微电脑智能温室综合控制系统硬件及软件的应用.docx

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微电脑智能温室综合控制系统硬件及软件的应用

微电脑智能温室综合控制系统硬件及软件的应用

目前，我国是设施园艺栽培面积最大的国家。

80年代中后期，随着高效节能日光温室生产技术在东北地区试验成功，就迅速在我国北方发展起来，各级政府把其作为带领农民致富奔小康、培育农村新的经济增长点的重点措施，各级农业科研机构也投入了大量的人力、物力进行节能日光温室建造及生产技术的专项研究，并取得了重大进展。

日光温室发展到今天，已由生产各种反季节蔬菜的生产设施，发展为日光温室园艺设施，进而发展为设施农业，已成为种植业、养殖业和水产业全面发展的新兴产业。

据统计，全国节能日光温室面积到2002年底已到达760万亩。

甘肃省截止到1998年底已有日光温室9.5万亩，在全国列第七位，居西北各省之首，1999年新建日光温室8.7万亩，2004年累计投产的面积达到40.25万亩,可见日光温室面积仍在大幅度增加。

虽然日光温室种菜技术在全国各地已非常普及，但我国温室产业的发展与发达国家相比，差距甚远。

就全国而言，目前温室的发展尚存在设施工程科技含量低，设施环境可控程度与水平低，而且多以传统经验为主，生产方式费时，费力，费水尤其不能适应现代农业产业化的需要，不能实现农业的规模效益。

不能科学地用水，施肥及对作物的生长过程实施全自动控制和管理。

传统的生产方式还缺乏量化指标和成套技术，劳动生产率很低，只相当于发达国家的1/10，甚至1/100，长期以来，严重影响了设施农业向产业化、现代化发展的进程。

 计算机温室环境控制系统和灌溉施肥控制系统等一些关键技术的研究与开发还刚刚起步，而对于有市场前景的温室装备智能化作业、管理和加工机械的研究和应用基本处于空白。

随着微型计算机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化、温室环境自动监测控制方面的研究有了明显的进展。

荷兰、以色列的设施园艺近20年来发展很快，他们结合本国条件做出了具有创新特色的成就，其中滴灌水肥同施，温室环境调控技术均有较高水平，但其监控设备一般都在3-5万元不等，价格昂贵。

我国近年引进了多达16个国家和地区的温室和温室控制系统，对吸收国外先进经验、推动农业工厂化生产方面产生了积极的作用，但多因能耗过大，造价高，品种未能配套，生产效率低，单位面积产量不高，未能产生良好的经济效益。

中国的温室综合控制系统必须走适合中国国情的发展道路，在引进、消化、吸收国内外先进技术和科学管理的基础上，瞄准21世纪国际国内农业发展趋势，进行总结提高、集成创新、超前示范，既开发适宜我国经济发展水平，又能满足不同生态气候条件，接近或达到世界先进水平的智能化温室。

在专用品种、综合配套技术、贮运营销上，研制出了具有中国知识产权的产品和技术。

微电脑智能温室综合控制系统，经过5年来的不断完善，在国内已处于领先水平。

本装置已获国家专利，专利号为99118668.0.7 微电脑温室综合控制器是智能温室的核心，微电脑智能温室综合控制系统即“温室精准调控技术集成与示范”项目主要用于-日光温室及塑料大棚环境自动检测和控制装置。

在各种日光温室、大棚、的应用中，除了可监控温室的温湿度、自动/电动卷膜通风系统的应用可自动通风、降温排湿、还可检测地温，另增加了自动灌水流量管理与控制系统，本装置可预先设定自动灌水、自动施肥的时间程序，可对现有灌溉实现定时定量的全自动控制和监测，特别是滴灌，喷灌，渗灌，同时还可自动施肥。

可设定每次的灌溉水量，并可显示统计当前用水量和用水总量。

使用本系统，控制喷灌和微灌封闭式输水和配水灌溉，能有效地减少田间灌水过程中的滲漏和蒸发损失，使水、肥的利用率可达80%—90%，使农业用水减少30%以上，节肥30%—50%。

还可在计算机终端对以上几个方面的数据实时监控。

本系统按纬度控制的智能微电脑日光温室卷帘机的定时控制是根据不同纬度下日出日落的规律和太阳辐射的实际分布情况建立的数学模型，用软件自动修正不同纬度每天的日出日落的时间来控制自动卷被机构把保温被卷起或盖住。

本装置适用于南北纬度在0°-56°的地区，纬度0°-56°涵盖了全球绝大部分国家和地区。

使用本系统可提高工效，大幅度减少劳动强度。

可由原来１人管理1-2座温室大棚增加到15-20座温室。

微电脑温室综合控制器智能化程度高，数据稳定可靠，可单独控制多种设备进行温室环境自动调控及灌水、施肥控制、灌水计量和累计与系统报警。

也可配合计算机组成设施农业综合环境数据监控网。

数据传输配合温室综合控制软件可综合管理多个微电脑温室综合控制器，实现大面积的温室综合管理控制。

各种数据可通过RS—485总线传输到计算机进行记录或打印、及遥控。

控制器与计算机连接，可实现多点远距离测控。

少于32台微电脑温室控制器采用一般连接数据传输距离即可达1200m.。

246台以下微电脑温室综合控制器通讯布线使用中继器与计算机连接、传输距离：

<1200m+1200m。

温室综合测控系统的扩展能力：

不用中继器，一条数据线路可对32座温室进行控制，使用中继器，可对256座温室进行控制。

本装置也可用于露地农作物的自动灌水及施肥和温室养殖业。

一、控制器主要技术指标

温度范围:

-20℃～+70℃（可根据用户要求再加温度传感器）

湿度范围:

10%/RH～99%RH

电源:

AV220V±10%

温度误差:

一般±0.2℃最大±0.5℃

湿度误差:

一般±2%RH最大±4%RH（25℃）

数据分辨率:

0.1

数据更新周期:

约1秒

数据线:

3类双绞线

数据传输距离:

〈1200m

控制输出容量:

220V3A.

重量：

1kg

外形尺寸：

215×165×65mm

二、线路的连接

微电脑温室综合控制器背面插座分布及说明

信号插座（1—6）接线说明

1、接湿度电源负极（绿色）2、接湿度信号线（黄色）

3、接湿度电源正极（红色）4、接温度传感器（黑色）

5、接温度传感器（黑色）6、暂时未使用

控制插座（7—18）接线说明

7、接220V电源零线8、接220V电源火线

9、温度上限输出正极

（1）10、温度上限输出负极

（1）

11、湿度上限输出正极

（2）12、湿度上限输出负极

（2）

13、温度下限输出正极（3）14、温度下限输出负极（3）

15、湿度下限输出正极（4）16、湿度下限输出负极（4）

17、通讯线A+18、通讯线B-

三、控制器使用说明：

微电脑温室综合控制器接线完成后接通电源即进入控制状态。

在控制器上设定温度范围：

1、按下太阳键等一会，直到温度指示窗口显示tPH，温度窗口显示当前温度上限数值。

2、按上/下箭头键改变温度上限数值。

3、设定完成后可按太阳键或等待3秒，湿度指示窗口显示tPH，重复2步操作改变温度下限。

4、设定完成后等待3秒或按太阳键回到控制状态。

注意：

设定中如等待时间过长，仪器会自动进入下一步，如尚未设置完成，可再次进入，重新设置。

直接按住Δ键即可显示tp1-另加的1个温度值。

设定湿度范围

1、按下水滴键等一会，直到湿度指示窗口显示tPH，湿度窗口显示当前湿度上限数值。

2、按上/下箭头键改变湿度上限数值。

3、设定完成后可按水滴键可等待3秒，温度指示窗口显示tPH，重复2步操作改变湿度下限。

4、设定完成后等待3秒或按水滴键回到控制状态。

注意：

设定中如等待时间过长，仪器地自动进入下一步，如尚未设置完成，可再次进入，重新设置。

报警及控制输出

1、温度或湿度达到上限回差位置（回差是为了保证控制继电器不会频繁动作），上限控制输出继电器断开。

2、当温度可湿度超过下限设定时相应的下限控制输出继电器导通，控制设备使温度或湿度上升，直到温度或湿度达到下限回差位置，下限控制输出继电器断开。

修正参数设定：

按下太阳键，再按水滴键，输入16，再按太阳键，可输入5个修正参数。

回差设定

1、按下水滴键进入湿度设定后按下太阳键，系统显示“PSD”进入设定

2、输入密码22，按水滴键系统显示“OFt”进入温度上限回差设定.

3、输入：

1温度上限回差值、2温度下限回差值（0至20）、3湿度上限回差值、4湿度下限回差值（0-50）、5水定量设定（001）按水滴键转换。

系统设定：

1、按下水滴键进入湿度设定后按下太阳键，系统显示“PSD”进入设定

2、输入密码12，按水滴键系统显示“ADD”进入地址设定（设定相应地址）

3、输入地址0至127，如不希望通讯可按下键输入255

4、按水滴键系统显示“CTL”进入控制状态设定，输入1、2、4、8、16为PC机分别控制5个继电器，其受控继电器为这5个任意数之和。

0为控制器自行控制。

5、按水滴键回控制状态

控制器密码：

按下水滴键进入湿度设定后按下太阳键，系统显示“PSD”进入设定，输入密码32，按水滴键设定数为22，累计水的总量被清除。

数据传输：

配合温湿度监测拭软件可综合管理多个WS温湿度控制仪实现温湿度综合管理数

据总线

微电脑温室综合控制器有以下特点：

智能微电脑温室综合控制器+上位机组成的集散控制系统，具有集中管理，分散控制的特点。

控制以及数据采集均由下位机完成，上位机则对整个工艺过程进行实时监控，记录并打印历史数据。

由于采用分散控制，上位机故障不影响下位机，下位机与下位机之间故障不扩散，从而大大减小了因局部故障造成系统崩溃的机率。

由于现今PC机价格低廉，且存储空间几乎没有限制，因此，具有相当高的性价比。

微电脑温室综合控制器系统多机通讯时采用RS485通讯规范，最大通讯距离1km。

一条通讯线路上最多允许挂接32台微电脑温室综合控制器，系统构成简便。

协议：

1、波特率：

9600bps

2、数据位：

8个（先低位后高位）

3、起始位：

1个（0）

4、停止位：

1个

（1）

5、数据格式：

地址温度湿度水

6、传输距离：

<5km（CAN）+1200m（RS-485）

图1是少于32台微电脑智能温室综合控制器通讯布线与计算机连接的日光温室数据监控网的框图，其他场合的数据监控可按此图参考设计。

如使用中继器，可连接246台控制.

微电脑温室综合控制器中自动/电动卷膜通风系统、纬度控制的日光温室卷帘机、自动灌水及施肥装置的电器连接见图②

.

 ②

可远程设定控制器各种参数.

可自动检测并记忆全年任意时间的环境温度地温及湿度值，还可根据需要，预先设定自动记录各种数据的时间周期。

长期以来，日光温室的降温排湿一般多是采用自然对流通风方式，靠设在建筑物后墙的通风孔以及用手工扒缝方法即对上部和下部的棚膜“开膛破肚”来进行通风。

需要通风时，作业人员需要沿温室的东西方向来回走一圈，逐段把上部和下部重叠的薄膜在纵向拉开一道缝隙，缝的长短、宽窄及开放时间随当时的温、湿度灵活掌握。

这种方法比较经济且效果明显，但放风的大小不均匀，尤其是顶部通风时，作业者需要上到３米多高的日光温室顶部去扒膜或者在室内用长杆去逐段扒开薄膜，所以作业很不方便，还费时费力，且这种方式易损坏重叠的薄膜。

另外，手工拉缝方法的一个致命的缺点就是当作风口的那部分棚膜由于上下拉来拉去，容易使整个棚膜松动，一旦刮起大风，棚膜上下抖动，很容易扯破。

微电脑智能温室综合控制系统自动/电动卷膜通风使通风这个作业过程简化，且安全、省时，顶部的通风操作也不需要作业者上到日光温室的顶部。

作业者只需要在日光温室的一侧操作电动卷膜器的按钮或由智能微电脑温室综合控制器根据温室内的环境温度进行自控就可卷起几十米长乃至100米长的薄膜，就可完成放风作业，且通风口面积大小可以随意调节。

另外，这种方法的好处是膜上不积水，不影响光照，密封可靠，不易透风，棚膜不易损坏，而且利用卡槽还可将棚膜绷紧，使整个温室的抗风能力大大增强、卷膜轴、固定卡、压膜槽片几部分组成。

在薄膜的上端用压膜槽和压膜卡固定，薄膜的下端用塑料固定卡固定在卷膜轴上，卷膜轴的一端与卷膜器连接，带动卷膜轴就可使薄膜卷起或放下。

自动通风装置是温室温度调控的关键，图③是微电脑智能温室综合控制系统中自动/电动卷膜通风系统应用最新开发的电动卷膜器，具有功率强大、运行平稳、使用安全稳定、耗电量少、安装简便的特点，卷放高度4.0米，卷放长度100米，可用于屋顶卷膜和侧墙卷膜

温室顶部安装

③

膜卷电机采用直流电源，提高了卷膜过程和流畅性和安全性，电机限位系统采用人工预调的办法，简便准确。

技术参数：

1、最大卷放长度100m

2、最大卷放高度4.0m

3、直流电压DC24V

4、电流2.5A

5、电机功率60W

6、电机转速6rpm

7、电动卷膜器外形尺寸：

长230mm、宽170mm、高170mm

10、机体重量2.6Kg

使用限制（参考值）卷膜长度：

100米；卷膜高度：

1米；卷取载荷：

250公斤*厘米.

电动卷膜器电路控制技巧：

电动卷膜器上下限位系统，按常规接线限位开关到接触器需要4根控制线,在实际应用当中，我们只加了两个隔离二极管就可省去4根控制线,具体接线见图④。

④

卷膜通风系统分上下通风口。

在冬季，若白天需要通风时，可打开上风口通风，通风口开度大小取决于室内外的温差及当时室内温度与所要求温度之差。

在冬季，一般情况下不需要打开下部放风口。

下风口在春季及秋季室外温度相对较高时使用，下风口与北墙通风口形成南北对流，可以减少室内的湿度，对减少病害有一定的积极作用。

图⑤是卷膜电机侧墙安装方式。

日光温室采用自动/电动卷膜通风系统大大提高了日光温室的机械化作业水平，减少了作业的繁琐程度，提高了日光温室的环境调控水平，使日光温室的自动化性能上了一个新台阶。

图为卷膜通风系统下通风口的侧墙安装方式，此结构节能日光温室和连栋日光温室均可使用本系统

按纬度控制的温室保温被自动卷被机构

温室保温被自动卷被机构的工作方式与电动卷膜通风系统相同，只是温室卷被机构的功率及机械扭矩较大。

自动卷被机构使用单轴减速电机、单头卷被长度可达95m的单袖型减速器日光温室卷被机构：

按纬度控制的智能微电脑日光温室卷帘机的定时控制是根据不同纬度地区日出日落的规律和太阳辐射的实际分布情况建立的数学模型，用软件自动修正不同纬度地区每天的日出日落的时间来控制自动卷被机构把保温被卷起或盖住。

本装置适用于南北纬度在0°-56°的地区使用，纬度0°-56°涵盖了全球绝大部分国家和地区。

使用本系统可提高工效，大幅度减少劳动强度。

可由原来１人管理1-2座温室大棚增加到15-20座温室。

保温被系日光温室重要组成部分，其内在质量对保温效果产生直接影响。

所以要根据条件最好用高度涤纶牛津纺经高温PU涂层、防水处理，具有强度高、不易老化、柔韧度好等特点。

保温效果好，抗拉能力强，不易断裂。

缝线处均作防水处理，使用年限长。

卷被机构技术指标：

功率：

0.37KW-0.75KW

速比：

1:

500

扭矩：

870N·m-1800N·m

自重：

28Kg-35Kg

温室保温被自动卷被机构和卷膜通风系统的安装见图⑥:

⑥

自动灌水:

本系统适用各种灌溉方式。

目前通常采用滴渗两用灌溉方法，滴灌和渗灌之所以是灌溉方法中最省水、省能源的一种灌溉方法，是因为滴灌和渗灌浇水，从水源到灌溉田间，均采用管网输配水，使水均匀而缓慢地滴入作物根部附近土壤，并能控制灌溉的水量，可完全避免输水过程中的损失，如地表径流及深层滲漏和蒸发等所造成的水量损失。

与喷灌相比，滴灌和渗灌因是局部灌水，所以又可减少棵间水分蒸发，也不像喷灌那样受风的影响在空中漂移而损失，从而提高了灌溉水的利用率，节水效果显著，节能效果也很显著。

在相同面积，浇水次数相同的情况下，节水率为50%，并大大减轻了劳动强度。

系统的滴灌和渗灌部分的主要特点在于：

1堵塞性强，该系统采用紊流流道，连续变径螺旋出水，内壁光滑无死角，既可充分发挥自清洗功能，又可保持压力补偿之功效。

因此，最大可能的避免了使用过程中泥沙、水垢或微生物的沉积。

一旦出现因滴头流道滋生真菌、藻类等微生物或其它原因造成滴头堵塞，咳很方便地将滴头流道调节螺杆拧下，擦洗后装回原位既可恢复工作。

2工作水头低，该系统一般水头位差达到2米（0.02Mpa）既可满足农田灌溉的需要，远低于现有滴（喷）灌系统对滴（喷）灌管入口压力的要求。

滴头间距可根据需要任选，完全适用于井泉灌区、沿黄提灌区及干旱山区集雨灌溉区的果园、大喷温室及露地蔬菜等大田作物和造林绿化的节水灌溉需要。

3流量可调节，在水压一定、管长一定的情况下，可通过调节滴头流道的长短及流道口径的大小，在500ml/h—5000ml/h范围内任意调节滴头出水流量。

4滴渗灌兼用，该系统滴头既可地面滴灌，也可插入土壤耕作10cm—20cm渗灌，可大幅度降低地表蒸发，比一般滴、喷灌设施节水性能更加优越。

若用于大棚温室，可降低棚内湿度，提高地表温度，减少因湿度过大引起的病害虫，并可水肥混灌使水肥供给与作物生长同步，提高肥效，节约化肥施用量30%左右，利于作物早熟，丰产。

5耐老化，机械强度高，加之滴头可拆卸，清洗更换方便，不致因个别滴头损坏而导致整个系统报废，因而使用寿命较长。

6工程造价低，由于设计独特，对水源、水质要求不高，即使泥沙含量高达30—40Kg/m的混浊水源，只需简单过滤即可使用，不需要精细的过滤系统，工程造价和运行费用相应很低。

7在滴灌，喷灌，渗灌的同时还可自动施肥，可实时监测和控制每次的灌溉水量，并可累计统计用水总量。

也可设定用水总量，按给定的用水总量自动灌溉，本系统可使用单片微处理器电动水阀，也可使用普通电磁阀或水泵实现自动灌溉，实现了精准控制。

系统软件:

微电脑温室综合控制器有PC机的专用数据处理软件包，其功能为：

1、标准Windows95/98界面，可与温室综合控制器进行通讯，检测温室综合控制器的工作状态，读取温室综合控制器采集的数据。

2、可在PC机上设定启动时间、记录周期等资料，设定完成后可与PC机的连接，可将记录数据下载到PC机内。

3、在Windows下，对微电脑温室综合控制器采集的数据可进行列表、实时显示功能。

4、数据能按TEXT格式输出，进入EXCEL电子表格或专门的软件进行数据处理，进行曲线拟合等。

5、系统具有联机实时采集数据功能，可用PC机对多台温室综合控制器进行实时控制。

数据采集软件可实现多台电脑主从方式监测操作步骤如下⑦：

⑦

打开主界面后

启动通讯

1、启动程序后点击[通讯设定]选项,见图⑧进行通讯端口设定.

2、选择通讯端口：

如RS-232/RS-485转换器连接在串口1则点击COM1

3、通讯速率设定为9600

4、设定主机或从机

5、点击[启动串口]

6、点击[开启通讯]

⑧

关机

1、点击[通讯设定]选项,进入通讯端口设定.

2、点击[关闭通讯]

3、点击[关闭串口]

4、点击[返回]回到主程序

5、点击[退出]选项退出

设定报警显示：

本装置的软件可在标准Windows95/98界面下实现高低温自动报警。

各个报警输出量的设置，本功能可对每座温室所监控的温湿度数据设置并进行予置。

各个报警输出量可以全盘参数一致,也可每台微电脑温室综合控制器作不同的设置

1、点击[报警设定]选项见图⑨

2、分别设定[温度上限]、[温度下限][温度2上限（地温）]、[温度2下限（地温）][湿度上限]、[湿度下限]

3、点击[控制器编号]输入栏，按数字键输入控制器编号

4、点击[确认]

5、更改控制器编号后点击[确认]设定其他通道报警

6、以上报警只影响显示，上限报警在相应项目显示红色，

7、下限报警在相应项目显示绿色，

⑨

用户可以设置系统定期保存历史数据，保存周期从1分钟至24小时。

见图⑩，也可以自己定义特殊时间点来保存历史数据。

还可以将当前实时数据保存到历史数据中去。

用户可以选择察看哪个时间、哪个测控器的历史数据，可以选择按月察看还是按日察看。

自动或手动记录历史数据。

⑩

保存周期设定

1、在[文件管理]项目设定保存周期后点击[确认]完成

2、文件名称：

文件名称YYYYMMNN.DAT

YYYY为年分，MM为月分，NN为通道号

3、数据处理：

应用EXECL可读出数据并进行处理，

用EXCEL程序读取数据过程如下:

1.运行EXCEL程序

2.选择"文件"下的"打开"

3.在"打开文件"菜单"文件类型"下选择"所有文件*.*"

在"打开文件"菜单"查找范围"输入文件目录

选择文件名称后,点击"打开"

4.在"文本导入向导-3步骤之1"选择"分隔符号",点击"下一步"

在"文本导入向导-3步骤之2"选择"空格",点击"下一步"

在"文本导入向导-3步骤之3"在日期列处于黑色下,

在"列数据格式"选择"日期""YMD",点击"完成"

至此,数据输入到EXCEL表格,可用其处理出图像等

以表格和曲线的方式查看实时温湿度数据，见图（11、12、13）。

（11）

（12）

将各个测控器的温湿度实时数据以曲线方式绘出，实时更新,各个曲线颜色、坐标颜色、背景颜色、坐标刻度、显示倍率以及曲线图像显示更新频率可由用户自行设定。

并且备有标尺和坐标网格，使用户更准确地使用数据曲线。

对记录采集水的流量数据可进行列表、图形处理：

开始供水X年X月X日X时X分。

结束供水X年X月X日X时X分，供水立方数，平均流速。

“统计图表”可记忆最后一次操作状态。

（13）

打印各种数据表格和曲线:

控制器参数可远程设置,也可在微电脑温室综合控制器上设定。

远程设定控制器参数见图（14）如下：

1、点击[控制参数]PC密码：

64。

进入控制器设定

2、进入控制参数,设定通道号

3、更改相应控制项目的数值，控制参数分别可设定[温度上限]、[温度下限][湿度上限]、[湿度下限]和[温度上限回差]、[温度下限回差][湿度上限回差]、[湿度下限回差]。

4、点击栏目旁边的[设定]发出指令，[设定]键会变为灰色，

5、当设定工作完成，[设定]键变黑。

远程设定控制器控制权，可用控制器进行自动控制，也可由PC机强制控制。

6、用水总量是存储在控制器的EEPROM中。

清累计水总量的PC密码:

kws-001d，执行上述操作后，用水总量存储器清零。

7、控制器内所设置的控制参数也可PC机[控制参数]界面中读取。

（14）

供水能设定、能读出，设定范围:

0.01-9.99（立方米）。

供水计数器一个脉冲加0.01（立方米）。

相当10升水，逢1向高位进位。

供水参数整数1-999（立方米）可在EEROM里长期保存。

注意：

控制器电源和控制插座带电，接线时一定注意切断电源，接线完成后应用电工胶布绝缘经保证安全。

目前,各地继续把日光温室产业作为实现农业经济结构战略性调整和经济增长方式根本性转变的着力点，微电脑温室综合控制系统在应用过程中全面完善了所配套的附属设施。

使智能温室的综合效益大幅提高。

本装置还可用于各种仓库（冷库、保鲜库、粮库等）、机房、图书馆、食品加工（酒、酱油、醋及各种发酵工艺）孵化、养殖业等需要温湿度监测和控制的场所等等。