基于物联网技术的温室大棚设计方案 第1章 概述 近年来，农业温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、光照度、CO2浓度等环境因子对作物的生产有很大的影响。传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，针对目前农业大棚发展的趋势，为实现上述环境因子自动监控的系统，提出一种大棚监控系统的设计。 该系统利用物联网技术，可实时远程获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度等等，实现自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，保证温室大棚内环境最适宜作物生长，为作物高产、优质、高效、生态、安全创造条件。充分发挥物联网技术在设施农业生产中的作用。本方案适用于各种类型的日光温室、连栋温室、智能温室。 第2章 系统功能及组成 2.1 系统功能 无线采集：运用当今最流行的物联网技术，可在线实时24小时连续的采集和记录监测点位的温度、湿度、光照、土壤温度、土壤水分、CO2浓度等环境各项参数情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，监测点位可扩充多达上千个点。 组网传输：信号采用先进组网无线传输技术，克服距离障碍、信号无衰减，无串扰，抗干扰强。 实时监控：采用自动化无线监控功能，每天24小时实时监控，避免了人工监控可能出现的监控不及时、不准确，设备长时间非正常运转等问题。实时显示、记录各监测点的温度、湿度、光照、土壤温度、土壤水分、CO2浓度等曲线变化。 测温准确、安装简单：测温范围在-50℃～100℃内可任设，测量精度达±0.1℃，测量温度准确度±0.2℃。数据无线上传，无需单独穿墙布线，安装方便简单。 自动开关控制：远程自动控制系统开关，远程调试设备状态及参数。实现水泵、冷风机等设备启停历史记录的查询及频率分析。 快速查询：系统提供历史数据查询、数据导出、图表显示、报表生成和打印等。 低成本高效率：比传统有线监控成本更低，无需布线；克服传统有线温度监控线路经常断线、查线的麻烦问题，传输效率更高。 LCD显示：控制显示仪采用LCD大屏幕触摸屏显示，使显示结果更清晰明了。监控主机端利用监控软件可随时打印不同时刻的温度、湿度、光照、土壤温度、土壤水分、CO2浓度等环境数据及运行报告。 2.2 系统组成 2.2.1 气候参数的采集 温室环境气候参数的采集依靠传感器进行，包括土壤湿度传感器、叶面湿度传感器、空气温湿度一体化传感器、光照度传感器、CO2传感器。它们是监控系统的信息来源，关系到整个系统的检测、数据分析和控制的可靠性与准确性。 2.2.2 伺服机构 伺服机构是“气候自动控制器”具体控制的执行者，包括通风机、加热器、喷淋水泵、光照调节装置、CO2施放机构等设备。 2.2.3 气候自动控制器 “气候自动控制器”可在无主机的情况下单独控制本温室的气候，本温室各种气候参数通过传感器进行实时检测，然后经单片机分析处理后输出控制指令，经执行机构完成最佳气候的自动化控制。这种控制方式成本较低，特别适用于对我国中小型温室的智能化控制。 土壤湿度空气湿度空气温度CO2浓度光照强度存储器输入放大电路屏幕显示加热器输出控制电路通风机CO2释放器淋水泵A/DAT89C52接口电路 图2-1 气候自动控制原理图 第3章 相关传感器介绍 3.1 900M 无线温湿度采集端(JRFW-2-21) 3.1.1 产品用途 JRFW-2系列无线温湿度采集端产品采用进口高精度探头和传感变送一体化专用电路，传感器性能可靠，使用寿命长，响应速度快，测量范围宽。具有同类产品中低价格和高精度的特点，且探头抗结露。 该该产品采用自有协议，具有超低功耗、稳定性好、使用简单，免参数配置，免去繁琐的布线过程。通过利用专有中继设备可有效扩展通讯距离。具有工作状态指示灯用于指示其工作状态。可广泛使用于冷链运输、室内温湿度、通讯机房、智能楼宇、地铁、商场、图书馆等场所。 3.1.2 技术参数 供电：单节3.3V锂电池 测量范围： 温度: -20℃~70℃ 湿度: 0％RH～100％RH 准确度： 湿度±3％RH (5％RH～95％RH,25℃) 图3-1 JRFW-2-21无线温湿采集器 温度±0.5℃(-20℃ ~ 60℃) 显示方式：无显示 数据采集间隔周期：30s～1h(可调) 通讯频段：915MHz 通讯距离：400m 支持在网数量：1个接收设备支持最多 200 个采集端，同一区域最多支持 15 个网络同时在线。 长期稳定性： 湿度:﹤1%RH/年 温度﹤0.1℃/年 电池型号：2400mA/h 3.6V 锂电池 电池数量：1节(出厂时自带 1 节锂电池) 3.2 JQAW-12 系列二氧化碳变送器 3.2.1 用途 传感,变送一体化设计，适用于室内环境的二氧化碳测量。 3.2.2 特点 非分散红外光原理 (NDIR) 二氧化碳传感器； 双通道二氧化碳传感器； 满足标准 86 接线盒安装； 外型美观,引线从壳体背面走线,适合走暗线； 性能稳定，使用寿命长。 3.2.3 技术参数 供 电：DC 24V（22V~26V） 最大电流：80mA（DC 24V） 量 程： 0ppm~2000ppm 0ppm~5000ppm（可定制10000ppm,50000ppm） 准 确 度：±(40ppm +3%F·S)(25℃) 温度漂移：±0.2%F·S/℃ 稳 定 性：≤2%F·S 非 线 性：≤1%F·S 压力漂移：每 mmHg 影响读数的 0.13% 响应时间：≤2min 达到变化的 90% 信号刷新时间：4s 系统预热时间: ≤2min(可以操作) ≤10min(最大准确度) 工作环境：0℃~50℃，0%RH~95%RH(无凝结) 输出信号：电流输出型：4mA~20mA 电压输出型：0V~5V/0V~10V 网络输出型：RS485，RS232 负载能力： 电压输出型：输出阻抗 250Ω 电流输出型：≤500Ω 安装方式：壁装安装 外 壳： ABS 白色 91mm×91mm×30mm 产品重量：≤160g 3.2.4 通信协议 符合标准 MODBUS 协议（RTU 方式）。 字节格式 8 位数据位，无校验，1 位停止位，默认 波特率 9600，地址 01. 主机查询，变送器应答的主从方式 1.读寄存器 （1）查询二氧化碳数据 地址 04 00 00 00 01 CRCL CRCH 例：对地址位为 01 的变送器读二氧化碳数据操作为：01040000000131CA 应答 地址 04 02 二氧化碳H 二氧化碳L CRCL CRCH （2）查询偏移量数据 地址 03 02 10 00 01 CRCL CRCH 例：对地址位为 01 的变送器读偏移量操作为：0103021000018477 应答 地址 （3）查询地址 FF 03 00 02 00 01 CRCL CRCH 03 02 偏移量H 偏移量L CRCL CRCH 例：变送器读地址操作为：FF03000200013014 应答 地址 2，写寄存器 （1） 更改变送器地址 地址 06 00 30 新地址H 新地址L CRCL CRCH 03 02 地址H 地址L CRCL CRCH 例：对地址位为 01的变送器更改为 02 地址的操作：0106003000020804 应答 地址 06 00 30 新地址H 新地址L CRCL CRCH （2） 更改变送器波特率 地址 06 00 31 新波特率H 新波特率L CRCL CRCH （3） 写偏移量 地址 06 00 10 偏移量H 偏移量L CRCL CRCH 3.3 ZD-6 系列照度变送器 3.3.1 产品简介 本产品采用高灵敏度的光敏元件作为传感器，具有测量范围宽，使用方便，便于安装，传输距离远等特点。 3.3.2 技术参数 供电电压：DC 24V（22V～26V） 测量范围：0～2000lux（分辨率为 1lux） 0～20000lux（分辨率为 10lux） 0～200000lux（分辨率为 100lux） 输出形式：电流：三线 4mA～20mA 电压：三线 0V～5V（盲区为 30mV） 网络：RS485 RS232 准 确 度：±5%F.S 重复测试：±4%F.S 温度特性：±0.3%F.S/℃ 波长测量范围：380nm～730nm 使用环境：0℃～50℃、5%RH～95%RH（非结露） 存储环境：0℃～50℃、5%RH～95%RH（非结露） 大气压力：80kPa～110kPa 产品重量：约 170g 3.1.3 通讯协议 符合标准 MODBUS 协议（RTU 方式）， 主机查询，变送器应答的主从方式。 1. 查询照度数据 地址 04 00 00 00 02 CRCH CRCL 例 1：对地址为 01 的变送器读照度命令：01 04 0000 0002 71 CB 应答 地址 01 04 04 04 04 照度高2字节 0001 照度低2字节 86A0 CRCH C8 CRCL 5C 2. 照度值数据解析： 如应答上传照度对应 16 进制为 0001 86A0，十六进制转化成十进制为 100000，表示当前照度值为 100000lux。 如应答上传照度对应 16 进制为 0000 0258，十六进制转化成十进制为 600，表示当前照度值为600lux。 注：2000、20000 量程的照度高 2 字节数据恒为 0。 四、结语 目前，我国农村正在大力发展温室栽培，绝大部分温室大棚已经安装有通风、加热、喷淋等设备，只需添加“自动控制系统”中的气候自动控制器、环境参数采集传感器及输出控制柜。系统经济、灵活，而且操作方便，比较适合在中、小规模大棚内使用和推广。
