智慧云谷智能家居：IOTACS农业大棚温室智能化自动控制系统方案

通过智慧云谷IOTACS农业大棚温室智能化自动控制系统的建设， 能极大地提高农业大棚的管理水平， 并通过大棚内温湿度传感器，已获得足够的作物生长的气候控制设定值，本文针对温室作物生长的问题，通过现场采集大棚内温湿度传感器、光照度传感器、土壤温湿度传感器等控制大棚卷帘机、排气扇、水泵、通风口等设备对大棚进行远程智能化管理，根据白天和夜间温度参考轨迹，采用模糊算法远程监测与自动控制大棚内温控设备运行，节约人力物力，科学有效管理，充分利用光照及水分利用效率，提高果实品质，达到利润最大化，为用户创造最大的经济效益。

IOTACS物联网远程自动化控制系统主机控制箱

一、IOTACS系统架构组成

（1）系统网络组成

根据工艺运行的需求，我们做如下的网络系统设计：IOTACS主机通过2路RS485接口、16路12位A/D采集接口、12路开关量输出接口采集与控制大棚内电机、传感器、继电器等设备。主机自带七寸触摸屏可现场手动触摸控制。每一个大棚配一台主机为一个网络节点。最终通过IOTACS主机GPRS模块将各个大棚采集的数据都汇集到监控中心。

整个系统可承载的数据分成如下的几个部分：

1：大棚内电机控制数据

2：大棚内传感器采集数据

3：工业标准的MODBUS总线通讯

4：监控中心远程控制系统软件平台

（2）组网特点

自动化控制系统是开放的控制系统，除了具有良好的网络通讯能力外，还具有与其它控制系统通讯功能和标准的对外通讯接口，以后可以任意扩展控制系统。

整个系统采用多级网络结构，即大棚现场主机触摸屏控制平台与远程监测控制平台两种，首先通过主机现场采集大棚内各种传感器数值，可实时在主机上显示。同时数据通过主机内置GPRS模块可将数据上传到远程监测控制平台，用户也可在远程实时查看操控。将过程实时数据、运行操作监视数据信息同非实时信息及共享资源信息分开，分别使用不同的网络。有效地提高了通讯的效率，降低了通讯负荷。

以现场控制为最优原则，其次是监控中心远程控制

IOTACS物联网采集通讯架构图

二、IOTACS物联网农业大棚温室智能化自动控制系统

（1）控制系统概述

随着社会经济的发展，设施农业作为农业可持续发展的一个重要途径，已经越来越受到世界各国的重视，而设施农业中问世工程的建设与发展是都市型发展的重要组成部分，是设施农业发展的高级阶段。希望通过改变植物生长的自然环境、.创造适合植物最佳的生长条件，避免外界恶劣的气候，达到调节产期，促进生长发育、防治病虫害等目的。

远程大棚监控系统是一种用于家庭、仓库（厂房、花棚和塑料薄膜大棚）内环境温湿度监控及控制的全自动远程智能调节系统。它通过控制换气扇、排风口、卷帘机等对温度进行自动调节，同时通过控制加湿机及除湿机的工作自动调节环境的相对湿度，使环境的温度和湿度达到适宜的范围。

（2）大棚环境特点与调控

大棚因有塑料薄膜覆盖，形成了相对封闭与露地不同的特殊小气候。进行蔬菜大棚栽培，必须掌握大棚内环境的特点，并采取相应的调控措施，满足蔬菜生长发育的条件，从而获得优质高产。

大棚内环境条件：

1、棚内光照

2、棚内空气温度：

3、棚内空气湿度

4、棚内二氧化碳含量

5、土壤的温度

6、土壤的湿度

（3）现代化大棚远程控制流程

本方案使用智慧云谷IOTACS物联网远程控制系统、高性能温度湿度以及二氧化碳传感器、照度变送器等硬件组成，通过目前的GPRS网络建造一个现代化农业用温室大棚环境监控系统。本系统可自动监测调节农作物环境的温湿度、光照、二氧化碳浓度、通风、卷帘升降、滴灌控制等参数，通过智慧云谷大数据云计算软件输出帮助种植者作全面细致的数据分析，将数据通过网络和相关的通讯协议传递给上位数据存储和显示区域，实现远程的数据采集。并采取可靠的光纤通讯网络实现远程的设备的操作和相关数据的报警提示等。以及根据目前国家提倡的环保节能的标准对每个大棚都有相关的能源的计量装置，方便了客户对自己所用资源的调配和对运行参数的维护。

（4）控制系统的原理

温室环境包括非常广泛的内容，但通常所说的温室环境主要指空气与土壤的温湿度、光照、二氧化碳浓度等。计算机通过各种传感器接收各类环境因素信息，通过逻辑运算和判断控制相应温室设备运作以调节温室环境。主机可搭配继电器远程控制或现场控制大棚内各种电机的启停。输出和打印设备可帮助种植者作全面细致的数据分析，保存历史数据。

（5）控制系统功能

1.风机控制系统

2.卷帘控制系统

3.滴灌控制系统

4.室内温度湿度控制系统

5.室内灯光控制系统

三、IOTACS物联网农业大棚远程监控中心控制系统

（1）系统的原理特点

温室测控自动化注重于节省劳动力，提高温室生产的效率和技术水平，实现温度、湿度的测量记录和卷帘、滴灌等设备的自动化控制，实现农机和农艺的有机结合。从而大幅度提高温室生产的技术水平，协助推进设施农业向精品、高端、高效方向发展。

（2）系统的功能

数据服务器负责数据的实时采集和存储。通讯服务器负责数据的运算和报表等逻辑的输出，操作员站进行控制回路的建立、修改局部控制器中的内部策略的参数 ， 设置数据采集参数和报表供操作员对生产过程的控制回路、测量参数进行监测并实现自动记录、报表打印和报警打印;通过以太网通信完成与现场控制层的局部控制器进行通信。

（3）远程监测控制平台

我们将根据要求使用智慧云谷工控软件作为开发平台，该平台开发系统可在手机、平板、电脑等移动用户端设备登录，用户可随时随地登录产看管理，并可设置超级管理员、普通管理员等多个权限账号，每个权限的用户功能不一样，该系统可以创建文字版、图片版、历史记录、数据汇总等，同时运用模糊算法可以配置各种系统参数，例如设置温度超标会自动弹出报警窗口提示，并自动运行相应的设备。开发人员可以在开发环境中完成监控界面的设计、动画连接的定义、数据库的配置等。系统可以根据现场工况生成各种复杂生动的实时数据显示画面，可以逼真的反映现场数据。

登录界面

四、配套产品详细参数

1、大棚内壁挂式温湿度传感器

【温湿度传感器简介】

智慧云谷采用数字温湿度传感器，标准RS-232或485通信接口。本品采用递推平均数字软件滤波与硬件电路滤波相结合的滤波方法，使外界对采样的干扰尽可能降到最低，全量程精度高、稳定性能强、一致性好、响应速度快。J通过标准RS-232或485串行接口可与计算机组成多点温湿度测量系统。

【湿度传感器适用场合】

工业现场测量、办公室、超市、档案室、生产车间、仓库、机房、工地等测量的场合。

变送器输出，标准RS-232或485通信接口，可以直接配接计算机。

【温湿度传感器技术参数】

【传感器类型】 进口数字温湿度敏感元件

【工作电源】 带变送输出功能时供电电源：24VAC或24VDC

其他功能供电电源可为：24VAC/24VDC/12VAC/12VDC

【变送输出】范围】1、-40～80℃ 2、-20～60℃ 3、0～50℃（具有变送输出功能时需注明温度范围，出厂默认为-40～80℃）

【湿度变送器】 范围：0-100%RH

【变送器准确度】 温度： ≤±0.5℃@25℃

【湿度精度】 ±3%RH @20%～80%RH，25℃

【传感器通讯】输出 RS485口 RS232口

【传感器通讯地址】 0-255

【变送器通讯协议】 标准MODBUS协议

【变送器结构形式】 变送、探头一体式、白色ABS工程塑料

【传感器工作电流】 ≤100mA

【传感器外形尺寸】 120X80X42mm

【变送器安装方式】 壁挂式

【传感器工作环境】 –40℃～80℃，无结露

2、大棚内光照传感器

【照度变送器产品简介】

智慧云谷照度变送器采用具有较高灵敏度的感光探测器，配合高精度线性放大电路，经过严密检测、生产的具有多种测量范围和信号输出类型的实用型产品。变送器外壳采用壁挂安装设计，结构精致、外形美观，是一款应用范围广泛、性价比极高的光照度测量产品。

【照度变送器应用场合】

农业大棚、工业现场测量、办公室、超市、档案室、生产车间、仓库、机房、工地等测量的场合。标准模拟电压或电流变送器输出，标准RS-232或485通信接口，可以直接配接计算机。

【照度变送器技术参数】

【产品名称】 照度变送器

【工作电压】 12VDC 或24VDC

【测量范围】 0-100000Lux 或指定

【厕灵精度】 ±3%

【输出信号】 0-5V 0-10V 1-5V 三线制 4-20mA

【通讯输出】 RS232或485

【安装方式】 壁挂式

【显示方式】 LCD液晶屏

【工作环境】 0-50度 0-80%RH

接线颜色说明：

对于通讯接口输出功能的产品：

红线：电源+; 绿线：电源-/RS232通讯时SGND

蓝线：RS485B-/RS232RXD 黄线：RS485A+/RS232TXD

对于模拟信号输出功能的产品：

红线：电源+; 绿线：电源-/模拟信号公共-

黄线：模拟信号输出+

对于模拟信号输出和通讯接口同时具有的产品：

红线：电源+; 黑线：电源-/RS232通讯时SGND

蓝线：RS485A+/RS232TXD 黄线：模拟信号输出+

绿线：RS485B-/RS232RXD

3、土壤温度传感器

【防水型温度变送器产品简介】

温度变送器采用高精度线性放大电路，并选用高精度的元器件，使产品具有灵敏度高，稳定性好，准确度高和使用寿命长等优点。

应用场合：

温度变送器广泛应用在工业温度测量、暖通空调、档案室、生产车间、仓库、机房、通风管道、楼宇自控、工地等测量场所。直流电压或电流输出，可以直接配接二次仪表。温度变送器采用防水变送外壳，可以工作在露天或湿度较大的场所，对于极低温度如-40℃，采用军工级元件，确保长期稳定地工作。

【防水型温度变送器技术参数】

传感器类型 温度

传感器类型 进口温度敏感元件

工作电源、输出信号

1、24VDC/AC 2、12VDC/AC （0～5V输出）

2、24VDC/AC （0～10V输出）

3、24VADC （4～20）mA输出

4、24VDC/AC 2、12VDC/AC RS232或RS485

数字信号输出通讯协议采用标准modbus-rtu协议

准确度 ≤±0.5℃@0-50℃

通讯输出 RS232口 RS485口

结构形式 变送、探头一体式、白色ABS工程塑料

工作电流 ≤30mA

外形尺寸 84x59x33mm

安装方式 壁挂式

工作环境 –20℃-80℃

4、土壤湿度变送器

【土壤水分传感器产品简介】土壤水分传感器是根据射频电容原理来测量土壤水份体积百分比的一种新型传感器。它具有测量体积小巧、携带方便、响应速度快、精度高，工作稳定、可靠等特点。土壤水分传感器密封性好，并配有不锈钢探针，适合于各种土质，不受土壤中化肥和金属离子的影响，可直插埋入土壤中，是一款测量土壤水分含量既经经济又实用的产品。

【土壤水分传感器特点】土壤水分传感器可广泛应用于农业、气象、环境、林业、水利、科研等需要测量土壤水分的领域。

【土壤水分传感器技术参数】

测量参数 土壤水分体积百分含量（W%）

测理原理 射频电容原理

工作电压 5VDC 12-24VDC

输出信号 0-2VDC 三线制4-20mA

测量范围 0-100%

测量精度 ±3%（0-50%）

工作电流 21～26mA，典型值21mA

工作环境 -40～60℃， 20～90%RH

探针规格 直径为3mm，长度为50mm

密封材料 环氧树脂

信号线长度 标配1米

5、二氧化碳变送器

【二氧化碳变送器产品简介】

用于检测和控制环境空气中CO2浓度。

【二氧化碳变送器产品特点】

●高性能NDIR数字式传感器及电路，精确测量和温度补偿

● 良好的长期稳定性和可靠性，响应速度快

● 传感器大于15年寿命，免维护

● 轻巧外壳，美观大方，方便安装

● 多种输出方式可选，可选继电器输出实现报警或控制功能

【二氧化碳变送器适用场合】

适用于住宅、商场、宾馆以及仓库等室内环境的二氧化碳监测。

【二氧化碳变送器技术参数】

传感器 NDIR传感器，带ABC自校验功能

测量原理 主动气体扩散

精 度 1、 75ppm或10%读数，取大值 2、 30ppm+5%读数

响应时间 <10s（30cc/min，慢流速空气）

漂 移 <±10ppm/年

量 程 0~2000ppm，或其它（0~5000ppm）

输 出 4~20mA，0~10V，RS485/Modbus

继电器 2×SPST，1A/30VDC，0.5A/125VAC

负 载 ≤600Ω（电流），≥2KΩ（电压）

电 源 18~30VAC/DC

显 示 大屏幕LCD数字显示（可选）

显示精度 1ppm

工作环境 0~50℃，0~95%RH（无结露）

储运温度 -20~80℃

外壳材料 防火ABS

五、系统拓扑图