溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)研究專業(yè)技術(shù)方案

1、:片w托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時(shí)代！溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究方案我國是一農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是國家的重要經(jīng)濟(jì)命脈。提高單位面積的作物的 產(chǎn)量、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品是 現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切要求，而溫室大棚是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、 優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)的一個重要的組成部分。 溫室大棚是一種可以改變植物生長環(huán)境， 根據(jù) 作物生的最佳生長條件，調(diào)節(jié)溫室氣候使之一年四季滿足植物生長需要，不受氣 候和土壤條件的影響，能夠避免外界四變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊?并且能 在有限的土地上周年地生產(chǎn)各種不同的蔬菜、鮮花等反季節(jié)作物的一種溫室設(shè) 施。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)作物生長過程中的產(chǎn)期，促進(jìn)在不同時(shí)期作物的發(fā)育提 高作物品質(zhì)、產(chǎn)量等為目的。溫室

2、棚依照不同的屋架、采光材料又可分為很多 種類，如玻璃溫室、塑料溫室等。溫室結(jié)構(gòu)的建造標(biāo)準(zhǔn)是既能密封保溫，便于通 風(fēng)降溫。但是作物要想現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、僅僅靠溫室保溫是不行的，需要對農(nóng)作物 的生長環(huán)境進(jìn)行多方位多的精確采集和實(shí)時(shí)的控制。 目前國家提出要狠抓農(nóng)業(yè)科 技革命的新型農(nóng)業(yè)道路，實(shí)施數(shù)字化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)溫室大棚是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展改革的一 大措施。數(shù)字化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)溫室大棚技術(shù)是從 生產(chǎn)理念、經(jīng)營主體、農(nóng)業(yè)裝備、 先進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力等方面進(jìn)行農(nóng)業(yè)的改革，應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)調(diào) 控差異，科學(xué)利用資源，采用信息化經(jīng)營管理和組織方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目標(biāo)管理。與普通的溫室大棚相比，數(shù)字化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)溫

3、室大棚不僅能夠種植優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)反 季作物而且將電子、計(jì)算機(jī)、通信和自動控制等信息技術(shù)引入到本領(lǐng)域中， 朝著 精細(xì)農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)的方向發(fā)展。數(shù)字化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)溫室大棚系統(tǒng)， 可以定量獲取 和分析農(nóng)業(yè)環(huán)境的多種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的多點(diǎn)檢測，其檢測目標(biāo)可以是溫度、 濕度、光照、振動、壓力、水/ 土壤/空氣成分等，能對大棚內(nèi)個環(huán)境參數(shù)達(dá)到良 好的檢測，進(jìn)而協(xié)調(diào)控制大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，使大棚內(nèi)的環(huán)境條件能夠適宜作物 的成長。對溫室大棚內(nèi)的內(nèi)的環(huán)境因子進(jìn)行多點(diǎn)多參數(shù)的采集，一般需要在土 壤中鋪設(shè)大量的線纜，使得對作物 的耕作造成了一定的困難，采用無線的方式 進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集可以解決上述問題； 根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)，需對溫室

4、大棚的環(huán)境進(jìn)行良好的控制，有效地控制大棚內(nèi)作物在生長過程中需要的水分、通風(fēng)以及溫度等，高度有效地利用各種資源以求得到最大的產(chǎn)出。大棚內(nèi)高溫高濕的環(huán)境對控制系 統(tǒng)的可靠性控制要求很高，常用的單片機(jī)系統(tǒng)難以滿足要求，而采用可 編程邏輯控制器（PLC作為大棚的主控制器，可大大提高系統(tǒng)的可靠性。本文 所設(shè)計(jì)的基于ZigBee的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)可很好地滿足大棚的控制要求。托普物聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)研發(fā)的主體，致力于溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的研 發(fā)，并制定多種方案，根據(jù)實(shí)際的具體情況，根據(jù)不同的情況，將溫室大棚的系 統(tǒng)研發(fā)力盡做到最好。國外研現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的國外研究現(xiàn)狀在1516世紀(jì)，法

5、國、荷蘭、日本就開始建造簡易溫室大棚。栽培過時(shí)令 蔬菜或小水果。17世紀(jì)開始采用爐和熱氣加熱以玻璃為材料的溫室大棚。19世紀(jì)在法國、英格蘭、荷蘭出現(xiàn)了雙面玻璃材料的溫室大棚，這個時(shí)期的溫室大棚 主 要種植葡萄、黃瓜、草莓等。在19世紀(jì)后期，溫室大棚種植技術(shù)從歐洲傳到美 洲及其世界各地。在1860年美國就建立了世界上第一個溫室大棚試驗(yàn)站，到 20 世紀(jì)初美國已 有1000多個溫室大棚用于各季蔬菜種植。20世紀(jì)50年代，美國、 加拿大的溫室大棚生產(chǎn)達(dá)到咼峰，荷蘭、德國的溫室大棚工業(yè)化生產(chǎn)業(yè)已興起。 溫室調(diào)控技術(shù)至今經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展過程。初期是使用傳感儀表對溫室設(shè)施中 的光照、溫度等參數(shù)進(jìn)行測量，

6、再使用手動或電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如幕簾、通風(fēng)設(shè)備 等）施行簡單控制。歐美等國家在30年代就相繼建立了人工氣候室，這些氣候室 就是在人工的調(diào)解下進(jìn)行的。在溫室大棚中人工對農(nóng)作物的環(huán)境參數(shù)的控制還不 是太準(zhǔn)確，大部分的控制屬于經(jīng)驗(yàn)控制。隨著傳感儀器儀表及執(zhí)行器技術(shù)的進(jìn)步，溫室大棚逐步可以實(shí)現(xiàn)分別對植物 所需的環(huán)境參數(shù)如對溫度、濕度、光照等幾乎所有室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行動控制的智 能監(jiān)控系統(tǒng)。從80年代開始，根據(jù)不同作物、不同生長階段及外界環(huán)境變化對溫室環(huán)境進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)控制的技術(shù)得到了快速的發(fā)展。荷蘭、日本、以色列、美國、韓國、加拿大等國家是設(shè)施農(nóng)業(yè)十分發(fā)達(dá)的國家，大棚以大型溫室棚為主。 這些高水平大型溫室大棚

7、的環(huán)境控制系統(tǒng)能夠根據(jù)傳感器采集室溫、地濕、室內(nèi)濕度、葉濕、二氧化碳濃度、溶液濃度、風(fēng)速、風(fēng)向、土壤含水量等植物生長狀 態(tài)所需的環(huán)境相關(guān)參數(shù)，結(jié)合作物生長環(huán)境所需的適宜條件，有效調(diào)節(jié)有關(guān)設(shè)備 裝置，將室內(nèi)溫、濕、光、水、肥、氣等諸因素綜合協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。隨后在溫室大棚智能控制技術(shù)方面， 借鑒了工業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)成果，技術(shù)水平 不斷提高，除了對溫室大棚進(jìn)行監(jiān)控外，計(jì)算機(jī)優(yōu)化環(huán)境參數(shù)、節(jié)能、節(jié)水及 設(shè)施裝備的可靠性等很多方面都取得了不錯的技術(shù)成果，根據(jù)傳感器的檢測可以 實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)各個執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的自動控制，如濕簾與風(fēng)扇配套的降溫系統(tǒng)、由熱水 鍋爐或熱風(fēng)機(jī)組成的加溫系統(tǒng)、無級調(diào)節(jié)的天窗通風(fēng)系統(tǒng)、二氧化

8、碳自動施肥系 統(tǒng)、定時(shí)噴灌或者滴灌的自動灌溉系統(tǒng)等。大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)方面，如美國開發(fā) 的適宜冬天保溫用的雙層充氣膜、高壓霧化降溫加濕系統(tǒng)以及適宜夏季降溫用的 濕簾降溫系統(tǒng)處于世界領(lǐng)先水平；荷蘭的頂面涂層隔熱、加熱系統(tǒng)、人工補(bǔ)光等 方面有較高的水平；韓國的換氣、灌溉、C02濃控制等方面比較先進(jìn)。溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)研究領(lǐng)域起步較晚。20世紀(jì)50年代末，我國在華北地區(qū)曾經(jīng)建造過大型溫室大棚，手動控制是在溫室大棚技術(shù)發(fā)展初期所采取 的控制手段。溫室大棚的種植者既是溫室大棚內(nèi)的各種環(huán)境的傳感器，又要作為對大棚作物進(jìn)行管理控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 他們成為了溫室大棚環(huán)境控制

9、的核心。 通 過對溫室大棚內(nèi)外的氣候環(huán)境狀況和對作物生長狀況的觀測，憑借長期積累的種植經(jīng)驗(yàn)對大棚內(nèi)的農(nóng)作物需要的環(huán)境狀況進(jìn)行推測及判斷，采用手動方式調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境，使其適宜農(nóng)作物的生長。種植者采用的手動控制方式，這種方式的勞 動生產(chǎn)率較低，不適合對農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行精確采集和控制，而且對種植者的 素質(zhì)要求較高。隨著我國單片機(jī)電子技術(shù)、自動化技術(shù)的進(jìn)步，在80年代中后期，研究出了 基于自動控制的溫室大棚控制技術(shù)。這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長 所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，單片機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測量值與預(yù)先設(shè)定環(huán)境閾值進(jìn)行比較， 以決定對 溫室大棚內(nèi)的的相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱、降溫和通風(fēng)等控制操作。

10、基 于單片機(jī)的自動控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化，勞動生產(chǎn)率得到提高。該系統(tǒng)以89C5偽核心，能自動控制溫室內(nèi)100天的溫濕度，用戶以小時(shí)為單位設(shè)定 溫濕度值。每個下位機(jī)與上位機(jī)之間采用RS-485通信，上位機(jī)為P（機(jī)，程序用VB 開發(fā)，用戶根據(jù)作物長要求，在P（機(jī)上輸入溫濕度試驗(yàn)數(shù)據(jù)?？刂破鲗Ρ仁覂?nèi) 溫度、濕的測量值與設(shè)定值，調(diào)溫室大棚的溫濕度環(huán)境。通過改變溫室大棚不同 農(nóng)作物的成長環(huán)境需要的目標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣候的自動調(diào)節(jié)，但是這種控制方式 對作物生長狀況的改變難以及時(shí)做出反應(yīng)， 難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)律，而且 方便對控制機(jī)構(gòu)加入相應(yīng)的控制算法。隨著智能化控制的發(fā)展，溫室大棚的控制系統(tǒng)向

11、著越來越先進(jìn)、功能越來越 完備的方向發(fā)展。在1994年胡建東、肖建軍等人運(yùn)用模糊控制的原理設(shè)計(jì)了連 棟溫室控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了模糊控 制技術(shù)使溫室大棚環(huán)境達(dá)到最佳的生長 狀態(tài)。在溫室自動控制技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上， 通過總結(jié)、收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識、 技術(shù)和各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)造專家系統(tǒng)， 以建立植物生長的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)， 研 究開發(fā)出的一種適合不同作物生長基于 ZigBee的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究 的溫室專家智能控制系統(tǒng)技術(shù)。在1996年江蘇理工大學(xué)李萍萍等人研制的基于工控機(jī)溫室自動控制系統(tǒng)，它可以利用各類傳感器測量溫室大棚的溫度、濕度、 光照強(qiáng)度等環(huán)境因子，并能對環(huán)境因進(jìn)行控制，以基于作物和

12、境信息的知識的專 家決策系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)利用智能化和信息化的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)。我國的溫室大棚種類的蔬菜種類多，分布地域廣，需要進(jìn)行多點(diǎn)多參數(shù)測量， 測控設(shè)施安裝和維護(hù)工作量大，采用有線通信方式傳輸信號存在諸多不便。目 前，隨著國內(nèi)信息化產(chǎn)業(yè)的展和國家領(lǐng)導(dǎo)人的大力扶持，將物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)加入了十 二五規(guī)劃，根據(jù)規(guī)劃智能農(nóng)業(yè)作為九大流域之一將作為戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)給予 大力推進(jìn)，使我國的農(nóng)業(yè)走向了一個新型的智能化階段中。 因此實(shí)現(xiàn)無線通信和 遠(yuǎn)程監(jiān)控是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求。 在我國的很多地方，都在大力發(fā)展和建設(shè)智能 化業(yè)。在我國南方城市無錫人多地少，人均耕地面積僅為 0.4畝，在耕地有限的 情況下，發(fā)展高

13、效農(nóng)業(yè)是無錫的選擇。而無錫又是我國網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)信的發(fā)源地， 無錫 政府重點(diǎn)啟動實(shí)施4萬畝具有現(xiàn)代化設(shè)施的市屬蔬菜大棚基地建設(shè)。比如在錫山區(qū)鵝湖鎮(zhèn)今年就依托江省現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備創(chuàng)新中心，實(shí)施了“水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)智能控制管理系統(tǒng)”農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)用項(xiàng)目。該物聯(lián)網(wǎng)能控制管理系統(tǒng)具有 水質(zhì)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、短信通知等功能；在惠山區(qū)益家康 無公害蔬菜基地，利用來自洋馬農(nóng)機(jī)的蔬菜移栽機(jī)和配套起壟覆膜設(shè)備，進(jìn)行黃瓜苗移栽應(yīng)用試驗(yàn)，效果良好，實(shí)現(xiàn)來高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)。在溫室大棚種植基地里，除了能種植農(nóng)作物以外，種植稀有珍貴的經(jīng)濟(jì)型作 物也是發(fā)展高效、經(jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)的一大需求。在福建省閩侯縣白沙鎮(zhèn)上寨村鼎天連坪

14、洋農(nóng)場上建有一個現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)科技示范種植鐵皮石斛的基地，鐵皮石斛是現(xiàn)在石斛屬植物中經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的種類，藥用及保健效果極好，生產(chǎn)的產(chǎn)品有“鐵 皮楓斗”，國際市場價(jià)格為每公斤1300-3600美元。農(nóng)場各項(xiàng)數(shù)據(jù)用手機(jī)就能看 到，從而實(shí)現(xiàn)工作人員對基地的遠(yuǎn)程無線遙控。 鼎天連坪洋農(nóng)場占地 約230畝, 一期投資550萬元，部署了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技設(shè)備，將建成 78個標(biāo)準(zhǔn)種植大棚及部分 機(jī)械化耕種設(shè)備。在大棚里架設(shè)有一個農(nóng)業(yè)多功能采集儀器，在這個儀器最頂 端的太陽能設(shè)備是維持整個儀器的動力。 而從儀器中間引出的一些分支儀器，插 入培土或懸掛著，可實(shí)時(shí)監(jiān)測大棚內(nèi)溫度、濕度、光照條件、二氧化碳量、PHS等生長

15、條件數(shù)據(jù)，最終通過儀器上的發(fā)射設(shè)備傳輸至在北 京的終端服務(wù)器平臺上，實(shí)時(shí)地對鐵皮石斛進(jìn)行監(jiān)控。只要計(jì)算機(jī)、手機(jī)、iPad等接入該物聯(lián)網(wǎng)平臺，均可接收到該監(jiān)測點(diǎn)傳輸來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)基地的 遠(yuǎn)程遙控。目前，國外現(xiàn)代化溫室棚的內(nèi)部設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)代對溫室大棚的控制己經(jīng)不是獨(dú)立的、簡單的、靜態(tài)的數(shù)字控制， 而是基于環(huán)境模型上的智能控制，以及基于專家系統(tǒng)上的智能制，現(xiàn)在很多國家 在實(shí)現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正朝著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。如日本、韓國開發(fā)了瓜類、茄果類蔬菜嫁接機(jī)器人。日本開發(fā)了自動耕耘、育苗移栽、自動施 肥移動機(jī)器人，可完成多項(xiàng)功能的多功能機(jī)器，能在溫

16、室大棚內(nèi)完6成各 項(xiàng)作業(yè)的無人行走車，用于組織培養(yǎng)作用的機(jī)器人，柑橘、葡萄收獲機(jī)器人等?；赯igBee技術(shù)的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案的提出托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時(shí)代!某蔬菜基地共有8個蔬菜大棚，在設(shè)計(jì)中每個大棚無線數(shù)據(jù)監(jiān)測面積大約為 400m2寬5m,長80m溫室大棚的監(jiān)測目標(biāo)具有分散性、多樣性、及環(huán)境偏僻甚 至惡劣等特點(diǎn)。檢測目標(biāo)主要是溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO濃度這些環(huán)境參數(shù)，這些是農(nóng)作物 進(jìn)行適宜生長的關(guān)鍵因素，對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測以后 ，要對 相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，參數(shù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以通過地?zé)岚l(fā)生器、濕簾濕簾泵、 噴灌、補(bǔ)光等實(shí)現(xiàn)。溫室大棚整體結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。風(fēng)

17、機(jī)圖1.1溫室大棚整體結(jié)構(gòu)圖r4T豔柜基于ZigBee的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究（1）IE EE 802.11X 無線局域網(wǎng)（WLAN標(biāo)準(zhǔn)適用的是2.4G H z的IS M 頻段，WLAN勺應(yīng)用平臺是筆記本電腦和掌上電腦組成的無 線 以太網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)的無 線延伸。IEEE802.11在1997年提出無線高保真（Wi- Fi）無線通信協(xié) 議，其目是提供 WLAN接入。Wi- Fi采用IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸速率 11Mbit/s。但目前，IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性為用戶選擇標(biāo)準(zhǔn)化無線平臺增加 了困難，雖然具有 優(yōu)越的帶寬，可是功耗損耗較大，因此大多數(shù)的Wi - F i裝置都

18、需要常規(guī)充電。這些特點(diǎn)限制了它在工業(yè)場合的應(yīng)用；（2 ）紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會（Infrared Data As socia tio n , IrDA）是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信的技術(shù)。它具有功耗低、體積小、成本低廉的特點(diǎn)。但是I讓DA智能在兩臺設(shè)之間連接，只支持視距的直線傳播；(3)ZigBee技術(shù)就是一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、與低傳輸速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域。 這種技術(shù)主要有以下 五個方面的特點(diǎn)：低功耗。發(fā)射功率近 1mW采用休眠的低耗電待機(jī)模式下，采 用2節(jié)5號干電池可 支持一個子設(shè)備工作半年到兩年甚 至更長時(shí)間，這是Zi g Bee的突出優(yōu)勢低成本

19、。ZigB ee模塊成本只有幾美元；再通過大幅簡化協(xié) 議，降低了對通信控制器的要求，而且 ZigBee免協(xié)議專利費(fèi)。低近距離。傳輸 范圍一般在幾十米到幾百米，如果通過增大發(fā)射功率、路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力， 傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。短時(shí)延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠模式轉(zhuǎn)入 工作狀態(tài)只需15ms,節(jié)點(diǎn)連接加入網(wǎng)絡(luò)只需30ms高容量。Zi gBee可采用星狀、 樹狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點(diǎn)可以管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個主節(jié)點(diǎn)可管理 254個子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由路由節(jié)點(diǎn)管理，可以組成65000個節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。 如表格1.1所示，可以更加直觀的表述和比較這三種短距離無線通信技術(shù)的性表1.1三種

20、短距離無線通信技術(shù)的比較規(guī)范丨一作頻段傳輸速率(Mbps)傳輸 距離(m)最大 功耗傳輸方式連接 設(shè)備數(shù)ZigBee868/915MHZ2.4GHz0 02J0.040.25幾1 -數(shù)百1-3 mW點(diǎn)到多點(diǎn)瀘小4IrDA820111111.521, 4數(shù)m數(shù)mW點(diǎn)到點(diǎn)2通過對上述三種短距離無線通信技術(shù)對比，顯然 ZigBee從功耗、傳輸距離、 容量方面具有優(yōu)勢，也完全符合對溫室大棚的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和控制。大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)采集以后，不同的作物在不同的生長時(shí)期不同季節(jié)對溫 度、灌溉和補(bǔ)光量都有嚴(yán)格的要求，溫室大棚的環(huán)境變化對農(nóng)作物的生長和產(chǎn)量 都有很影響，而且一般作物的成長環(huán)境都是在

21、高溫高濕下， 這就對控制系統(tǒng)的抗 干擾性提出了更高的要求。因此選擇合適的控制器對大棚內(nèi)的相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn) 行控制也是系統(tǒng)需要解決的主要問題。iK：:片w托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時(shí)代！目前，市場上主要的控制器有單片機(jī)和 PLC（可編程邏輯控制器）兩種。單 片機(jī)適用于微小型設(shè)備，具控制方便和靈活性大、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但自身的抗干擾性差；可編程邏輯控制器PLC勾成靈活，擴(kuò)展容易，使用方便，編程簡單， 抗干擾能力強(qiáng)，易于與上位機(jī)接口，并能構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)?？紤]到溫室大棚環(huán) 境中農(nóng)作物的生長環(huán)境具有高溫高濕并且要進(jìn)行多參數(shù)控制的特點(diǎn)，選用PLC乍為系統(tǒng)的控制器，非常適合高效溫室的控制。有效地提高了系統(tǒng)的

22、可靠性。另外 對于多個大棚的控制，可進(jìn)行組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)。綜上分析，本課題設(shè)計(jì)的溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)采用 ZigBee的無線通信技術(shù) 避免了繁瑣的布線的問題；采用可編程邏輯控制器（PLC作為大棚的主控制器， 提高了系統(tǒng)的可靠性?；赯igBee的無線數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，對溫室內(nèi)溫度、濕度、 CO濃度以及光照強(qiáng)度的環(huán)境參的數(shù)據(jù)采集，通過構(gòu)建的 ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) 采集數(shù)據(jù)的無線傳輸；用PLC乍為系統(tǒng)的主控機(jī)構(gòu)，將主節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過一 定的通信格式傳輸給PLC以后，PLCS據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的環(huán)境閾值對相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn) 行控制，啟動增溫降溫、加濕除濕、遮陽補(bǔ)光等調(diào)控設(shè)備，從而使溫室環(huán)境符合 作物

23、的生長規(guī)律；為了實(shí)現(xiàn)對多個大棚的分布式控制，組建了基于RS-485總線的PLC分布式控制系統(tǒng)；采用易控工業(yè)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上位監(jiān)控設(shè)計(jì)，對整個PLC網(wǎng)絡(luò)控制統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；利用易控工業(yè)組態(tài)軟件的 We發(fā)表功能，實(shí)現(xiàn)了溫室大棚 組的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使得管理人員不深入現(xiàn)場同樣可以獲得溫室大棚的環(huán)境參數(shù)信 息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。基于ZigBee溫室大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)中以一個溫室大棚中的智能監(jiān)控系每一個大棚需要采集4組數(shù)據(jù)，每一組數(shù)據(jù)包括大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度和CO2濃度。溫室大棚的數(shù)據(jù)采集是通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的， 數(shù)據(jù)采集模塊共有4 組，每一組有4種不同的傳感器，分別采集大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度和 CO2 濃度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊由單片機(jī)分時(shí)對各個測控點(diǎn)進(jìn)行巡回檢測首先將溫度傳 感器、光照強(qiáng)度傳感器和CO濃度的傳感器三種模擬感器通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù) 字信號，再送單片機(jī)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，濕度傳感器是數(shù)字傳感器，因此可直接片w托普物聯(lián)網(wǎng)開創(chuàng)智慧農(nóng)業(yè)新時(shí)代！傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，主控芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后打包送至無線網(wǎng)絡(luò)中的子點(diǎn) 其數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。圖1.2數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)將大棚內(nèi)的4種環(huán)境參數(shù)信息傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)每 隔一定的時(shí)間輪流向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。主節(jié)點(diǎn)組建了基于ZigBee