水培技术方案

计算机控制系统技术方案

总论:

水培蔬菜生长计算机控制系统通过由检测植物生长相关的气候因子（如温度、湿度、光照强度、CO2浓度、营养EC值等）的感应传感器组成的检测系统，操作水泵、电磁阀、喷雾装置、热风炉、加温线、补光灯、CO2发生器等装置组成执行部分，利用计算机管理控制，实现农产品生产自动化的控制和调节。

首先智能感测器会对环境因子数据进行采集与感受，把外界感应的温、光、气、热、营养等植物生长因子变化的量得以数字化，通过计算机系统针对采集的数据进行运算，再按预先输传感器及数模转换，变成数字信号，传输给执行操作系统（具体由加湿系统、人工补光系统、营养液补充系统、电场杀菌与光合促进系统、碳酸水生成系统、富氧水制备系统等组成）来完成各项作业及对温光气热等生长因子的精确回归调控。

植物生长计算机控制系统主要原理运用：

1．微域环境控制理论

微域环境控制理论要求检测环境因子传感器要做到能代表微环境空间，把检测各种环境参数的传感器进行集成，并把它摆放至距作物生长最接近的微环境空间里，这样才能检测到最接近作物生长所需的温光气热水等参数。

2．模糊区间控制理论

植物生长对于温度和湿度的要求范围较宽。如温度只需控制在15—33度间之间就可，空气湿度在60-80%之间，光照强度在5000LX—80000LX之间。

植物生长计算机控制系统关键技术包括：

1．温度与湿度、水份的变化是比较频繁和无规律的，智能化叶片感测器设置为如微小幼苗的带叶茎段，相对准确的检测到微环境参数，包括叶片表面水分蒸发系数、空气湿度系数、温度系数、EC值等，同时实际情况进行相应的升级以保证其检测的敏感度。

2．感测器感测的气候因子随时在变化、非线性的，所以在系统中采用延时执行的控制方法，而且不达上下限的阈值，不发指令，即使发出执行指令，也是采用间歇法，让传感器接受到真实信号后，再进行执行。

具体执行：

( 1 )蔬菜工厂营养液自动配给循环系统

本项目以水培为主要方式，营养液以浓缩液供给方式，通过导管根据蔬菜需要按比例由水肥一体机输送到培养槽。其中，对营养液各项指标进行实时监控，主要包括EC值、PH值主要微量元素等，以满足水培蔬菜生长需求。

（1）蔬菜工厂生长环境智能监控控系统

按照蔬菜生长需要进行环境监测。包括对蔬菜生长环境的温度、湿度、光照度、CO2浓度、生长槽内营养液温度、PH、EC、等实时监测。把监测到的环境参数和事先预置的环境参数做相应的比较和处理，更加及时和准确的通过云平台管控对蔬菜工厂进行控制，包括营养液自动配给系统、环境控制系统、育苗等各个子系统。应用软件开发，电脑客户端和手机APP可以实时完成消息推送功能，将蔬菜工厂的各种环境参数、异常报警信息等实时推送到手机和电脑客户端。一个种植模块只有一个环境监控系统，用来把环境中各个参数、设备运行状态、异常信息通过GPRS无线网络上传到云端服务器，同时还实时接收来自云端服务器的控制或设置命令。

温室环境智能监控系统应用程序功能模块图

（3）无线监控网络通信系统设计

本项目选用已有的GPRS 网络来实现蔬菜工厂本地数据和云平台的数据交互。由于GPRS 网络基本上已全覆盖全中国，所以不用再担心蔬菜工厂是否有网线和WIFI 网络，可以很方便的与外网通信。

为了不受距离限制和与互联网连接便捷，本项目选择GPRS 无线网络作为本地和云服务器通信的媒介。GPRS 通信拥有瞬间上网、永远在线、快速传输、按量计费、自由切换、安全稳定等优点，同时也给远程访问带来极大的方便，所以非常适合在野外做通信媒介。

整体框架：中断执行单元+GPRS 无线网络+云服务器+手持设备或电脑

监控系统应用程序 实时采集模块系统设置模块 控制模块 数 据

实 时 显

示

无 线 网 络 连

接

工 作 模 式 选

择

模 式 参 数 设

置

运 行 状 态 监

测

调 节 设 备 管

控

显示模块

人

机 交 互 界

面

（4）云平台的搭建

相比本地服务器，云平台具有运行稳定、安全可靠、操作便捷、节约成本、数据交换迅速等诸多优点。在全国任何一个只要有网络的地方都可以去访问云平台，不再让你的访问具有局域性和滞后性。云平台上将会搭建一个数据库，用来存放从各个温室大棚反馈回来的各种监测数据，以供用户访问。云平台的搭建将会让各个温室实行集中化、统一化、远程化的管控成为了可能，同时也让公司蔬菜工厂可以在不同的省市而得到同样的管控，节省了大量的人力和经济成本。

温室1 温室2 温室3 温室N

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