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1、1山西省农机装备设施技术引进试验项目实施方案项目名称：日光温室关键参数控制系统试验开发 项目类别：科研开发起止年限：2013 年 2 月至 2014 年 6 月负责单位：山西省农机局承担单位：山西农机新技术服务中心2一、项目实施目标1、本项目研究一种远程和本地相结合的植物生长环境控制系统。该系统能够根据植物生长规律自动监测与调节室内温度、湿度、二氧化碳含量及各种有机肥的参数，满足设施农业精准生产的要求。2、开展现代信息技术在提升农机化装备效能方面的研究应用。利用现代网络的自由性，研究各平台的数据共享，远程专家判断以及用户对系统的实时控制等关键技术。为今后连片设施农业的高效化、规模化、集成化发展
2、起到积极推动作用。二、项目项目详细工作内容通过开发设施农业物联网技术，远程获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，通过模型分析，远程或自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，保证温室大棚内环境最适宜作物生长，为作物高产、优质、高效、生态、安全创造条件。同时，该系统通过手机、PDA、计算机等信息终端向农户推送实时监测信息、预警信息、农技知识等，实现温室大棚集约化、网络化远程管理，充分发挥物联网技术在设施农业生产中的作用。本系统适用于各种类型的日光温室、连栋温室、智能温室。该系统包括：传感终端，现场数据采集模块，通信传输模块，控制模块，
3、执行机构，工业计算机终端和人机交互界面软件平台，如下图所示。互 联 网 工 业 计 算 机通 信 传 输 模 块现 场 数 据 采 集 模 块土壤水分传感器土壤温度传感器空气温度传感器空气湿度传感器C O2浓度传感器光照强度传感器控 制 模 块卷帘喷淋滴灌设备视频系统风机. . .人 机 交 互界 面下 位 机 系 统 下 位 机 系 统执 行 机 构 传 感 终 端（1）传感终端 温室大棚环境信息感知单元由无线采集终端和各种环境信息传感器组成。环境信息传感器监测空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、二氧化碳浓度等多点环境参数，通过无线采集3终端以 GPRS 方式将采集数据传输至监控中心，以指导生
4、产。1）温湿度监测通过温湿度传感器监测大棚室外空气环境温湿度、室内空气环境温湿度、地表温湿度、土壤温湿度等，并能对数据进行采集、分析运算、控制、存储、发送等。2）光照度监测通过光感和光敏传感器监测记录温室大棚内光线的强度，可以直接与相关的补光系统、遮阳系统等设备相连，必要时自动打开相关设备。最后通过传输技术将相关数据传送到用户监控终端。3）CO 2 浓度监测在温室大棚内部署二氧化碳浓度传感器，实时监测温室中二氧化碳的含量，当浓度超过系统设定阙值范围时，通过无线传输技术将相关数据传送到用户监控终端，由相关工作人员做出相应调整。4）分区域检测同一个棚内划区域控制管理，可实现每个种植区不同温湿度、不
5、同气体配置等环境技术指标。用户可以通过上位机来监测、查询各区域的数据。也可以分块进行单独控制和整体协调控制。5）报警控制用户可设定某些参数指标的上限和下限。比如大棚温度应在 30-15 摄氏度之间，高于或低于这个温度范围都会产生报警信息，并在上位机中控平台和现场控制节点显示出来。6）节点故障通知现场控制节点出现故障时可及时以中心服务器平台、手机短信、报警信息等方式通知管理者。7）备用冗余功能为了避免设备故障及异常带来不便，影响作物的生长。设备可进行扩展冗余，当设备出现故障时，辅助设备进行切换。从而实现连续无故障运行，增加系统稳定性和可靠性。（2）通信终端及传感网络建设 温室大棚无线传感通信网络
6、主要由如下两部分组成：温室大棚内部感知节点间的自组织网络建设；温室大棚间及温室大棚与农场监控中心的通信网络建设。前者主要实现传感器数据的采集及传感器与执行控制器间的数据交互。温室大棚环境信息通过内部自组织网络在中继节点汇聚后，将通过温室大棚间及温室大棚与农场监控中心的通信网络实现监控中心对各4温室大棚环境信息的监控。1）大棚现场布点大棚现场主要负责大棚内部环境参数的采集和控制设备的执行，采集的数据主要包括农业生产所需的光照、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分、CO2 浓度等参数。传感器的数据上传采用低功耗有线传输模式，传感器数据通过有线传输模块将数据无线传送到网络中心节点上，用户终端和一体
7、化控制器间传送的控制指令通过无线发送模块传送到中心节点上。中心节点再经过边缘网关将传感器数据、控制指令封装并发送到位于internet 上的系统业务平台。用户可以通过有线网络/无线网络访问系统业务平台，实时监测大棚现场的传感器参数，控制大棚现场的相关设备。2）控制终端 温室大棚环境智能控制单元由测控模块、电磁阀、配电控制柜及安装附件组成，通过GPRS 模块与管理监控中心连接。根据温室大棚内空气温湿度、土壤温度水分、光照强度及二氧化碳浓度等参数，对环境调节设备进行控制，包括内遮阳、外遮阳、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备。3）视频监控系统 作为数据信息的有效补充，基于网络技术和视频信号传输
8、技术，对温室大棚内部作物生长状况进行全天候视频监控。该系统由网络型视频服务器、高分辨率摄像头组成，网络型视频服务器主要用以提供视频信号的转换和传输，并实现远程的网络视频服务。在已有Internet 上，只要能够上网就可以根据用户权限进行远程的图像访问，实现多点、在线、便捷的监测方式。4）监控中心 监控中心由服务器、多业务综合光端机、大屏幕显示系统、UPS 及配套网络设备组成，是整个系统的核心。建设管理监控中心的目的是对整个示范园区进行信息化管理并进行成果展示。 （3）应用软件平台 应用软件平台界面如下图所示，该平台可将土壤信息传感器、空气环境监测传感器、外部气象传感器、视频信息等设备的基础数据
9、进行统一存储、处理和挖掘，通过中央控制软件的智能决策，形成有效指令，通过声光电报警指导管理人员或者直接控制执行机构的方式调节设施内的小气候环境，为作物生长提供优良的生长环境。51）友好的用户登陆管理界面规定用户使用权限，不同用户提供不同的操作权限，非用户不能登陆系统，保证系统安全，操作简单而富有人性化。2）实时历史、曲线报表数据分析系统将采集到的数据信息以实时曲线的方式显示给用户，并根据需要按照日、月、季、年参数变化曲线生成历史报表。便于对温室大棚运转情况进行分析做出改进，提高温室大棚的生产效率。3）多种形式的报警功能，适合不同场合需要工作人员根据温室大棚内的具体情况设置温度、湿度等参数限值。
10、在监测时，如发现有监测结果超出设定的阈值时，系统会自动发出报警提醒工作人员，报警形式包括：声光报警、电话报警、短信报警、E-MAIL 报警等。4）远程控制现场采集设备将采集到的数据通过有线网络传输到中控数据平台，用户从终端可以查看温室大棚现场的实时数据，并使用远程控制功能通过继电器控制设备或模拟输出模块对温室大棚自动化设备进行控制操作，如自动喷洒系统、自动换气系统、自动浇灌系统。5）监控终端监控终端通过可视化、多媒体的人机界面实现以下主要功能：温室大棚内植物生长环境状况全面显示、查询，包括各种参数、光照强度以及历史数据等；向温室大棚内监控系统发调度命令、调整设备运转状况，确保温室内为植物生长最
11、适宜环境。（4）方案创新点1）农业专家系统农业专家系统是把专家系统知识应用于农业领域的一项计算机技术。这项技术可根据农业生产流程的需要，有针对性的研究开发出一系列适合不同地区生产条件的实用经济型农业专家系统，为农技工作者和农民提供方便的、全面的、实用的农业生产技术咨询和决策服务。本方案所建立的专家系统可为大棚作物生长，管理，病虫害防治以及提高产量等方面提供预警，操作建议等服务。本智能系统根据前期建立的监测装置，记录空气温度，湿度和 CO2 浓度，以及土壤水份、养分含量。利用摄像头获取近距离照片分析作物群体结构、长势，进行病情诊断。本系统通过以上技术手段可达到温室大棚内生产管理决策的准确、高效性
12、。6本系统可根据大棚作物种类，自动建立作物模拟模型，即由作物，环境，技术和经济等要素构成作物生长整体系统。通过数学模型模拟作物生长发育、器官生成和产量形成等生理生态过程。系统可分析这些生理过程与环境、技术、经济之间的数量关系，据此制定出作物高产栽培技术模型，为实现作物的高产、优质、高效提供技术支持。2）PID 模糊控制系统为了解决传统方法难以对温室大棚进行精确控制的问题，本系统采用模糊 PID 控制方法。PID 控制能使系统实现较高的控制准确度和较强的自适应性和鲁棒性，同时又很大程度上提高了系统的灵活性，改善了系统的动态性能和静态性能，从而获得了良好的控制效果。所以，本系统提出在温室温度，湿度
13、及 CO2 控制系统中引入模糊 PID 控制算法，实现依据温室内农作物生长条件来调整控制系统，创造一个适合农作物生长发育的环境。三、项目实施技术路线开展项目调研（解当前设施农业集约化规模化生产急需解决问题）-收集资料（了解当前我国设施农业发展相关关键技术的背景与现状）-制定项目实施方案（明确项目实施目标、步骤与过程以及资金的使用）-开展项目实施（按照项目进度计划实施项目）- 过程监督与组织（依据国家规定及财务制度全程监督项目的实施情况）-组织验收（依据验收指标开展项目验收） 。四、项目实施预期成果本项目研究的对象及技术新颖、内容对设施农业的现代化具有重要意义。项目完成后将提供控制软件一套；发表
14、论文 1-2 篇；生产设备一套；建设精准设施农业试验示范基地一座。五、项目实施进度安排2013 年 9 月至 12 月 完成本项目科研资料的查新、收集，确定相关技术最近发展态势，确保项目研发的先进性2014 年 1 月至 5 月 组织专业研究人员，确立研发方向，定制好相关配件，完成实施方案编制，建设项目试验示范基地，保证项目科学、有序开展。2014 年 7 月至 10 月 开展项目设计与研发，相关仪器设备的采购。2014 年 11 月至 12 月 完成仪器设备的安装，开展项目调试；完善项目各控制系统的考核试验。六、项目实施组织形式1）组织领导7以山西农机新技术服务中心为本项目的组织和领导单位，
15、由中心主任张赛仕对本项目进行领导。以山西省农村新能源示范站为本项目的具体实施单位，由王曦负责本项目的技术调研、技术宣传、技术培训、技术示范、技术推广等工作，最终负责转化好本项目研究工作。2）科学管理项目示范基地建设完成后，由专人负责本项目的技术示范、技术培训、技术服务工作，常年接待社会各界人士及农民学习和参观。财务人员严把财务关，确保专款专用，防止挤占挪用，防止浪费，严格监督专项资金的使用。严格物资管理制度，对技术示范、技术培训的所有设备，都要登记造册，明确管理人员，防止丢失、损坏。3）建立技术和财务档案各种物资一律登记归档。各种技术原始数据一律归档。各种图纸、图表一律存档。各种财务报表一律入
16、档。各种参观人员资料、示范户资料一律存档。七、项目实施预算8项目实施年度财政资金预算表项目承担单位： 单位：万元项目名称：日光温室关键参数控制系统试验开发 项目负责人：王曦立项时间：2013 年 7 月 财政拨款总预算数：8本年预算：15其中：财政拨款：8其他资金：72013-2014 年度明细支出（按本年总支出填列，包括财政拨款和其他配套资金）序列 支出类型 备 注品 目 数 量 预计金额工控机 1 1.5视频信息采集 1 3.01 设备费传感器 12 1.32 材料费 预计支付1万元3 软件设计费 预计支付4万元4 燃料动力费 预计支付万元5 差旅费 预计本项目需支付差旅费 0.5 万元6 会议费 预计本项目需支付会议费_0.5_万元7 国际合作与交流费 /8 出版/文献/信息传播/知识产权事务费 预计支付 0.7万元本项目需外聘工作人员_5
