農(nóng)機(jī)裝備設(shè)施技術(shù)引進(jìn)試驗項目實(shí)施方案

1、 山西省農(nóng)機(jī)裝備設(shè)施技術(shù)引進(jìn)試驗項目實(shí)施方案 項目名稱：日光溫室關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)試驗開發(fā) 項目類別：科研開發(fā)起止年限：2013年2月至2014年6月負(fù)責(zé)單位：山西省農(nóng)機(jī)局承擔(dān)單位：山西農(nóng)機(jī)新技術(shù)服務(wù)中心一、項目實(shí)施目標(biāo)1、本項目研究一種遠(yuǎn)程和本地相結(jié)合的植物生長環(huán)境控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)植物生長規(guī)律自動監(jiān)測與調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳含量及各種有機(jī)肥的參數(shù)，滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)生產(chǎn)的要求。2、開展現(xiàn)代信息技術(shù)在提升農(nóng)機(jī)化裝備效能方面的研究應(yīng)用。利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的自由性，研究各平臺的數(shù)據(jù)共享，遠(yuǎn)程專家判斷以及用戶對系統(tǒng)的實(shí)時控制等關(guān)鍵技術(shù)。為今后連片設(shè)施農(nóng)業(yè)的高效化、規(guī)?；⒓苫l(fā)展起到積極推動作

2、用。二、項目項目詳細(xì)工作內(nèi)容 通過開發(fā)設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，遠(yuǎn)程獲取溫室大棚內(nèi)部的空氣溫濕度、土壤水分溫度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度及視頻圖像，通過模型分析，遠(yuǎn)程或自動控制濕簾風(fēng)機(jī)、噴淋滴灌、內(nèi)外遮陽、頂窗側(cè)窗、加溫補(bǔ)光等設(shè)備，保證溫室大棚內(nèi)環(huán)境最適宜作物生長，為作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全創(chuàng)造條件。同時，該系統(tǒng)通過手機(jī)、PDA、計算機(jī)等信息終端向農(nóng)戶推送實(shí)時監(jiān)測信息、預(yù)警信息、農(nóng)技知識等，實(shí)現(xiàn)溫室大棚集約化、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程管理，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。本系統(tǒng)適用于各種類型的日光溫室、連棟溫室、智能溫室。該系統(tǒng)包括：傳感終端，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊，通信傳輸模塊，控制模塊，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，工

3、業(yè)計算機(jī)終端和人機(jī)交互界面軟件平臺，如下圖所示。（1）傳感終端 溫室大棚環(huán)境信息感知單元由無線采集終端和各種環(huán)境信息傳感器組成。環(huán)境信息傳感器監(jiān)測空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等多點(diǎn)環(huán)境參數(shù)，通過無線采集終端以GPRS方式將采集數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，以指導(dǎo)生產(chǎn)。1）溫濕度監(jiān)測通過溫濕度傳感器監(jiān)測大棚室外空氣環(huán)境溫濕度、室內(nèi)空氣環(huán)境溫濕度、地表溫濕度、土壤溫濕度等，并能對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析運(yùn)算、控制、存儲、發(fā)送等。2）光照度監(jiān)測通過光感和光敏傳感器監(jiān)測記錄溫室大棚內(nèi)光線的強(qiáng)度，可以直接與相關(guān)的補(bǔ)光系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)等設(shè)備相連，必要時自動打開相關(guān)設(shè)備。最后通過傳輸技術(shù)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到用戶

4、監(jiān)控終端。3）CO2濃度監(jiān)測在溫室大棚內(nèi)部署二氧化碳濃度傳感器，實(shí)時監(jiān)測溫室中二氧化碳的含量，當(dāng)濃度超過系統(tǒng)設(shè)定闕值范圍時，通過無線傳輸技術(shù)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到用戶監(jiān)控終端，由相關(guān)工作人員做出相應(yīng)調(diào)整。4）分區(qū)域檢測同一個棚內(nèi)劃區(qū)域控制管理，可實(shí)現(xiàn)每個種植區(qū)不同溫濕度、不同氣體配置等環(huán)境技術(shù)指標(biāo)。用戶可以通過上位機(jī)來監(jiān)測、查詢各區(qū)域的數(shù)據(jù)。也可以分塊進(jìn)行單獨(dú)控制和整體協(xié)調(diào)控制。5）報警控制用戶可設(shè)定某些參數(shù)指標(biāo)的上限和下限。比如大棚溫度應(yīng)在30-15攝氏度之間，高于或低于這個溫度范圍都會產(chǎn)生報警信息，并在上位機(jī)中控平臺和現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)顯示出來。6）節(jié)點(diǎn)故障通知現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時可及時以中心服務(wù)器

5、平臺、手機(jī)短信、報警信息等方式通知管理者。7）備用冗余功能為了避免設(shè)備故障及異常帶來不便，影響作物的生長。設(shè)備可進(jìn)行擴(kuò)展冗余，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，輔助設(shè)備進(jìn)行切換。從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)無故障運(yùn)行，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。（2）通信終端及傳感網(wǎng)絡(luò)建設(shè) 溫室大棚無線傳感通信網(wǎng)絡(luò)主要由如下兩部分組成：溫室大棚內(nèi)部感知節(jié)點(diǎn)間的自組織網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；溫室大棚間及溫室大棚與農(nóng)場監(jiān)控中心的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。前者主要實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集及傳感器與執(zhí)行控制器間的數(shù)據(jù)交互。溫室大棚環(huán)境信息通過內(nèi)部自組織網(wǎng)絡(luò)在中繼節(jié)點(diǎn)匯聚后，將通過溫室大棚間及溫室大棚與農(nóng)場監(jiān)控中心的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對各溫室大棚環(huán)境信息的監(jiān)控。1）大棚現(xiàn)場布點(diǎn)大棚

6、現(xiàn)場主要負(fù)責(zé)大棚內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的采集和控制設(shè)備的執(zhí)行，采集的數(shù)據(jù)主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的光照、空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤水分、CO2濃度等參數(shù)。傳感器的數(shù)據(jù)上傳采用低功耗有線傳輸模式，傳感器數(shù)據(jù)通過有線傳輸模塊將數(shù)據(jù)無線傳送到網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)上，用戶終端和一體化控制器間傳送的控制指令通過無線發(fā)送模塊傳送到中心節(jié)點(diǎn)上。中心節(jié)點(diǎn)再經(jīng)過邊緣網(wǎng)關(guān)將傳感器數(shù)據(jù)、控制指令封裝并發(fā)送到位于internet上的系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺。用戶可以通過有線網(wǎng)絡(luò)/無線網(wǎng)絡(luò)訪問系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺，實(shí)時監(jiān)測大棚現(xiàn)場的傳感器參數(shù)，控制大棚現(xiàn)場的相關(guān)設(shè)備。2）控制終端 溫室大棚環(huán)境智能控制單元由測控模塊、電磁閥、配電控制柜及安裝附件組成，通

7、過GPRS模塊與管理監(jiān)控中心連接。根據(jù)溫室大棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫度水分、光照強(qiáng)度及二氧化碳濃度等參數(shù)，對環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行控制，包括內(nèi)遮陽、外遮陽、風(fēng)機(jī)、濕簾水泵、頂部通風(fēng)、電磁閥等設(shè)備。3）視頻監(jiān)控系統(tǒng) 作為數(shù)據(jù)信息的有效補(bǔ)充，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻信號傳輸技術(shù)，對溫室大棚內(nèi)部作物生長狀況進(jìn)行全天候視頻監(jiān)控。該系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)型視頻服務(wù)器、高分辨率攝像頭組成，網(wǎng)絡(luò)型視頻服務(wù)器主要用以提供視頻信號的轉(zhuǎn)換和傳輸，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)。在已有Internet上，只要能夠上網(wǎng)就可以根據(jù)用戶權(quán)限進(jìn)行遠(yuǎn)程的圖像訪問，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、在線、便捷的監(jiān)測方式。4）監(jiān)控中心 監(jiān)控中心由服務(wù)器、多業(yè)務(wù)綜合光端機(jī)、大屏幕顯示系

8、統(tǒng)、UPS及配套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，是整個系統(tǒng)的核心。建設(shè)管理監(jiān)控中心的目的是對整個示范園區(qū)進(jìn)行信息化管理并進(jìn)行成果展示。 （3）應(yīng)用軟件平臺 應(yīng)用軟件平臺界面如下圖所示，該平臺可將土壤信息傳感器、空氣環(huán)境監(jiān)測傳感器、外部氣象傳感器、視頻信息等設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲、處理和挖掘，通過中央控制軟件的智能決策，形成有效指令，通過聲光電報警指導(dǎo)管理人員或者直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方式調(diào)節(jié)設(shè)施內(nèi)的小氣候環(huán)境，為作物生長提供優(yōu)良的生長環(huán)境。1）友好的用戶登陸管理界面規(guī)定用戶使用權(quán)限，不同用戶提供不同的操作權(quán)限，非用戶不能登陸系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全，操作簡單而富有人性化。2）實(shí)時歷史、曲線報表數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將采集到的數(shù)

9、據(jù)信息以實(shí)時曲線的方式顯示給用戶，并根據(jù)需要按照日、月、季、年參數(shù)變化曲線生成歷史報表。便于對溫室大棚運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行分析做出改進(jìn)，提高溫室大棚的生產(chǎn)效率。3）多種形式的報警功能，適合不同場合需要工作人員根據(jù)溫室大棚內(nèi)的具體情況設(shè)置溫度、濕度等參數(shù)限值。在監(jiān)測時，如發(fā)現(xiàn)有監(jiān)測結(jié)果超出設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警提醒工作人員，報警形式包括：聲光報警、電話報警、短信報警、E-MAIL報警等。4）遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場采集設(shè)備將采集到的數(shù)據(jù)通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街锌財?shù)據(jù)平臺，用戶從終端可以查看溫室大棚現(xiàn)場的實(shí)時數(shù)據(jù)，并使用遠(yuǎn)程控制功能通過繼電器控制設(shè)備或模擬輸出模塊對溫室大棚自動化設(shè)備進(jìn)行控制操作，如自動噴灑系統(tǒng)

10、、自動換氣系統(tǒng)、自動澆灌系統(tǒng)。5）監(jiān)控終端監(jiān)控終端通過可視化、多媒體的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)以下主要功能：溫室大棚內(nèi)植物生長環(huán)境狀況全面顯示、查詢，包括各種參數(shù)、光照強(qiáng)度以及歷史數(shù)據(jù)等；向溫室大棚內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)調(diào)度命令、調(diào)整設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，確保溫室內(nèi)為植物生長最適宜環(huán)境。（4）方案創(chuàng)新點(diǎn)1）農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)是把專家系統(tǒng)知識應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一項計算機(jī)技術(shù)。這項技術(shù)可根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程的需要，有針對性的研究開發(fā)出一系列適合不同地區(qū)生產(chǎn)條件的實(shí)用經(jīng)濟(jì)型農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，為農(nóng)技工作者和農(nóng)民提供方便的、全面的、實(shí)用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)咨詢和決策服務(wù)。本方案所建立的專家系統(tǒng)可為大棚作物生長，管理，病蟲害防治以及提高產(chǎn)量等方

11、面提供預(yù)警，操作建議等服務(wù)。本智能系統(tǒng)根據(jù)前期建立的監(jiān)測裝置，記錄空氣溫度，濕度和CO2濃度，以及土壤水份、養(yǎng)分含量。利用攝像頭獲取近距離照片分析作物群體結(jié)構(gòu)、長勢，進(jìn)行病情診斷。本系統(tǒng)通過以上技術(shù)手段可達(dá)到溫室大棚內(nèi)生產(chǎn)管理決策的準(zhǔn)確、高效性。本系統(tǒng)可根據(jù)大棚作物種類，自動建立作物模擬模型，即由作物，環(huán)境，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等要素構(gòu)成作物生長整體系統(tǒng)。通過數(shù)學(xué)模型模擬作物生長發(fā)育、器官生成和產(chǎn)量形成等生理生態(tài)過程。系統(tǒng)可分析這些生理過程與環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)之間的數(shù)量關(guān)系，據(jù)此制定出作物高產(chǎn)栽培技術(shù)模型，為實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效提供技術(shù)支持。2）PID模糊控制系統(tǒng)為了解決傳統(tǒng)方法難以對溫室大棚進(jìn)行精

12、確控制的問題，本系統(tǒng)采用模糊PID控制方法。PID控制能使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較高的控制準(zhǔn)確度和較強(qiáng)的自適應(yīng)性和魯棒性，同時又很大程度上提高了系統(tǒng)的靈活性，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能和靜態(tài)性能，從而獲得了良好的控制效果。所以，本系統(tǒng)提出在溫室溫度，濕度及CO2控制系統(tǒng)中引入模糊PID控制算法，實(shí)現(xiàn)依據(jù)溫室內(nèi)農(nóng)作物生長條件來調(diào)整控制系統(tǒng)，創(chuàng)造一個適合農(nóng)作物生長發(fā)育的環(huán)境。 三、項目實(shí)施技術(shù)路線 開展項目調(diào)研（解當(dāng)前設(shè)施農(nóng)業(yè)集約化規(guī)模化生產(chǎn)急需解決問題）-收集資料（了解當(dāng)前我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的背景與現(xiàn)狀）-制定項目實(shí)施方案（明確項目實(shí)施目標(biāo)、步驟與過程以及資金的使用）-開展項目實(shí)施（按照項目進(jìn)度計劃實(shí)施項

13、目）-過程監(jiān)督與組織（依據(jù)國家規(guī)定及財務(wù)制度全程監(jiān)督項目的實(shí)施情況）-組織驗收（依據(jù)驗收指標(biāo)開展項目驗收）。 四、項目實(shí)施預(yù)期成果本項目研究的對象及技術(shù)新穎、內(nèi)容對設(shè)施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化具有重要意義。項目完成后將提供控制軟件一套；發(fā)表論文1-2篇；生產(chǎn)設(shè)備一套；建設(shè)精準(zhǔn)設(shè)施農(nóng)業(yè)試驗示范基地一座。 五、項目實(shí)施進(jìn)度安排2013年9月至12月 完成本項目科研資料的查新、收集，確定相關(guān)技術(shù)最近發(fā)展態(tài)勢，確保項目研發(fā)的先進(jìn)性 2014年1月至5月 組織專業(yè)研究人員，確立研發(fā)方向，定制好相關(guān)配件，完成實(shí)施方案編制，建設(shè)項目試驗示范基地，保證項目科學(xué)、有序開展。 2014年7月至10月 開展項目設(shè)計與研發(fā)，相關(guān)

14、儀器設(shè)備的采購。 2014年11月至12月 完成儀器設(shè)備的安裝，開展項目調(diào)試；完善項目各控制系統(tǒng)的考核試驗。 六、項目實(shí)施組織形式1）組織領(lǐng)導(dǎo)以山西農(nóng)機(jī)新技術(shù)服務(wù)中心為本項目的組織和領(lǐng)導(dǎo)單位，由中心主任張賽仕對本項目進(jìn)行領(lǐng)導(dǎo)。以山西省農(nóng)村新能源示范站為本項目的具體實(shí)施單位，由王曦負(fù)責(zé)本項目的技術(shù)調(diào)研、技術(shù)宣傳、技術(shù)培訓(xùn)、技術(shù)示范、技術(shù)推廣等工作，最終負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)化好本項目研究工作。2）科學(xué)管理項目示范基地建設(shè)完成后，由專人負(fù)責(zé)本項目的技術(shù)示范、技術(shù)培訓(xùn)、技術(shù)服務(wù)工作，常年接待社會各界人士及農(nóng)民學(xué)習(xí)和參觀。財務(wù)人員嚴(yán)把財務(wù)關(guān)，確保?？顚Ｓ?，防止擠占挪用，防止浪費(fèi)，嚴(yán)格監(jiān)督專項資金的使用。嚴(yán)格物資管理制

15、度，對技術(shù)示范、技術(shù)培訓(xùn)的所有設(shè)備，都要登記造冊，明確管理人員，防止丟失、損壞。3）建立技術(shù)和財務(wù)檔案各種物資一律登記歸檔。各種技術(shù)原始數(shù)據(jù)一律歸檔。各種圖紙、圖表一律存檔。各種財務(wù)報表一律入檔。各種參觀人員資料、示范戶資料一律存檔。 七、項目實(shí)施預(yù)算 項目實(shí)施年度財政資金預(yù)算表項目承擔(dān)單位： 單位：萬元項目名稱：日光溫室關(guān)鍵參數(shù)控制系統(tǒng)試驗開發(fā) 項目負(fù)責(zé)人：王曦立項時間：2013年7月財政撥款總預(yù)算數(shù)：8本年預(yù)算：15其中：財政撥款：8其他資金：72013-2014年度明細(xì)支出（按本年總支出填列，包括財政撥款和其他配套資金）序列支出類型備 注1設(shè)備費(fèi)品 目 數(shù) 量預(yù)計金額工控機(jī)11.5視頻信息采集13.0傳感器