窗系统。其核心部件为齿轮齿条和减速电机，附属配件随着机构整体的不同而有差异。其原理是：减
30、速电机固定在温室骨架上，输出端与传动轴相连。传动轴通过轴承座，并通过轴承座支撑在温室骨架上，但可转动。齿轮固定在传动轴上，齿条和齿轮咬合。齿条的一端与通风窗边由连接件相连。当减速电机转动时，带动传动轴转动，传动轴带动齿轮转动，齿轮带动齿条移动，从而实现窗户的启闭。齿轮齿条开窗性能稳定，运行可靠，安全、承载能力强、传动效率高、运转精确，只需要控制减速电机即可实现智能控制，因此是我们这个温室只能监控系统组建的首选。利用上位机软件对数据采集控制模块下达指令，通过继电器控制开窗系统减速电机的正反转，从而实现开窗系统的自动化，智能化。3.1.3.2 拉幕系统拉幕系统 温室拉幕系统主要用于连栋温室的外遮阳
31、和内保温系统中，利用具有一定遮光率的材料将多余的光照进行遮挡，或者利用保温材料使温室内部形成局部的封闭空间，起到调节光照、降温或保温作用。随着技术进步，拉幕系统中帘幕的材料也由尼龙、无妨布发展到目前的塑料编织幕和缀铝遮阳保温幕。拉幕系统按照驱动机构的类型可分为齿轮齿条拉幕机构、钢索拉幕机构和链式拉幕机构等，其中在现代温室中最常见的是前两种。由于齿轮齿条拉幕系统受齿轮齿条长度和安装方式的限制，对于行程大于5m或安装条件受限的场合不适合。在该系统中我们采用钢索拉幕系统。钢索拉幕系统组要由减速电机、驱动轴、卷线套筒、驱动钢索、换向轮、幕布驱动边等部件组成。其原理是驱动轴与减速电机、卷线套筒相连，驱动
32、钢索经过拉幕梁两侧的换向轮两端，固定并缠绕在卷线套筒上。当减速电机输出轴转动时，驱动轴带动卷线套筒转动，卷线套筒转动带动钢索行走，幕布驱动力与钢索相连。因而，在减速电机往复转动时，幕布驱动力变可实现往复运动。当遮阳幕一段固定在梁柱出，另一端固定在与钢索相连的驱动边上时，就可实现这样幕的展开、收拢动作。利用上位机软件对数据采集控制模块下达指令，通过继电器控制拉幕系统减速电机的正反转，从而实现外遮阳系统和内保温系统开关的自动化，智能化。巍图科技 WITU Page 12 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 htt
33、p:/ e-mail: 3.1.3.3 风机风机-湿帘湿帘降温降温系统系统 在炎热的夏季，为满足温室内的温度要求，需要采取降温措施。蒸发降温是目前温室中应用最为广泛的降温技术之一。通常使用一些能够对空气进行热湿处理的设备对空气进行降温，温室中应用效果良好的空气热湿处理设备为空气和水直接接触式设备。温室目前广泛应用的降温多采用风机-湿帘降温系统。该系统主要由湿帘降温装置和风机组成，其中湿帘降温装置包括湿帘材料，支撑湿帘材料的湿帘箱体或支撑构件、加湿湿帘的配水和供回水管路、水泵、集水池（水箱）、过滤装置、水位调控装置及电控控制装置等。风机-湿帘降温系统在温室中的常用布置为，湿帘降温装置安装在一侧山
34、墙，风机安装在与其相对的另一山墙上，风机向室外抽风，使室内空气形成负压，湿帘一侧室外空气通过湿帘进入室内。将干热空气加湿降温后送入温室中。利用上位机软件对数据采集控制模块下达指令，通过继电器控制风机、湿帘的电源开关，从而实现降温系统的自动化，智能化。3.1.3.4 温室加温系统温室加温系统 温室加温系统一般由热源、室内散热设备和热媒输送系统组成。目前用于温室的加温方式主要有热水采暖、蒸汽采暖、热风采暖、电热采暖和辐射采暖等。实际应用中应根据温室建设当地的气候特点、温室的采暖负荷、当地燃料的供应情况和投资与管理水平等因素综合考虑选定。考虑到项目的建设区域为辽宁省大连市，本次采用的加温系统为热水采
35、暖系统。热水采暖系统是指以热水为热媒的采暖的系统，一般由提供热源的锅炉、热水输送管道、循环水泵、散热器以及各种控制和调节阀门等组成。该系统由于供热热媒的热惰性较大，温度调节可达到较高的稳定性和均匀性，与热风和蒸汽采暖相比，虽然一次性投资较多，循环动力较大，但热损失较小，运行较为经济。一般冬季室外采暖设计温度在-10oC以下且加温时间超过三个月者或者温室面积较大的温室，通常采用这种系统进行温室加温。利用上位机软件对数据采集控制模块下达指令，通过继电器控制水泵的电源开关，从而实现加温系统的自动化，智能化。3.1.3.5 温室灌溉温室灌溉系统系统 温室灌溉系统的功能主要是将灌溉用水从水源提取，经适当
36、加压、净化、过滤等处理后，有输水管道送入田间灌溉设备，最后由温室田间灌溉设备中的灌水器对作物实施灌溉。一套完整的温室灌溉系统通常包括水源工程、首部枢纽、供水管网、田间灌溉设备、自动控制设备等五部分。根据田间灌溉设备中灌水其的不同，温室灌溉系统主要有管道灌溉系统、滴灌系统、微喷灌系统、渗灌系统等。考虑到实际情况，本项目中主要采用滴灌系统和微喷灌系统。低温季节在温室中采用滴灌，巍图科技 WITU Page 13 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 能避免其他灌溉方法灌水后室内适度过大
37、而使作物染病的弊端，因此滴灌通常是温室灌溉系统中的首选。采用滴灌系统还具有省工、省水、节能、优质、增产、等优点，还可以配合施肥设备精确地对作物进行随水追肥和农药等作业。微喷灌系统喷洒水与空气接触面积达，采用微喷灌能够显著增加温室内湿度、降低温室内温度、调节温室气候，有利于高温干燥季节作物的连续生长。在温室生产中将滴灌系统和微喷灌结合使用，低温季节采用滴灌系统进行灌溉，高温干燥季节结合微喷灌进行降温加湿、调节温室气候，从而获得更好的收成。利用上位机软件对数据采集控制模块下达指令，通过继电器控制灌溉系统的开关，从而实现温室内灌溉系统的自动化，智能化。3.1.3.6 温室温室其他执行其他执行机构机构
38、 除了以上的开窗系统、拉幕系统、降温系统、加温系统、灌溉系统，根据需求我们可给温室配备相补光系统（农用钠灯）、二氧化碳补给系统（二氧化碳生成器）等，这些系统也可通过上位机对数据采集控制模块下达指令的方式，利用电磁阀控制相应系统的开关，从而实现各系统的自动化、智能化。3.2 视频监控系统（具体设备根据实际视频监控系统（具体设备根据实际情况定）情况定）视频监控系统由图像采集、传输、控制、显示、记录等部分组成。此系统对于整个区域温室控制和管理工作起到了积极的作用，控制中心人员可以通过控制键盘控制前端设备，如：摄像机、移动云台。变焦镜头等，对温室中作物的生产情况进行面点结合的监控，以便于作物的健康生产
39、。在控制中心，值守人员能切换各个被监视区域的图像并能利用硬盘录像机进行记录。各温室中的摄像机能够细致地观察到各监控点地情况。值守人员通过操作键盘可以在主监视器上显示任何温室中的摄像机画面，可以控制摄像机移动监控整个区域，也可以固定摄像机，对画面进行推拉，以监控某一个局部，达到最佳的视觉效果。3.3 通讯系统通讯系统（可全用可全用 GPRS 网络网络）本系统通信网络主要包括两个部分，现场观测设备与中央处理系统之间的通信、现场观测设备之间的通信。前者采用目前应用已经比较成熟的GPRS网络实现远程通信，后者采用Zigbee网络，实现无线局域联网。Zigbee网络是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据
40、速率、低成本的双向无线通信技术。在传感器网络、自动控制、环境监控等方面有着广阔的应用前景。Zigbee技术的引入，由于其设备简单，功耗低，安装维护方便，使用免费频段，大大降低了观测系统的运行成本。通过增加传感器节点的密度，使得其空间分布更加合理，而且可以提供实时数据，能够满足中小尺度灾害性天气观测对高时效和高密度资料的要求。Zigbee技术与巍图科技 WITU Page 14 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: GPRS网络相结合，大大提高了数据共享能力，而且Zigbee网络是一
41、种双向传输网络，可以很好的实现观测和预报、服务的互动。3.3.1 GPRS 模块模块 通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS(General Packet
42、 Radio Service)是一种以全球手机系统（GSM）为基础的数据传输技术，可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。如此，使用者既可联机上网，参加视讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络上（VRN）的使用者，甚至可以无需通过拨号上网，而持续与网络连接。GPRSGPRS网络的特点：网络的特点：1、高速数据传输 速度10倍于GSM
43、，更可满足您的理想需求，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件，可谓不一般的巨大进步。2、永远在线 由于建立新的连接几乎无需任何时间(即无需为每次数据的访问建立呼叫连接)，因而您随时都可与网络保持联系，举个例子，若无GPRS的支持，当您正在网上漫游，而此时恰有电话接入，大部分情况下您不得不断线后接通来电，通话完毕后重新拨号上网。这对大多数人来说，的确是件非常令人恼火的事。而有了GPRS，您就能轻而易举地解决这个冲突。3、仅按数据流量计费 即根据您传输的数据量(如：网上下载信息时)来计费，而不是按上网时间计费也就是说，只要不进行数据传输，哪怕您一直“在线”，也无需付费。做个“打电话”的比方
44、，在使用GSM+WAP手机上网时，就好比电话接通便开始计费；而使用GPRS+WAP上网则要合理得多，就像电话接通并不收费，只有对话时才计算费用。总之，它真正体现了少用少付费的原则。本系统中采用MG-601无线传输模块，该模块以快速与RTU、PLC、工控机等设备相连，拆壳之后的裸板更可以方便的嵌入用户设备，通过GPRS无线网络将与MG601相连的用户设备数据传输到Internet中的一台主机上，实现数据远程透明传输，MG601可广泛应用于“物联网”涉及的各个行业。其主要特点有：兼容对mServer的连接；可拆壳使用，拆壳之后的裸板上预留了数据和电源接口(插针座)；巍图科技 WITU Page 1
45、5 of 17 巍图科技 WITU Technology Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 拆壳后板子尺寸小巧，并预留安装孔，方便集成在用户设备里；即插即用：兼容多种数据中心软件，使得已有DTU成熟应用不必更改已有的数据中心软件；支持点到点、点到多点、串口到串口的应用；采用工业级元件，可在恶劣环境下使用，可在2570温度范围内使用。3.3.2 Zigbee 网络概述网络概述 Zigbee网络支持星型、网状和树状三种无线网络结构类型。每个Zigbee网络中有协调器、路由器和终端三种设备。协调器是整个网络的核心设备，负责网络的建立和全
46、部设备的管理，可以允许其他设备加入或离开网络，具有路由、启动路由发现和路由修复的功能，每个ZigBee网络中只能有一个协调器。路由器是网络的中间设备，可以选择已有的网络加入，入网后可以允许其他设备加入或离开网络，具有路由、启动路由发现和路由修复的功能。每个ZigBee网络中可以有多个路由器，应根据网络设计的需要而确定，为了降低成本应尽量减少路由器的数量。终端是网络的末端设备，可以选择已有网络加入，不具备路由功能。网络中允许加入和加入设备之间构成父子关系，如图1中所示，A是B1的父设备，B1是A的子设备，B2为B1的子设备、A的从设备。网络中的每一个节点参照OIS模型可以分为四层，IEEE 80
47、2.15.4标准定义了媒体访问控制层和物理层，ZigBee标准在其基础上定义了一种堆栈协议，包括应用层和网络层。这种协议能够确保无线设备在低成本、低功耗和低数据速率网络中的互操作性。Zigbee网络特点网络特点：1、功耗低：发射功率仅1mW，Zigbee网络采用多种措施降低设备功耗；两节5号电池可工作12年；2、成本低：由于传输速率低，网络协议简单，成本较低，而且ZigBee协议免专利费；3、时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms；4、网络容量大：网络可容纳65,000个设备。5、传输可靠：采用碰撞避免策略（CSMA-CA），同时为需要固定带
48、宽的业务预留专用时隙，避免发送数据时发生冲突；6、安全：采用AES-128加密算法，各个应用可灵活确定其安全属性；7、安装维护方便：网络节点无需人工干预，能够自动感知其他节点的存在并确定连接关系，组成结构化网络。网络中节点发生变化，如增加或删除一个节点，节点位置变化，节点发生故障等，网络能够自动感知，并调整网络，确保网络的正常运行。3.4 上位机系统上位机系统（软件功能的定制可商讨）（软件功能的定制可商讨）温室智能监控系统的软件管理功能主要包括历史数据管理、设备控制管理中心、历史资料分析等功能。1、用户管理模块：巍图科技 WITU Page 16 of 17 巍图科技 WITU Technol
49、ogy Tel:024 85613813 Fax:024-85613850 http:/ e-mail: 本系统可设置具备用户管理模块，通过该模块可设置不同用户的使用权限，根据不同监控点的职权对用户权限进行分级。2、数据实时显示模块 数据实时显示模块主要是将各种传感器实时采集到的环境参数、视频数据、设备运行状态进行显示，以满足人们对温室环境监测的需求。3、设备控制管理中心 该模块是整个系统的核心，通过该模块，用户可以控制整个温室系统中的所有设备，并能查看任何一个温室的实时工作情况，能对温室中的异常情况进行实时远程控制与处理。并可通过手动/自动控制功能键切换温室只能监控系统设备控制的方式。4、历
50、史数据管理模块 用户可通过访问系统服务器，远程检索回放站端的任意历史数据。系统提供了智能化快速检索回放历史数据的功能，可按时问、异常情况等进行检索，大大降低了检索时间和复杂程度，使用户可以迅速地查找到需要的历史资料。5、历史资料分析模块 一个好的温室智能控制系统，不仅在于它能实时、远程监控系统，关键还要能够提供历史数据通过对历史数据的分析，从中找出对温室中农作物生长最为有利各种参数，并通过与农业专家系统的接口提供一个农作物生长最为有效的模型。6、数据备份管理模块 当系统发出磁盘容量空间报警，或者用户有重要的数据需要备份时，可以使用系统的备份功能，将所需的历史数据转储至其他指定的存贮介质。系统支