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温室的发展是农业现代化水平的重要标志,温室农业相对于传统农业的优越性能否真正得到发挥,关键在于温室中自动控制设备的应用水平如何。然而,目前在国内,由于存在着操作成本较高、操作人员技术水平有限等原因,温室环境测控系统的使用还很局限。为了更好地推广自动控制在温室中的应用,有效地控制温室内的气候条件,推动大型温室集群的使用,本文设计了一种针对温室集群的环境测控系统。一方面,该系统能够对集群中单个温室的温度、湿度、光照、CO2和土壤湿度等因子进行测量和控制;另一方面,通过中控室的工控机可以实现对整个温室集群的环境监测与协调控制。
该温室集群测控系统,以每个温室为基本单元进行环境信息采集,通过Zigbee组建的无线网络对各个温室环境信息进行集中的传输。中控室对温室的环境数据进行设定,并且发出控制指令,保证各环境因子的数值都维持在设定的区间内。
本文分析研究了温室中常用的调控策略,采用了天窗、保温被、CO2发生器等执行机构,来实现对环境因子的实时调节。首先,由采集节点采集环境信息,采集的数据通过Zigbee组建的无线局域网传送到中控室;然后,中控室下达控制指令,由PLC控制相应执行机构的动作,进而达到控制环境参数的目的。系统通过对执行机构的直接控制,实现对温室的湿度、光照度、CO2浓度和土壤湿度的调节;对温度因子的控制选用了模糊控制方式,并设计了模糊控制器。系统应用组态软件设计了控制系统的人机界面,能够实现对温室集群环境和执行机构状态的综合监控。
本系统设计了三种控制模式:手动模式、遥控模式和远程模式。操作人员可以根据温室现场的实际情况和控制的要求,自由选择控制模式。手动控制是由工作人员直接控制电机转向和转速进而控制执行机构动作;遥控控制是通过遥控器发出指令控制各个执行机构的动作,能够实现100米范围内的精确控制;远程控制下,系统的控制中心在中控室,由中控室的Zigbee中心节点发送指令到温室内的PLC。
本文中设计了信息采集与传输电路、模数转换电路、继电器控制电路和遥控控制电路等一系列完成系统的关键功能的电路。系统采用Zigbee模块组建无线局域网,完成环境因子测量节点与中控室之间的数据传输,对每个温室中的Zigbee发送与接收模块都配置了独立的地址,以实现对温室集群进行远程数据采集和执行机构控制。该系统在温室集群控制的测试中取得了良好的效果。