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宁夏农产品储藏窖解决方案--宁夏云控农业物联网科技有限公司
 

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马铃薯窖藏环境远程监控方案设计

马铃薯贮藏环境监控系统由 ZigBee传感器数据采集、GPRS远程通信、智能监控及上位机及数据处理系统组成。窖藏环境的温、湿度和CO2数据采集,采用ZigBee无线传感器技术设计的传感器具有可移动性,便于根据窖内空余位置安装设备。数据采集终端的数据处理采用PLC作为主控制器,通过温湿度传感器和CO2传感器实时采集环境因子数据,并比对是否超出控制参数范围。数据采集终端系统还在规定间隔内通过GPRS发送间隔时间段内的平均数值至电脑服务器终端,同时主控器还将采样数据记录在本地存储设备SD 卡中。在数据采集终端系统可以键盘输入调节调控范围,受控外设,IP和端口号设置和调整时间等,LCD显示输出采样结果,控制输出连接控制环境的设备,如果环境变量超过正常值,则启动外设调控环境。远程数据库服务器(上位)实时接收并记录监控终端发送的数据,可通过服务器查阅历史环境因子参数,绘制一段时间内环境因子的变化曲线,进而直观地分析贮藏环境。

1.马铃薯贮藏环境监控终端的设计

监控终端采用PLC控制器作为主控制器,由传感器、GPRS 模块、SD 卡模块、控制输出模块、键盘模块和LCD 显示模块等部分组成,如图1 所示。






传感器分为温湿度传感器和CO2传感器 ,用于实时采集环境因子参数。温度和湿度的采集使用SHT 系列传感器。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上,输出完全标定的数字信号。该系列传感器具有响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。

CO2浓度使用NDIR 红外CO2模块采集,该模块提供串口通信接口,直接与单片机UAT2 口连接。此模块特性:

传感器技术: 非分散红外线( NDI) 探测测量范围: 0 5 000×10 6

CO2最大漂移: 全量程的± 2%

分辨率: 10 × 10 6

精度: 50 × 10 6

温度影响/% FS·( ) 1 : 05

响应时间( T90) / s: 120

供电电压/V: DC5 ± 5%

工作电流/mA: 平均工作电流90,峰值电流150

标准波特率/ bps: 9 600

运行温度/:10 50

GPRS 模块是系统的通信信道,与接在Internet 的服务器进行通信,将采集数据准确无误的发送至服务器。控制终端采用了GPRS 传输模块SIM300SIM300 是一种小体积即插即用的GSM/GPRS 模块,适合于开发一些GSM/GPRS 的无线应用产品,实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。

SD卡模块是监控终端的本地存储数据库,实时记录环境参数。监控终端采用PLCSPI 协议下与SD 卡操作,完成在SD 卡存储采样数据等文件系统的控制。SD 卡是一种微型、低功耗、可移动的Flash 多功能存储卡,该卡向上兼容MMC卡,并增加了智能保护机制,同时具有更快的传输速率以及更高的存储容量。SD 卡采用SPI 总线模式,此模式传输协议简单,易于实现,虽然数据传输速率较低,但易于用软件方法来模拟。

控制输出外接了制冷、加热、除湿、加湿和抽风等外部设备,用于调控马铃薯贮藏的环境因子。控制输出与监控系统连接,如果环境因子超出参数范围,则由自动控制外部设备的开关来调控环境,设备控制优先级从高到低分别是温度、湿度和CO2。另外,通过控制输出也可以手动开启和关闭多个外部设备。

键盘模块由按键输入和系统状态指示等功能,按键输入可以设置环境参数调控范围,手动控制外部设备,设置IP、端口号和调整时间等。键盘模块采用6个按键输入,6个按键分别是设置、左移动、右移动、向上、向下、退出。为了按键实时响应,采用了中断方式输入,分别扫描键盘的方式。系统状态指示用于指示当前系统的工作状态,如环境参数是否超限、外部设备是否开启。系统状态指示灯和键盘输入设计在同一电路板上,方便安装。指示灯采用5 个红绿双色LED,分别显示加热、制冷、除湿、加湿和抽风设备的运行状态,当外部设备运行时红灯亮,停止运行时绿灯亮。

2. 上位机及数据处理系统的设计

上位机具有对马铃薯窖藏环境因子参数的监控实现自动控制和手动控制。当设定在自动控制时,上位机系统并根据收集终端数据进行自动控制窖内的环境因子参数保持在设定的范围值。当设定在手动控制时,可进行远程控制窖藏中的设备开关调节窖藏环境因子参数。同时上位机数据处理系统具有时接收监控终端传输过来的数据,记录数据且备份。并具有对历史数据有数据管理和数据分析两项功能,数据管理可以按月、按日查询历史数据,也可以按监控终端编号查询历史数据如图2 。数据分析具有绘制曲线和相关性分析,绘制曲线可以按时间绘制,也可以按监控终端编号绘制,相关性分析是对环境参数变化的分析。



3、马铃薯窖藏的环境监控系统主要功能参数

1)测量温度、湿度、CO2浓度

a.湿度正常值:85%~95%,测量范围0~100%

b.温度正常值:1~5℃,测量范围-30~50℃,分辨率小于1℃。

c.CO2正常值:0~1000ppm,测量范围0~5000ppm

2)设置调控范围,LCD显示测量数据

设置温度、湿度、CO2调控范围,LCD显示测量数据。

3)自动调控室内环境,异常报警

a.温室环境出现异常启动相应外部设备调控环境,设备控制优先级从高到低分别是温度、湿度、CO2

b.声音报警提示。

4)手动调控

手动开启和关闭加湿器、除湿器、加热器、制冷器、抽风机。

5)数据本地记录

本地数据记录时间6个月,每天至少采集4次,GPRS实时传输采集数据。

(6)上位机远程自动或手动控制窖内环境影响因子参数

(7)上位机远程监测窖内环境影响因子参数数据,并可实现数据实时和历史查询、绘制数据曲线、数据导出等功能。




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