蔬菜园远程智能监控系统的研究与开发

摘要

自改革开放以来，随着经济的快速发展，土地污染、大气污染和水污染等问题日益严重，特别是饮食安全被国人普遍重视和关注。对于蔬菜的安全生产问题，建立立体的无土栽培蔬菜园，生产出绿色无污染的产品是广大人民群众的迫切需求。如此，既可提高蔬菜的质量和产量，降低生产成本，也可减轻生产人员的劳动强度，进而提高生产效率。
　　温室控制系统的发展经历了从“手动控制”到“计算机集成控制”几个发展阶段。传统的控制方式，对复杂而又相互影响的环境因素，很难达到植物生长所需要的环境控制要求。随着科学技术的进步，蔬菜园的管理和控制水平在逐步地提高。目前，计算机智能控制系统已成为温室环境控制系统的主流。
　　本系统硬件总体设计采用上、下位机结构，由控制层、通讯层和管理层组成。远程监控系统采用ForceControl设计，实现对蔬菜园的远程监控与管理；现场采用Smart700 IE触摸屏，在WinCC flexible下进行设计，实现参数设置和控制功能。控制器采用西门子S7-200 PLC，在STEP7-Micro/WIN环境下进行软件设计和开发，实现对环境和营养液参数的检测与控制。上、下位机之间的远程无线通信采用GPRS网络实现。
　　控制层以西门子S7-200系列PLC控制器为核心，实现对营养液调配和环境参数的控制，现场通过触摸屏实现相关参数的设置与控制。营养液调配以生菜为例，主要控制其生长所需的酸度和电导率，采用模糊控制技术，实现智能控制。信息采集采用有线和无线两种方式，有线传感器检测营养液的酸碱度和电导率，无线温湿度传感器ZigBee模块检测环境数据。通讯层应用无线通信技术，无线数据终端采用GPRS DTU模块，将来自PLC的数据打包后通过GPRS网络传输到Internet，管理中心通过Internet实现设备到监控系统之间的无线、双向数据传输。管理层接收GPRS DTU发来的数据，对获取的数据进行处理，实现栽培区的集中监控。管理中心监控系统具有远程监控、趋势分析、报表输出、数据查询等功能。
　　本文结合PLC控制技术、模糊控制技术和GPRS无线通信技术，设计的远程蔬菜园智能监控系统，实现了现场控制和远程监控功能，包括营养液的自动调配、系统运行状态监控、手自动模式的切换、自动报警及远程无线通信等功能。
　　系统经过测试，具有较高的稳定性、安全性及可靠性，符合总体设计要求。

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第一章 引言

一、研究目的与意义

二、国内外研究现状

三、主要研究内容

第二章 远程控制系统总体设计方案

一、工作原理

二、设计要求

三、总体设计

第三章 PLC控制系统设计

一、PLC控制原理和方法

二、系统硬件设计

三、S7-200控制程序设计

四、人机界面设计

第四章 模糊控制系统的设计与应用

一、营养液的配置

二、模糊控制理论概述

三、营养液模糊控制器的设计

四、PLC模糊控制程序设计

第五章 基于GPRS远程通讯系统的设计

一、GPRS通信协议概述

二、GPRS DTU的应用

三、Modbus从站组态

第六章 管理中心监控系统的设计

一、ForceControl V7.0组态软件概述

二、监控系统设计

结论

参考文献

个人简历及在学期间的研究成果和发表的论文

致谢