设施卷膜智能控制系统设计与应用

宋健+王秀+马伟+秦贵+孙连强+高磊+何佳彤

【摘要】针对设施通风过程中存在的费时费工、操作缺乏科学性等问题，设计采用物联网技术、移动互联网技术、电控技术相结合的方法，研发了1种设施卷膜智能控制系统。系统能够对设施卷膜实现电动控制，减少人工投入；通过传感器感知的温室环境数据进行通风口的智能化控制，提升设施管理的科学性、可靠性；基于移动互联网技术的设施卷膜远程遥控功能，使农户可以随时随地对温室通风进行远程遥控，方便了农业生产管理。

随着移动互联网技术的快速发展，智能手机从交通、购物、餐饮、家居等多方面影响着人们的生活，而将智能手机应用到农业生产领域，提高生产管理效率，同样成为了可能。本研究拟开发一款用于温室通风调控的设施卷膜智能控制系统，通过系统的植入，使得温室通风依据更加科学、操作更加便捷、管理更加高效、成本更加低廉。

设施卷膜智能控制系统将移动互联网技术与传感物联技术相结合，并应用于农业生产实践中。系统通过传感器采集温室环境数据，可自行判断当前环境是否需要通风，并进行相应的智能化控制；系统预留了电动控制功能，可通过智能控制终端旋钮或智能手机、远程计算机实现对通风口的控制。

系统架构与业务网络流程

系统由传感器、智能控制终端、卷膜器、远程控制软件组成，如图1所示。其中，智能控制终端集成了数据采集与解析模块、智能控制模块、无线局域網控制模块和远程控制模块。数据采集与解析模块用于采集传感器感知的环境数据，并进行模拟量解析，智能控制模块根据以上解析的温室环境数据对通风进行自判断控制，无线局域网控制模块可自行发射网络AP，智能手机接入后可对通风口实现无线局域网控制，远程控制模块可接入互联网，用户通过网络计算机或智能手机通过远程控制软件可以发送控制指令，远程遥控温室通风，如图2所示。

温室通风智能控制终端

温室通风智能控制终端实物如图3所示，用户可通过触摸屏查看温室环境数据，并根据作物需求，设定通风所需阈值。数据采集与解析模块通过4～20 mA电流信号采集传感器数据，最大可扩展8路，通过解析后得到温室环境信息；智能控制模块根据环境信息和用户设定的阈值信息，向接触器发送指令，控制卷膜器的正转与反转；无线局域网控制模块将多路卷膜接触器关联到模块内置的继电器中，当收到无线局域网内的智能手机发来的控制指令时，对相应的继电器进行开闭控制，进而控制接触器实现卷膜器的正反转；远程控制模块可接入网线，将温室通风实现真正意义上的物联网，用户通过智能手机或网络计算机，在任何地点都能对通风进行远程遥控。

远程控制软件

远程控制软件基于Eclipse平台，使用Java语言开发，可运行于任意Android系统终端或虚拟机上。

远程控制软件界面如图4所示，软件可支持最大8路通风口的远程开模、关膜和停止操作，软件开发流程如图5所示。

应用

系统在北京市昌平区小汤山国家农业精准示范基地进行测试试验，并推广到大兴葡萄园种植基地、房山番茄种植基地、河北秦皇岛黄瓜生产基地、安徽宣城烟草育苗基地等，如图6所示。通过测试试验和推广应用，系统运行稳定，能很好的满足实际工作的需要，“电动、远程、智能”3种控制方式相辅相成，有效的解决了温室通风不及时、不科学的问题，减少了人工高成本；阈值设定根据作物不同，可灵活调整，能够适应设施葡萄、果类蔬菜、烟草育苗等不同类型的通风控制，为作物营造了更好的生长环境，使得温室通风更加科学，操作更加便捷，管理更加高效，成本更加低廉。