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基于Zigbee技术的温室大棚智能监控系统

来源:发布日期2016-08-17 09:40浏览:

温室大棚监控监测系统 
一、方案概述
  我国是一个农业大国,提高单位面积的作物的产量、生产优质农产品是现阶段农业发展的迫切要求。温室大棚是一种可以改变植物生长环境,根据作物的生长的最佳生长条件,调节温室气候,能够避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所,是实现高产、优质农业的一个重要的组成部分。温室结构的建造标准是既能密封保温,又便于通风降温。但是作物要实现高产、优质、仅仅靠温室保温是不行的,需要对农作物的生长环境进行多方位多点的精确采集和实时的控制。
  与普通的温室大棚相比,数字化精准农业温室大棚不仅能够种植优质高产反季节作物,而且将电子、计算机、通信和自动化控制等技术引入到本领域中。数字化精准农业温室大棚系统,可以定量获取和分析农业环境的多种参数,实现对环境的多点检测,其检测目标可以是温度、湿度、光照、振动、压力、水/土壤空气成分等,通过zigbee无线通信把温室大棚的各种参数汇总到服务器,服务器再通过执行结构去调节大棚的温度、湿度等参数。从而能对大棚内各个环境参数达到良好的检测,协调控制大棚的环境参数,使大棚内的环境条件能够适宜作物的成长,并能通过Web远程检测和控制温室大棚的环境参数。
  二、温室大棚监控系统现状
  1. 手动控制
  与普通的温室大棚相比,数字化精准农业温室大棚不仅能够种植优质高产反季节作物,而且将电子、计算机、通信和自动化控制等技术引入到本领域中。数字化精准农 业温室大棚系统,可以定量获取和分析农业环境的多种参数,实现对环境的多点检测,其检测目标可以是温度、湿度、光照、振动、压力、水/土壤空气成分等,通 过zigbee无线通信把温室大棚的各种参数汇总到服务器,服务器再通过执行结构去调节大棚的温度、湿度等参数。从而能对大棚内各个环境参数达到良好的检测,协调控制大棚的环境参数,使大棚内的环境条件能够适宜作物的成长,并能通过Web远程检测和控制温室大棚的环境参数。
  2. 控制不灵活
  随着我国的单片电子技术、自动化技术的进步,在80年代中后期,研究出了基于自动控制的温室大棚控制技术。这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数,单片机跟进传感器的实际测量值与预先设定的环境阈值进行比较,以决定对温室大棚内的相应执行机构进行加热、降温和通风等控制操作。基于单片机的自动控制的温室控制技术实现了生产自动化,劳动生产率得到提高。
  这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时作出反应,难以介入作物生长的内在规律,而且不方便对控制机构加入相应的控制算法。
  3. 布线麻烦
  对温室大棚内的环境因子进行多点参数的采集,一般需要在土壤中铺设大量的线缆,使得对作物的耕作造成了一定的困难;在遭遇雷击这样的自然条件下,故障率高,容易出现故障隐患,当环境内线出现问题时,维修人员难以展开工作排查故障,不能满足温室大棚智能监控的安全运行。
  三、系统实现方案
  随着智能控制的发展,温室大棚的控制系统向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。新的大棚智能控制系统采用zigbee进行组网,把温湿度等环境参数自动采集汇总到服务器。新的控制系统并运用模糊控制技术使温室大棚环境达到最佳的生长状态。在温室自动控制技术和生产实际的基础上,通过总结、收集农业领域知识、技术和各种实验数据构造专家系统,以建立植物生长的数学模型为理论依据,研究开发出的一种适合不同农作物生长的温室专家智能控制系统技术。它可以利用各类传感器测量温室大棚的温度、湿度、光照强度等环境因子,并能对环境因子进行控制,以基于作物和环境信息的知识的专家决策系统为依托,实现利用智能化和信息化的温室大棚智能监控系统。
  以一个温室大棚中的智能监控系统为例。每一个大棚需要采集4组数据,每一组数据包括大棚内的温度、湿度、光照度和CO2浓度。温度大棚的数据采集是通过大棚内的温度、湿度、光强度和CO2浓度数据。数据采集模块有单片机分时对各个监控点进行巡回检测。主控芯片对数据进行滤波处理后打包送至无线网络的子节点。其数据采集结构如图所示:
  单片机将大棚内的4种环境参数信息传输到无线网络中的子节点,子节点每隔一定的时间轮流向主节点发送信息。主节点组建了基于zigbee技术的星型网络拓扑结构,主节点在星型网络中充当协调器的角色,协调器主要实现对整个网络的管理以及接受子节点转发的数据等功能;各子节点具有数据采集和转发的功能,可以将大棚内温湿度数据,空气中光照含量,CO2浓度这些农作物生长的环境信息采集过来,该设备节点安装在温室大棚内。
  主节点收到数据之后将各节点的数据给智能监控系统的控制中心,负责对大棚内的各个执行机构进行控制,从而启动控制增温降温、加温除湿、遮阳补光等调控设备,按不同环境要求调控与协调温室大棚的环境适应不同的作物的成长需求。
  为了更方便清晰的掌握温室大棚作物的环境参数情况,选用工业组态软件作为上位机组态开发平台,通过数据流连接和设置,可以实现上位界面和无线收发模块的实时通信,另外可以通过远程监控界面在IE浏览器上直接查看温室大棚作物的生长情况。
  四、系统优势
  1. 安装简单
  通过zigbee无线进行环境参数的采集,可以大大减低有线组网布线的麻烦,不需要在土壤中铺设大量的线缆,不影响作物的耕作。安装简易,并且可以灵活移动zigbee采集节点的位置。
  2. 远程监控
  通过互联网,在家里就可以远程检测和控制温室大棚的生长环境,而不用亲临现场进行手动控制。而且可以把作物的生长环境情况存储于云端,可以用于农作物的生长分析,得到农作物的最佳生长环境。
  3. 高度拓展性
  如果现有的环境因子采集节点不够,可以随时增加,很快加入到zigbee采集网络中,即装即用,而不用布线等复杂的安装流程。
  4. 维护方便
  当大棚内的硬件系统出现问题时,维修人员可以快速展开工作排查故障,定位故障节点,快速解决问题,保证系统的安全运行。

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