智能蔬菜大棚创新方案

2014年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程创新型竞赛组

工程设计方案

产品名称智能蔬菜大棚

产品功能简述

为了提高城乡居民的物质生活水平，加强菜篮子工程建设，提高大棚蔬菜的现代化管理水平，保障蔬菜的品质与安全，降低菜农的种菜成本，本方案应运而生，实现了大棚蔬菜的现代化管理。我们结合了蔬菜生长特点以及对生活环境因素的需求，采用了温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器和其他相关设备，并借助西门子LOGO！控制器来实现在蔬菜的不同生长阶段对大棚内部光照强度、空气温湿度、土壤相对湿度、二氧化碳浓度的实时监测和控制，在规定时间内实现以上要求的自稳定，以保证蔬菜在每个生长阶段都生活在一个最为适宜的环境里。本方案不仅实现以上基本功能，还集灌溉、施肥、除病虫害、除草和远程监视于一体，是一个名副其实的智能现代化大棚绿色蔬菜栽培

远程控制系统。该方案克服了传统蔬菜大棚的一些弊端，在控制过程中实现了自动化、智能化、规范

化。本产品测量数据准确、精度高、运行稳定、质

量可靠，不但减少了人力财力的投入，增加了菜农

的收入，而且能让城乡居民吃上放心菜。从而最终

带动我国新农村经济发展以及提高城乡居民生活

质量，在蔬菜大棚的技术推广和使用上具有广阔的

市场前景。

公司名称安徽尚能济农科技有限公司

目标市场□工业市场

□民用市场

☑其他农业市场

学校

公司职位（角色）姓名身份证号联系电话及电邮产品经理（主要联系

人）

技术总监

市场总监

指导教师

指导教师

1.产品介绍

为了提高城乡居民的物质生活水平，加强菜篮子工程建设，提高大棚蔬菜的现代化管理水平，保障蔬菜的品质与安全，降低菜农的种菜成本，本方案应运而生，实现了大棚蔬菜的现代化管理。目前，大棚蔬菜的温度监控技术［1］已相当成熟，在大棚蔬菜中得到了广泛应用; 大棚蔬菜中的滴灌技术也得到了推广，大大的提高了水的利用效率; 对于大棚蔬菜的远程管理和对大棚蔬菜实行智能化施肥与除病虫害［2］还不多见。本方案结合了蔬菜生长特点以及对生活环境因素的需求，采用了温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器以及其他相关设备，并借助西门子LOGO！控制器来实现在蔬菜的不同生长阶段对大棚内部光照强度、空气温湿度、土壤相对湿度、二氧化碳浓度的实时监测和控制，在规定时间内实现以上要求的自稳定，以保证蔬菜在每个生长阶段都生活在一个外在条件最为适宜的环境里。本方案不仅实现以上基本功能，还集灌溉、施肥、除病虫害、除草和远程管理于一体，是一个名副其实的智能现代化大棚绿色蔬菜栽培远程控制系统。

2. 产品亮点

（1）通过引进西门子LOGO！作为控制器克服了传统蔬菜大棚在生产管理上的一些弊端，在监控过程中实现了自动化，智能化，规范化。

（2）通过引进西门子LOGO！控制器，解决了测量数据准确性，精度，运行稳定性，质量可靠性等技术难题。

（3）将西门子LOGO！应用于现代化农业的蔬菜大棚工程建设之中，克服并解决了传统蔬菜大棚在生产建设过程中暴露出的一系列问题，不但减少了人力财力的投入，增加了蔬菜的产量，提高了劳动生产率，而且增加了菜农的收入。

（4）增加了蔬菜大棚的透明度，可以远程监视蔬菜各个生长阶段的生长状况并对大棚内环境因素进行实时监测与控制，从而增加蔬菜产量。

（5）该产品功能齐全，操作简单，维护方便，具有较高的性价比。

（6）保护环境，节约资源，对生态文明建设做出了贡献。

（7）在施药阶段实现了智能控制，保障了消费者舌尖上的安全。

3. 产品设计方案

3.1 产品功能介绍

3.1.1产品的选择理由

根据系统的需要，可以采用以下三种方案对蔬菜大棚进行控制：

第一种方案是采用单片机控制，逻辑功能部分实现没问题，但开发周期很长，可靠性较差，而且无法灵活修改满足非标设备的需求。

第二种采用通用可编程控制器PLC，所有的控制功能均可实现，但PLC价格相对偏高，而且大多数功能都没有涉及到，达不到高性价比的要求。

第三种采用LOGO!控制器，不仅编程简单，功能齐全，而且可以灵活配置，操作简单，维护方便，易上手，非常适合应用在蔬菜大棚自动化控制设备上。

经过比较后，最终确定使用 LOGO! 作为核心控制器。

3.1.2产品的选择过程

小组成员通过调查得知在蔬菜大棚内部各种环境因素的控制过程中对于控制器的要求非常严格。包括以下几方面：

（1）对产品使用过程中稳定性、安全性的要求。

（2）对产品成本的要求，只有最大限度地控制产品的成本才容易被市场接受。

（3）对于系统多变性的要求。

因此在生产过程中往往需要一块专用的控制器，这样尽管在成本上有一定的优势，但各种细节的完善，需要很长的过程，这反倒不利

于成本和周期的管控，其次如果选择一块廉价的PLC，这从稳定性、安全性，供货周期，以及开发周期上都要好一些。但是纵观市场上流行的各种PLC，即使是最便宜的，成本还是大大地超出了农民的心理承受价位。

西门子LOGO！的出现综合全面的解决了以上问题，LOGO！具有可编程功能，还集成了参数显示和输入的多功能面板，方便研发及后期的改造，同时它不仅仅是一个先进的定时模块，除了简单的逻辑功能，还可以进行PI控制，PWM输出这样的专业功能，完全可以满足在蔬菜大棚控制中的需求。并且编程软件很容易上手，通过简单地传授，农村用户完全可以进行一些基本的应用，而且LOGO！还有仿真的功能，很方便调试，实践证明选择西门子的LOGO！控制器是很成功的。更重要的是LOGO！能够提供面板编程，维护人员在用户现场可以根据需求手动编程调试，不需要电缆，也不需要携带电脑，这是PLC无法实现的，尽管LOGO！的功能如此强大，但是它的价格相对PLC而言便宜很多，完全符合农村用户的心理承受范围，最重要的是LOGO！具有的以下强大的功能决定了我们的选择：

（1）LOGO！集成了多功能面板，用户可以在没有电脑的情况下方便地查看文本信息并调整内部控制程序以及系统参数。

（2）LOGO！可以实现逻辑控制，以及处理模拟量信号，它提供了比如模拟量比较器，模拟量的阀值触发器，算数指令等功能块