基于PLC的智能温室大棚环境监测控制系统_秦富贞.pdf

第 nullnull卷 第 null期 nullnullnullnullnullnullnull年 nullnullnull月 机械工程与自动化 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 基于 nullnullnull null 的智能温室大棚环境监测控制系统 秦 富 贞 null 刘 培 学 null 陈 继 涛 null nullnull青岛 黄海学院 智能制造学院 山东 null 青岛 nullnullnullnullnullnullnull nullnull青岛工程职业学院 山东 null 青 岛 nullnullnullnullnullnullnull 摘要 智能温室大棚是现代农业提高农作物产量 优化生长环境的重要技术手段 设计并实现了一种基 于西 门子 nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull 的智能温室大棚环境监测控制系统 该系统集成了温度 湿度 光 照 土壤湿度和 nullnull null 浓 度等 多种传感器 通过 nullnullnull控制实现温室大棚中温 湿度 光照等环境参数的实时监测和精确控制 使用仿 真软件模拟温室环境进行了参数和过程控制 结果表明 智能温室大棚环境监测控制系统可以提高温室大棚 管理的自动化水平 还可以有效促进农作物的健康生长 是现代农业智能化发展的重要方向 关键词 智能温室大棚 nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull 环境 监测 控制系统 自动化管理 中图分类号 nullnullnullnullnull nullnullnull 文献 标识码 null nullnullnull 文章 编号 nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 现代农业装备与技术协同创新中 心 建设项目 山东省教育发展促进会课题 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 山东软科学研究会 产教 融合研究智库专项 课题 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 收稿 日期 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 修订 日期 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 作者 简介 秦富贞 nullnullnullnull 女 山东 泰安人 教授 硕士 研究方向 电气工程与自动化 邮箱 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull 概述 在 现代农业自动化控制中 智能温室大棚是其中 重要的一项 温室环境条件的精确控制对于提高农作 物产量和品质至关重要 以往的温室大棚管理方式大 多依赖人工经验 存在管理效率低 未实现自动化控制 等问题 随着物联网和自动化技术的快速发展 基于 可编程逻辑控制器 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 的智 能控制系统正逐渐成为温室大棚环境管理 的首选解决方案 nullnullnull 具有 卓越的计算能力 灵活的 编程平台 良好的可扩展性和高可靠性 可用于智能温 室大棚的环境监测和控制 null nullnull 监测 控制系统的功能目标 本文旨在开发并设计一套高效可靠的温室大棚环 境智能监测与控制方案 全面监测和精确调控温室大 棚内的各个环境参数 监测控制系统需实现以下功 能 null 实时监测 通过集成各种传感器 实时采集温 室大棚环境参数 包括大棚室内的温湿度 光照强度 土壤湿度和 nullnullnull 浓度等关键性环境指标 null 信 息处理 nullnullnull 对各类传感器采集到的数据 信息 进行分析 并根据程序指令实现对执行机构的控 制 null 精确调节 根据既定的控制要求 智能控制系 统可调节温室大棚内的环境温度 实现自动化通风 灌 溉 光照补充和 nullnullnull 补充 以 维持作物生长所需的最 佳环境条件 null 安全预警系统 当温室内温湿度 光照强度 土壤湿度和 nullnullnull 浓度等 关键环境参数超过设定标准 值时 系统能启动报警功能 及时向用户发出警告 确 保用户能够采取措施 及时防止作物受损 null 远程监控功能 利用以太网通信技术 用户可 以通过人机界面监测和控制温室内环境参数数据 随 时了解温室内的运行状态 nullnull 监测控制系统总体设计 监测控制系统由环境监测传感器 nullnullnull 执行 机 构 控制按钮 驱动设备 人机交互界面和远程监控系 统等组成 环境监测传感器实时监测温室内的温湿 度 光照强度 土壤湿度和 nullnullnull 浓度 等各种环境参数 并将这些环境信息传送给 nullnullnull 处理 nullnullnull 作为 系统 的控制核心 根据设定的算法处理各类传感器采集到 的参数信息 通过模拟量输入模块将传感器采集到的 信息转换为数字信号 然后与预设标准值进行比较 最 后以开关量的形式发送到输出端 驱动各种执行机 构 null 动作 nullnullnull 向通 风机 加热器 加湿器 补光灯和 nullnullnull 发生 器等装置发送控制指令 装置根据这些指令 调节温室内的环境参数 包括通风 加热 灌溉 补充照 明和 nullnullnull 浓度 等 用户可以通过 nullnullnull 系统 的现场操 作界面进行人机交互 对温室大棚进行手动设置和修 改相关环境参数 用户还可以通过远程监控系统随时 查看 回看温室大棚内的各项环境数据 确保及时了解 温室大棚的运行情况 同时 系统设计了自动和手动 控制两种运行模式 在自动控制模式下 系统主要通过 nullnullnull 进行 设备自动化监测及控制 如遇突发紧急情况 时 工作人员可以通过手动模式控制干预处理 监测 控制系统整体设计方案如图 null 所示 nullnull 硬件设计 nullnullnullnull 环境监测传感器选 型 环境监测传感器主要包括各类传感器及其相应的 电气电路 各类传感器将采集到的环境参数数据转换 成电信号传输给 nullnullnull 的 null null 转换模块进行处 理 为了满足温室大棚内的环境湿度和温度控制要 求 系统选择 nullnullnullnullnullnull 温湿 度传感器 该传感器体 积小 性能优良 不仅具有较好的测量精度和快速响应 能力 而且还具有较好的环境条件适应能力 null 同时 它还 具有较强的抗干扰能力 低功耗和耐极端温度的 能力 并具有良好的防水性能 温湿度传感器性能指 标如表 null 所示 图 null null 监测控制系统整体设计方案 表 null null 温湿度传感器性能指标 温度 检测范围 湿度检测范围 测量精度 输出信号 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull 土壤 温湿度的检测选择 nullnullnull 温湿 度传感器 其具 有精度高 温湿度工作范围宽 显示分辨率高 响应快 等优点 可适合各种环境的监测和控制 为智能控制系 统提供了精准的解决方案和可靠的环境数据支持 nullnullnull 浓度 检测采用 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 传感 器 其配备 灵敏的气体探测器 可以准确检测环境中 nullnullnull 浓度 的 变化 并具有输出信号稳定和可靠的特点 本传感器 的监测精度高 测量范围广 响应时间为 nullnullnull 大棚 内 的 nullnullnull 浓度 变化是一个相对缓慢的过程 足以让控制 系统做出及时反应 nullnullnullnullnullnullnull 选型 智 能温室大棚的环境监测控制系统根据控制要求 输入点需 nullnull 个 输出点需 null 个 因此选用西门子 nullnullnull nullnullnullnull 系列 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull 本机 具有 nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnull 小型 nullnullnull 来实 现 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 及其 扩 展模块是整个控制系统的控制核心 nullnullnullnull 执行 机构选型 执行机构主要包括各种驱动器及其相应的执行设 备 温室大棚的环境调节是通过加热器 通风机 电磁 阀 nullnullnull 植物 生长灯和 nullnullnull 发生 器等多种设备来调控 的 所有这些设备都通过 nullnullnull 进行 控制 通风机选用 nullnullnullnull 型风 机 功率为 nullnullnullnull 风量 为 nullnullnullnullnullnull null nullnullnull 在有 效面积 nullnullnull null nullnullnullnull null 之间 使用为 宜 该通风设备吸风性能优良 运行时噪声低 能耗 低 性能稳定 null 当温 室大棚内温度升高时 可以利用 温湿度传感器发送的信号通过 nullnullnull 控制 启动通风机 使大棚内环境温度保持在合适的温度 nullnullnull 植物 生长灯可作为补充照明设备 工作电压 为直流 nullnullnull 该设 备高效节能 安装方便 光谱准确 光效自然 有利于植物吸收能量 从而能够促进植物的 健康和快速生长 nullnullnull 发生 器选择泽丰品牌设备 该设备只需添加 适量的碳酸氢铵 通过加热分解释放出 nullnullnull 和氨 然 后 将气态氨引入特殊装置中进行吸收 最终得到纯净 的 nullnullnull 冬季可用于温室大棚中 nullnullnull 的添 加 null 本 nullnullnull 发生 器具有使用舒适度高 运行成本低 长期应 用无负担和性能稳定等优点 nullnullnullnull 硬件 电路设计 nullnullnull 的外 围硬件接线如图 null 所示 图 null nullnullnullnull 外围 接线 nullnull 通过 null null 模 拟量扩展模块 控制器可以增加 null null 接口数量 以满足传感器数据采集和设备控制的需要 智能温室大棚的输入 输出地址分配如表 null 和表 null 所 示 控制遮阳帘的电机通过两个中间继电器 nullnullnull nullnullnull 的触 点开闭实现正反转控制 中间继电器 nullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnull 的开闭触点分别连接通风机 加 湿 器 加热器和补光灯 控制其接通或断开电源 所有中 间继电器的公共端接开关电源的负极 nullnull 端 子 接 nullnullnull 负极 nullnull 端子 接 nullnullnull 输出 端子 温室大棚监测 nullnullnull 机械工程与自动化 nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 年第 null期 null 控制 系统主电路图如图 null 所示 nullnull 软件设计 温室大棚监测控制系统设计两种操作模式 一种 用于自动控制 另一种用于紧急情况下的手动干预 该系统不仅支持实时自动控制 特殊情况下还可以切 换为手动操作 提高了温室大棚的智能化水平 控制 系统通过传感器采集温度 湿度 光照度和 nullnullnull 浓度 作 为 nullnullnull 的输 入信号 根据设定的算法处理各类传感 器采集到的数据信息 通过模拟量输入模块将传感器 采集到的数据信息转换为数字信号 然后与预设标准 值进行比较 最后以开关量的形式发送到输出端 通过 nullnullnull 驱动 各执行设备运行从而调节环境参数 温室 大棚监测控制系统整体流程如图 null 所示 表 null null 智能温室大棚输入地址分配 nullnullnullnull 旋钮 nullnullnull 手 自 动切换 nullnullnullnull 按钮 nullnullnull 遮 阳 帘打开 nullnullnullnull 按钮 nullnullnull 遮 阳 帘关闭 nullnullnullnull 按钮 nullnullnull 通 风 机手动 nullnullnullnull 按钮 nullnullnull 加 湿 器手动 nullnullnullnull 按钮 nullnullnull 加 热 器手动 nullnullnullnull 按钮 nullnullnull 补 光 灯手动 nullnullnullnull 按钮 nullnullnull nullnullnull 发 生 器 nullnullnullnull 限位 nullnullnull 遮阳帘打开限位 nullnullnullnull 限位 nullnullnull 遮阳帘关闭限位 nullnullnullnull 温 度 传感器 nullnullnullnull 湿 度 传感器 nullnullnullnull 光 照 传感器 nullnullnullnull nullnullnull 传 感 器 表 null null 智能温室大棚输出地址分配 nullnullnullnull 中间 继电器 nullnullnull 遮 阳 帘打开 nullnullnullnull 中间 继电器 nullnullnull 遮 阳 帘关闭 nullnullnullnull 中间 继电器 nullnullnull 通 风 机 nullnullnullnull 中间 继电器 nullnullnull 加 湿 器 nullnullnullnull 中间 继电器 nullnullnull 加 热 器 nullnullnullnull 中间 继电器 nullnullnull 补 光 灯 nullnullnullnull 电磁 阀 nullnullnull nullnullnull 发 生 器 图 null null 温室大棚监测控制系统主电路图 nullnull 系统 仿真测试 为了验证该系统的可行性和性能 采 用 nullnullnull nullnullnullnullnullnull 等编 程软件和 nullnullnullnullnullnullnull 等仿 真工具对 nullnullnull 程 序进 行优化和仿真测试 在进行硬件仿真时 采用替 代真实传感器和执行装置的解决方案 使用仿真软件 模拟温室环境控制参数和过程 经过实验仿真 该控 制系统具有良好的稳定性 能够完成预定的功能 温 室大棚环境监测控制系统仿真测试画面如图 null 所示 nullnull 结语 基于 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 的智 能温室大棚环境监测控制 系统体现了现代农业向智能化转型的趋势 通过对温 室环境的精准监控 不仅可以提高作物产量和质量 节 省人力物力 还可以有效减少不利气候因素的影响 从 而给农业生产带来显著的经济效益和社会效益 仿真 测试过程中 确认了系统数据采集 处理 控制输出 报 警机制等功能的正常运行 并对系统的各项功能和稳 定性进行了测试 仿真结果表明 该系统具有对温室 大棚环境进行精准监测 控制和调节的功能 可适用于 大部分智能农业领域 可以在现代农业自动化技术领 域推广应用 图 null null 温室大棚监测控制系统整体流程 图 null null 温室大棚环境监测控制系统仿真测试画面 参考 文献 null null 张建猛 徐文杰 null基于 nullnullnull的智 能温室大棚控制系统设 计 null null电子制作 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnull null null 张 华 涛 宿峰 张健 等 nullnullnullnull智能 温度控制系统在农业大 棚中的应用 null null集成电路应用 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull null null 单超 杰 null基于 nullnullnull技术的温室控制系统设计及试验 null null 农机使用与维修 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull null null 吴佳 伟 朱桂兵 王成 等 null基于 nullnullnull的小型智慧大棚蔬 果生长环境监控系统设计 null null福 建 农机 nullnullnullnull null nullnull nullnullnullnull null null 伏丽 娟 nullnullnullnull技术在农业智能监控系统中的应用研究 null null河 北农机 nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull 英文 摘要转第 nullnullnull 页 nullnullnull nullnullnullnullnull 年第 null期 nullnullnullnullnull 秦 富贞 等 基于 nullnullnull的智能温室大棚环境监测控制系统 即可 调整下肢助行杆的摆动幅度 助行杆转角 和速度 助行杆角速度 当 null 值减 小时 下肢助行杆的摆动幅 度和速度都相应减小 而参数 null 相同 时 改变周期只改 变助行杆的摆动速度 周期 null 越短 下 肢助行杆转速 越快 其摆动幅度不变 因此 根据康复训练需要 在 摆动步行训练模式下 按上述规律调整参数即可方便 实现迈步幅度和速度的变换 nullnull 结论 提出了一种骨盆辅助式步行训练机器人结构设计 方案 单侧骨盆辅助步行单元采用单驱双出结构 通过 一个电机即可完成步行时骨盆运动控制和辅助屈膝的 任务 建立了骨盆辅助步行单元正 逆运动学模型 根 据人体正常步行规律及机器人结构规划了双侧驱动轴 转速 仿真结果验证了运动规划的可行性 整个机器人 系统通过两个自由度分别控制左 右下肢助行杆运动 实现单腿 双腿协调运动模式 能够满足双腿协调步行 康复训练的要求 参 考 文献 null null 刘乐 余超 廖逸文 等 nullnullnullnullnull年 nullnullnullnullnull 年中国缺血性脑 卒 中疾病负担变化分析 null null中国循证医学杂志 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull null null 周霜 张 桂娟 null机器人在脑卒中后运动障碍病人早期康复 训练中应用的研究进展 null null护理研究 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnull null nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null null 顾旭 东 吴华 郭帅 等 null骨盆辅助步行康复机器人对脑卒 中偏瘫患者运动功能及日常生活能力的影响 null null中国康 复医学杂志 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull null null 季如 宁 null基于绳索驱动的骨盆运动控制机器人设计 null null 苏州 苏州大学 nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null 上接 第 nullnullnull 页 nullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull