設(shè)施卷膜智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

宋健+王秀+馬偉+秦貴+孫連強(qiáng)+高磊+何佳彤

【摘要】針對設(shè)施通風(fēng)過程中存在的費(fèi)時費(fèi)工、操作缺乏科學(xué)性等問題，設(shè)計(jì)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電控技術(shù)相結(jié)合的方法，研發(fā)了1種設(shè)施卷膜智能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)施卷膜實(shí)現(xiàn)電動控制，減少人工投入；通過傳感器感知的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行通風(fēng)口的智能化控制，提升設(shè)施管理的科學(xué)性、可靠性；基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)施卷膜遠(yuǎn)程遙控功能，使農(nóng)戶可以隨時隨地對溫室通風(fēng)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，方便了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能手機(jī)從交通、購物、餐飲、家居等多方面影響著人們的生活，而將智能手機(jī)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，提高生產(chǎn)管理效率，同樣成為了可能。本研究擬開發(fā)一款用于溫室通風(fēng)調(diào)控的設(shè)施卷膜智能控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的植入，使得溫室通風(fēng)依據(jù)更加科學(xué)、操作更加便捷、管理更加高效、成本更加低廉。

設(shè)施卷膜智能控制系統(tǒng)將移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳感物聯(lián)技術(shù)相結(jié)合，并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中。系統(tǒng)通過傳感器采集溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，可自行判斷當(dāng)前環(huán)境是否需要通風(fēng)，并進(jìn)行相應(yīng)的智能化控制；系統(tǒng)預(yù)留了電動控制功能，可通過智能控制終端旋鈕或智能手機(jī)、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)口的控制。

系統(tǒng)架構(gòu)與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)流程

系統(tǒng)由傳感器、智能控制終端、卷膜器、遠(yuǎn)程控制軟件組成，如圖1所示。其中，智能控制終端集成了數(shù)據(jù)采集與解析模塊、智能控制模塊、無線局域網(wǎng)控制模塊和遠(yuǎn)程控制模塊。數(shù)據(jù)采集與解析模塊用于采集傳感器感知的環(huán)境數(shù)據(jù)，并進(jìn)行模擬量解析，智能控制模塊根據(jù)以上解析的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)對通風(fēng)進(jìn)行自判斷控制，無線局域網(wǎng)控制模塊可自行發(fā)射網(wǎng)絡(luò)AP，智能手機(jī)接入后可對通風(fēng)口實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)控制，遠(yuǎn)程控制模塊可接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)通過遠(yuǎn)程控制軟件可以發(fā)送控制指令，遠(yuǎn)程遙控溫室通風(fēng)，如圖2所示。

溫室通風(fēng)智能控制終端

溫室通風(fēng)智能控制終端實(shí)物如圖3所示，用戶可通過觸摸屏查看溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，并根據(jù)作物需求，設(shè)定通風(fēng)所需閾值。數(shù)據(jù)采集與解析模塊通過4～20 mA電流信號采集傳感器數(shù)據(jù)，最大可擴(kuò)展8路，通過解析后得到溫室環(huán)境信息；智能控制模塊根據(jù)環(huán)境信息和用戶設(shè)定的閾值信息，向接觸器發(fā)送指令，控制卷膜器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)；無線局域網(wǎng)控制模塊將多路卷膜接觸器關(guān)聯(lián)到模塊內(nèi)置的繼電器中，當(dāng)收到無線局域網(wǎng)內(nèi)的智能手機(jī)發(fā)來的控制指令時，對相應(yīng)的繼電器進(jìn)行開閉控制，進(jìn)而控制接觸器實(shí)現(xiàn)卷膜器的正反轉(zhuǎn)；遠(yuǎn)程控制模塊可接入網(wǎng)線，將溫室通風(fēng)實(shí)現(xiàn)真正意義上的物聯(lián)網(wǎng)，用戶通過智能手機(jī)或網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，在任何地點(diǎn)都能對通風(fēng)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。

遠(yuǎn)程控制軟件

遠(yuǎn)程控制軟件基于Eclipse平臺，使用Java語言開發(fā)，可運(yùn)行于任意Android系統(tǒng)終端或虛擬機(jī)上。

遠(yuǎn)程控制軟件界面如圖4所示，軟件可支持最大8路通風(fēng)口的遠(yuǎn)程開模、關(guān)膜和停止操作，軟件開發(fā)流程如圖5所示。

應(yīng)用

系統(tǒng)在北京市昌平區(qū)小湯山國家農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)示范基地進(jìn)行測試試驗(yàn)，并推廣到大興葡萄園種植基地、房山番茄種植基地、河北秦皇島黃瓜生產(chǎn)基地、安徽宣城煙草育苗基地等，如圖6所示。通過測試試驗(yàn)和推廣應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能很好的滿足實(shí)際工作的需要，“電動、遠(yuǎn)程、智能”3種控制方式相輔相成，有效的解決了溫室通風(fēng)不及時、不科學(xué)的問題，減少了人工高成本；閾值設(shè)定根據(jù)作物不同，可靈活調(diào)整，能夠適應(yīng)設(shè)施葡萄、果類蔬菜、煙草育苗等不同類型的通風(fēng)控制，為作物營造了更好的生長環(huán)境，使得溫室通風(fēng)更加科學(xué)，操作更加便捷，管理更加高效，成本更加低廉。