本課題來源于太原市科技支撐新農(nóng)村建設(shè)項(xiàng)目“設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚自適應(yīng)控制系統(tǒng)與示范”(項(xiàng)目編號(hào):120157),是針對(duì)當(dāng)前我國溫室大棚環(huán)境調(diào)控水平落后、運(yùn)行管理依賴經(jīng)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)化程度低等問題提出的,這些問題嚴(yán)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(shè)計(jì)和開發(fā)了一種溫室大棚智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)溫室大棚主要環(huán)境參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制,以及溫室大棚的科學(xué)管理,達(dá)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(biāo),對(duì)于提升我國溫室大棚生產(chǎn)力,提高溫室大棚現(xiàn)代化水平具有重要意義。

主要研究?jī)?nèi)容如下:通過深入分析溫室大棚環(huán)境參數(shù)特點(diǎn)和控制要求,在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架內(nèi)制定了溫室大棚的總體控制方案,分為感知層、傳輸層和應(yīng)用層,整個(gè)系統(tǒng)由單套集控系統(tǒng)、多套現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)以及通訊網(wǎng)絡(luò)組成,集控系統(tǒng)對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和控制,現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)可脫離網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)運(yùn)行,滿足不同規(guī)模水平溫室大棚的控制需求。現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)作為環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)和智能化控制終端,處于物聯(lián)網(wǎng)感知層,依據(jù)溫室大棚現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境情況,設(shè)計(jì)了以PLC為核心的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。通過傳感器檢測(cè)空氣溫濕度、光照強(qiáng)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(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作;采用觸摸屏實(shí)現(xiàn)溫室大棚現(xiàn)場(chǎng)的人機(jī)交互;借助短信報(bào)警控制器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)處于物聯(lián)網(wǎng)傳輸層,依據(jù)傳輸層的設(shè)計(jì)要求,構(gòu)建了溫室現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)和遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)相結(jié)合的數(shù)據(jù)傳輸體系。

現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)采用基于以太網(wǎng)的有線傳輸方式;遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)采用互聯(lián)網(wǎng)與GSM移動(dòng)通信相結(jié)合的傳輸技術(shù),實(shí)現(xiàn)感知層數(shù)據(jù)的可靠傳輸和廣泛互聯(lián)。集控系統(tǒng)處于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層,主要實(shí)現(xiàn)感知層數(shù)據(jù)的各類處理過程,包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、智能控制和人機(jī)交互?；贚ab VIEW軟件開發(fā)了溫室大棚集中監(jiān)控管理平臺(tái),通過OPC服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;以SQL Server軟件為開發(fā)平臺(tái)建立了溫室大棚數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的科學(xué)管理;提出了一種綜合軟件補(bǔ)償、分布圖法和取平均值法的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法,消除數(shù)據(jù)誤差的影響;提出了一種溫濕度變結(jié)構(gòu)模糊控制方法,改善控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能,通過LabVIEW環(huán)境下的PID和模糊控制工具包實(shí)現(xiàn)了模糊控制器的設(shè)計(jì);開發(fā)了集中監(jiān)控管理平臺(tái)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制輸出、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)管理過程的人機(jī)交互界面,提高管理效率。設(shè)計(jì)并搭建了溫室試驗(yàn)平臺(tái),在試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了控制系統(tǒng)的調(diào)試與試驗(yàn)。調(diào)試與試驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)合理,通訊網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定,集中監(jiān)控管理平臺(tái)各項(xiàng)功能正常,提出的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法和智能控制方法效果良好,將環(huán)境參數(shù)穩(wěn)定在合理水平,滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚的現(xiàn)代化管理需求。