智能温室远程监控系统的设计

成慧翔，张 虎，樊建强，董燕丽

（山西农业大学信息学院，山西 太谷 030800）

在生产生活中，温湿度扮演着非常重要的角色。农业作为国家经济的根基，借助智能温室的普及，可消除温湿度对农作物生长的限制，减少对自然条件的依赖，且可使农民增收。随着科技的发展，应用自动控制技术和工业计算机实现农业生产和管理的自动化是农业现代化的重要标志之一。农业生产的智能化和信息化将给温室控制和管理带来一场变革加快农业现代化发展的进程，在园艺种植、农业生产、动植物培养等多方面有着广泛应用，将降低农业生产成本并提高农业产量，同时产生良好的经济效益。

国外发达国家的温室智能化技术处于领先地位，他们既可以对温室中的相关参数实现集中控制与调节，也可以节约能源节省人力提高产能效率。国内发展相对滞后，引进国外温室技术的同时，受国内气候及地理环境的影响，效果欠佳。为了解决国内温室技术水平低下、收益较低的问题，我国相关部门开始对温室控制系统深入研究，但智能化程度不高。民营温室发展步伐较快，但依然存在不合理、技术水平低等很多问题。

本文针对上述问题，提出以PLC为核心，基于触摸屏的智能温室远程监控系统的解决方案。智能温室远程监控系统的应用，真正实现了农业生产自动化、管理智能化，使温室种植管理智能化调温、精细化施肥，可提高产量、改善品质、节省人力、降低人工误差、提高经济效益的目的，实现温室种植的高效和精准化管理，可为人们供应健康、安全、优质的绿色产品。

1 智能温室远程监控系统整体方案的确定

温室环境的调节相对复杂，对智能温室监控系统的设计则提出更高的要求。温室监控系统必须具有良好的稳定性、较强的功能性和实时性、较低的成本及较高的收益。

本系统整体分为以PLC为核心的控制系统和以触摸屏为平台的远程监控系统，PLC对温室内远程监控的数据经数据采集模块回传进行分析并处理，然后驱动执行机构实现远程控制。远程监控的参数主要包括温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等，远程控制的执行机构主要包括湿度调节模块、光照调节模块、温度调节模块、二氧化碳浓度调节模块。智能温室远程监控系统采集温室内的空气温湿度、土壤温度与湿度等环境参数与预设值进行比较，若不符则启动相关设备调节温室温湿度。系统整体结构框图如图1所示。

2 智能温室控制系统的设计

智能温室控制系统是智能温室远程监控系统重要的管理模块。该控制系统包含控温模块、控湿模块、二氧化碳补给模块和补光模块。控温模块中可以利用水箱加热升温、利用冷凝系统降温，使得温室内温度适中保持在适宜农作物成长的水平；控湿模块可能会影响植物生长，也可能会导致农作物产生病状而影响产量，该系统可根据土壤和空气的湿度传感器检测到的数据进行分析，然后判断是都需要启动湿帘水泵电机或雾化加湿器；二氧化碳补给模块通过PLC的输出确定是否启动循环风机；补光模块为了提高资源利用率，通过调节遮光帘调节光照强度。

其中，控制核心PLC选择S7-200CPU226与西门子触摸屏采用PROFINET协议建立通信，输入设备包括手动与自动切换开关、若干限位开关、若干启动开关、环境监测传感器等；输出设备包括遮光帘电机、湿帘水泵电机、加湿器、补光灯、报警灯等。通过扩展EM232模块增加模拟量IO点。

该控制系统中PLC控制模式可选面板控制、远程手动软件控制即智能控制、自动控制。其控制流程图如图2所示。

3 智能温室远程监控系统的设计

为了便于操作人员管理，现场设置有触摸屏，远程设置有数据采集与监控系统，为操作员与PLC之间双向沟通搭建了桥梁。该触摸屏采用西门子KTP900F，其操作画面可以组态为固定站操作和移动操作，可组态移动应用的特定功能。其操作界面包括：监控系统欢迎界面、设备运行状态监控界面、数据记录与查询界面、参数设置界面与报警记录。远程监控系统采用WinCCFlexible制作，用户可远程查看或操控该系统。远程监控终端设置界面与触摸屏监控界面类似，有智能温室远程监控系统登录界面、设备运行状态监控界面、数据记录与趋势视图、报警记录界面等。

监控系统欢迎界面为操作员登录页面；设备运行状态监控界面主要包括智能温室中所有设备的运行状态、各类开关、各传感器的实时状态及数值；数据记录与查询界面包括各类监测传感器检测到的历史数据、当前数据及趋势分布曲线等；参数设置界面包括系统运行模式的设置及控制过程中有关时间等参数的设定；报警记录包括系统运行状态和故障报警以及参数异常报警，报警时间、类别、状态、确认取消等功能。

本文以触摸屏监控画面中设备运行状态监控界面为例做出说明，如图3所示。

4 调试与总结

本文针对我国农业的现状对智能温室控制的需求，提出了一种智能温室远程监控系统的解决方案，可实时监测温室内温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等参数，通过各传感器检测采集并由PLC进行数据处理，与系统设定值进行比较，从而驱动现场的执行机构遮阳板、湿帘、风机等设备实现自动控制。操作员或管理员可以远程监控现场设备运行状态及各数据的实时走势。经上位机下位机联机调试，结果表明，本系统可以实现现场设备的自动控制，降低了人力成本，提高了工作效率，节约了能源，对农业向智能化和现代化发展起到了推动作用，具有一定的实际意义。