温室大棚温湿度监控

天津科技大学本科生

外文资料翻译

学院电子信息与自动化学院

专业 2011自动化（实验班）

题目基于触摸屏、PLC的蔬菜大棚温湿度监控系统设计姓名张会来

指导教师（签名）

2015年3月20日

利用无线传感器网络对辣椒温室系统的控制

摘要：本文的研究表明：“辣椒温室系统（PGHS）”收集温室辣椒生长的最适条件的信息。国内辣椒栽培设施的温度变化范围相对比较大并且设备内部必须保

浓度不均匀，对辣椒生长产生不好的影响。为了应对这持相对干燥。此外，CO

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些问题，“辣椒温室系统”（PGHS）是基于无线技术，为帮助农民种植辣椒设计的。该系统提供了对生长环境的监测，它是利用传感器测量温度、湿度、光照、叶片湿度、果实等信息来监测辣椒生长环境数据，“人工光源控制服务”是安装在温室内通过分析收集到的数据来提高能源效率和控制生长环境，从而处理控制温室。

关键词：美国海军；辣椒；温室

1.引言

最近国内园艺产业的数量和它的技术质量在资本密集型的行业取得了实质性的增长，现在它除了现有的国内需求成了一个在海外出口需求潜力巨大的优势产业。[1]。

辣椒是一种创造高附加值的园艺产品。辣椒的产量取决于日照量，日照强度和日照时数的不同[2]。辣椒的种植成本由供热成本，农资成本和劳动力成本组成。其中，对于困难农民供热成本和农资成本比重都很高[3]。

本研究的提出是为了培养红辣椒而建立一个“辣椒温室系统”（PGHS），这需要精确的成长管理。

“辣椒温室系统”（PGHS）利用IT技术在实时采集农作物生长信息来控制栽培设施从而控制农作物成长环境的系统。“辣椒温室系统”（PGHS）减少农作物的生长、发育、产量和品质的偏差。它还利用生物特征数据来控制栽培设施从而优化最佳成长环境和创造在辣椒根区的最佳条件。这个系统优化管理生产要素，减少了能量损失、肥料和水，这样就降低了生产成本。用人工光源提供人工照明使农作物有良好的成长环境，这样持续供应高质量的，新鲜的蔬菜将变得有可能。农民将通过栽培设施给客户持续供应高质量的新鲜蔬菜从而提高生产力和收入。“辣椒温室系统”（PGHS）的设计和实现都是基于无线传感器网络。

本文由以下内容组成。第2章介绍了监控系统应用在韩国和海外农业环境的相关技术。第3章阐述了为“辣椒温室系统”（PGHS）的研究提供的配置元素和服务。第4章阐述了“辣椒温室系统”（PGHS）的实施内容。第5章是结论。

2.相关的研究

2.1农业监测系统采用集成传感器模块

图1监控系统

本系统采用的各种环境传感器来收集的作物栽培所需的环境信息。它是一个基于传感器网络对农业环境实时监测的系统。大多数现有的无线传感器节点基于传感器网络需要每个传感器特性具有单独的转换/控制模块。为了克服这个问题，一个集成的传感器模块的开发，使得到的作物栽培所需的信息的各种传感器成为一个整体，为一个单一的节点。新的传感器和网络监控系统也得到了发展，让他们适应新的集成传感器模块并运用到测试环境，为了验证新开发的系统[4]。传感器节点也安装并且测量的环境信息，实时监测变得有可能[4]。

2.2温室环境的综合管理系统

图 2 监控系统界面

“温室环境综合管理系统”能够通过网络实监测温室状态。具有远程控制功能，它允许用户管理他们的农场，没有时间和地点的限制，只要有可用的互联网连接[5]。为了无处不在的农业环境，在温室建立一个传感器网络为了监测影响环境的环境因素，如温度、湿度、日照、二氧化碳、氨量、风速和降水。同时，“温室环境监测系统”–包括通风机、窗口、加热器、加湿器、照明和视频处理器–这些控制装置灵活的改变测量的环境要素[5]。

2.3无所不在的农场服务器系统

图 3 UFSS用户控制页面

本系统采用太阳能[6]。这个UFSS（无处不在的农场服务器系统）可以监测和采集现场环境信息并且这个系统运用环境和土壤的传感器、CCTV相机、GPS（全球定位系统）模块、无电源限制太阳能电池模块和系统的位置定位[6]。该系统分为三层[6]。设备层包括传感器、GPS、CCTV相机和太阳能电池[6]。中间层包括土壤管理、位置管理、移动管理、信息存储和Web服务器[6]。应用层提供了土壤和环境监测服务，监测服务的位置，运行监测服务，统计服务。

2.4温室自动控制系统

图 4 温室的用户控制页面

在本系统设计2.4GH 带宽传感器节点和执行器节点[7]。人们可以在任何地方通过网络监控从温度，湿度，叶片温度和叶片湿度传感器定期收集的温室环境和作物产量状态信息[7]。同时，该系统可以自动控制窗口、风扇、基于此数据的温室加热器[7]。当运用本系统，相比现有的系统生产者可以管理温室环境和作物的实际生长状态。

3.辣椒温室系统

图 5 辣椒温室系统结构 应用层

生长信息监测 环境监测 栽培设施控制 中间层

Web 服务

数据管理 数据库 数据分析

人工光源控制 PLC 控制

传感器 物理层 传感器 人工光源

PLC 控制信息 控制

信息

遥感数据

3.1 系统配置

“辣椒温室系统”（PGHS）包括以下三层。物理层是环境传感器，采集环境信息，人工光源生长控制装置和PLC。中间层是数据分析和系统控制。应用层是图形用户界面和控制。

3.1.1物理层：物理层具有一个传感器装置可以采集辣椒培养介质信息并发送这个原始数据给中间层。它还具有“人工光源生长控制装置”来控制LED光源对辣椒最优增长的波长和光强度。PLC控制器在收集的环境信息基础上控制温度、湿度和根区的生长环境。它收集栽培场地环境信息和建立一个控制平台通过每个模块来监督和控制“辣椒温室系统”（PGHS）。

3.1.2中间层：中间层是由“数据过滤模块”，“数据分析模块”，“环境控制模块”，“人工光源控制模块”，“害虫数据库”，“数据库”和“Web服务器”组成。数据过滤模块处理来自传感器的原始数据和保存温度、湿度、光照度和根区环境数据到数据库中。“数据分析模块”基于存储在数据库中的信息来分析栽培场所的环境和农作物状况。环境控制模块发送控制信号给物理层的PLC。“人工光源控制模块”发送控制信号给人工光源控制器。

“害虫数据库”为害虫防治提供害虫信息。“数据库”保存环境数据和分析辣椒栽培场所的数据。Web服务器是用户通过控制页面应用程序来分配服务。

3.1.3应用层：应用层是由用户控制界面应用程序组成，为使用者给“辣椒温室系统”（PGHS）提供了服务。