环境质量智能监控系统

环境质量智能监控系统（精选12篇）

环境质量智能监控系统 第1篇

我局广播电视传输发射工作的核心就是确保安全播音,而提高器材库房的环境质量,保证发射机的各种精密器件能够保质保量及时供应,则是确保安全播音的一项非常重要的工作。我局各基层台站地理区域跨度较大,又多处山地等条件艰苦、气候异变的地区。备件中的电子管等精密器件对存储环境有着较高的要求,仅仅凭借着器材管理人员的经验掌握器材库房的综合环境信息,是很难达到库房环境管理质量要求的。这就有可能导致各精密器件由于存储环境温、湿度的超标而降低使用质量或减少其使用寿命。为此,我台自主研发了器材库房环境质量智能监控系统。现介绍给大家,仅供参考。

2 器材库房环境质量智能监控系统

器材库房环境质量智能监控系统的核心设计思路就是通过设置在器材库中的温、湿度传感器,将库房中温、湿度等环境参数采集并传输给系统的单片机(MCU),系统通过比较、分析做出操作判断,并通过控制器材库中的除湿机、空调等辅助设备的工作状态,最终实现调节库房环境的目的。同时,系统将所获得的环境数据以及对除湿机、空调等调节环境的电器操作情况传输给用户端电脑,使器材管理人员对库房的环境参数及各用电器的工作状态能有一个全面的掌握。

该系统主要有系统硬件和系统软件两个部分组成,分别介绍如下。

2.1 系统硬件

图1为器材库房环境质量智能监控系统的硬件框架图。由图1可知,本系统采用了Y型网络构建系统硬件框架。该系统通过在器材库内系统控制机箱上安装的HMM210型温湿度传感器来采集环境温湿度的数据,并将该数据传输给系统处理中枢ATmega128单片机进行综合分析,从而判断是否需要启动除湿机、空调等辅助设备来调节环境质量。这里需要说明的是,虽然大多数空调都带有除湿功能,但是对于环境质量有较高要求的器材库来说,在进行湿度调节时,空调将无法替代除湿机。其原因是空调的主要功能是制冷和制热,附带有除湿功能的空调机,其除湿量小、除湿慢,除湿效果比较差;另外,在南方地区的阴雨季节,温度并不高,这时如果用空调来除湿,吹出的是冷风,越除湿会越冷,这必然导致湿度适宜时,温度可能会出现过低的现象;此外,由于空调长时间除湿运行也会增加压缩机的负荷,不但耗电量大,而且还容易使压缩机受损,缩短空调机的寿命,因此在对环境质量要求较高的特殊场所,空调并不适宜代替除湿机使用。

本系统通过发射模块XFT-001X和接收模块XFR-LO2等模块构成无线遥控网络来控制除湿机、空调等辅助设备的运行状态,同时通过无线数据传输模块SRWF实现系统与用户端电脑的实时通信。

下面对系统中所使用的各模块做简要介绍:

2.1.1 HMM210型温湿度传感器

图2为HMM210型温湿度传感器,工作电压为10-35V,湿度测量范围为0-100%RH,温度测量范围为-70-+180℃。该器件具有温度测量补偿和传感器探头保护等功能,使用简单、配置灵活。根据配置不同,可以进行相对湿度和温度的测量。该器件基于微处理电路,可选择加热探头选件。该选项功能可以避免高湿环境下探头结露、提高测量精度和稳定性,在温度快速变化的环境下,加热探头可以提高响应速度。

HMM210型温湿度传感器通过一个能隙电路对环境温湿度进行测量,并产生两个VPTAT值(即与温度、湿度成比例的电压值),然后经过12位的A/D转换将该值转换为数字量并传输给系统单片机进行综合处理。

2.1.2 XFRXFT系列无线遥控收发模块

XFRXFT系列无线遥控收发模块具有灵敏度高、准确度强、误码率小等优点,因而被广泛应用于生产生活等各个领域。图3为XFT-001X低功耗无线遥控发射模块,图4为XFR-L02X低功耗无线遥控接收模块。。

本系统通过XFRXFT系列无线遥控收发模块实现对除湿机、空调等外围辅助设备的控制。其数据传输框图如图5所示。

系统控制机箱内部配置了一对XFT、XFR无线遥控收发模块并与系统MCU(单片机)连接。同时,外围设备内也分别配置了单片机和一对无线遥控收发模块。由于系统外围设备不止一台,为避免系统命令混淆,系统对包括外围设备在内的所有单片机设置了ID号码。如图5所示,系统MCU的ID为01,植入除湿机控制板的单片机ID为02,植入空调控制板的单片机ID为03。如果系统MCU通过对温湿度传感器采集来的数据进行分析后,得出判断结果是环境湿度过大,系统MCU就会通过XFT-1模块向除湿机发送除湿机开机运转命令,其命令格式如表1所示。

当XFT-1将上述命令传出后,XFR-2和XFR-3会同时接收到该命令并将其传送给各自对应的单片机上。外围设备中的单片机接收到命令后,首先通过ID判断是否是系统MCU发送给自己的命令,若是,则执行其操作指令;若命令中的ID与自己的ID不符,则拒绝执行命令。这样就避免了不同设备执行同一命令时的混乱局面。

当植入除湿机控制板的单片机接到上述命令后,立即控制除湿机电路启动除湿机对环境进行除湿。同时,为了让系统能够实时掌握各外围设备的工作状态,植入除湿机的单片机会通过XFT-2向系统控制机箱内部的MCU回传一条确认信息,其格式如表2所示。

2.1.3 SRWF无线数据传输模块

图6为SRWF无线数据传输模块,该模块中心频率为433MHz,通信距离为300m,双向半双工通信,信道数(8/16/32)可任选,波特率(1200/2400/4800/9600/19200)可任选。系统MCU通过SRWF模块实现与客户端计算机的通信(见图5)。该模块采用了高效FEC前向纠错技术以及高性能的无线射频IC,具有很强的抗干扰能力、全透明传输、体积小、功耗低、传输距离远等特点。

本系统采用的高精度温湿度传感器,为系统准确采集温湿度信息和及时判断环境质量奠定了坚实的技术基础。系统应用了无线遥控收发和无线数传网络避免了在机房等敏感区域铺设线缆的工作,在简化了系统安装的同时,减少了安全隐患。

2.2 系统软件

系统的软件分单片机编程和客户端编程两部分。

2.2.1 系统单片机

图7是系统单片机实现对外围设备工作状态进行控制的编程流程图。

系统内部单片机通过分析温湿度传感器传送来的温湿度数据,作出判断并改变外围用电器的工作状态,从而达到调节器材库环境的目的。它是整个系统的核心,担负着数据处理、数据分析、外围设备控制以及系统通信等诸多任务。

2.2.2 系统客户端

系统客户端界面是系统与用户交互的窗口。图8为系统用户的界面,该用户界面可以将器材库内的环境参数实时传递给用户,让器材管理人员能对库房环境有直观的了解。

同时,管理人员可以通过系统客户端的程序,设置系统的安全温湿度范围,并通过客户端数据库查看任意时段器材库的环境参数,以便于对器材库某一时期环境的质量变化进行经验总结,从而能够在特殊气候、特殊时期对器材库中的精密器件进行特殊保护,图9为客户端数据库界面。

3 结束语

器材库房环境质量智能监控系统已于2008年6月成功应用于我台各个器材库房,该系统监测数据准确、运行状态稳定,有效减轻了器材管理人员对器材库房内温湿度等环境参数进行监测的工作量。实践证明,该系统能有效地调节器材库内的环境质量,使之更适宜发射机精密器件的存储。这套系统的实际应用,改善了精密器件的存储环境、保证了精密器件的保存质量,提高了使用寿命,从而间接地为安全播音提供了有力的技术保保障障。。

摘要：为改善存放精密器件库房的环境质量,572台自主研发了器材库房环境质量智能监控系统。本文对该系统的设计指导思想、系统的组成、特点和工作原理进行了分析,同时介绍了在实际中应用的情况。

环境质量智能监控系统 第2篇

应用温室技术进行农作物种植是实现我国农业现代化过程中的重要环节,温度和湿度是温室控制中的重要环境参数.为实现对多点温湿度数据的.自动监测,设计了以32位ARM处理器S3C44B0X为核心的多路数据采集和处理系统.该系统采用单一采集中心和多个智能采集节点的分布式结构,节点与中心采用RS-485总线进行通信,采集中心实时地收集、处理和显示各智能节点传回的温湿度数据,可有效提高数据采集工作的效率和稳定性.

作 者：黄伟锋 叶祥 作者单位：黄伟锋(仲恺农业工程学院,机电工程学院,广州,510225;华南农业大学,工程学院,广州,510642)

叶祥(仲恺农业工程学院,机电工程学院,广州,510225)

环境质量智能监控系统 第3篇

【关键词】智能化；电网；继电保护；系统构建

继电保护是实现电力网络及相关设备监测保护的重要技术，该领域的长期发展趋势是计算机化、网络化、智能化，以及保护、控制、测量和数据通信一体化[1]。但智能电网均采用了大量的新技术，这些新技术对继电保护不仅是机遇也是挑战，面对这两种不同的方向，继电保护该如何构建继电保护系统，这也是此研究要解决的问题。本文章详细阐述了继电保护为了更好的适应智能电网的需要而发生的一系列变化，并分析智能电网环境下继电保护构成的对策，以及对智能电网条件下继电保护系统构建的前景。

1.我国智能电网环境下继电保护系统的主要构成部分

为了适应智能化电网，继电保护系统的建设也必须满足电网的要求不断的发生着变化，这些变化也是建设智能化电网对继电保护系统的考验，不能很好的适应智能化，继电保护的路就会很难走，而且会被经济的大潮吞没，为了生存必须进行改革。目前继电保护系统的构建组成主要有以下几部分：

1.1保护装置及相应的保护设备

这些装置和设备必须能够快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。但目前这些装置和设备只是保护自己对象不被破坏，不能更好的保护其他系统，因此，这样的设置不是很广泛，很狭隘，不能真正的起到整个系统的保护。这种保护设备就会显得太单调，不能很好的适应智能化电网的要求，因此必须进行变化，不然就会被淘汰。

1.2为适应智能化电网的要求而构建的实时监控装置

这种装置主要是利用传感器对发电设备、输电设备、配电设备、供电设备等关键设备来完成的。通过智能化电网提供这些信息可对电网的运行状况进行实时监测，并将监控获得的数据信息通过网络系统进行收集、整合和分析。从而实现对保护功能和保护定值的远程动态监控和修正[2]。

2.我国智能电网环境下对继电保护系统构建的要求

2.1要求继电保护必须要有完整的功能

完整的功能是继电保护系统进行构建的目的，因此，对于构建后的继电保护系统，具有原来继电保护系统就有的全部功能，同时这些功能比原来的保护系统的功能更优越。在一些比较紧急的情况下，能够将保护系统中的一些相关的功能进行启动或关闭，确保整个系统能在安全的状态下运行。

2.2要求继电保护必须快速构建

对于一些暂时性的系统，在脱离继电保护的情况下，就会出现保护不能正常运行，而这样就会导致大面积的电力故障，不仅影响到人们的正常生活，而且还会带来经济的损失，因此，继电保护系统构建的过程中必须快速、可靠，需要对多种继电保护进行构建，而且能进行同步构建处理，这样就能确保构建能够在短时间内完成，最大限度的避免大面积出现电网运行障碍。

2.3要求继电保护构建经济、可靠

继电保护进行构建的目的是为了增加更多的保护功能，因此在构建的过程中确保个性指标必须达到要求的标准，而且要可靠，同时也要保证建设的过程中更经济，为国家节省资源，从而确保构建的经济性，这样就能更好的满足电网运行需求。

3.我国智能电网环境下继电保护面临的挑战和机遇

3.1继电保护面临的挑战[3]

继电保护面临的挑战主要包括超/特高压互联大电网对继电保护的影响，继电保护的电力电子设备产生的故障对电流造成影响，还有就是继电保护需要和电网的控制策略相协调配合方面存在的协调问题，以及网络拓扑和运行方式多变使定值配合式保护失去了生存环境等方面对继电保护都是一种挑战。

3.2智能电网建设给继电保护带来机遇

智能电网的发展也为新型继电保护的研究应用提供了平台[4]。信息采集方面，我国到目前所有500kV变电站和大部分220kV的变电站的继电保护设备都安装了，并进行同步相量测量单元（PMU）以及广域测量系统（WMAS）。WAMS/PMU能够实现广域电网的在线同步测量，数据更新速度可缩短到几十毫秒，能够实现同步信息的继电保护功能。

信息通信方面，目前我国电网500kV及以上的光纤覆盖率达到了100%，220kV覆盖率为99.2%，110kV覆盖率为93%，形成了以光纤为主要介质，以分层分级自愈环网为主要特征的电力通信专网。基于IEC61850标准的数字化变电站实现了站内一次设备的数字化和二次装置的网络化，全站具有统一的标准平台，能够方便地实现信息共享和互操作[5]。保护系统的高速、实时、可靠的信息通信条件已经具备，这也是继电保护的机遇。

除了以上信息的成绩外，智能电网的信息平台还将一些局放监测、覆冰监测、雷电监测等多种信息系统运用到继电保护上。这也是未来继电保护系统中必须要考虑的问题，不但要满足智能化电网的要求，又要将这项任务圆满的完成，即是挑战也是机遇。

4.智能电网环境下的继电保护系统构建的对策

4.1不断的强化继电保护在故障诊断的功能

构建继电保护系统的目的主要就是将其功能不断的服务于智能电网的运行，因此，在构建继电保护系统方面就必须对智能化电网出现的一些异常以及一些故障进行诊断，并做出相应的对策，同时还将一些看不到故障进行诊断，避免一些微小的错误引起的故障，发现故障后能及时的采取有效措施进行优化处理，并保证智能电网的正常运行。因此，通过构建继电保护系统，能够在很大程度上减少其出现故障或异常，也避免了电网事故扩大，影响到整个电网运行，从而极大的提高了电网安全水平[6]。

4.2在不断的研究中进一步完善系统功能

继电保护系统的构建的目的除了要实现系统自动化诊断及维修，还要对系统进行优化达到更完整的系统功能，从而更好的满足系统运行需求。但随着各种高新技术的发展和应用，对于智能电网运行的要求不断升高，对于继电保护系统的功能服务要求也越来越高[7]，因此，在继电保护系统的构建过程中，不仅要维护好现有的系统功能，还要进一步完善相关的系统功能，这样才能在电力运行中发挥正常的功能。从而实现对智能电网的有效保护，最大限度的提升功能应用科学性、合理性[8]。

5.结束语

我国的智能电网的建设是在不断的进步，相应的继电保护也应该得到相应的构建，不然就会对电网不利。智能化是是电力系统的一次重要变革，是电网未来的发展方向。随着智能电网建设的不断推进和相关研究的深入，继电保护系统也要适应电网需求不断的向智能化方向发展，跟随电网建设的步伐，为智能电网建设提供技术支持，发挥最大的功能。 [科]

【参考文献】

[1]李峥.浅谈智能电网继电保护[J].通讯世界，2014，上月刊，65-66.

[2]薛鹏程.智能电网环境下继电保护的发展现状[J].信息技术，299-300.

[3]张保会，郝治国，柏志谦.智能电网继电保护研究的进展及保护功能的发展[J].电力自动化设备，2010，30（3）：34-36.

[4]賈啸波.智能电网中继电保护系统的相关探讨[J].应用技术，253-254.

[5]李宇青.面向智能电网的继电保护系统构建[J].科学之友，2013，4：30-31.

[6]王增平，姜宪国，张执超等.智能电网环境下的继电保护[J].电力系统保护与控制，2013，41（2）：13-18.

[7]尤存，张宇.智能电网对继电保护的影响研究[J].技术研发，2012，19（8）：144.

一种智能环境监控系统 第4篇

关键词：环境监测,智能分析,数据采集,无线传输

1 系统硬件设计

该智能环境监控系统包括:

1) 单片机。对所有输入数据进行分析后存储到外部存储单元, 并与报警装置、无线传输单元互联。

2) 温度传感器。温度传感器将感应到的温度值发送给单片机。

3) 湿度传感器。湿度传感器将感应到的湿度值发送给单片机。

4) 烟感传感器。烟感传感器将感应到的烟感值发送给单片机。

5) 水浸传感器。水浸传感器将感应到的水浸值发送给单片机。

6) 震动传感器。震动传感器将感应到的震动值发送给单片机。

7) 气压传感器。气压传感器将感应到的气压值发送给单片机。

8) 颗粒度传感器。颗粒度传感器将感应到的颗粒度值发送给单片机。

9) 报警装置。报警装置与单片机配合连接。

10) 外部数据存储模块。外部数据存储模块与单片机连接。

11) 无线传输单元。无线传输单元与单片机相连, 提供相关信息传送需要的通信链路。

12) 电源模块。提供设备所需要的动力来源。

13) 电压转换模块。可将电源模块的电压进行转换, 分别为上述用电部件供电。

2 系统结构示意图

3 工作原理

3.1 基本功能

本系统中布局在各区域的各种感应器将采集的数据实时传送给单片机, 进行分析对比后, 一方面将相关数据存储于外部存储单元, 另一方面, 如果采集的数据超出预先设定的阈值, 则发送相应警示指令给报警单元, 提示相关警示信息。

这样, 通过上述几个传感器的实施, 可对监控环境中的多个危险领域进行监控, 大大提高了整体安全性。

为了便于传输, 在温度传感器、湿度传感器、烟感传感器、水浸传感器、震动传感器、气压传感器和颗粒度传感器上分别设置一个转换器, 每个转换器都与单片机连接, 转换器可将各类传感器感应到的模拟信号转换成数字信号, 发送给单片机, 便于单片机分析对比。

外部数据存储模块与单片机连接, 工作人员可通过外部数据存储模块将预设的温度值、湿度值、烟感值、水浸值、震动值、气压值和颗粒度值分别存入到单片机中, 其还可将单片机分析对比后的数据存储, 便于以后检查。

具体可在单片机中设置分析对比模块和数据临时存储模块, 外部数据存储模块将预设的温度值、湿度值、烟感值、水浸值、震动值、气压值和颗粒度值先存储到临时存储模块中, 各传感器所发送来的数值, 分析对比模块可将上述数值与临时存储模块中的数值分别进行对比, 也可逐个进行对比, 效率非常高。对比后, 如没问题, 则不进行下一步操作, 如有问题, 则进行预警。

为了便于及时看到预警信息, 本发明还包括一个报警装置与单片机连接, 当单片机分析后, 各传感器中至少一个发送的数据不符合预设值, 单片机则控制报警装置进行报警。在报警装置外设有7个不同颜色的指示灯来区分各类告警信息, 让工作人员及时了解到所监控的环境中哪个危险区域出现问题, 报警装置内设有控制器, 这7个不同颜色的指示灯分别与控制器连接, 并且指示灯分别对应不同的传感器, 这样当单片机对比后出现问题时, 可通过控制器来控制相对应的指示灯闪烁, 让工作人员就可及时知道。

另外, 报警装置上还设有鸣笛装置, 任何一个指示灯闪烁时, 鸣笛装置都会报警。

本系统还包括一个显示器, 显示器与单片机连接, 在显示器中每个传感器都对应设有一个对话框, 对话框包含传感器的ID、告警确认和历史数据三个部分, 根据每个传感器下告警状态、告警性质弹出不同的对话框, 便于查询和了解。

另外, 显示器还与外部数据存储模块连接, 外部数据存储模块中存储的单片机发送的分析数据, 在显示器中可呈一曲线状, 这样可直观显示实时及历史曲线, 可查询一年内相应参数的历史曲线及具体时间的参数值 (包括最大值、最小值) , 同时还可对管理的设备进行备注信息工作 (可设置和查看设备名称、型号、设备位置、入网时间和设备负责人等简单信息) 方便工作人员全面了解所监控的环境状况和设备情况。

再者, 本系统还包括电源模块和电压转换模块, 电压转换模块可将电源模块的电压进行转换, 分别为上述用电部件供电。

3.2 智能功能

1) 单片机同时对每一个接入设备设定“生存时间值”, 如果超过该时间值没有收到对应设备的反馈信息, 单片机判断为设备出现故障, 则发出控制指令给报警装置, 通知相关人员前去排查故障。

2) 单片机对感应器输入数据的变化量进行实时采集和分析, 如果变化量超过设定的阈值范围, 则一方面发送告警指令给报警装置进行报警, 另一方面则通过无线传输单元发送信息给其他联动装置及时处理警情, 避免因为时间延误耽误最佳处理时间。

4 总结

传统的环境监控系统只具备数据采集和传送功能, 不具智能性。无法对不同警情和设备故障进行智能分析判断, 造成警情误判或延误以及设备维护不及时等情况, 该系统的实现, 解决了上述问题, 很好的方面了一线值班和维护人员, 减少了工作量的同时, 提高了工作效率。

环境质量智能监控系统 第5篇

本系统为提高其混凝土生产管理效率，采用射频识别技术进行车辆的运输管理，使用硬件为Siemens的RFID660。车辆管理作为混凝土搅拌站日常生产管理的一个重要组成部分，对于搅拌站的正常运营起决定作用，车辆安排的好坏能直接影响混凝土搅拌站的生产运营成本。作为车辆的传统管理方式：计划调度员根据施工工地的生产计划、现场反馈信息，进行搅拌站混凝土生产计划制定，安排混凝土运输车辆进行工地运输；计划调度员应随时了解每辆车的运输情况、运输路线、运输时间、排队信息等繁杂的信息，与计划员的管理经验有很大关系，且容易出错，不利于控制；如采用RFID射频识别技术进行车辆的管理，将把计划调度员从繁杂的信息中解放出来，减少车辆安排的出错机率；每台车辆进入搅拌站后，自动刷卡排队，混凝土生产根据车队队列自动调用车辆，车辆离开搅拌站后再次刷卡记录运输工地、方量、离开时间等信息；车辆运输完成后回到搅拌站再次刷卡，如此循环，减少在车辆管理中人的不稳定因素的影响。

400-618-2028

浅谈智能建筑机电安装质量监控探究 第6篇

【关键词】智能建筑；机电安装；质量监控

智能建筑是当前和未来城市建筑发展的潮流趋势，是科技进步和人文关怀融合的产物。智能建筑的特点和优势在于其智能化，这有赖于大量机电设备的安装与运用。机电设备是智能建筑的重要设施设备，机电设备的安装关系到智能建筑工程建设的整体工程质量。因此，加强对智能建筑的机电安装质量监控，是确保整个智能建筑质量安全的前提。笔者结合多年的工程实践，提出了从施工过程中的工作协调、质量控制等几个方面强化监控的看法。

1.加强施工过程的工作协调

祸患常积于忽微。智能建筑安装是个复杂的工程，施工队伍庞杂，施工技术水准参差不齐，而且在各自的承包责任范围内，施工队往往只注重本专业内的施工进度和质量，而忽视专业交界面的施工。这样，施工现场主体多，工作千头万绪，倘若单位间缺乏有效的协调，将埋下诸多质量隐患。因此在安装施工过程中，必须确保各施工单位协调配合，交错施工，质量达标。

1.1划清专业施工界面，避免施工真空或重复施工

智能建筑对电压的要求极为苛刻，强电与弱电的施工设计图纸界面容易出现界限迷糊无法分清的问题，如气体灭火控制屏的220V电源线，空调机的控制柜至电源箱间的管线属于强电范畴，但强电施工单位在施工中发现设计图纸与强电施工要求不符，于是要求设计单位进行修改，从而及时避免了隐患的滋生。厘清施工界面，对避免各个施工单位因无序施工而出现施工真空或重复施工问题。

1.2交错施工

跨专业间的施工、调试需要仔细安排，早作分析，协调进行水、电等专业的配合，对重点工序进行排查，检查落实。如配电施工与电缆铺设间的交错，墙面电线敷设与墙体装修的交错，这样不仅可以避免施工盲点，保证施工质量，还能提高施工效率。

2.严格把控关键设备的安装质量关

智能建筑与电气工程联系密切。电气工程专业性强，作业面宽，工程繁杂，对质量要求极高。一旦出现关键设备安装问题，将影响整个系统的安全稳定运行，出现智能不“智”的问题。因此，在监控过程中，应做好规划，明确施工方责任，抓住工程中的关键环节，坚持报难制度，及时排除质量故障。

2.1严把配电装置质量关

如果说电气工程是智能建筑的核心，那么配电装置则是电气工程的核心。因此，必须对配电装置的质量全过程进行严格把关，以确保支撑基础系统稳定运行的配电装置质量安全。为此，必须对配电设备从设备进货到安装调试严格按图施工和规范验收。实际中，建筑楼内的变压器、高压开关柜，低压开关柜等设备在安装中往往会出现技术性问题，像低压开关柜内回路开关的动作整定电流与设计不符，供货的开关大小满足不了实际要求等等现象。考虑到整定电流在整个配电系统中的关键性，整定电流保护下级设备和电缆的动作值，整定电流小，开关容易跳闸停电；整定电流大，系统在出现过载或非金属性短路时会因为无法跳闸而造成人员触电或短路失火等安全事故。因此，配电装置安装过程中要仔细检查，认真核对图纸，及时排查，坚决消除事故隐患。

2.2确保电缆铺设质量

电气工程离不开各种各样的电缆线。电缆是输送电能的载体，倘若质量不高，极易发生火灾或频繁短路的事故，大大影响电气系统的正常运行。当前智能建筑工程中采用的电缆绝大多数的规格从三芯到五芯不等，加上工程施工中多将电缆沿竖井、桥架和沟道铺设，各种各样的电缆多缠绕在一起，而且一旦铺设不宜再返工，倘若施工人员技术不过关或者马虎疏忽，不分门别类、严格审查，将极易造成运行过程中电缆发热而烧坏的问题。如某工程中的电缆型号采用的有GNHYJE系列、GNHYJV系列等，施工队在铺设强电竖井的电缆时，错将50平方毫米的GNHYJE型电缆换成了GNHYJV型电缆，由于电缆连通的设备的电压要求不一样，导致电缆设备的防火标准大大降低，使用性能也大打折扣，为工程埋下了事故隐患。智能建筑多用电负荷高，一旦出现电缆质量问题或者电缆铺设错误，将可能出现电缆烧毁引发火灾等安全事故，而且频繁的短路也会对智能设施形成破坏，因此必须高度重视电缆的铺设质量。

2.3检查配电箱

配电箱是接受电能和分配电能方面发挥着控制器的作用，要使工程中的动力、照明以及弱电负荷能正常工作，配电箱的工作性能至关重要。当前的智能建筑工程中，采用的配电箱型号复杂、数量多，而且大部分配电箱还受楼宇、消防等弱电设施的控制，箱内原理复杂、上筑下级设制合严格。另外，电气系统的专业要求和施工队资质的参差不齐，在设计中受各方干扰的情况较多，会造成设计修改通知单增加，配电箱内的设备和回路修改多等问题。若施工单位在施工时只专虑按设计图施工而忽视修改，在安装时只顾对号入座而不仔细地进行技术审核，就可能满足不了有关专业功能的要求。因此，业主、监理方应对现场的配电箱按设计修改通知单逐一核对，纠正开关容量偏大或偏小、回路数不够等错误。电气设备的上下级容量配合相当严格，若不符合技术要求，势必造成系统运行不稳定、供电可靠性差，从而埋下事故隐患。

2.4确保弱电设备安装质量

智能建筑往往要铺设大量的弱电设备，专业性极强，要求每个弱电子系统要搭配专门的技术人员安装调试，以确保安装质量。在安装实践中，可能由于监控管理人员一般对某些智能系统不够精通，因此在做好基础的管线、线槽施工质量的同时，重点对系统设备的功能进行监控，确保系统的稳定性。目前在智能建筑安装市场上，对关键设备的安装采取的是招投标的形式，许多专业队伍为争取夺标，往往承诺满足系统更多更新的功能，而且以低报价来增加竞争优势，这导致许多缺乏资质的企业混入安装市场，一些不合资质的企业在实际施工中为节约成本会去掉某些功能，忽视一些监控点。工程监控点减少无疑埋下了事故隐患，这是当前一些智能建筑普遍存在的问题。

3.实施质量目标预控

质量目标即使工程施工的方向，也是对相关责任方的约束和监督。根据现场施工经验来看，施工现场存在着业主、监理、施工管理人员等主体，为此在明确责任方责任的同时，必须实施质量目标预控，从而才能促使每个工程主体都按照各自的责任去执行。首先必须分清工程中的重点环节。在电气质量监控中，确定配电装置、电力电缆、配电箱三个重点设备管、补管、交接等重点协调环节，明确关键，制订措施，根据规范进行超前监控，达到对工程质量的预控。其次，必须在监控好重点环节后以点带面，促动整个系统工程的质量监控。电气工程除了设备材料的施工质量外，系统的功能也是重要一环。在知识经济、信息技术高度发展的时代，先进的设备不断出现，功能不断增强，而同一产品，功能的差异往往造成价格的明显不同。所以，在监控中，一定要根据合同仔细推敲，严格管理，确保系统应具备的功能，防止功能与实际要求不符而出现工程返工的问题。

4.小结

智能建筑是集各种先进科技于一体的建筑，对其进行机电安装质量的有效监控必须坚持分而化之的原则，就是对各個机电设备的安装都要严格把关，确保各个设备质量、安装质量都要是质量工程。在施工过程中要注意从整体上做好协调，防止无序施工造成的施工盲点和重复施工，给工程质量埋下隐患。智能建筑是未来城市建筑发展的潮流趋势，只有对机电设备安装实现有效监控，确保建筑质量合格舒适，才能使智能建筑为广大老百姓广泛接受。 [科]

【参考文献】

[1]陈丹青.浅谈智能建筑机电安装质量监控[J].科技致富向导，2011（05）.

[2]梁伟文.智能建筑机电安装监控[J].中国建设信息，2008（05）.

水产养殖环境无线网络智能监控系统 第7篇

水产养殖业正从分散式、个体式养殖向着集约化、工厂化、智能化、产业化模式方向升级, 导致水产养殖工厂内有着大量的水产养殖池, 往往能达到几十个, 这样的情况下, 要想人工去监测各个养殖池内的水质参数, 将非常慢且耗力大, 因此分散监测, 集中操作, 分级管理的控制模式将解决这一问题, 同时对几个甚至数几十个不同养殖池的水质参数进行监控, 实现对养殖池的实时监控[1]。近年来, 经过国内大量科学家的潜心研究, 研究成果分为如下三类进行讨论。

1.1 基于RS232/RS485网络协议的分布式控制系统

此类控制方法具有设备简单、通信距离远、低成本和开放性等优势, 是早期水产养殖测控系统优先选择的设计模式[1]。

1.2 基于现场总线技术的分布式控制系统

上海交通大学的池涛等人[2]设计了基于现场总显得现代化水产养殖基地智能监控系统, 在每个育苗车间布置一个采样点, 能够在线采集pH值、DO、温度、盐度、ORP、光照等6个传感器参数。但是本系统存在产品单一和价格昂贵的缺点。江苏大学的马丛国等人[3]采用Profibus和Internet技术相结合设计了多变量模糊前反馈解耦控制水产养殖过程智能监控系统, 本系统实现了水产养殖过程的智能控制盒信息共享, 系统实现了溶氧量、温度、pH值、水位等参数的采集和相应的闭环控制, 实践证明其具有现实意义。

1.3 基于无线网络的水产养殖监控系统国内外研究现状

南京工业大学的李新慧等人[4]开发了基于CC2530的水产养殖监控系统, 本系统通过无线网络实现了传感器节点与协调器节点之间的数据准确传输, 产品具有低功耗, 完成参数采集、处理与显示。但其存在如下缺点, 协调器与上位机之间的传输还是采用总线形式, 从根本上说其还没有完成传感器组网, 智能远程集散控制, 同时其仅仅考虑了参数的采集, 并没有形成闭环控制, 需要人工完成养殖池参数调节。

2 监控系统存在的问题及解决办法

2.1 存在的问题

传统监控系统大多数为有线方式, 大多数是采现场总线和集散控制总线等方式居多, 随着科技的发展, 无线监控方式也越来越多, 但是他们也存在一些缺陷需要解决。

1) 现场总线和集散控制方法具有布线繁琐, 不利于系统布局变动和维护成本高, 无法适应养殖场所规模的变化的现状。

2) 现场总线和集散控制方法线路易被破坏和腐蚀, 系统可靠性差、维护成本高, 同时远程监控范围受限。

3) 对于还未使用水质监控系统的养殖场, 其成本高, 对于一些交通不便的养殖场, 需要检测人员长期驻守, 耗费大量的人力和物力。

4) 获得水质参数情况不及时, 对于大型、分散的养殖场, 要获取全部水质参数将花费大量时间, 且水质参数的变化有时并不是一个积累的过程, 再加上投放饲料、代谢等均会造成水质参数的变化, 空气状态也影响养殖池环境的变化。

5) 现有水产养殖水质监控系统没有考虑养殖废水处理问题、循环封闭养殖问题;且监控参数有限, 无法准确反映养殖场内水质参数的变化。

2.2 上述缺陷的解决办法

1) 采用成本低廉、部署方便、组网灵活、覆盖面广的无线传感器网络监控系统, 可以方便对养殖池水环境数据进行采集、传输、控制, 同时易实现远程实时监控, 满足集约化、网络化、数字化水产养殖方向。

2) 采用Labview实现数据的实时采集和分析任务, Labview提供了强大的数学分析能力, 可以更好的满足数据处理要求 (相对于C程序来说) , 同时节省时间, 修改方便。

3) 数据集中器到中央控制器之间的传输采用GPRS方式完成, 这样可以大量的节省电缆线, 不限方便。

4) 探讨封闭式循环水养殖技术, 封闭式循环水养殖技术将将水处理净化与水产养殖技术充分结合, 定期补充水量, 基本不外排养殖废水。封闭式循环水养殖是近期全世界重点发展的应用现代工业技术的资源节约型养殖模式, 具有高产、优质、高效、节能、环保的优点。

3 无线检测系统设计

本检测系统主要包括数据采集器设计、执行器设计、养殖废水处理器设计、单养殖池控制系统设计及远程控制系统设计等部分。如图1所示, 控制系统硬件由数据采集输入部分、执行器部分及废水处理节点3部分组成:数据采集输入部分主要完成溶氧量、温度、盐度、氨氮、pH值和水位等环境因子的检测, 将系统实时采集的信号转换为计算机和操作人员可识别的数字量和模拟量, 并由计算机进行处理;执行器部分主要根据数据采集输入的信息的结果完成自动增氧、冷热水电磁阀门的开关、风机的转速、PH值电磁阀门的开关、供水出水阀门等, 保持养殖池内水环境参数与理论设定值的参数一致;废除处理部分主要完成养殖池水的处理, 使排放的养殖废水达到国家规定的标准, 减少环境污染, 同时研究养殖池水的循环利用。

3.1 数据采集器节点设计

数据采集器是无线传感器网络的基本元素, 不仅具有采集养殖池环境参数和良好的界面显示功能, 还可以作为无线传感器网络的节点, 如下图2所示。在数据采集器节点中, 温度传感器、溶氧量传感器、PH值传感器、水位传感器、湿度传感器、氨氮传感器、盐度传感器等将采集到的模拟数据通过信号调理电路进行去干扰和电压整定, 采用CC2530芯片内部集成的ADC转换器, 将采集的模拟数据转换为系统能识别的数字数据, CC2530芯片的增强型8051处理器接收到ADC转换的数字信号后, 在8051处理器中进行处理, 将处理结果被送入CC2530芯片的Zigbee无线单元。该单元具有在zigbee网络内进行数据的发送与接收功能。图3所示为CC2530控制器外部控制图。

3.2 执行器件节点设计

执行器件节点是无线传感器网络的基本元素之一, 其既可以作为执行器件工作信号接收站, 又可以作为无线传感器网络的节点。如下图4所示。将数据采集器采集的传感器水质参数与标准设定参数进行比较, 当采集的参数偏离理论值时, 8051控制器控制热水阀、冷水阀、水泵、酸性电磁阀、增氧机及碱性电磁阀工作。在控制模块与执行器模块之间采用光电隔离模块, 从而避免强电对无线处理模块的干扰。设计中采用了5个I/O口作为控制信号, 可以直接控制5路设备工作, 根据具体实际情况, 可以扩展I/O接口电路, 从而控制更多的设备。

3.3 汇聚节点设计

汇聚节点在整个无线传感监控网络中起到一个承上启下的作用, 在每个养殖池附近设置一处汇聚节点, 将无线传感器节点传送回来的数据进行汇拢, 再将汇拢处理的数据通过GPRS发送到远程监控中心。同时在汇聚节点的控制器对接收的数据进行处理, 通过LCD实时显示在养殖池旁边, 当数据值超过设定值后便启动报警装置报警, 工作人员便于人为干预养殖池环境因子。

汇聚节点由一块CC2350芯片模块、电源模块、GPRS模块、显示装置、报警装置组成, CC2350芯片模块通过RS232总线与GPRS模块, 汇聚节点的任务收集各个分散的簇头发送来的无线数据信号, 进行解调, 最终上传给监控中心的计算机, 如图5所示。

根据算法运算得到控制信号, 下传给各个控制节点。然后控制节点根据控制信号去驱动继电器或者D/A转换器, 从而使执行机构运动, 达到养殖池水体环境因子的闭环控制。

3.4 远程监控中心设计

在远程监控中心处有一个与汇聚节点配对的GPRS模块, 此处的GPRS模块接收数据, 通过串口上传给上位机, 上位机对采集的数据进行实时处理, 根据处理结果进行显示、报警、存储等。

监控中心计算机监控软件采用LABVIEW语言编写, 直接调用Labview函数, 具有编码灵活、界面美观、操作简单、扩展性好、数学处理能力强等优点。监控软件实时显示PH值、溶氧量、温度的参数数值, 并以数值的形式实时显示, 且能以曲线的形式表达某段时间的数据。采用PID算法对数据进行处理, 得到控制信号, 并自动进行报警。

4 总结

本监控系统通过自动监控养殖环境的变化, 以降低电力消耗和人工操作难度, 实时改善养殖环境, 降低水产品 (鱼类、虾类、蟹类等) 疾病所造成的损失, 减少死亡率。做到通过对水质的监控、调节来改善水产养殖环境的目的。通过机电技术控制增氧机、水泵、电磁阀门等机械设备, 自动调节养殖水域的含氧量、盐度、氨氮含量、水循环及温度变化, 使得养殖水域水质因子适合养殖物得得生长, 加速水中物质的分解和循环。通过化学水处理技术调节水域含氮量、PH值等参数, 控制单细胞藻类数量以改变水质, 增加水产品产量, 减少水中污染物的向外排放。本文采用单片机和Zigbee设计了无线智能监控系统, 将Zigbee技术与GPGS/GSM通信技术融合, 将采集数据的分析结果直接发到智能手机终端, 让养殖户能随时随地掌握养殖池的实际情况。本监控系统可以应用于工厂化水产养殖中, 为水产养殖的高产量、大规模、低成本、低能耗、高质量的目标提供技术支持。

摘要：养殖户可以通过对水质的检测掌握水产品是否处于最佳的生存环境, 从而对水质作出相应的调整, 使水产品生长在最佳水质中。本文采用单片机和Zigbee设计了无线智能监控系统, 将Zigbee技术与GPGS/GSM通信技术融合, 将采集数据的分析结果直接发到智能手机终端, 让养殖户能随时随地掌握养殖池的实际情况。本监控系统可以应用于工厂化水产养殖中, 为水产养殖的高产量、大规模、低成本、低能耗、高质量的目标提供技术支持。

关键词：水产养殖环境,无线网络,智能监控系统

参考文献

[1]刘星桥.水产养殖数字化监测与控制系统关键技术的研究[D].江苏大学, 2009, 6.

[2]池涛, 陈明.基于现场总线的现代化水产养殖基地智能监控系统[J].机电一体化, 2009 (9) :37-37.

[3]马从国, 赵德安, 秦云, 等.基于现场总线技术的水产养殖过程智能监控系统[J].农业机械学报, 2007, 38 (8) :113-119.

禽舍环境智能控制系统设计 第8篇

我国禽类养殖历史悠久,尤其是改革开放以来得到了飞速发展,家禽饲养量、禽蛋产地均多年连续保持世界第一,禽肉产量世界第二。但与之形成鲜明对比的是,禽类养殖的生产条件简陋,投入不足,效率和生产水平低下。随着国家对畜禽产业的扶持力度的加大和现代农业技术的迅速发展,家禽养殖规模化和现代化发展已成为必然。禽舍环境自动控制是在现代化禽舍建筑和关键设备实施建设基础上,通过对关键设备的智能控制,确保家禽生长环境适宜。家禽生长环境因素主要包括空气温度、湿度、空气质量、光照等,因此,禽舍的环境测控系统主要包含温度调节、湿度调节、空气质量改善及光照强度控制等功能。国内外家禽养殖的实践经验表明:提高禽舍的智能化控制和管理水平,可充分发挥自动化养殖技术的高效性,通过对关键参数温度、湿度、通风量和氨气的监控,使禽舍内环境适应禽类生长在不同季节、不同成长期的不同阶段需求,以提高禽类的产量和质量。随着电子信息和机械制造技术的迅猛发展, 禽类养殖的关键设备也得到了飞速发展,使得自动化控制成为可能。本文根据养殖户的科学管理经验和实际需求,研发了一套高精度、稳定可靠、价格适宜的禽舍环境智能实时监控系统,实现了多参数的实时采集、处理、 显示、存储,并可根据不同禽类的不同生长阶段对环境状况需求不同,通过对配套的各项关键设备参数(如排风风机、定时风机、卷帘、小窗等)进行智能化自动控制, 从而实现减少工作量、降低劳动强度、降低运营成本、提高生产效率,达到增产增收的目的。

1 系统概况

监控系统主要由传感器检测部分、关键设备驱动部分、MEGA16L微控系统和带VB界面的上位机分析处理环节四大部分组成,如图1所示。

温湿一体传感器AM2301采集禽舍内湿度信息,而禽舍内为高湿环境,传感器易损耗 ,因此舍内 温度信号 检测选用DS18B20,铠装,多点检测取平均值。当某一传感器故障时输出故障报警提示更换传感器,系统会继续检测其余传感器,并取平均值以维持系统正常工作。若所有温度传感器均故障,系统显示88.8 ℃并停止系统工作以防止系统失控,并输出传感器故障报警信号,提示立即更换传感器。由于禽类粪便和禽舍内垫物在高湿高温环境下很容易产生大量的氨气,氨气的水溶解度很高,因此很容易被吸附在禽类皮肤黏膜和眼结膜上,从而引发各种炎症,因此系统配备了氨气传感器,本系统选用4~20 m A电流输出类型。炉温温度较高,选用K型热电偶和MAX6675搭建了炉温温度采集电路。压差传感器选择量程为0~50 Pa,输出信号选择4~20 m A电流信号,以提高系统的抗干扰性能。所有传感器信号均送至MEGA16L微控器内分析处理,配置键盘和LCD显示屏形成下位机的独立交互控制系统。通过对各参数分析以提升每个养殖季度和成长阶段的养殖效率,相关信号同时送至VB编程的上位机系统。

2 系统硬件组成

该系统以ATMEL公司的MEGA16L单片机作为核心处理芯片,其2.7~5.5 V的宽范围工作电源适合电压波动较大的农村电网环境工作,片内16 KB FLASH程序存储 器足以满 足下位机 编程需求 ,内置的512 B E2PROM省去了外接E2PROM存储电路,结构更加简单可靠。

为了提高系统的抗干扰性,电路设计采用主控电路 (主板)与电源和 驱动电路(底板)分离 。 主板包含MEGA16L最小系统、串口工作方式的LCD19264液晶显示电路、74HC147 10-4优先编码器搭建的7个独立按键和DS1302时钟电路和MAX232串口驱动电路,如图2所示。主板的PA、PC端子经由端子排连接到底板,PA口用以检 测传感器 调理电路 送至的信 号 ,PC口经74HC373锁存输出16路输出信号。底板由ULN2803达林顿管驱动电路、74HC373锁存电路、欧姆龙大功率继电器驱动电路和电源电路组成。在本系统中电源电路考虑到成本、实用、可靠和功率选用最大电流为3 A的LM2596开关电压调节器搭建的+5 V和+12 V两路独立电源,分别为主板、传感器和驱动电路供电。

3 系统软件程序设计

系统软件程序设计包含下位机控制程序设计和上位机程序设计两部分。下位机程序设计采用的集成开发环境为Codevision AVR,主要包括系统主控子程序、参数设置子程序、传感器通信子程序、禽舍内温度控制子程序、禽舍内湿度控制子程序、通风小窗控制子程序、禽舍内氨气控制子程序、定式风机控制子程序、八路阶梯排风控制子程序、报警子程序(高低温报警、高低压差报警、传感器故障报警)、数据显示更新子程序、定时中断子程序以及串口通信程序等的编写。上位机软件程序采用VB编程软件开发平台,基于模块化设计方法,各模块的编写相互并列,实现了数据采集、图形绘制、参数显示、温度控制、通信参数设置、数据分析处理及控制指令自动判断与发送等功能。

3.1 下位机程序设计

下位机可以不依赖于上位机而单独工作,系统的核心工作任务就是通过控制禽舍内关键设备使不同禽类、 不同阶段的禽类生活在最适宜的环境中,系统的控制规则见主程序流程图3所示。下位机串口中断子程序主要完成数据的接收和存储,而具体的通信工作由串口服务子程序完成。采用RS 232通信,约定数据头EE,数据尾FF EE CC GG,多个功能码,波特率为9 600 b/s,8位数据、1位停止位,无奇偶校验位。

下位机系统启动后,首先进行输出状态初始化、从E2PROM读入各参数值并初始化、硬件系统初始化(如串口、定时器、LCD)和传感器数据预采集等,并进入等待状态,等待用户通过键盘进行界面选择以满足不同季节环境需求。主程序的while循环中不断查询键盘是否按下,根据按键的键值不同可以分别对日期和时间参数修改以及系统中所有关键参数的设置,设置后的数据存入E2PROM,比便系统 能够在掉 电重启后 正常工作 。 定时器0中断工作方式为方式2,8位自动重装,中断0程序完成与中断相关的参数设置和更新标志位Flag_update定时置1。如果系统没有按键按下,程序判断Flag_update是否为1,当其值为1时更新各传感器信息、 LCD19264液晶显示信息,并根据各参数的控制规则得出输出驱动信号。

通过串口中断的方式接收上位机发送的控制指令。主程序中调用中断服务子程序,判断上位机发送的指令类型并完成相应的数据处理工作,同时下位机实时发送检测到的各传感器数值至上位机分析显示和控制。

3.2 上位机程序设计

上位机可以很方面的实现与下位机系统之间进行信息交互,能够更加容易对禽舍环境信息进行分析控制,实现操作可视化,更加直观,保存重要数据等功能。 本文采用Visual Basic 6.0来编制上位机交互界面,VB是一种功能强大、简单易学的程序设计语言。它不但保留了原先Basic语言的全部功能,而且还增加了面向对象程序设计功能。它不仅可以方便快捷地编制适用于数据处理、多媒体等方面的程序,而且利用Active X控件MSComm还能十分方便地开发出使用计算机串口的计算机通信程序。本文涉及的禽舍环境信息实时监控与控制系统要求下位机控制系统可以独立完成相应的控制功能,上位机交互系统存储并显示相关数据,以便养殖期后的数据分析,因此上位机界面设计相对简单,上位机测试系统界面如图4所示。

窗体加载时窗体中各个参数设置值、串口初始化, 默认通信方式,串行端口设置好后点击连接按钮,通信成功后按钮后显示灯由红变绿,交互开始。下位机实时向上位机传送传感器采集数值和关键参数设置值,上位机串口中断存储,在设定的timer(采样间隔)内对串口缓冲器内数据进行分析,引用ADO对象将数据存入后台数据库中,并通过Ms Chart和MSFlex Grid控件在窗体中实时显示,值得注意的是使用ADO对象前一定引用Microsoft Active X Data Object 2.5 Library。

4 结语

本文针对禽舍内对禽类生长影响的主要因素进行分析,根据养殖户现代化养殖的实际需求,设计了基于单片机的环境信息实时监测与控制系统,经长期测试得出如下结论:

(1)由于该系统采用模块化设计,结构简单,安装方便。

(2)采用温度传感器DS18B20与数字式温湿度传感器AM2301结合检测禽舍内温湿度,提高了测量的精度。

(3)采用线性变压器降压,二极管整流,滤波后由LM2596开关电压调节器搭建的+5 V和+12 V两路独立电源,传感器电源和驱动电源分离,提高了系统的抗干扰性能。

环境质量智能监控系统 第9篇

目前, 无线传感器网络由于其结构的可变性、动态性、灵活性、以及节能性等优点, 在工业测量与控制、环境监测等方面具有广泛的应用, 各种需要集中监测与控制的现场对无线传感器网络有极大的需求。同时花木大棚对温度和湿度的要求很严格, 湿度和温度的合适与否将直接影响到农作物的生长, 所以本课题针对花木大棚设计了一智能环境监控系统。该系统采用韩伯电子技术研究所研发的Zigbex Mote无线传感器模块构成一个无线传感器网络。其目的是, 通过无线传感器模块Zigbex节点构成无线传感器网络, 对各个节点覆盖范围内的温度、湿度、光照强度等信息进行实时采集并传给上位机, 应用Lab VIEW软件编写上位机程序完成数据的实时显示、分析、存储, 以及对异常情况的报警, 使管理员实现对环境的远程以及智能监控。

1 基于Zigbex的无线传感器网络的构建

1.1 Zigbex Mote节点

Zigbex Mote模块由微控制器 (ATmega128L) 、无线通信芯片 (CC2420) 、传感器、天线等构成, 包括可以进行程序设计和与主电脑之间进行通信的接口。Zigbe X Mote设备作为可以构成传感器网络的最基本模块, 安装了各种的功能选项传感器板来获取多种传感器信息。Zigbex Mote以IEEE 802.15.4为通信标准, 支持Zig Bee通信协议。多个Zigbex Mote模块之间实现多跳通讯, 构成无线传感器网络系统。基于Zigbex的无线传感器网络具有体积较小、功耗极低以及适配能力强的优点。

1.2 ad-hoc无线网络组建

1.2.1 树路由的多跳实现

所谓树路由, 就是指汇节点与周边节点形成树状结构网络的路由协议, 树路由与无线传感网络一样, 最终目的节点为汇节点。图1显示了树路由协议中形成的拓扑结构。在树状拓扑结构中, 其特点是路由路径不能形成循环。而且, 在向上层的父节点传输数据的过程中, 最终具有向汇节点——主节点传输数据的特点。各节点针对多跳树路由无需保持复杂的路由路径, 只需要保持自身的上层父节点的地址实现多跳路由。

1.2.2 组网流程

由于本网络系统采用树状拓扑结构结构, 所以, Zig Bee协调器必须知道每个传感器节点的网络地址, 这就需要每个传感器在加入网络后, 都要把网络地址发送给协调器, 协调器收到传感器的网络地址后, 便可建立地址表并存储起来。其实现流程如图2所示。

2 基于Lab VIEW上位机监控系统的设计

2.1 VISA简介

Lab VIEW提供了功能强大的虚拟仪器软件规范 (virtual instrument software architecture, VISA) , VISA是用于仪器编程的标准I/O函数库及其相关规范的总称。VISA总线软件是一种虚拟仪器系统的综合I/O接口软件, 不受平台、总线和环境的限制, 可用来对USB, GPIB, 串口, VXI, PXI和以太网系统进行配置、编程和调试。在本系统中采用VISA来对串口进行读写操作。

2.2 Lab VIEW编程实现

2.2.1 VISA串口读写

在本无线传感器网络系统中, 实现VISA与无线传感网络正常的数据传输与通信可分为以下几个步骤: (1) 设置好数据缓冲区, 用于临时存放串口过来的数据; (2) 初始化串口, 通过VISA Configure Serial Port对串口通道与波特率、数据位、停止位和缓存大小等指标进行配置, 使串口的通信参数与Zigbex Mote模块的串口参数一致; (3) 向Zigbex Mote模块主节点发送查询指令; (4) 设置延迟时间, 等待Zigbex Mote模块执行命令, 并返回指令参数; (5) 从串口读取返回指令参数, 并提取该节点地址缓存中发送的监测数据进行识别, 每隔一个扫描周期重复操作 (4) , 并提取数据; (6) 关闭VISA。

2.2.2 Lab VIEW程序设计

鉴于本无线传感器网络系统由多个节点模块构成, 为了确保有序准确的观测到每个Zigbex模块所传回的数据, 必须执行分开的读与写操作, 因此整个框架可采用顺序结构。其实现的功能如下:1) 利用VISA实现串口通信, 读取数据;2) 将数据格式转换并显示;3) 存储数据至文本文件。由于, 该系统设计应用于花木大棚中, 而花木大棚对温度和湿度两个指标要求非常严格。因此, 将网络中各个节点中实时监测的温度、湿度与预置的正常值进行比较, 若超出正常值范围将自动点亮相应的报警灯以提醒管理员采取相应措施。基于Lab VIEW的上位机监控系统前面板如图3所示。

3 实验环境的搭建与测试

在室外空地上搭建一个3.5m*2m*2m的塑料薄膜大棚, 里面摆放二十五盆花草, 以模拟现实中的花木大棚。将连接好的Zigbex无线传感网络中的一个节点放入其中, 对大棚内环境进行二十四小时的实时监控, 并在上位机上进行观察。

实验结果表明, 大棚内的实时温度较室外高二至三度, 而湿度差异则随天气变化而变化。而且本无线传感网络系统所监测得到的数据均与网上提供的当天数据接近, 所得结果准确。

4 结束语

本课题设计了一种传输途径基于Zigbex Mote无线传感网络, 数据采集显示处理基于Lab VIEW的上位机监控系统, 实现了对环境的实时智能监控。实验证明, 该无线传感网络系统具有极强的可操作性以及可靠性。如在Zigbex模块附上其他功能传感器模块即可增加该无线传感器网络的适用性。

在今后的社会变更和发展中, 鉴于无线传感网络技术具有功耗低、数据传输可靠、网络容量大、兼容性、安全性、实现成本低等诸多优点, 无线传感网络必将被广泛应用于数字家庭领域、工业领域、智能交通等若干领域。

摘要：随着科技的日新月异和生产力的飞速发展, 生产环境的重要性越来越被人们所重视。本文提出通过无线传感器模块Zigbex构成树状拓扑无线传感器网络, 实现网络中各个节点之间信息的传输与通讯, 对监测环境状态的实时监测, 并以LabVIEW软件为实验开发平台创建了基于LabVIEW软件的数据采集、处理、监控及显示系统。该系统界面友好、易拓展、使用成本低, 实现了对环境的远程及智能监控。

关键词：Zigbee,无线传感器网络,LabVIEW,环境实时监控

参考文献

[1]韩伯电子技术研究所.Zigbex教材.韩伯电子, 2008.

[2]韩伯电子技术研究所.Zigbex练习册.韩伯电子, 2008.

[3]DIGN Gang, SAHINOGLU Z, ORLIK P, et al.Tree-based data broadcast in IEEE802o15o4and ZigBee networks.IEEE Trans on Mobile Computing, 2006, 5 (11) :1561-1574.

[4]王水鱼, 李宁, 胡树燕.基于LABVIEW实现PC机与单片机的串行通信.中国新通信 (技术版) , 2007, 12 (23) .

环境质量智能监控系统 第10篇

关键词：寒地水稻,育秧大棚,嵌入式微处理器,Modbus,监控

0 引言

我国是世界上人口最多的国家, 因此粮食供给成为不得不面对的问题。黑龙江垦区地处东北亚经济区位中心, 属世界著名的三大黑土之一, 也是我国重要商品粮基地和粮食战略后备基地, 水稻则是垦区主要的粮食作物。目前, 垦区的各个农场建有标准的工厂化育秧大棚, 进行集中的育秧, 以强化管理、降低投入成本。水稻育秧每年的3月份在标准的育秧棚内需要培育1个多月的时间, 秧苗长势的好与坏对作物的产量是有很大的影响。因此, 对秧苗的生长环境进行实时监测, 从而进行合理的调控, 为秧苗的生长提供最佳的生长环境是必要的。目前, 垦区对育秧环境的管理还是采用传统的人工方式, 不但很难满足秧苗生长的要求, 而且信息化和自动化程度也比较低。所以, 设计一套寒地水稻育秧环境智能监控系统来解决育秧大棚环境调控的问题是极为重要的。

席桂清等[1]等提出并开发了基于GSM网络的智能监测系统, 可以实现对育秧环境参数的测量、显示、存储, 每隔设定的时间或大棚内温湿度超过设定的阈值, 系统通过GSM网络自动发送数据到指定手机上, 方便、快捷、准确地指导稻农进行育苗管理。魏晓辉等[2]等采用硬件分系统设计方式设计了一套智能化育秧环境监控系统, 以实现远程监控与管理, 应用RS485通信技术可以减少棚内布线, 提高数据传输可靠性和采集设备的拆组性。

以上的系统设计中, 在进行通信时都是采用自己定义的协议, 系统的扩展性不是很好, 自身还存在一些缺陷, 对以后的系统维护也会带来很大的不便。Modbus协议是一种工业上通用现场总线标准, 各设备彼此之间通过此协议可以相互进行通信, 并可支持RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备[3]。本研究将Modbus协议与RS485总线相结合引入到寒地水稻育秧环境智能监控系统中, 以解决上述问题。本文采用嵌入式微处理器技术、传感器技术、通信技术、计算机技术及自动控制技术, 实现育秧棚环境参数的自动调节, 提高了垦区工厂化育秧生产过程中的自动化程度、减少了人力资源的浪费, 为秧苗生长提供最优的生长环境。

1 系统总体设计

系统的总体结构如图1所示。大多数农场采用集中建设育秧大棚, 便于集中育秧、集中管理, 为保苗壮秧提供良好的设施条件。该系统由两部分组成:一是以PC机作为上位机, 通过与下位机进行相互通信, 把下位机采集的数据传送到上位机上进行显示和保存, 在监控中心就能时刻监测育秧棚里的环境。同时, 上位机也可以向下位机发送一些指令, 命令下位机去执行相应的动作。由于育秧大棚离监控中心的距离比较远, 如果采用有线的形式进行数据传输可能会造成信号的衰减, 所以采用无线模块形式进行上位机与下位机之间的数据传输, 可以很好地保证数据传输的可靠性, 节约成本。二是以嵌入式控制器做下位机, 主要实现数据的通信及控制执行机构动作等功能。下位机与采集器之间遵守Modbus协议的RS-485通信方式, 采集器主要对土壤水分、土壤温度、空气温度、二氧化碳含量、光照强度及土壤p H值等数据进行采集, 把采集的数据传输给下位机, 并在液晶屏上显示, 便于农户实时掌握育秧棚内的环境情况。该系统的执行机构可以实现手动控制和自动控制两种工作方式。如果上位机出现了系统故障, 可以采用手动控制方式对育秧棚内环境情况进行调控。

2 下位机的系统设计

下位机系统包括主机监控器和从机采集器两部分。主机监控器与从机采集器之间进行通信时, 从机采集器将采集棚内的参数传送给主监控器, 通过JM12864F液晶屏上显示当时棚内的环境参数, 并将采集的参数通过无线的方式上传给上位机, 且接收上位机发出的指令, 控制执行机构工作, 对棚内的环境情况进行调控。

2.1 主机监控器设计

主机监控器由作为控制核心的STC12C5A08S2、数据接收模块、执行机构控制电路及无线传输接口等电路组成。STC12C5A08S2单片机具有低功耗、抗干扰能力强、运行速度快、高稳定性、内部嵌入A/D转换, 以及具有双串口、断电自动保存数据等功能。主机与从机采用主从式多机通信方式, 主机同时向多个下位机发送采集数据的指令, 下位机根据接收的指令并判断是否与主机进行通信, 下位机利用无线模块将数据传递给上位机, 并接收上位机发送的调控指令。

该系统对执行机构的控制具有手动控制和自动控制两种方式。执行结构的核心部件主要包括卷帘器和电磁阀。如果上位机向下位机发送手动控制方式时, 只需通过控制面板就可以控制执行机构动作;如果采用自动控制方式, 下位机通过采集的参数与上位机设置好的阈值进行比对, 确定是否控制执行机构动作。卷帘器采用24V直流电机KOS4060, 为了防止电机破坏棚膜, 在左右电机的行程上安装了上下限位行程开关。电磁阀采用24V直流电磁阀DF1-25, 为了防止继电器动作对单片机系统产生干扰, 利用光电耦合器将5V系统和24V系统隔离开, 从而提高了系统的稳定性。

2.2 从机采集器的设计

在育秧棚中设置3个从机采集器, 分别为1号采集器、2号采集器、3号采集器。1号和3号采集器采集的参数包括2个空气温湿度数据、1个土壤温度数据、1个土壤水分数据;2号采集器在此基础上增加了1个照度数据、1个CO2浓度数据和1个p H数据。选用STC12C5A08S2作为从机采集器的核心, 每个从机采集器主要由单片机最小系统、数据采集模块及MAX485通信模块组成, 主要负责对环境参数的采集, 并与主机监控器进行通信。

该系统采用的传感器包括两类:一类是模拟类传感器, 输出为4~20m A直流信号, 如土壤水分传感器DBT-1、CO2传感器BM-1000及p H传感器GPS-650。该类传感器与处理器接口是采用100Ω精密电阻来实现电阻—电压转换, 转化后将信号输入STC12C5A08S2的具有A/D转换功能的I/O中, 进行数据处理。二类传感器是数字类传感器, 如空气温湿度传感器DHT21、土壤温度传感器DS18B20及照度传感器SS6101。该类传感器输出的信号为数字信号, 便于与处理器直接连接, 无需在使用A/D转换功能。

2.3 通信模块的设计

系统采用无线方式与上位机进行通信, 无线模块采用SRWF-1028。该无线通信模块具有很强的抗干扰能力, 全透明传输, 体积小、具有功耗低传输距离远的特点, 与下位机嵌入式微处理器采用232通信方式连接。下位机将采集的环境参数和电磁阀、卷帘器的状态信息发送给无线模块, 依据与上位机的协议把相应的信息发送给上位机的无线模块, 实现数据的上传[4]。同时, 下位机也可以接受上位机的指令, 去完成指令的内容。

3 系统通信协议及软件设计

3.1 MODBUS协议

Modbus是目前主流现场总线协议之一, 通过此协议, 控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信[5]。Modbus协议定义了无论采用何种网络通信, 每个控制器都能认识Modbus协议规范的消息结构。在同一个Modbus网络中通信时, 该协议规定了每个从设备要有自己的地址;主控制与从设备进行通信时, 从设备是按照判断地址发来的消息来完成相应的操作。

Modbus串行链路协议是一个主-从协议。在同一时刻, 仅有一个主节点 (主机) 连接与总线上, 一个或多个子节点 (从机) (最大编号为247) 连接于同一个串行总线。通讯方式采用请求/应答的形式, 由主机发送请求帧, 所有从设备都接收该帧, 并对消息地址进行解析, 判断与自己的地址是否匹配:不匹配则丢弃该帧, 继续接受总线上传来的消息;只有与地址信息相匹配的从机才会进一步进行解析。若解析后校验的结果是错误, 从站会丢弃此帧, 并向主机发送错误信号;如果没有错误, 继续进行解析, 提取功能码的信息, 进而执行主机发来的命令。一般情况下, 当从设备发送错误信号给主机和在设定的时间内主机没有接到响应时, 主机就会立即重新发送信息给从机设备;从机在没有接收到主机的请求时, 不会自动发送数据, 从机之间不能进行通信。在任意时刻, 主机只能处理一个Modbus事务。

Modbus网络通信包括ASCII和RTU两种传输模式。无论配置何种传输模式, 网络中的所有设备必须采用相同的传输模式和相同的串口参数 (波特率、校验方式等) 。本文采用RTU的传输模式, 与ASCII模式在相同的波特率下相比, 它可以传输更多的数据。

在Modbus协议中消息是通过帧的格式进行传输, 当接收到消息帧时, 开始解析帧格式中的每个部分。采用不同的传输模式时校验方法也不相同, RTU传输模式通常采用CRC错误校验方法, 进行循环冗余校验码 (CRC) 校验, 判断数据的合法性和有效性。CRC可以检验主机或从机在通信时数据传输过程中消息是否准确, 如果是错误的消息, 数据即可丢弃[6]。在帧格式中, 采用不同的功能代码表示的指令也不相同, 在协议中已经规定了一些功能代码的功能, 编程时必须按照协议的要求进行设置。

3.2 软件设计

寒地水稻育秧环境智能监控系统软件分为上位机系统软件和下位机系统软件:上位机软件负责数据的存储、显示、查询及下位机管理等功能, 系统采用C#语言进行编写;下位机软件由主机监控器通信的软件和从机采集器通信的软件组成。首先, 下位机系统中的主机监视器、各从机采集器初始化, 各从机采集器进行采集数据;主机监控器在没有接到上位机指令时, 与各采集器进行通信, 接收数据的采集, 并储存在RAM中;当收到上位机指令时, 进行上位机指令的处理。为了防止数据跑飞, 各单片机都启动“看门狗”定时器。图2为主监视器与上位机通信软件流程图, 图3为主监视器与从机采集器的通信软件流程图。

4 系统运行验证

在八五九农场的10栋育秧棚中, 每栋育秧棚布置了15个传感器, 通过上位机串口通信软件, 实时对育秧棚内的环境参数进行采集。图4为单个育秧棚内空气温度曲线变化图。

5 结论

针对育秧棚监控系统存在的不足, 设计了基于Modbus的寒地水稻育秧环境智能监控系统。本系统已经在八五九农场进行了实际的应用, 从现场运行的情况来看, 系统运行稳定, 可以很好地满足对育秧棚环境参数的实时监测和育秧棚内环境参数的调控, 为秧苗的生长提供适宜的生长环境。

参考文献

[1]席桂清, 田芳明, 衣淑娟.寒地水稻育秧大棚智能监测系统设计与试验[J].农机化研究, 2011, 33 (11) :40-43.

[2]衣淑娟, 魏晓晖, 赵斌, 等.基于多机通信的智能化水稻育秧棚监控系统设计与应用[J].农机化研究, 2014, 34 (12) :11-14.

[3]孙刚, 吴文彪, 郑文刚, 等.采用MODBUS的灌溉用水远程自动抄表系统[J].农业工程学报, 2008, 24 (2) :76-80.

[4]田芳明, 衣淑娟, 谭峰, 等.智能育秧群棚监控系统的设计与应用[J].广东农业科学, 2012 (2) :126-129.

[5]毛建一, 陈渊睿, 伍常顺.基于Modbus协议的电能监控系统网络通信的实现[J].工业控制计算机, 2008, 21 (4) :78-79.

浅谈园林智能监控系统 第11篇

【关键词】园林建设 监控系统 智能报警 运动检测

一、前言

现阶段，智能监控系统在住宅小区[1]、园林绿化[2-4]、现代工业[5]、交通[6]、互联网及人们所触及的所有领域都有着广泛的应用前景。随着互联网技术的快速发展，视频监控系统[7]的规模愈大，在安全警卫监控工业监控、智能大厦监控、城市交通管理监控领域被大量应用。提出一种基于像素值聚类的运动目标检测方法[8]。在背景空间进行背景提取，将一幅图像中的每个像素点在时间轴上进行聚类，提取背景模板；之后采用当前图像与背景模板进行比较，从而检测出运动目标，并同时进行背景模板的更新。该算法能够在不同条件下快速准确的检测运动目标。

二、工作原理

智能监控系统由硬件、软件和系统三方面搭建而成。

1.硬件设备

a.系统的主控制器采用DaVinci处理器TMS320DM365。系统主要模块包括：CCD视频信号采集摄像机、A/D转换模块、云台控制器、SD卡存储模块、EVD0 3G模块。其系统硬件结构框图如下图1所示：

图1 智能监控器的硬件结构框图

b.排线采用人工布线加上路由器。每个相机通过千兆网相连，最终经由路由汇总。路由器可选择RSR30-44路由器和RG-P-720路由，前者融合了路由、交换机、语音、安全、传输、视频等多种网络应用，满足用户不同环境下的个性化需求，后者特别适合于公共热点、大型校园、企业级网络等环境的无线互联。

2.算法的使用

（1）运动检测功能模块是智能监控系统的首要环节，主要包括前处理子模块、运动检测子模块、后处理子模块。前处理子模块在分析传统滤波器优缺点的基础上，引入像素加权和像素分类的思想，构造出一个改进型多级中值滤波器，不仅具有良好的滤除性能，还较好的保护了图像的细节。运动检测子模块中，重点提出了动态背景减除改进算法，将时域差分法和动态背景法的优点结起来，构建一种动态更新的背景模型。后处理子模块采用形态学滤波来去噪、补空洞。

（2）提出一种运动目标的运动平滑性和尺寸连续性等特征，在二值图像层面上对运动目标区域的外接矩形进行跟踪的计算简单的算法。该算法充分考虑了互遮挡、目标短暂消失和永久一如、移出问题，可用于多目标的跟踪，具有较强的鲁棒性。

以上两种算法结合，有助于消除背景中的虚假干扰，提高运动目标检测的准确性，能将运动目标前景信息完整精确的体现出来。

三、实施监控系统应用分析

随着高等教育的迅速发展，高校园林绿化建设越来越受到社会的关注。在校园园林绿化中，对园林植物的保护是很重要的一方面。因此，研发一种园林植物智能监控系统变得迫切而有意义。

一旦非工作人员想要破坏园林植物，比如采撷花朵、肆意摘取果实，监控设备将会发出报警信号，工作人员将及时对欲破坏者进行制止，从而保护园林景观。如下图为一高校校园内两种植物。

图2夹竹桃 图3琵琶树

四、智能监控系统的优势

此智能监控系统可以对高校园林信息进行全方位的信息实时采集与监控。具有如下特点：

1）一体化。针对高校园林规模不是太大但品种繁多的特点，建设统一的一体化监控系统，避免了分立建设多套小监控系统，减少建设成本，提高了管理效率，为高校园林变运行管理方式的转变提供技术支持。

2）实时化。利用每个相机由千兆网相连经路由汇总实时监控园林的状况，及时发现人为因素的破坏，提高园林的建设。

3）智能化。园林变PC机智能监测控制，系统中嵌入智能监控算法，若有非工作人员闯入监控区，设备将实现自动报警，通过视频实时监控园林各区域的运行状况。

五、结语

本文针对高校园林智能监控系统的建设，较好的解决了目前各高校园林遭到人为破坏的问题。在园林中安装智能监控系统，可以实时监测园林中非工作人员的行为，进而快速采取行动，减少园林资源的破坏。通过智能监控系统，实施一体化监控管理，具有较强的实用性。

【参考文献】

[1]李伟，刘永杰，祁燕，李翔.园林绿化资源管理一体化建设的技术研究[J].测绘通报，2013，12：88-91

[2]邵秋艳.浅谈园林绿化工程监理质量控制要点[J].现代园艺，2012，10：57-58

环境质量智能监控系统 第12篇

1 环境监控系统设计

1.1 系统工作原理

每套传感器将实时数据以一定的周期采集到数据采集器RTU, RTU将模拟电信号量转化成数字量, 再接入CDMA数据通讯模块DTU, 使信号通过CDMA网络传输到电信基站并进入互联网, 并将数据发送至智能农业平台, 客户端可以登陆智能农业平台取得数据。

1.2 系统架构

目前温室环境监控系统主要采用有线和无线两种方式。传统有线温室环境监控系统因为安装调试困难、维护成本高、对大棚现场损坏严重, 已经逐渐被淘汰, 取而代之的是无线温室环境测控系统。然而由于目前市场上的无线传感器在供电、采集速率、传输稳定性等方面尚不能尽如人意, 通过综合比较, 我们选择有线和无线结合的网络架构。

系统主要设备结构连接示意图如图1、2所示。

1.3 系统硬件组成

1.3.1 环境采集传感器

根据对温室内农作物生长习性的深入研究, 同时考虑目前国内传感器产品的成熟度, 系统前端主要部署4种类型的传感器模块来监测温室内的环境指数。

(1) 空气温湿度传感器

温度主要影响酶及细胞器和细胞膜的活性, 可以控制蔬菜的吸收与蒸腾、光合与呼吸等重要的生理功能。空气温湿度是影响蔬菜生长最直观、重要的因素, 通过对空气温湿度的监测可以实时了解蔬菜的基本生产环境、及时采取措施将生长环境调控到最佳状态。

(2) 光照传感器

光照对植物的生长、发育和品质均有重要影响。光以光强、光质和日照时间的长短对蔬菜或水果产生生态效应。光强太低, 光合效率低;光强太高, 超过光饱和点, 光合产物也会减少, 而且会因水分不足, 气孔关闭, 光合受阻, 使作物受害。因此本方案通过光照传感器采集温室中的光照度, 为开关遮阳等光照调控方法提供参考。

(3) 土壤含水量传感器

温室农作物对土壤水分的要求一般以营养生长初期和果实开始迅速生长期为需水临界期, 这时缺水对温室农作物生长影响极大。土壤水分过少, 作物吸水速度慢于蒸腾失水速度, 这种情况下需要补偿叶片的失水;补偿不足时, 叶片光合作用速率降低, 合成酶的活性受抑制, 生长停顿。

土壤水分传感器的数量需要根据大棚温室农作物的生长环境而定, 一般一个独立灌溉区部署一个土壤水分传感器。

(4) CO2传感器

温室作物干物质积累源自光合作用, 即CO2同化作用, 因此, 温室农作物的增产与CO2的较广泛的生理效应有关。保证温室大棚内的CO2供给是提高产量和品质的最基本要求。近年来, 大棚CO2施肥技术在一些高效设施农业大棚中也获得了广泛的应用。CO2传感器是进行日常CO2施肥管理的有力依据。

本系统传感器采用有源供电方式, 所有传感器通过RS485或RS232总线方式接入数据采集模块。

1.3.2 数据处理模块 (RTU)

在智能农业系统中, RTU负责各种传感器的接入, 周期性的采集传感器数据, 然后向上连接数传模块, 将采集到的数据通过CDMA网络发送到智能农业监控业务平台;同时负责接入控制器, 实现对风机、灌溉等控制设备的远程控制。

RTU部署数量由前端传感器数量决定。每个RTU和下位传感器以及上位DTU分别通过RS485总线方式连接。

1.3.3 数据传输模块 (DTU)

本项目在每个大棚内安装CDMA通讯模块, 经过可靠的数据信息采集通路, 数据通过CDMA网络传输到智能M2M平台后, 存入数据库, 可以供客户通过远程终端登录界面, 进行数据查询、数据分析、告警信息接收、阈值控制等相关操作, 实现农业大棚管理科技化、自动化、一体化。

1.3.4 远程控制模块

(1) 远程控制功能

(1) 与各主控设备进行数据交换:大棚控制器采用485有线方式与现场控制器通讯, 有线连接通讯质量更为可靠。

(2) 对各主控设备的手动控制功能:控制器可以对并联接入的主控设备实现远程控制。

(3) 接收平台控制指令:控制器可以接收并执行智能农业环境监控系统平台反向发送的控制指令, 对各主控设备进行控制。

在进行手动和自动切换时, 切换的信号自动反映到主控中心。手动控制时, 通过软件平台上的控制按钮便可以进行加温、降温等控制操作。

(2) 远程控制内容

本系统支持以下日光温室大棚控制项目的远程控制, 所有电动集中控制的设备均可实现为远程控制:喷灌设备的灌溉控制;排风系统风机的控制;补光系统的控制;遮阳系统的控制等。

(3) 远程控制方案设计

远程控制终端除了通过电脑客户端平台实现远程控制外, 还可以通过手机WEB方式实现远程控制。

1.4 系统功能设计

1.4.1 传感数据查询

传感数据查询模块可以提供用户查询农业大棚内不同区域的若干传感器所收集到的实时和历史数据。用户选择某类传感器菜单, 系统会展示各区域内的实时数据;选择具体区域, 系统可以显示此区域内的环境历史数据。数据每隔一段时间刷新一次。本方案的传感数据类型包括温湿度、土壤水分、光照和二氧化碳。

1.4.2 阈值设置功能

此功能指系统中具有相应权限的用户可以设置各传感器的阈值上下限, 包括对温度、湿度、二氧化碳、土壤含水量、光照等各传感器的阈值设置。

1.4.3 系统报警功能

系统根据传感器上采集的数据与设定的阈值进行比对, 如果超出阈值, 平台自动在监控页面上进行报警。管理平台可以实现界面报警、声音报警和短信联动报警等, 确保工作人员在第一时间收到告警信息, 及时采取措施, 将损失降到最低。当传感器数据正常后, 平台告警标识解除。

1.4.4 远程控制功能

大棚内安装带有控制箱控制功能的风机、照明灯、喷灌设备等常见设备, 管理人员根据平台监测到的传感器数据, 判断异常情况并通过平台远程控制某个设备的开、关。

1.4.5 自动生成分析报表

可根据用户的需求, 将数据库中存储的不同时间段、不同品种植物的种植信息、生产环境参数信息等以图表或曲线的形式自动生成各种分析报表, 为农作物的生长研究提供数据, 为今后的种植提供参考。

整个环境监控系统的作用就是使植物生长在一个相对恒定的环境中, 尽量减少外界环境对其生长产生的影响。

2 特色与创新

(1) 研究开发的精细蔬菜园区温室大棚可借助电脑或手机通过有线或无线网络远程控制自动通风系统、自动微喷灌溉系统、自动遮阳网等农机装备。

(2) 研究开发的全自动微喷灌溉系统由自动控制系统和自动微喷系统共同组成, 完全把基于物联网设计的传感网水分管理控制系统与微喷系统结合起来, 实现土壤湿度数据信息采集、传输、分析, 按照蔬菜的需水要求, 通过启动或关闭自动控制阀门控制微喷头, 适时适量的进行田间灌溉。

(3) 系统给水行为与蔬菜吸水行为, 在时间上同步, 在数量上匹配。

(4) 水在叶菜生长田块上方形成细雨状水滴, 隔离太阳强光热照射, 有效改善田间小气候, 保证灌溉水恰当, 促进作物生长, 提高产量和品质, 避免因管理不当造成水资源浪费、土壤板结, 降低劳作强度, 达到省工节本的目的。

(5) 解决了传感网络管控系统开发与建立的问题, 包括无线传感器节点数据采集和信息处理系统。

(6) 依托传感技术、无线技术、宽带技术、SIP技术、视频技术、智能控制技术, 做到对温室土壤、空气、水分、温度、光照等环境参数的全程监控与管理。

(7) 依托采集传感器、数据处理模块 (RTU) 、数据传输模块 (DTU) 等的硬件组合实现了设施农业管理科技化、自动化、一体化、智能化。

(8) 实现对各主控设备进行数据交换及接收平台控制指令, 实现远程控制。

(9) 实现传感数据的实时查询与历史追溯;具备环境影响因子的阈值设置功能、系统报警功能、远程控制功能、全程追溯并生成分析报表功能。

3 效益分析

3.1 经济效益

开发研究的智能化系统应用到设施农业农机装备后, 首先大大提高农机运行效率, 合理配套农业装备, 最大限度地发挥农业机械的投资效益, 最大限度地减少能源消耗, 提高经济效益, 另外, 通过物联网技术的应用, 监测农作物生长的信息, 引导农民科学购置农机的数量和种类, 根据不同的作业要求, 从功率、转速、配套等方面考虑, 选用不同的作业机具、辅助设备及安全生产设备, 综合提高经济效益。其次, 物联网应用于现代农业生产, 调节作物生长达到最佳环境条件, 控制病虫害发生条件, 产量与质量比人工控制的大棚都有极大的提高, 某些品种的生产效率甚至可以提高30%以上, 同时提高了产品的市场竞争力与公信力, 按有机 (生态) 蔬菜标准生产的蔬菜, 市场单价提高50%以上, 平均单价可保持在5~6元, 每667 m2收益达5万元左右, 是普通蔬菜大棚收益的2~3倍;再次, 降低物资成本及劳动力成本, 提高综合性收益。

3.2 社会效益

应用物联网技术服务好农机、服务好“三农”, 是现代农业向智能农机、感知农业迈进的一个重要标志, 并切实提升农业机械化的发展层次和经济效益。

3.3 生态效益

该项目秉承现代生态农业的发展标准———“绿色环保, 有机生产, 抵制农药残留”, 采用物联网技术, 在温室生产中大量采用无线传感器管理, 调控温度、湿度、光照、通风、二氧化碳补给、营养液供给及p H值、EC值等, 使栽培条件达到最适宜水平, 智能调控农机装备运行, 合理利用资源, 提高产品的产量和质量, 同时具有综合环境控制、肥水灌溉决策与控制、紧急状态处理和信息处理等功能。对于改善农业生产条件, 保护生态环境, 实行农业的可持续性发展具有重要的作用。

4 结语