基于组态软件的农业大棚控制系统

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基于云计算的智能农业大棚控制系统设计与优化

基于云计算的智能农业大棚控制系统设计与优化智能农业大棚控制系统是一种基于云计算技术的智能化解决方案，旨在提高农业大棚的生产效率、节约资源并改善农作物的生长质量。

本文将探讨智能农业大棚控制系统的设计与优化，包括系统架构、传感器选择、数据采集与处理、控制策略和优化算法等方面。

首先，智能农业大棚控制系统的设计需要一个合理的系统架构。

一个典型的系统架构包括云端服务器、边缘计算设备和农业大棚内的传感器与执行器。

云端服务器用于大规模数据存储与处理，边缘计算设备用于数据采集与控制指令的执行，而传感器与执行器则负责采集环境参数并执行相应的控制操作。

在传感器选择方面，种类繁多的传感器可以监测大棚内的温度、湿度、光照强度、土壤湿度等环境参数，为智能控制提供必要的数据。

优质的传感器能够提供准确的数据，从而保证控制系统的可靠性和稳定性。

数据采集与处理是智能农业大棚控制系统中的关键环节。

传感器采集到的数据应该被快速、准确地传输到云端服务器进行处理和分析。

云端服务器可以通过数据挖掘和机器学习算法，对大量的数据进行模式识别和预测分析，为农业大棚的管理和决策提供科学依据。

同时，边缘计算设备也可以在大棚内部进行一些简单的数据处理和控制操作，减少数据传输的延迟和云端服务器的负荷。

控制策略的制定是智能农业大棚控制系统设计中的核心问题。

通过分析农作物的生长需求和环境参数的动态变化，可以制定合理的控制策略，如调控温度、湿度和光照等参数，以优化农作物生长环境并提高产量和品质。

此外，还可以利用自动化技术，如自动灌溉、自动施肥和自动除草等，减轻劳动强度，并提高管理效率和生产效益。

优化算法是提高智能农业大棚控制系统性能的重要手段。

通过建立数学模型，可以利用优化算法对大棚内的资源分配、控制参数和决策策略进行优化。

常用的优化算法有遗传算法、模拟退火算法和粒子群算法等，它们可以寻找全局最优解或次优解，从而实现控制系统的最优化。

为了有效地设计和优化智能农业大棚控制系统，需要从多个方面进行综合考虑。

基于STM32单片机的温室大棚监控系统开发

引言
随着现代农业的发展，温室大棚在农业生产中发挥着越来越重要的作用。温室大棚能够提供适宜的土壤和气候条件，使得农作物可以在不同的季节正常生长。然而，温室大棚的环境条件对农作物的生长有着至关重要的影响。为了确保农作物的高产和优质，需要对温室大棚的环境进行智能控制，包括温度、湿度、光照等因素。
3.实用性：系统的设计和实现均考虑到实际应用场景，使得操作简单便捷。系统的能耗较低，适于在电池供电条件下长时间运行。
谢谢观看
关键词：
1、STM32单片机：STM32系列单片机是意法半导体公司推出的一款基于ARM Cortex-M内核的32位单片机，具有高性能、低功耗、易于开发等特点。
2、温室大棚：温室大棚是一种用于农业生产的高效设施，可以为农作物提供适宜的生长环境，通过控制光照、温度、湿度等因素，提高农作物的产量和品质。
2、传感器选择：传感器是监控系统的核心部件，直接影响着数据的准确性和系统的稳定性。温室内需要监测的温度、湿度、光照等参数，选择相应的传感器进行数据采集。
3、电路设计：电路设计是系统开发的重要环节，需要考虑各模块之间的接口和连接方式，保证系统的稳定性和可靠性。
程序开发：
1、初始化程序：初始化程序主要用于配置STM32单片机的引脚、时钟等基本参数，以及初始化传感器等外设。
基于STM32单片机的温室大棚监控系统开发
基本内容
随着现代农业的发展，温室大棚在农业生产中发挥着越来越重要的作用。为了提高温室大棚的产量和效益，监控系统的应用逐渐成为一种趋势。本次演示将围绕基于STM32单片机的温室大棚监控系统开发，介绍该系统的背景、意义、关键词、系统设计、程序开发、系统调试、系统应用和结论。
2、用户反馈：用户反馈是评价系统优劣的重要标准。在实际应用中，用户对温室大棚监控系统的稳定性、可靠性、实用性等方面给出了较高的评价。例如，有用户反映该系统能够根据环境参数自动调节温室设备，大大减轻了他们的劳动强度。

基于Air724UG模组的农业大棚远程监控系统设计

基于A i r 724U G模组的农业大棚远程监控系统设计*龙顺宇,林道锦,杨伟,李泽芳(海南热带海洋学院海洋信息工程学院,三亚572022)*基金项目:文章系海南省2020年教育发展专项资金项目(H n j g202091)㊁海南热带海洋学院2020年校级教育教学改革研究项目(R H Y j g z d 202004);海南热带海洋学院2019年校级教改项目(R H Y J G 201908)㊂摘要:本文基于上海合宙科技有限公司生产的A i r 724U G L T E C a t .1模块,搭配S T C 8单片机及其外围电路,实现了农业大棚的远程监控㊂该系统分为云上平台和云下平台,两个平台以MQ T T 协议连接和通信,大棚内的环境参量可以实时传送到云端,处理后的数据又可以反向作用于云下平台,管理人员可灵活通过W e b 客户端或移动终端实现对大棚的远程监控,高效便捷㊂经测试,本系统具备性价比高㊁跨平台㊁易构建的特点,可满足一般场景应用㊂关键词:农业大棚;远程监控;A i r 724U G ;G P R S ;MQ T T中图分类号:T P 31 文献标识码:AD e s i g n o f R e m o t e M o n i t o r i n g S y s t e m f o r A gr i c u l t u r a l G r e e n h o u s e B a s e d o n A i r 724U G M o d u l e L o n g S h u n y u ,L i n D a o j i n ,Y a n g W e i ,L i Z e f a n g(C o l l e g e o f O c e a n o g r a p h i c I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ,H a i n a n T r o p i c a l O c e a n U n i v e r s i t y ,S a n ya 572022,C h i n a )Ab s t r ac t :T h i s a r t i c l e i s b a s ed o n t he A i r 724U G L T E C a t .1m o d u l e p r o d u c e d b y S h a n g h a i H e z h o u T e c h n o l o g y Co .,L t d .,c o m b i n e d w i t h t h e S T C 8m i c r o c o n t r o l l e r a n d i t s p e r i p h e r a l c i r c u i t s t o r e a l i z e a r e m o t e m o n i t o r i n g s y s t e m f o r a g r i c u l t u r a l g r e e n h o u s e s .T h e s ys t e m i s d i v i d e d i n t o a p l a t f o r m a b o v e t h e c l o u d a n d a p l a t f o r m b e l o w t h e c l o u d .T h e t w o p l a t f o r m s a r e c o n n e c t e d a n d c o mm u n i c a t e d u s i n gt h e MQ T T p r o t o c o l .T h e e n v i r o n m e n t a l pa r a m e t e r s i n t h e g r e e n h o u s e c a nb e t r a n s m i t t e d t o t h e p l a t f o r m a b o v e t h ec l o ud i n re a l t i m e ,a n d t h e p r o c e s s e d d a t a c a n b e r e v e r s e d t o t h e p l a tf o r m b e l o w t h e c l o u d .T h e m a n ag e r s c a n f l e x i b l y r e a l i z e r e m o t e m o n i t o r i n g of t h eg r e e n -h o u s e t h r o u g h t h e W e b c li e n t o r m o b i l e t e r m i n a l ,w h i c h i s e f f i c i e n t a n d c o n v e n i e n t .A f t e r t e s t i n g ,t h i s s y s t e m h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h c o s t p e r f o r m a n c e ,c r o s s -p l a t f o r m ,a n d e a s y to b u i l d ,w h i c h c a n m e e t g e n e r a l s c e n a r i o s .K e yw o r d s :a g r i c u l t u r a l g r e e n h o u s e ;r e m o t e m o n i t o r i n g ;A i r 724U G ;G P R S ;MQ T T 0 引言随着智慧农业和物联网技术的飞速发展,农业大棚的智能化管理需求亟待解决[1-2]㊂管理者提出了云上农业㊁智慧大棚的场景需求,相关传感器节点可以将大棚中的环境参量上传到云端,如温湿度㊁二氧化碳浓度㊁光照强度等[3-4]㊂管理者可以在各类终端远程监测和控制大棚设备,如抽湿机㊁鼓风机㊁大棚遮布㊁大棚光源㊁水泵设备㊁调温设备㊁杀菌设备等,以此实现智能化㊁高效化㊁自主化管理[5-6]㊂该系统中包含了对温湿度㊁二氧化碳浓度㊁光照强度等环境参量的检测以及对系统外围电路的控制㊂本文基于此类应用设计并实现了一套农业大棚远程监控系统,以满足实际场景需求㊂1 系统框架及功能设计本文设计的农业大棚远程监控系统从结构上可分为云上平台与云下平台㊂云下平台多为硬件箱体㊁硬件密封盒形式,包括了各类传感器㊁执行器设备㊁主控及通信单元(即A i r 724U G 模组),这些功能单元组合为一个功能节点,按照农业大棚需求和规模,节点数量可以是几个㊁几十个乃至几百个,若系统节点数量超过组网地址数量,则需要添加网关加以分配和汇总[7-8]㊂云下系统以S T C 8单片机作为主控核心,通过各类传感器采集不同的环境参量,将环境参量处理之后组帧,然后把数据帧发送给A i r 724U G 模块,该模块自动连接到G P R S 网络,再以MQ T T 协议连接到阿里云I o T 服务器,不间断地将采集到的数据传输到云上平台,从而实现数据采集与实时上传㊂云上平台由移动终端A P P 和W e b 端构成,具有连接和调节云下平台的作用,同时也承担了数据存储㊁策略实施㊁数据分析等功能㊂手机A P P 或W e b 电脑客户端通过MQ T T 协议发布或订阅相应主题信息,在A P P 界面或W e b 网页界面上以动态方式实时显示出传感器数据㊂当云服务器接收到用户操作请求时,通过MQ T T 协议将操作请求下发到相应设备,完成云上云下交互,实现系统远程控制㊂本系统整体框架如图1所示㊂图1 农业大棚远程监控系统框图2 系统硬件设计硬件部分由三个核心单元组成,即A i r 724U G 模组单元㊁S T C 8单片机主控单元和传感/执行器设备单元㊂A i r 724U G 模组承担G P R S 数据通信,S T C 8单片机处理传感器数据,单片机引出了G P I O 端口以连接执行器设备㊂节点硬件采用5V 供电,体积小巧,运行功耗小于10W ,可待机节能,实际嵌入到农业大棚之中㊂2.1 A i r 724U G 模组单元设计A i r 724U G 是上海合宙科技有限公司生产的4G 全网通模块,该模组可适应不同的运营商和服务,确保了产品设计的最大灵活性和自由度,模组承担了S T C 8H 3K 64S 4单片机连入G P R S 通信网络的需求,内部自集成了MQ T T 协议,在透明传输的模式下,作为T C P 客户端与各类I o T 云端服务器进行交互,支持双卡双待机,还可以切换运营商网络,接口丰富功能齐全㊂该模组内置了丰富的网络协议,集成了多个工业标准化接口,支持多种驱动和软件功能(如W i n d o w s X P ㊁W i n -d o w s V i s t a ㊁W i n d o w s 7/8/8.1/10㊁L i n u x ㊁A n d r o i d 等操作系统下的U S B 驱动等),极大地扩展了其在M 2M 领域的应用范围,该模组还支持S S L 通信,该协议位于T C P /I P 协议与各种应用协议之间,为数据通信提供安全支持㊂具有使用监测范围广㊁数据实时性强㊁建设周期短㊁成本低㊁使用方便㊁数据传送速率高㊁可进行远程监控㊁抗干扰能力强等优点㊂2.2 S T C 8单片机主控单元设计设计中采用S T C 公司生产的增强型高速8051内核S T C 8H 3K 64S 4单片机实现对节点设备的数据采集和处理,同时控制A i r 724U G 模组的网络通信,该单片机兼容传统M C S 51单片机系列,外围电路精简㊁性价比高,该单元电路如图2所示㊂电路中的U 6为C H 340G 芯片,该单元将U S B 转换为T T L 电平标准的串口,便于向单片机烧录程序㊂U 7为3.3V 的L D O 稳压单元,U 5为S T C 8H 3K 64S 4单片机㊂该型号单片机自带4组独立的异步串行通信接口,可用于A D C 数据采集扩展与多路网络通信模块扩展㊂硬件设计中分配串口2为A i r 724U G 模组与单片机的串口通信端口,预留串口1与A D C 转换接口方便程序下载和后期模拟信号采集扩展㊂单片机的P 1.0和P 1.1引脚与A i r 724U G 模组的U A R T 1_T X D 和U A R T 1_R X D 两个引脚交叉相连,实现U A R T 通信㊂在设计中考虑到单片机核心需要长时间与A i r 724U G 模组进行异步串口通信,该场景下对波特率精度要求较高,所以最好不启用单片机片内高速R C 时钟源,因而在电路设计中仍保留了X 1㊁C 22和C 23构成的外部石英晶体振荡器电路㊂2.3 节点传感/执行器单元设计节点传感及执行器单元既是信息来源又是调控动作的具体表达,传感器设备负责采集农业大棚的环境参量,例如温度㊁湿度㊁光照强度㊁C O 2浓度等,采集到的参量实时上传到云上平台㊂同时可以接收到云上平台下达的操作命令,此时执行器设备会作出响应,如打开顶部窗㊁侧面窗㊁温度阀门控制器㊁灌溉阀门控制器㊁大棚光源㊁风机等㊂考虑到系统需求,本设计实际选择了温湿度传感器D H T 11㊁光照强度传感器G Y 30㊁C O 2气体传感器MG 811作为传感器设备,添加了V S 1838B 解码头及继电器作为执行器设备开关,该单元电路如图3所示㊂电路中的U 10为D H T 11传感器,该传感器为数字式温湿度一体化传感器,出厂时已经校准,其湿度精度可达ʃ5%R H ,温度精度可达ʃ2ħ,湿度量程为20%~90%R H ,温度量程为0~50%,可满足农业大棚场景需求㊂分配单片机的P 4.7引脚与D H T 11的数据输出引脚D A T A 连接,用来传输数据㊂电路中的U 8为G Y 30光照强度感应模块,该模块核心采用B H 1750F V I 芯片,供电电压支持3~5V ,可检测0~65535l u x 区间照度,可对亮度进行1个l u x 的高精度量化㊂该芯片内置了16位A /D 转换器和通信电平转换单元,可直接输出数字信号与单片机对接,电路中分配图2 S T C 8H 3K 64S 4单片机核心电路原理图图3 节点传感器/执行器电路原理图G Y 30_S C L ㊁G Y 30_S D A 与单片机的P 2.5时钟线㊁P 2.4数据线对接通信,该芯片性价比高㊁连线简单,因此在农业大棚场景中得到了广泛运用㊂电路中的S R 1为MG 811型C O 2气体传感器模块,该型号传感器对C O 2气体具有良好的检测灵敏度和选择性,受温湿度的变化影响较小,测量数据较为稳定㊂MG 811信号输出阻抗高,在设计电路时可在传感器信号输出后端接入一级阻抗变换电路,将传感器输出阻抗降到可测量级别㊂电路中的U 9为运算放大器,可放大MG 811输出信号,U 13为电压比较器,也可以设定阈值电压直接得到C O 2浓度二值化判定结果㊂电路中的U 12为V S 1838B 红外接收头,该器件体积小巧㊁可直接将38k H z 载波的红外信号解码为电平形式输出,接收角度宽且抗干扰能力强,此处用于接收大棚红外信号以控制设备动作㊂3 系统软件设计系统软件的设计重点主要是两个方面,即云下平台节点控制编程和A i r 724U G 模组的通信编程㊂3.1 云下平台节点控制程序设计节点中的传感器㊁执行器和A i r 724U G 模组都应在主控单片机的协调下联合工作㊂节点主控首先对整个系统进行初始化,然后对传感器设备采集到的参量进行转换和处理,得到对应的温湿度值㊁C O 2浓度㊁光照强度之后,进入判断程序,判断是否超过系统所设定的阈值并实时传送参量及状态到云上平台㊂若采集值超出阈值发生异常,系统应自动执行本地策略,如温度过高将自动打开温控阀门控制器㊁湿度过低自动打开灌溉阀门控制器等动作㊂除了传感器之外,执行器设备状态也会实时地上报云上平台,当云上平台下达操作请求时,节点执行器设备会执行相应的动作,如收缩大棚遮盖㊁启停相关设备等㊂云下平台节点控制软件流程如图4所示㊂图4 云下平台节点控制软件流程图3.2 A i r 724U G 模组通信程序设计节点中的编程重点即为对A i r 724U G 模组的控制,S T C 8主控单片机上电后,首先初始化U A R T 串口,设置串口波特率等参数,并配置串口中断服务函数,准备接收A i r 724U G 模组的回传数据㊂主控单片机采用A T 指令集与A i r 724U G 模组进行交互㊂A i r 724U G 模组上电初始化成功后会返回 S M SR E A D Y,此时主控单片机需遵照以下流程验证模块状态和配置网络连接㊂首先发送 A T 指令,训练模组波特率,期待响应值 O K ,然后发送 A T +C G M R ,查询A i r 724U G 模组版本号,期待响应值 A i r M 2M _A i r 724U G _V 584_L T E _A T ,随后发送 A T+C G A T T ? ,激活数据网络,期待响应值 +C G A T T :1 ㊂接着发送 A T +C P I N ,查询S I M 卡状态,期待响应值 +C P I N :R E AD -Y ㊂最后发送 A T+C G R E G ? ,查询当前G P R S 注册状态,期待响应值 +C G R E G :0,1㊂A i r 724U G 模组最终以T C P /I P 协议或MQ T T 协议与阿里I o T 云服务器连接,系统作为T C P 客户端向服务器发送T C P 连接请求,采用A T 命令:A T+M C O N F I G=<c l i e n t i d >,,㊂其中<c l i e n -t i d >是阿里I o T 云服务器创建设备时产生的c l i e n t i d ,为用户名,为密码,若没有用户名和密码,此两项可为空㊂模组接收到该命令后会返回O K ,再发送 A T+S S L M I P S T A R T=<s v r a d d r>, ,与服务器建立一个T C P 连接,收到 C O N N E C TO K 后需要立刻发送建立会话指令 A T+M C O N N E C T=1,330 ,成功之后模组依然会返回 C O N N E C T O K㊂使用串口工具可截取A i r 724U G 模组与单片机之间的串口交互内容,A i r 724U G 模组上电提示㊁训练模组波特率自适应㊁查询A i r 724U G 模组版本号㊁激活数据网络㊁查询S I M 卡状态㊁查询当前G P R S 注册状态及阿里I o T 云服务器连接的交互过程如图5所示㊂图5 A i r 724U G 模组配置及连接过程确认A i r 724U G 模组成功登录上阿里I o T 云服务器之后,再发送 A T+M S U B=<t o p i c >,<q o s >,A T+M P U B =<t o p i c >,<q o s >,<r e t a i n >,<m e s s a ge > 指令,订阅和发布阿里I o T 云服务器相应的主题,以此来实现移动设备端用户命令的下达操作,<t o pi c >为阿里I o T 云服务器应用分析的主题,<q o s >为应用程序消息的服务质量,<r e t a i n >为保留标志,<m e s s a g e >为应用信息内容㊂节点的传感器和执行器状态也会通过该方式上传到云上平台并实时显示㊂若将A i r 724U G 模组配置过程进行单片机程序化,可以得到如下源码:I n i t U A R T (115200); //A T 串口1初始化I n i t T i m e r 0();//定时器0初始化I 2C _i n i t i();//I 2C 初始化B H 1750_i n i t ();//初始化B H 1750C O 2_i n i t ();//初始化MG 811w h i l e (1){ S i n gl e _W r i t e _B H 1750(0x 01);//打开模式 S i n gl e _W r i t e _B H 1750(0x 10);//水平分辨率模式M u l t i p l e _R e a d _B H 1750();//连续读出数据,存储在B U F 中 w h i l e (G P R S _C o n n e c t S e r v e r ())//循环,初始化G P R S 模块连接上G P R S 网络{d e l a y1m s (20);} i f (S m a r t C o n f i g F l a ge ){//G P R S 模块初始化成功,连接上G P R S 网络 C o n n e c t M q t t ();//控制模块连接MQ T T if (C o n n e c t M q t t F l a g){//连接上了MQ T T i f (U s a r t R e a d F l a ge ){//串口接收到数据U s a r t R e a d F l a g e =0;//串口接收标志位清零 D i s p o s e M q t t D a t a ();//处理MQ T T 接收的数据 }Q u e r y R e l a y S t a t e ();//轮询控制设备状态 K e e pA l i v e ();//发送心跳包i f (R e n d T H C n t >5000){//定时采集D H T 11 D H T 11_R e c e i v e ();//读取D H T 11温湿度数据 R e n d T H C n t =0;//定时标志位清零//上传D H T 11采集到的数据M a i n L e n=s p r i n t f ((c h a r *)U s a r t R e a d B u f f ,"{\"d a t a \":\"T H \",\"b i t \":\"1\",\"t e m pe r a t u r e \":\"% d \",\"h u m i d i t y \":\"%d \"}",(i n t )D H T 11D a t a [0],(i n t )D H T 11D a t a [2]); M a i n L e n=m q t t _m s g _p u b l i s h (MQ T T P u b l i s h T o p i c ,U s a r t R e a d B u f f ,M a i n L e n ,0,1,&M a i n S t r i n g ,M a i n B u f f e r ,M a i n B u f f e r L e n ); U a r t S e n d T I (M a i n S t r i n g,M a i n L e n ); d e l a y _m s (50); } } }}4 系统测试本文设计的农业大棚远程监控系统实现了云上平台相关参量的实时显示,以W e b 网页为例,其实测界面如图6所示㊂各类传感器及执行器状态都有显示㊂当云上平台下达用户命令时,云下平台的执行器节点也会正确作出响应㊂W e b 网页端的刷新时间可以配置,为了权衡数据通信量,实际运行时每1h 刷新一次,用户点击设备运行监控处的按键即可控制执行器设备的启停,操作十分方便㊂后台架设有轻量级数据库,可以记录农业大棚中的参量变化,按照时间走向显示出变化趋势图,便于管理人员进行远程监控㊂图6 系统实测W e b 网页端界面5 结语本系统作为单片机类电子工艺实训项目在研发实训中取得了较好的成果㊂项目结合传感器㊁执行器㊁单片机主控㊁通信单元实现了农业大棚的远程环境参量采集与监控,节点形态简单,架构清晰明了,作为农业大棚的解决方案之一,具有良好的适用性㊂当然,在实际的场景应用中还要涉及到规模性㊁安全性㊁工程性㊁可操作性的诸多需求,可进一步基于本方案进行扩展和升级,以对接实际要求㊂参考文献[1]金家胜.基于N B I o T 和O n e N E T 云平台的消防远程监控系统的研究与实现[D ].沈阳:辽宁大学,2020.[2]黄力,魏文冲.基于O n e N E T 云平台的农业温室大棚上限阈值远程监控的实现[J ].信息与电脑(理论版),2020,32(1):163165.[3]吴月峥,潘乐乐,薛宝奇,等.基于A i r 720模块对水污染处理器数据采集及无线传输的研究[J ].物联网技术,2019,9(10):3840.[4]赵如金.基于N B I o T 的智能温棚环境监控系统的设计与实现[D ].银川:北方民族大学,2020.[5]程力,郭晓金,谭洋.智能农业大棚环境远程监控系统的设计与实现[J ].中国农机化学报,2019,40(6):173178.[6]孙忠祥.基于设备云平台的智能农业温室大棚远程监控系统的实现[D ].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2017.[7]赵轩,纪文刚,卓思超.基于G P R S 网络的温室大棚远程监控系统设计[J ].工业仪表与自动化装置,2017(01):98101,122.[8]孙小平.嵌入式温室大棚远程监控系统的设计与实现[D ].沈阳:沈阳工业大学,2016.龙顺宇(实验师),主要研究方向为嵌入式应用㊁单片机智能㊁物联网技术应用㊂通信作者:龙顺宇,t l o n g s y@163.c o m ㊂(责任编辑:薛士然收稿日期:2020-12-25)。

智能农业大棚控制系统_温室大棚智能控制系统_系统组成

智能农业大棚控制系统_温室大棚智能控制系统_系统组成托普云农智能农业大棚控制系统也叫温室大棚智能控制系统、智能温室大棚控制系统，该系统是由托普云农自主研发的专业用于控制温室大棚环境的，该系统可实时无线采集和传输温室大棚内的温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数，通过PC电脑、移动手机和平板电脑以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。

它主要由农业温室大棚、智慧农业温室大棚信息展示屏、各种无线传感器、控制器及系统软件等组成。

智能农业大棚控制系统拥有温室环境智能监控系统,可以准确地采集温室内大气温湿度、土壤温湿度、光照强度、溶液浓度、二氧化碳浓度、风向、风速以及作物生长状况等参数,将室内温、光、水、肥、气等诸多因素综合,根据不同作物、作物不同生长阶段对环境因子的不同要求,通过执行机构协调到zui佳状态,节能最高可达50%,并有节水、节肥、节药的效果。

农业温室大棚：农业温室大棚由骨架和覆膜组成，用于农作物生长提供一个可控的空间。

系统安装、调试、使用极为便捷，用户可以像搭积木一样部署物联网系统实现系统便携式，无线化，规模化。

智慧农业大棚信息展示屏：智慧农业温室大棚信息展示屏由液晶板拼接而成，用于展示农业大棚内各无线传感器采集的环境数据和现场场景；同时展示屏也是展示智慧农业的一个窗口。

温室大棚无线监测系统实现了对影响农作物生长的环境传感数据实时监控智能调节，采集现场的传感信号包括：空气温湿度、光照、土壤温度、CO2 浓度、土壤水分等，并实时准确的输出指令智能控制包括大棚风机、微喷罐、滴灌、卷帘机、补光灯、CO2 发生器、CO2风机等现场设备。

同时支持远程无线信息传输功能，可配专用的摄像装置，实现对现场农作物和环境真实状况呈现。

智慧农业温室大棚传感器：传感器包括托普云农无线空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、土壤PH传感器、光合有效辐射传感器、传感器、超高频RFID读卡器、摄像头等。

基于PLC和组态软件的智能温室监控系统设计

基于PLC和组态软件的智能温室监控系统设计针对北方的气候特点，把编辑程序控制器和组态软件加入到控制系统中，对温室的温度、湿度、光、水等参数进行自动化控制，实现温室自动化管理监控。

利用PLC的可靠性、通用性及组态软件的人机互联通讯功能实现对智能温室的控制，提高温室环境的控制效果，根据客户需求将室内温度、光源、水等因素综合进行协调，达到最佳状态。

标签：智能温室PLC 组态软件我国北方很多地区，受到光照、温度、湿度、地理位置等因素的影响，越来越多的农业种植开始广泛使用温室进行种植，智能温室的使用越来越广泛。

一、系统的选择本文主要通过PLC和组态软件对温室监控系统进行设计。

下机位PLC选择的是产自日本三菱公司的FX2N-48MR-001型号，传感器的元件分别为AD590温度传感器、HS1101湿度传感器、MG811 CO2传感器以及GM5516光敏电阻传感器。

这四种传感器的选择作为检测温度、湿度、水浓度的元件，采用日本三菱公司的GX Developer软件对其进行软件的程序设计。

上机位组态软件主要选择使用的是北京亚控科技有限公司生产的组态王软件，该软件可以完成系统监控数据的实时显示、各种参数的设置、手动和自动操作系统的切换、用户管理等多种功能。

二、智能温室系统的控制算法研究1.温室环境的主要特点温室环境是一个环境系统复杂的大的生态系统，难以建立精确地控制模型系统。

因为作物对环境气候的要求不是特别准确，是在一个模糊的界限中，例如作物对于温度的要求不是特别严格，在一天或者一段时间内，作物会生长的很好，所以，对于各种参数并不需要进行精确的控制。

计算机控制的对象主要是温室内部的气候环境，它具有以下特点：非线性系统、分布的参数系统、实时变化系统、时间延迟系统、多变耦合系统。

2.智能温室的控制对象的微分方程公式3.系统设计的总体结构3.1温室控制系统的设计目的温度控制系统是安装室内外的温湿度传感器、光照传感器等对室内外的温室湿度、温度、水浓度、光照强弱度进行采集和监测，并将采集和监测到的信息数据通过安装的控制设备对温室进行保温、通风、阳光照射等行动的操控。

基于S7-300型PLC的智能大棚系统设计

加热器冷却设备喷灌设备通风设备补光设备遮光设备MCGS触摸屏温度传感器湿度传感器光照强度传感器PLC控制模块图1 系统结构图件电路设计是在继电器控制和计算机技术的基础上，以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术以及通讯技术于一体的新型6 ｜ 2021.1 今日自动化S1S2SA1I0.0Q4.0KM1KM2KM3KM4KM5KM6220 VQ4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.5I0.1I0.2I0.3I0.4I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5M 1ML+1LNSA2SA3SP1SP2SP3SP4SP5SP6图2 PLC 端子接口图软件设计本系统设计包括上位机的软件设计和下位机的软件设计。

通过上位机MCGS 实现人机交互，可对PLC 系统进行控制从而调节大棚内各环境参数，同时也可以实时接收数据。

系统设计界面主要包括3大部分：功能选择，实时环境参数显示和对环境参数的设置以及各个执行设备的工作情况，如图3所示。

按下开始按钮后，系统开始运行，可对工作模式进行选择。

若为手动操作，则需要对各个执行设备通过手操开关来进行控制。

右侧的指示灯用来指示各执行设备的工作情况。

界面设计完成后，还需要保证PLC 建立对应关系，这样，才能够在触摸屏上观看到监控情况。

下位机软件设计主要是完成PLC 程序设计，采用STEP7件进行编程，控制流程图如图4所示，通过判断是否达到上下限来对各执行元件进行控制。

智能大棚控制系统图3 智能大棚控制系统界面结束NNNYYYYYY湿度在给定范围内温度在给定范围内低于温度下限低于湿度下限低于光照强度下限高于光照强度上限高于温度上限高于湿度上限读取温度传感器数据读取湿度传感器数据系统初始化开始读取光照强度传感器数据光照强度在给定范围内启动遮光设备启动补光设备启动喷灌设备启动通风设备启动加热器启动冷却设备图4 系统流程图。

基于PLC的温室大棚控制系统设计

摘要温室大棚是用来栽培农作物的设施，它能改变农作物的生长环境，使其能够外界的四季变化和恶劣气候，为农作物的生长创造适宜的条件。

温室大棚作为高效农业的重要组成部分，已经成为我们研究的方向。

如何利用科学技术控制温室内的各种环境因子，已成为我国温室大棚行业研究的重要课题之一。

本论文主要介绍了基于PLC控制的温室大棚系统设计方案，该研究中浓度传感器、光照传感器对温室大棚中各项指标将采用温度传感器、CO２进行检测，将测量值送入PLC中，在PLC中将其与设定值进行比较，再发出相应的指令驱动外围设备来调控温室大棚内的环境参数，从而实现了温室大棚的自动化、智能化控制。

在此基础上，实现监测、数据记录、数据输出显示等功能，实现了控制系统优良的人机界面，为温室大棚的研究提供新的方向。

关键词：温室大棚；可编程控制器（PLC）；传感器；控制；ABSTRACTGreenhouses are used for growing plants in a range of facilities, it can change the crop growing environment, enabling it to the outside of four seasons and harsh climate, creating suitable conditions for crop growth. Greenhouses as important component of agriculture, has become our research directions. How to use science and technology to control environmental factors within the greenhouse, greenhouse industry has become an important subject of study.Described in this paper, based on Siemens S7-200 series PLC control system design of greenhouseThe research will be used temperature sensor, andCO2 concentration sensor, and light sensor on greenhouse big shed in the the index for detection, will measurement value into PLC in the, in PLC will be its and set value for compared, again issued corresponding of instruction drive peripheral equipment to Regulation greenhouse big shed within of environment parameter, to achieved has greenhouse big shed of automation, and intelligent of control. On this basis, using configuration software configuration design of control systems, monitoring, data logging, data output function, achieving excellent control system human-machine interface, for greenhouse research to provide new direction.Keywords:greenhouse; programmable logic controllers(PLC); sensor; control;application.目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)目录 (Ⅲ)1 绪论 (1)1.1课题概述 (1)1.1.1课题简介 (1)1.1.2研究目的及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1国内研究现状 (2)1.2.2国外研究现状 (2)1.3研究内容 (3)2 控制系统的整体控制方案 (4)2.1控制系统的设计任务 (4)2.2系统的控制方案 (4)3 控制系统的硬件设计 (7)3.1电气控制系统设计 (7)3.1.1系统主电路设计 (7)3.1.2控制系统各部分控制电路设计 (7)3.2 PLC简介 (12)3.2.1 PLC的产生和系统组成 (12)3.2.2 PLC的工作原理 (12)3.3 PLC控制系统设计的基本原则及步骤 (14)3.3.1设计PLC控制系统的基本原则 (14)3.3.2 PLC控制系统的设计步骤 (14)3.4 PLC硬件电路设计 (17)3.4.1 PLC型号的选择 (17)3.4.2传感器的选型 (17)3.4.3模拟量输入模块EM235 (19)3.4.4 PLC O/I地址分配表 (21)3.4.5 PLC硬件接线图设计 (23)4 控制系统的软件设计 (24)4.1 PLC程序设计方法 (24)4.2编程软件STEP7-MICRO/WIN概述 (24)4.3控制系统的程序设计 (25)4.3.1程序的设计思路 (25)4.3.2程序控制流程图 (26)4.3.3控制程序设计及分析 (29)结论 (36)参考文献 (37)致谢 (39)附录1 外文资料翻译 (40)附录2 电气原理图 (53)附录3 软件程序 (54)1 绪论1.1课题概述1.1.1课题简介温室大棚是用来栽培植物的设施。

基于PLC和组态技术现代农业温室控制系统设计

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够发送故障报警信息至手机上，用户可以利用手机对
温室系统进行远程操作，实现现代化和智能化的农业
温室系统 ¨ 。
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温室系统，应该能够根据这些因素的变化自动调节执
行结构，如温度加热装置、遮阳保温装置、喷雾和喷淋装置、二氧化碳施肥装置等。本设计是基于ＰＬＣ控制器、组态触摸屏和ＧＳＭ报警器设计温室控制系统，该
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业。设施农业属于高投入高产出，资金和技术和劳动力密集型的产业，是依靠人工建造的设施和现代科学技术使得农业生产逐步摆脱自然条件的束缚，实现农产品的反季节上市，达到农业增收增益。而对于设施
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１系统组成
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基于嵌入式系统的农业温室大棚监控系统方案设计

基于嵌入式系统的农业温室大棚监控系统方案设计引言托普物联网研究发现智能大棚是基于嵌入式系统和无线传感器网络的自动控制系统，整个系统由无线监控节点、传感器、变频器和全GUI的人机控制终端等组成。

各种传感器、语音呼叫和控制状态数据由安置在各个大棚里的监控节点来采集，再通过无线局域网传输到控制中心，计算机根据预先设定的数据，通过数据比较结合PID算法来精确控制各个控制终端。

用户可以随时调整这些自动控制，以便让大棚始终处于一个最佳生长环境。

1 系统设计方案系统设计主要分为两个部分，即终端虚拟控制平台系统和大棚基站系统的设计，与传统的仪器相比，基于计算机的虚拟仪器的优势就是它可以方便地进行组网通信，实现连栋大棚的规模化管理，提高系统的灵活性。

首先，系统通过大棚基站内的无线传感器节点对棚内的各个环境参数进行采集（如温度、湿度、光强、CO2浓度等），然后经过数据处理，再发送给终端虚拟控制中心，终端再通过数据比较和自适应PID控制算法发出控制指令，大棚基站接到控制指令后，对棚内的外围电气设备进行相应的控制，从而改变棚内的环境参数。

如果在设定的时间内没有接到终端的控制指令，大棚基站则会通过与内部设定的环境参数的比较，对相应的电气设备进行控制操作，这种方法的好处是可以避免在终端维修或网络繁忙时出现数据遗失所造成的大棚基站失控。

此外，终端和基站、基站和基站之间还可以进行语音呼叫，使终端用户可以随时和各棚内的工作人员进行联系，了解大棚基站的运作状况。

其系统结构框图如图1所示。

图一、系统结构框图2 系统硬件设计系统监控主要由大棚基站和PC终端机两部分组成，PC机终端是整个系统的数据管理和控制决策中心，根据棚内的具体参数，由终端系统专家发出最合理的参数设置和控制指令。

大棚基站通过无线传感器网络节点进行数据采集，并与PC机终端所设定的参数进行比较，从而对外围电气设备进行控制，以改变棚内的环境，使棚内达到一个最佳的生长环境，并把棚内的环境参数、电气设备的状态反馈给PC机终端。

基于组态软件的温室监控系统设计

2017年第9期信息与电脑China Computer&Communication软件开发与应用基于组态软件的温室监控系统设计冯春卫闵卫锋（杨凌职业技术学院，陕西杨凌　712100）摘　要：为了更好地满足农业发展要求，设计一套基于组态软件的智能温室监控系统。

系统主要由主控制器、传感器、执行机构及系统组态软件构成。

笔者分别从主控制器硬件设计、传感器选型、主程序设计、通信接口设计、组态软件界面设计等方面进行阐述。

系统在杨凌农业示范园进行了实地测试。

测试结果表明，本系统硬件结构可靠、软件系统运行情况良好，操作简单，使用方便，可满足温室大棚智能监控的需求，实现了预期功能。

关键词：组态软件；智能温室；系统设计中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2017）09-078-03Design of Greenhouse Monitoring System based on Con ﬁ guration SoftwareFeng Chunwei, Min Weifeng(Yangling Vocational & Technical College, Yangling Shannxi 712100, China)Abstract: In order to better meet the agricultural development requirements, a set of intelligent greenhouse monitoring system based on configuration software is designed. The system is mainly composed of main controller, sensor, actuator and system configuration software. The article elaborates from the aspects of main controller hardware design, sensor selection, main program design, communication interface design and configuration software interface design. The system was tested in Yangling Agricultural Demonstration Garden. The test results show that the system hardware structure is reliable, the software system is running well, the operation is simple, easy to use, can meet the greenhouse greenhouse intelligent monitoring needs, and achieve the desired function.Key words: configuration software; intelligent greenhouse; system design 智能温室是现代农业的重要组成部分，早在20世纪70年代，国外就开始对智能温室环境监控技术进行研究，其中日本、荷兰、以色列、美国等发达国家智能温室监测技术发展的最快。

基于PLC的智能蔬菜大棚控制系统设计简述

基于PLC的智能蔬菜大棚控制系统设计简述
智能蔬菜大棚控制系统是一种基于PLC（可编程逻辑控制器）的自动化控制系统，旨在实现对蔬菜大棚环境的监测和调控，提高蔬菜的生长环境，并提高生产效率和品质。

该系统主要包括环境监测、水肥控制、温度调控和光照控制等功能。

在环境监测方面，系统通过传感器实时监测大棚内温度、湿度、二氧化碳浓度等参数，并将数据传输到PLC
中进行处理。

水肥控制方面，系统可以通过PLC控制水肥的供给和排水，根据蔬菜的需求
来定时浇水和施肥，确保蔬菜的营养摄取。

温度调控方面，系统通过控制大棚内通风设备、加温设备、降温设备等来维持适宜的温度，保证蔬菜的正常生长。

光照控制方面，系统通
过PLC控制大棚内照明设备的开关和亮度，提供适宜的光照条件，促进蔬菜的光合作用。

系统还可以通过云端平台进行远程监控和控制，实现远程操作和数据查询。

通过手机APP或者电脑浏览器，用户可以随时随地监测大棚内的环境参数和蔬菜生长状况，并可以
进行相应的调控，提高管理效率和决策准确性。

整个系统的设计需要考虑到大棚内的各个环境参数的相互关联性和对蔬菜生长的影响，需要根据蔬菜种类和生长阶段来确定合适的环境条件和控制策略。

系统的安全性和可靠性
也是需要考虑的因素，如防雷击、防火灾等安全措施的设计。

基于PLC的智能蔬菜大棚控制系统通过自动化技术和数据管理手段，可以有效提升蔬
菜生产的质量和产量，降低劳动成本，实现智能化和可持续发展。

基于PLC的蔬菜大棚温度控制系统

基于PLC的蔬菜大棚温度控制系统
PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于自动化控制的电子装置。

在蔬菜大棚中，温度控制是非常重要的。

基于PLC的蔬菜大
棚温度控制系统旨在自动调节大棚中的温度，以保证蔬菜生长环境的稳定性和优良性。

该系统由一组PLC、传感器、执行器和人机界面组成。

温度
传感器用于检测大棚内的温度，然后传输给PLC，PLC根据
传感器获取的数据进行处理，控制执行器输出相应的控制信号，调节大棚内的温度。

人机界面则用于监控和设置系统的运行状态及参数。

该系统具有温度控制精度高、可靠性强、操作简便、响应速度快等特点，并可实现远程监控与控制。

同时，该系统还可配备报警系统，当温度超出预设范围时，系统会自动发出警报，提醒用户及时处理。

基于PLC的蔬菜大棚温度控制系统可应用于大棚蔬菜、花卉
等温室农业生产，为农业生产的自动化和智能化提供了重要的技术支持，提高了农业生产效率和品质。

基于PLC的温室大棚控制系统设计

四、PLC程序设计
PLC（可编程逻辑控制器）是本系统的关键部件，负责实现模糊控制算法和驱动执行器。在本系统中，我们将采用一种流行的PLC编程语言——Ladder Diagram（梯形图）来进行程序设计。梯形图是一种图形化编程语言，易于理解和实现。在程序设计过程中，我们将根据模糊控制算法构建相应的逻辑控制流程，包括数据采集、模糊化、模糊推理和去模糊化等步骤。
1、时钟和计数器：设置PLC的时钟和计数器，用于记录大棚内的温度、湿度、光照等参数的平均值和变化量。
2、传感器数据读取：通过PLC的输入输出点读取温度、湿度、光照等传感器的数据，并转换为实际数值。
3、控制逻辑：根据大棚的实际需求和控制目标，编写控制逻辑程序，实现自动控制。例如，当大棚内温度过高时，启动通风设备进行降温；当大棚内湿度过低时，启动灌溉设备进行浇水。
三、模糊控制算法
模糊控制算法是本系统的核心，它基于模糊集合论和模糊逻辑，能够处理不确定性和非线性问题。在本系统中，我们将温度和湿度作为输入变量，将控制信号作为输出变量。通过设定温度和湿度的上下限值，我们可以构建模糊条件语句，并根据这些语句生成控制规则。在PLC控制器中，我们将采用模糊逻辑控制器来实现这些控制规则，通过计算得出控制信号，以实现对温室大棚温湿度的精确控制。
4、通讯接口：通过PLC的通讯接口将控制数据上传至计算机或云平台，实现远程监控和管理。
参考内容
一、引言
温室大棚在现代农业生产中起到了关键作用，特别是在反季节种植和气候敏感作物的种植上。温室内的温湿度环境是影响作物生长的重要因素，因此，如何实现温湿度的精确控制是温室大棚管理的核心问题。本次演示将介绍一种基于模糊控制理论的温室大棚温湿度控制系统，并详细阐述其PLC程序设计方法。

智慧农业大棚控制系统

智慧农业大棚控制系统摘要智慧农业大棚控制系统是一种基于先进技术的农业种植管理系统，旨在提高农业生产效率、降低成本、减少资源浪费。

本文将介绍智慧农业大棚控制系统的主要功能和优势。

引言随着人口的增长和城市化进程的加速，粮食和蔬菜的需求不断增加，农业生产面临着巨大的挑战。

为了应对这一挑战，农业科技开始发展出智慧农业大棚控制系统，帮助农民提高种植效率、降低成本，同时减少对土地、水资源的过度使用。

主要功能智慧农业大棚控制系统集成了多种技术和设备，具有以下主要功能：1.自动监测与调控：系统通过传感器实时监测大棚内的温度、湿度、光照等环境参数，并根据设定的阈值进行自动调控，保持适宜的生长环境。

2.灌溉与施肥控制：系统根据植物的需求和土壤湿度监测数据，精确控制灌溉和施肥的时间和用量，避免浪费水资源和肥料。

3.光照与通风控制：系统根据大棚内外的光照和气象数据，调节遮阳网和通风设备，优化光照和空气流通，提供最适宜的生长条件。

4.病虫害监测与预警：系统通过图像识别和传感器监测，实时检测大棚内的病虫害情况，并发送警报通知农民，及早采取措施防治病虫害。

5.数据记录与分析：系统记录大棚内外的环境参数、生长过程数据等信息，通过数据分析和统计，为农民提供科学种植管理建议。

优势智慧农业大棚控制系统相较于传统的农业种植管理方法，具有以下优势：1.提高生产效率：通过自动监测与调控，系统能够精确控制环境参数、灌溉和施肥等过程，提供最佳的生长环境，从而提高作物生长速度和产量。

2.节约资源：系统通过精确控制灌溉和施肥，避免浪费水资源和肥料，同时减少土地的占用，实现资源的合理利用。

3.降低成本：系统的自动化和智能化功能能够减少人力成本，同时由于精确控制和有效管理，减少了植物因环境变化而导致的损失，降低了经营成本。

4.提高质量和安全性：系统通过病虫害监测与预警功能，能够及时发现病虫害，采取措施进行防治，从而保证作物的质量和安全性。

5.可持续发展：智慧农业大棚控制系统的应用能够减少对土地、水资源的过度使用，保护环境，促进农业可持续发展。

基于Arduino与组态王的智能温室大棚监控系统设计

2020年 / 第7期物联网技术210 引言传统温室大棚内的空气温湿度、光照强度、土壤湿度等均为人工测量或凭经验判断，存在低效且测量不准确的问题。

同时，对于棚内作物生长因素的调控是由人工进入现场操作，调控程度缺少统一标准。

另一方面，虽然当下智能大棚发展迅速，已经有多种类型的大棚监控系统，但大多成本较高，不易推广。

为提高大棚的自动化水平[1]，实现增产增收，研发了一种由上位机、下位机和传感器组成的可实时采集、直观显示与调控的智能温室大棚监控系统，使用传感器监测大棚内部各项环境因素。

下位机控制传感器和继电器工作，并将数据传输至上位机，接收上位机发送的控制指令。

上位机接收数据，进行显示、报警、发送控制指令、数据存入数据库等操作，管理者足不出户就可以查看大棚内的情况，对大棚进行管理。

这套系统成本相对较低，易于使用与维护[2]。

1 智能温室大棚监控系统总体设计系统的总体设计框架如图1所示。

底层数据采集由DHT11温湿度传感器、光敏电阻传感器和土壤湿度传感器实现，组成了系统的感知层，将实时监测大棚内的温湿度、光强和土壤湿度。

传感器与Arduino 从机组成采集模块，由从机获取数据并通过MAX485模块将数据传送至主机。

Arduino 主机与PC 机相连，组态王通过PC 机上的串口与主机进行串口通信，获取采集的数据，在组态王软件中通过一系列函数转换，将数据进行综合处理，使其能在组态王界面上显示与操作，并根据科学实验设定各变量的报警值。

当环境因素不在合理范围内时，发送指令至从机，对继电器进行控制，打开或关闭相应设备[3]。

同时，该系统实现了组态王6.55与Access 数据库连通，可将数据以自动或手动方式存入数据库，之后可随时从数据库中调出进行分析利用。

图1 系统总体设计2 系统硬件设计2.1 主控模块主控模块以Arduino Mega256为核心控制板，它是基于Atmega2560处理器的微控制板，有54路数字输入/输出端，16路模拟输入端，4路UART 接口，256 KB 的FLASH ， 8 KB 的SRAM ，一个16 MHz 的晶振器，一个ICSP Header ，只需简单地配合USB 数据线连接电脑或者交直流变压器即可使用[4]。

基于OneNet和Packet Tracer实现大棚设备智能化控制系统

随着物联网、云计算等信息技术日益进步，我国的大棚种植业正朝着智能化方向蓬勃发展。

针对智能化农业设备更实时、更高效的需求，本文设计了一种基于OneNet 云平台和Packet Tracer 工具实现智能化大棚设备控制系统，该系统以家庭网关设备为核心，以计算机网络为传输主干，管理员通过的OneNet 平台在终端对大棚进行远程管理，并对其实现过程作了详细介绍。

最终应用表明该系统工作稳定、实时性强、管理效率高，解决了传统农业设备管理效率低下、人工成本过高的痛点，具有现实意义及应用价值。

我国设施农业起步较晚，近些年，借助于物联网、云计算等信息技术的蓬勃发展，大棚种植业正不断朝智能化方向发展。

为充分发挥农业设备智能化的优势，本文设计了一种实时性强，管理有效的智能化大棚控制系统，操作人员通过OneNet 平台在终端对大棚内温度、湿度、光照强度和通风情况进行控制，更有效地改善农作物生长环境，从而提高农作物品质。

既方便了操作人员管理又降低了人工劳作成本。

1 系统应用说明1.1 本地家庭网关控制智能大棚设备以家庭网关设备为核心，以计算机网络为传输主干，设备间通过IoE 进行交互，具有如下功能：（1）湿度信息每隔5s 采集一次，当湿度数值小于20%时，自动打开加湿器，大于50%时，自动关闭加湿器；（2）温度信息每隔5s 采集一次，当温度数值小于5℃时，自动打开加温器，大于28℃时，自动打开风扇，当温度到达15～20℃时，关闭加温器/风扇；（3）光照强度信息每隔5s 采集一次，当光照强度大于70%时，自动打开卷帘机，如果在30%以下，自动打开日光灯；（4）用户通过智能手机和PC 访问IoE 服务器，并查看、管理智基于OneNet和Packet Tracer实现大棚设备智能化控制系统黑龙江工程学院金子涵任致远史旭东王胜铎图1 系统方案拓扑图慧大棚设备。

1.2 OneNet平台控制PT设备上云注册之后，可以将本地的数据实时上传到OneNet 平台，OneNet平台具有设备控制、应用开发、数据分析等多种功能，本系统主要实现以下功能：（1）OneNet平台可以看到实时看到棚内的温度、湿度以及当前的光照强度。

大棚温度自动控制系统设计

温室大棚温度PLC控制系统设计摘要温室，是用来栽培植物的设施，它能改变植物的生长环境，避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响，为植物生长创造适宜的条件。

随着科学技术的迅速发展，农业应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。

如何利用科学技术有效地控制温室内的各种环境因数，以提高温室大棚环境的控制效果，已成为目前我国温室业研究的重点课题之一。

这对我国温室产业的发展有着不可估量的重要意义。

本文主要介绍了基于西门子公司S7-200系列的可编程控制器（PLC）和MCGS组态软件的温室大棚温度PLC控制系统设计方案。

该研究中，将采用温度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器对温室中各项环境指标进行检测，并将测量值送入PLC中，由PLC将其与设定值进行比较，再发出相应的指令驱动执行设备来调节温室内的环境参数，从而实现温室的智能化、自动化控制。

在此基础上，采用MCGS组态软件完成了控制系统的组态设计，实现了动态演示、过程监测、数据记录、曲线显示等功能，从而实现了控制系统操作的人性化和过程的可视化，为温室大棚的发展提供了新的方向。

关键词：温室，环境，控制，可编程控制器，组态目录摘要 0第一章绪论 (1)1.1 课题概述 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 研究内容 (4)第二章 PLC概述 (6)2.1 PLC简介 (6)2.2 PLC控制系统设计的基本原则及步骤 (10)第三章控制系统的总体设计方案 (13)3.1 系统的设计任务 (13)3.2 系统的控制方案 (13)3.3 系统的工作原理 (14)第四章控制系统的硬件设计 (15)4.1 电气控制系统设计 (15)4.2 PLC硬件电路的设计 (19)4.3 PLC的硬件配置 (21)第五章控制系统的软件设计 (26)5.1 PLC程序设计的方法 (26)5.2 编程软件STEP 7-Micro/WIN概述 (26)5.3 控制系统的程序设计 (27)5.4 控制程序的仿真与调试 (34)第六章组态画面的设计方案 (36)6.1 组态软件概述 (36)6.2 温室大棚控制系统的组态设计 (38)结论 (45)致谢 (47)参考文献 (48)第一章绪论1.1 课题概述1.1.1 课题简介温室又称暖房，是用来栽培植物的设施。

基于单片机的温室大棚自动控制系统毕业设计论文

毕业设计论文基于单片机的温室大棚自动控制系统【摘要】本系统由单片机STC89C52、温度检测电路、湿度检测电路、光照度检测电路、键盘扫描电路、时钟电路、传感器电路以及继电器控制电路等部分组成。

系统采用STC89C52单片机，功能强、功耗低、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等特点。

论文完成了以STC89C52单片机为核心对空气温度、土壤湿度、光照度进行数据的采集、处理、显示等系统的基本框图、工作原理和继电器控制的设计的阐述。

该系统对植物生长过程中的土壤湿度、环境温度、光照度进行了实时地、连续地检测、直观地显示并进行自动地控制。

克服了传统的人工测量方法不能进行连续测量的弊端，节省了工作量，并避免了人为的疏漏或错误造成的不必要的损失。

【关键词】单片机、湿敏传感器、数字温度传感器、光敏电阻、继电器控制。

目录1.绪论 (5)1.1选题背景 (5)1.2国内外的发展现状 (5)1.3课题内容、目的及思路 (5)1.4设计过程及工艺要求 (5)2.方案的比较和选择 (6)2.1湿度传感器的选择 (6)2.2温度传感器的选择 (7)2.3光照度传感器的选择 (8)3系统的总体设计 (9)3.1确定系统任务 (9)3.2系统的组成和工作原理 (9)3.3元件的特性 (12)3.3.1 STC89C52特点 (12)3.3.2AD0804特点 (13)4.电路设计 (13)4.1湿度测量电路 (13)4.2温度测量电路 (14)4.3光照度测量电路 (15)4.4数据显示电路 (15)4.5复位电路 (16)4.6键盘电路 (16)4.7继电器控制电路 (17)5.软件设计 (18)5.1主程序流程图 (18)5.2.参数测量子程序流程图 (20)5.3.键盘扫描子程序流程 (20)6.总结.................................................................................................................................. 错误！未定义书签。

采用MCGS组态软件完成温室控制系统的组态设计-农业工程论文-农学论文

采用MCGS组态软件完成温室控制系统的组态设计-农业工程论文-农学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——0 引言温室用来改变植物的生长环境,避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响,为植物生长创造适宜的条件[1-3].温室环境是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的.温室控制通过控制温室内的温度、湿度、通风与光照,使其在其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物,从而达到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的[4-6],为创造植物生长所需的最佳环境条件,故温室控制系统的研究显得尤为重要.本研究提出了基于西门子公司S7-200 系列的可编程控制器( PLC) 和MCGS 组态软件的温室环境控制系统设计方案,将各种传感器采集到温室中环境指标送入PLC 中,由PLC 将其与设定值进行比较,再发出相应的指令驱动执行设备来调节温室内的环境参数,从而实现温室的智能控制.另外,采用MCGS 组态软件完成了控制系统的组态设计,实现了控制系统操作的人性化和过程的可视化.1 总体设计方案本温室控制系统设有手动、自动两种工作模式:自动方式是指周期性地进行PLC 控制的方式; 而手动方式则是指在出现应急情况等一些突发时,通过手动操作控制执行器件的工作.温室控制系统的总体框图如图1 所示.温室控制系统由PLC 系统、传感器系统、执行部件等部分组成.该温室控制系统以PLC 为控制中心,通过温度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器采集温室中环境因子的有关参数,由变送转换为标准电流信号( 4 ~ 20mA) 后,经由S7-200 的模拟量输入模块EM235 送入PLC 控制器; PLC 再通过PID 控制算法将采集的参数与已设定的值进行分析处理,输出开关量,对执行机构进行控制.在此系统中,还可以通过串口的形式与PC 机相连,从而实现实时数据的管理与存储,为以后植物生长研究提供试验基础.2 硬件设计温度环境控制系统的设计包括硬件设计和软件设计两部分.硬件设计主要包括了系统主电路设计和PLC 硬件电路的设计.2. 1 系统主电路设计系统的主电路如图 2 所示.其中,通风扇电机、遮阳帘电机( 遮阳帘风机配有限位开关) 除功率有所不同之外,需通过电机正转、反转和停止来完成相应机构的开启与闭合,因此其工作主电路相似.热风机、冷风机、加热器、发光体、CO2添加器则属于开/关设备.QK 为刀开关,用于控制整个主电路的启停;FU1 ~ FU7 为熔断器,分别对各个分线路实施短路和过载保护; FR1 ~ FR5 为热继电器,对电机、加热器起过载保护的作用; KM1 ~ KM9 为交流接触器的主触头,用其实现电机的正反转、停止及风机等开/关设备的启停控制.2. 2 PLC 硬件电路的设计根据系统的控制要求,确定了PLC 的输入/输出信号,从而确定PLC 的I/O 点数为14 个数字量输入、10 个数字量输出、3 个模拟量输入.为了既能实现该系统控制要求,又能满足扩展需要,选用S7-200 系列的CPU226 和模拟量输入模块EM235.输入端口和输出端口分配表分别见表1 和表2 所示.温室控制系统的硬件选用S7-200 系列的CPU226和模拟量输入模块EM235,其硬件接线如图3 所示.3 组态设计方案MCGS 组态软件提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能完成现场数据采集、实时历史数据处理、和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线、报表输出以及企业监控网络等功能.3. 1 温室控制系统的组态设计3. 1. 1 新建工程进入MCGS 组态环境,新建工程温室控制系统,如图4 所示.3. 1. 2 定义变量在MCGS 组态软件中,定义变量之前先对变量进行分配.本系统需要17 个变量,如表3 所示.进入实时数据库窗口页定义变量,定义结果如图5 所示.3. 1. 3 组态画面设计组态画面设计分为画面建立、画面编辑、动画连接3 个步骤.通过上述步骤,建立的温室控制系统画面,如图6 所示.3. 2 程序编写温室控制系统的控制过程如下: 按下启动按钮,系统将传感器对温室温度、光照、二氧化碳浓度等环境因素进行检测的测量值与温室控制系统的设定值进行比较: 如果温度的检测量高于设定值,PLC 就会发出相应的指令控制冷风机的开启和通风扇正转; 如果测量值低于设定值,则打开加热器和热风机,对温室进行加温,并使通风扇反转.当温室的光照低于设定值时,系统打开遮阳帘和补光灯; 当温室的光照高于设定值时,系统关闭遮阳帘.当温室的二氧化碳浓度低于设定值,系统开启二氧化碳调节阀; 如果温室中的测量值与设定值相等,则关闭相应设备,保持温室中的环境参数.上述功能可通过程序编写来实现,在MCGS 中编写控制程序采用策略组态的形式.3. 3 程序调试在MCGS 组态软件中,进入运行环境( 见图7) ,通过点击画面上的控制按钮,观察温室控制系统的运行情况是否与设计要求一致.在运行调试的过程中,通过不断地完善使得系统的运行情况与设计要求完全一致.在MCGS 组态软件中,该控制系统的实时报表和历史报表将实时显示温室中的温度、光照和CO2浓度,且该控制系统的实时曲线和历史曲线将实时显示温室中的温度、光照和CO2浓度变化曲线.4 结论本研究运用西门子S7-200 系列PLC 和MCGS 组态软件,完成了温室控制系统的设计.本控制系统设有手动、自动两种工作模式,自动模式为正常运行状态,手动模式用于应对突发状况.利用MCGS 组态软件进行了温室控制系统的组态设计,实现了控制过程的可视化监测和运行数据的实时采集,为温室环境控制提供了设计基础.参考文献:[1] 程睿,吴泽全,徐冬,等. PLC 在温室控制系统中的应用[J]. 农机化研究,2011,33( 2) : 167-169.[2] 狄敬国,李秀美. 基于PLC、变频器和触摸屏技术的温室大棚控制系统设计[J]. 农业装备技术,2012,38( 5) : 39-41.[3] 宋健. PLC 与PC 机通讯在温室环境测控系统中的应用[J]. 农机化研究,2004( 2) : 224-225.[4] 张西良,颜凌波,李萍萍,等. 环境信息组态监控系统设计[J]. 机械设计与制造,2007( 5) : 114-115.[5] 盖磊,童淑敏. CP243-1 在温室集群控制中的应用[J]. 农机化研究,2011,33( 6) : 171-174.[6] 李君华,王生学,张侃谕. 基于PLC 和组态软件的现代温室控制系统设计[J]. 工业仪表与自动化装置,2008( 2) :25-27.。