物 聯(lián) 網(wǎng) 溫 室 群 雙 模 糊 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 劉 洋 1 許 燕 1 彭 炫 1 周 建 平 1 張 斌 2 1 新 疆 大 學(xué) 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 烏 魯 木 齊 8 3 0 0 4 7 2 新 疆 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 監(jiān) 督 檢 驗 研 究 院 烏 魯 木 齊 6 5 0 1 0 5 摘 要 受 普 遍 缺 水 的 國 情 及 現(xiàn) 代 種 植 業(yè) 向 著 產(chǎn) 業(yè) 化 和 規(guī) 模 化 發(fā) 展 趨 勢 的 影 響 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 得 到 了 長 足 發(fā) 展 我 國 的 溫 室 面 積 不 斷 擴(kuò) 大 且 溫 室 中 的 種 植 作 物 也 日 趨 豐 富 和 多 變 為 實 現(xiàn) 對 溫 室 群 的 統(tǒng) 一 準(zhǔn) 確 調(diào) 控 與 各 溫 室 不 同 作 物 的 科 學(xué) 種 植 提 出 了 一 種 遠(yuǎn) 程 服 務(wù) 器 與 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 相 結(jié) 合 的 調(diào) 控 系 統(tǒng) 調(diào) 控 系 統(tǒng) 以 嵌 入 式 W e b 服 務(wù) 器 為 核 心 結(jié) 合 S T M 3 2 單 片 機(jī) 為 底 層 控 制 器 采 用 M o d b u s 通 信 協(xié) 議 實 現(xiàn) 溫 室 群 與 控 制 端 的 信 息 動 態(tài) 交 流 同 時 現(xiàn) 場 控 制 器 增 設(shè) S D 卡 功 能 及 雙 模 糊 規(guī) 則 實 現(xiàn) 了 在 通 信 受 阻 狀 況 下 溫 室 數(shù) 據(jù) 的 本 地 保 存 及 對 環(huán) 境 參 數(shù) 的 準(zhǔn) 確 控 制 用 戶 可 通 過 I n t e r n e t 訪 問 服 務(wù) 端 借 助 瀏 覽 器 或 網(wǎng) 關(guān) 端 的 首 部 控 制 柜 參 考 數(shù) 據(jù) 庫 內(nèi) 寫 入 的 科 學(xué) 種 植 決 策 和 上 傳 溫 室 各 類 環(huán) 境 參 考 數(shù) 據(jù) 即 可 實 現(xiàn) 對 各 溫 室 環(huán) 境 多 因 子 參 數(shù) 的 合 理 調(diào) 控 控 制 端 多 種 自 動 控 制 方 法 的 集 成 為 用 戶 提 供 了 豐 富 的 選 擇 對 實 現(xiàn) 溫 室 群 科 學(xué) 高 效 化 管 理 具 有 重 要 的 實 際 應(yīng) 用 意 義 關(guān) 鍵 詞 溫 室 群 物 聯(lián) 網(wǎng) 雙 模 糊 控 制 器 M O D U B U S 通 信 協(xié) 議 作 物 多 變 性 中 圖 分 類 號 S 6 2 5 5 1 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 A 文 章 編 號 1 0 0 3 1 8 8 X 2 0 2 1 1 0 0 1 8 5 0 6 0 引 言 自 2 0 1 2 年 互 聯(lián) 網(wǎng) 一 詞 首 次 提 出 以 來 互 聯(lián) 網(wǎng) 與 工 業(yè) 金 融 醫(yī) 療 等 諸 多 傳 統(tǒng) 領(lǐng) 域 的 融 合 也 成 了 人 們 關(guān) 注 的 話 題 也 為 我 國 農(nóng) 業(yè) 現(xiàn) 代 化 發(fā) 展 提 供 了 新 的 動 力 隨 著 電 子 控 制 物 聯(lián) 網(wǎng) 通 信 服 務(wù) 器 等 技 術(shù) 的 飛 速 發(fā) 展 以 及 溫 室 農(nóng) 業(yè) 技 術(shù) 水 平 的 大 幅 提 升 新 興 技 術(shù) 與 農(nóng) 業(yè) 相 結(jié) 合 的 思 想 也 隨 之 深 入 人 心 1 隨 著 現(xiàn) 代 化 溫 室 種 植 業(yè) 向 著 產(chǎn) 業(yè) 化 規(guī) 模 化 的 趨 勢 發(fā) 展 及 農(nóng) 業(yè) 用 水 缺 口 的 巨 大 2 溫 室 種 植 面 積 越 來 越 廣 但 是 大 部 分 溫 室 群 還 存 在 著 所 在 位 置 較 為 偏 僻 各 溫 室 控 制 系 統(tǒng) 相 對 獨 立 現(xiàn) 場 環(huán) 境 差 線 纜 設(shè) 備 安 裝 工 作 量 大 及 控 制 因 素 單 一 等 問 題 3 成 本 較 高 用 戶 現(xiàn) 場 管 理 也 費 時 費 力 影 響 溫 室 規(guī) 模 化 發(fā) 展 的 進(jìn) 程 此 外 溫 室 中 種 植 對 象 向 著 多 樣 性 多 變 性 發(fā) 展 的 特 點 也 越 來 越 明 顯 4 為 盡 可 能 減 輕 用 戶 的 工 作 量 減 少 溫 室 生 產(chǎn) 成 本 方 便 農(nóng) 戶 管 理 如 何 以 更 加 便 捷 的 手 段 對 溫 室 進(jìn) 行 科 學(xué) 管 控 是 當(dāng) 前 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 的 熱 收 稿 日 期 2 0 2 0 0 3 0 4 基 金 項 目 自 治 區(qū) 重 點 研 發(fā) 計 劃 項 目 2 0 1 7 B 0 1 0 0 3 2 自 治 區(qū) 高 校 科 研 計 劃 自 然 科 學(xué) 重 點 項 目 X J E D U 2 0 1 8 I 0 0 6 新 疆 葉 城 縣 農(nóng) 產(chǎn) 品 銷 售 雙 線 九 進(jìn) 和 滬 喀 品 牌 推 廣 項 目 第 一 包 K S H S Y 2 0 1 9 0 9 0 1 作 者 簡 介 劉 洋 1 9 9 4 男 新 疆 伊 犁 人 碩 士 研 究 生 E m a i l 8 4 7 7 7 1 9 1 4 q q c o m 通 訊 作 者 許 燕 1 9 7 4 女 烏 魯 木 齊 人 教 授 E m a i l l i l i x i u z 1 6 3 c o m 點 研 究 內(nèi) 容 之 一 5 溫 室 環(huán) 境 遠(yuǎn) 程 調(diào) 控 系 統(tǒng) 就 是 高 效 解 決 方 案 之 一 雖 然 國 外 相 關(guān) 技 術(shù) 較 為 成 熟 6 自 動 化 水 平 較 高 但 受 地 理 氣 候 或 技 術(shù) 標(biāo) 準(zhǔn) 的 不 同 直 接 引 用 成 本 的 高 昂 且 不 能 適 應(yīng) 我 國 溫 室 種 植 以 家 庭 為 主 的 現(xiàn) 狀 普 及 難 度 較 大 目 前 嵌 入 式 設(shè) 備 以 其 易 于 開 發(fā) 功 能 強(qiáng) 大 物 美 價 廉 等 優(yōu) 點 在 國 內(nèi) 溫 室 環(huán) 境 遠(yuǎn) 程 調(diào) 控 系 統(tǒng) 中 使 用 廣 泛 但 很 多 系 統(tǒng) 需 要 用 戶 安 裝 相 適 配 的 P C 端 或 手 機(jī) 端 的 應(yīng) 用 軟 件 來 實 現(xiàn) 遠(yuǎn) 程 監(jiān) 控 7 增 加 了 應(yīng) 用 成 本 與 基 于 W e b 服 務(wù) 器 的 系 統(tǒng) 相 比 使 用 不 夠 便 捷 現(xiàn) 有 的 W e b 服 務(wù) 器 溫 室 控 制 系 統(tǒng) 大 多 以 為 用 戶 提 供 溫 室 內(nèi) 部 環(huán) 境 參 數(shù) 為 主 8 雖 然 部 分 實 現(xiàn) 了 自 動 控 制 功 能 但 只 允 許 管 理 員 進(jìn) 行 相 關(guān) 操 作 9 且 存 在 手 動 控 制 模 式 下 控 制 方 法 較 為 單 一 精 度 不 高 及 用 戶 在 更 換 種 植 作 物 后 缺 乏 科 學(xué) 的 種 植 決 策 等 問 題 為 此 提 出 一 種 基 于 嵌 入 式 W e b 服 務(wù) 器 的 溫 室 群 雙 模 糊 調(diào) 控 系 統(tǒng) 借 助 阿 里 云 騰 訊 云 等 運 營 商 的 服 務(wù) 平 臺 用 戶 通 過 訪 問 P C 端 或 手 機(jī) 端 瀏 覽 器 的 方 式 即 可 實 現(xiàn) 對 溫 室 群 的 統(tǒng) 一 監(jiān) 控 及 溫 室 中 不 同 作 物 生 長 環(huán) 境 的 差 異 化 種 植 1 系 統(tǒng) 總 體 設(shè) 計 系 統(tǒng) 采 用 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 測 控 層 網(wǎng) 關(guān) 層 服 務(wù) 層 3 層 式 結(jié) 構(gòu) 使 用 C S 架 構(gòu) 和 B S 架 構(gòu) 的 混 合 方 式 主 要 由 溫 室 現(xiàn) 場 測 控 層 中 間 網(wǎng) 關(guān) 層 W e b 服 務(wù) 器 層 及 用 戶 接 入 層 等 組 成 如 圖 1 所 示 現(xiàn) 場 測 控 層 負(fù) 責(zé) 收 集 各 溫 室 作 物 的 各 類 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 及 對 現(xiàn) 場 調(diào) 控 設(shè) 備 的 5 8 1 2 0 2 1 年 1 0 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 1 0 期 直 接 控 制 由 中 間 網(wǎng) 關(guān) 層 統(tǒng) 一 集 中 和 處 理 再 通 過 D T U 以 訪 問 I P 的 方 式 遠(yuǎn) 程 接 入 服 務(wù) 器 服 務(wù) 端 集 成 了 數(shù) 據(jù) 庫 和 網(wǎng) 頁 服 務(wù) 功 能 用 戶 通 過 瀏 覽 器 訪 問 服 務(wù) 端 或 在 現(xiàn) 場 即 可 查 看 各 溫 室 實 時 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 和 作 物 長 勢 情 況 也 能 執(zhí) 行 各 溫 室 控 制 方 法 的 選 擇 查 看 科 學(xué) 的 種 植 決 策 等 操 作 整 個 系 統(tǒng) 通 用 M o db u s R t u 協(xié) 議 便 于 系 統(tǒng) 內(nèi) 各 模 塊 的 功 能 對 接 M o dbu s 是 工 業(yè) 現(xiàn) 場 應(yīng) 用 一 種 串 行 通 信 協(xié) 議 是 M o di c o n 公 司 現(xiàn) 在 的 施 耐 德 電 氣 S c h ne i d e r E l e c t r i c 于 1 9 7 9 年 為 方 便 工 業(yè) 控 制 器 通 信 而 開 發(fā) 已 成 為 各 種 工 業(yè) 電 子 設(shè) 備 之 間 最 常 用 的 連 接 方 式 和 工 業(yè) 領(lǐng) 域 的 總 線 規(guī) 則 1 0 M o db us 協(xié) 議 廣 泛 使 用 的 主 要 因 素 有 協(xié) 議 是 開 源 的 且 沒 有 版 權(quán) 購 買 要 求 易 于 部 署 和 維 護(hù) 對 開 發(fā) 者 來 說 做 多 次 開 發(fā) 沒 有 太 多 的 限 制 M o d bu s 協(xié) 議 允 許 多 個 大 約 2 4 0 個 從 站 設(shè) 備 連 接 到 一 個 M o d bus 主 站 中 例 如 多 個 測 量 溫 度 和 濕 度 的 裝 置 需 將 數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 給 計 算 機(jī) 在 數(shù) 據(jù) 采 集 裝 置 與 P C 控 制 系 統(tǒng) SC A D A 中 M o db us 則 成 了 計 算 機(jī) 和 遠(yuǎn) 程 終 端 控 制 系 統(tǒng) R T U 信 息 交 流 的 媒 介 圖 1 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 圖 F i g 1 S y s t e m s t r u c t u r e d i a g r a m 2 系 統(tǒng) 各 層 軟 硬 件 設(shè) 計 2 1 溫 室 現(xiàn) 場 測 控 層 溫 室 現(xiàn) 場 測 控 層 是 系 統(tǒng) 的 現(xiàn) 場 執(zhí) 行 層 以 嵌 入 式 處 理 器 為 核 心 選 擇 高 速 S T M 3 2 單 片 機(jī) 作 為 各 溫 室 控 制 器 其 集 成 了 非 常 豐 富 的 接 口 能 擴(kuò) 展 外 接 多 類 通 信 模 塊 及 其 他 功 能 模 塊 開 發(fā) 工 具 和 資 料 比 較 齊 全 方 便 用 戶 做 多 次 開 發(fā) 可 選 擇 的 型 號 非 常 多 增 加 了 用 戶 的 可 選 擇 性 功 耗 較 低 對 各 種 流 行 的 嵌 入 式 操 作 系 統(tǒng) 或 網(wǎng) 站 都 能 較 好 地 支 持 開 發(fā) 成 本 低 廉 在 控 制 器 嵌 入 的 全 部 外 設(shè) 都 工 作 的 狀 態(tài) 下 微 處 理 器 消 耗 的 電 流 量 僅 為 1 4 4 m A 溫 室 現(xiàn) 場 測 控 層 主 要 包 含 環(huán) 境 信 息 監(jiān) 測 和 環(huán) 境 因 子 調(diào) 控 兩 大 功 能 模 塊 環(huán) 境 監(jiān) 測 功 能 結(jié) 合 C O 2 傳 感 器 光 照 傳 感 器 等 各 類 傳 感 器 完 成 對 溫 室 內(nèi) 外 環(huán) 境 物 理 參 數(shù) 信 息 如 溫 室 內(nèi) 的 光 照 溫 濕 度 C O 2 濃 度 等 信 息 的 實 時 采 集 和 上 傳 溫 室 內(nèi) 部 作 物 長 勢 狀 況 信 息 由 現(xiàn) 場 攝 像 頭 完 成 采 集 為 用 戶 提 供 較 完 整 的 作 物 生 長 數(shù) 據(jù) 做 決 策 參 考 當(dāng) 通 訊 模 塊 工 作 受 阻 時 控 制 器 中 嵌 入 的 SD 卡 會 將 溫 室 數(shù) 據(jù) 儲 存 在 內(nèi) 待 通 信 正 常 后 實 時 上 傳 便 于 用 戶 查 看 完 整 的 歷 史 數(shù) 據(jù) 控 制 器 內(nèi) 設(shè) 置 了 定 時 器 功 能 3 0 s 以 輪 詢 的 方 式 向 傳 感 器 發(fā) 送 1 次 查 詢 指 令 4 0 s 上 傳 1 次 數(shù) 據(jù) 環(huán) 境 調(diào) 控 功 能 實 現(xiàn) 的 基 礎(chǔ) 是 各 溫 室 內(nèi) 的 各 類 執(zhí) 行 設(shè) 備 如 水 閥 熱 風(fēng) 爐 卷 簾 機(jī) 等 控 制 器 以 協(xié) 議 規(guī) 范 接 收 和 處 理 來 自 網(wǎng) 關(guān) 層 下 發(fā) 的 指 令 包 后 執(zhí) 行 相 應(yīng) 的 控 制 命 令 同 時 將 接 收 的 自 動 控 制 指 令 存 入 自 身 的 N a n d f l a s h 寄 存 器 中 避 免 在 斷 電 狀 況 下 自 動 參 數(shù) 丟 失 的 情 況 保 證 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 運 行 控 制 器 內(nèi) 置 模 糊 控 制 等 多 種 控 制 算 法 以 存 入 寄 存 器 中 的 自 動 控 制 環(huán) 境 參 數(shù) 如 空 氣 溫 度 土 壤 濕 度 等 設(shè) 定 值 為 輸 入 量 提 高 各 溫 室 內(nèi) 自 調(diào) 控 的 準(zhǔn) 確 性 使 溫 室 內(nèi) 的 環(huán) 境 因 子 盡 量 接 近 所 設(shè) 的 參 數(shù) 值 以 此 為 溫 室 作 物 提 供 適 宜 的 生 長 條 件 測 控 層 和 網(wǎng) 關(guān) 層 之 間 的 通 信 采 用 4 3 3 M 模 塊 有 效 通 信 距 離 3 km 最 大 通 信 距 離 7 km 能 有 效 地 保 證 通 信 質(zhì) 量 是 各 溫 室 控 制 器 與 外 界 信 息 交 流 的 通 信 媒 介 控 制 器 如 圖 2 所 示 圖 2 溫 室 控 制 器 F i g 2 G r e e n h o u s e c o n t r o l l e r 2 2 雙 模 糊 控 制 器 設(shè) 計 溫 室 控 制 系 統(tǒng) 是 非 線 性 系 統(tǒng) 數(shù) 學(xué) 模 型 不 易 建 立 導(dǎo) 致 系 統(tǒng) 控 制 困 難 模 糊 控 制 以 模 糊 數(shù) 學(xué) 語 言 推 理 及 隸 屬 度 函 數(shù) 和 為 基 礎(chǔ) 1 1 不 用 準(zhǔn) 確 的 數(shù) 學(xué) 模 型 使 用 模 糊 的 控 制 量 如 高 中 低 大 小 等 對 被 控 對 象 進(jìn) 行 控 制 因 此 釆 用 模 糊 推 理 方 法 研 究 溫 室 控 制 系 統(tǒng) 系 統(tǒng) 組 成 如 圖 3 所 示 圖 3 中 虛 線 部 分 是 模 糊 控 制 流 程 是 控 制 器 的 主 要 部 分 對 溫 室 環(huán) 境 模 糊 控 制 器 進(jìn) 行 構(gòu) 建 包 括 以 下 幾 個 部 分 1 輸 入 輸 出 變 量 的 確 定 在 溫 室 內(nèi) 空 氣 溫 度 相 6 8 1 2 0 2 1 年 1 0 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 1 0 期 對 濕 度 光 照 強(qiáng) 度 和 二 氧 化 碳 濃 度 是 對 作 物 成 長 影 響 最 大 的 環(huán) 境 因 素 這 些 環(huán) 境 因 素 有 非 線 性 時 變 性 和 耦 合 性 等 特 性 1 2 模 糊 控 制 可 以 避 免 建 立 相 應(yīng) 的 數(shù) 據(jù) 模 型 且 在 建 立 規(guī) 則 時 可 以 很 好 使 用 專 家 知 識 適 用 于 多 變 量 的 溫 室 環(huán) 境 控 制 為 了 簡 化 設(shè) 計 及 提 高 精 度 提 出 了 一 種 基 于 雙 模 糊 邏 輯 控 制 器 的 智 能 控 制 方 法 即 根 據(jù) 控 制 變 量 的 不 同 將 模 糊 控 制 器 分 為 兩 個 部 分 分 別 為 模 糊 控 制 器 1 和 模 糊 控 制 器 2 如 表 1 表 2 所 示 在 程 序 中 做 兩 個 處 理 函 數(shù) 分 別 對 兩 組 變 量 進(jìn) 行 操 作 圖 3 模 糊 控 制 原 理 圖 F i g 3 S c h e m a t i c d i a g r a m o f f u z z y c o n t r o l 表 1 控 制 器 1 T a b l e 1 C o n t r o l l e r 1 輸 入 量 T 0 H 0 輸 出 量 U 0 U 1 U 2 空 氣 溫 度 加 熱 爐 土 壤 濕 度 滴 灌 帶 側(cè) 窗 表 2 控 制 器 2 T a b l e 2 C o n t r o l l e r 2 輸 入 量 I 0 C 0 輸 出 量 U 3 U 4 光 照 強(qiáng) 度 實 際 設(shè) 定 差 值 卷 簾 機(jī) C O 2 含 量 實 際 設(shè) 定 差 值 C O 2 發(fā) 生 器 2 模 糊 控 制 語 言 的 選 擇 輸 入 輸 出 語 言 變 量 的 個 數(shù) 要 根 據(jù) 實 際 系 統(tǒng) 的 需 求 來 確 定 以 控 制 器 1 為 例 2 類 同 綜 合 考 慮 輸 入 土 壤 濕 度 語 言 變 量 采 用 N B N S Z E P S P B 5 個 元 素 等 級 其 中 N B 表 示 土 壤 濕 度 2 級 缺 水 N S 表 示 1 級 缺 水 Z E 表 示 濕 度 適 宜 用 戶 可 通 過 專 家 知 識 庫 查 詢 P S 表 示 濕 度 1 級 偏 高 P B 表 示 濕 度 2 級 偏 高 輸 入 空 氣 溫 度 亦 是 同 理 加 熱 和 滴 灌 設(shè) 備 語 言 變 量 采 用 0 1 2 假 設(shè) 1 次 開 2 0 m i n 0 表 示 關(guān) 閉 1 表 示 開 啟 1 0 m i n 2 表 示 開 啟 2 0 m i n 側(cè) 窗 語 言 變 量 采 用 0 1 2 3 0 表 示 關(guān) 閉 1 表 示 開 啟 3 0 2 表 示 開 啟 6 0 3 表 示 開 啟 9 0 模 糊 語 言 劃 分 范 圍 如 表 3 所 示 表 3 模 糊 語 言 劃 分 范 圍 T a b l e 3 F u z z y l a n g u a g e d i v i s i o n 等 級 土 壤 濕 度 劃 定 范 圍 空 氣 溫 度 劃 定 范 圍 N B 低 于 Z E 1 0 2 0 低 于 Z E 1 0 2 0 N S 低 于 Z E 0 1 0 低 于 Z E 0 1 0 Z E P C 端 設(shè) 定 上 下 值 P C 端 設(shè) 定 上 下 值 P S 高 于 Z E 0 1 0 高 于 Z E 0 1 0 P B 高 于 Z E 1 0 2 0 高 于 Z E 1 0 2 0 3 隸 屬 度 函 數(shù) 的 確 定 控 制 器 中 采 用 三 角 形 隸 屬 函 數(shù) 4 確 定 模 糊 論 域 和 比 例 因 子 5 模 糊 推 理 和 規(guī) 則 表 設(shè) 計 模 糊 控 制 規(guī) 則 一 般 是 根 據(jù) 農(nóng) 戶 長 期 種 植 獲 得 的 實 踐 經(jīng) 驗 和 專 家 知 識 進(jìn) 行 制 定 表 4 為 模 糊 控 制 規(guī) 則 有 2 5 條 規(guī) 則 理 想 環(huán) 境 因 子 設(shè) 定 好 后 即 按 其 執(zhí) 行 表 4 模 糊 控 制 規(guī) 則 表 T a b l e 4 T a b l e o f f u z z y c o n t r o l r u l e s T 0 H 0 N B N S Z E P S P B N B 2 2 0 2 1 0 2 0 0 2 0 1 2 0 1 N S 1 2 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 Z E 0 2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 P S 0 2 2 0 1 2 0 0 2 0 0 2 0 0 3 P B 0 2 3 0 1 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 2 3 服 務(wù) 器 管 理 端 設(shè) 計 服 務(wù) 端 主 要 由 W e b 服 務(wù) 器 前 端 界 面 和 C G I 程 序 組 成 采 用 B S 模 式 構(gòu) 建 借 助 阿 里 騰 訊 等 服 務(wù) 器 強(qiáng) 大 的 自 主 開 發(fā) 功 能 前 端 界 面 采 用 基 于 ht m l 網(wǎng) 頁 技 術(shù) 的 J a v a Sc r i pt 語 言 開 發(fā) C G I 程 序 由 M o d b us R t u 協(xié) 議 搭 建 運 行 框 架 核 心 依 賴 j a v a 中 的 M o dbu s 4 j 3 0 4 SN A P SH O T j a r 庫 當(dāng) 用 戶 操 作 瀏 覽 器 訪 問 服 務(wù) 端 時 網(wǎng) 頁 通 過 p o s t 方 式 向 服 務(wù) 器 發(fā) 送 請 求 服 務(wù) 器 內(nèi) 的 監(jiān) 聽 端 口 會 隨 時 接 收 并 實 時 下 傳 網(wǎng) 關(guān) 層 當(dāng) 無 數(shù) 據(jù) 交 流 時 服 務(wù) 器 會 循 環(huán) 等 待 客 戶 端 接 入 網(wǎng) 關(guān) 層 上 傳 的 數(shù) 據(jù) 通 過 i ns e r t 方 法 存 入 數(shù) 據(jù) 庫 中 再 顯 示 在 前 端 頁 面 方 便 用 戶 查 看 數(shù) 據(jù) 庫 每 1 m i n 上 傳 1 次 網(wǎng) 頁 顯 示 數(shù) 據(jù) 也 會 隨 之 更 新 通 信 鏈 路 如 圖 4 所 示 通 信 鏈 路 實 現(xiàn) 了 對 現(xiàn) 場 溫 室 群 眾 多 控 制 器 溫 室 的 分 區(qū) 處 理 提 高 了 服 務(wù) 端 的 工 作 效 率 進(jìn) 而 保 證 整 個 系 統(tǒng) 的 高 效 運 作 及 對 溫 室 現(xiàn) 場 設(shè) 備 控 制 效 果 的 7 8 1 2 0 2 1 年 1 0 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 1 0 期 時 效 性 和 準(zhǔn) 確 性 服 務(wù) 端 與 網(wǎng) 關(guān) 端 采 用 D T U 模 塊 內(nèi) 置 物 聯(lián) 網(wǎng) 卡 進(jìn) 行 遠(yuǎn) 程 通 信 主 要 完 成 對 上 傳 的 各 溫 室 內(nèi) 部 的 溫 度 濕 度 等 環(huán) 境 因 子 和 種 植 決 策 的 遠(yuǎn) 端 儲 存 以 及 用 戶 接 入 層 網(wǎng) 頁 服 務(wù) 程 序 的 運 行 用 戶 只 需 1 個 瀏 覽 器 即 能 實 現(xiàn) 對 溫 室 內(nèi) 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 的 實 時 監(jiān) 測 依 據(jù) 數(shù) 據(jù) 庫 內(nèi) 的 種 植 決 策 和 系 統(tǒng) 反 饋 的 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 在 遠(yuǎn) 程 端 也 能 實 現(xiàn) 對 溫 室 群 中 各 溫 室 種 植 作 物 得 科 學(xué) 調(diào) 控 以 此 為 溫 室 作 物 提 供 適 宜 的 生 長 環(huán) 境 整 個 服 務(wù) 端 網(wǎng) 頁 服 務(wù) 包 括 3 部 分 即 環(huán) 境 信 息 查 詢 及 遠(yuǎn) 程 控 制 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 視 頻 查 詢 系 統(tǒng) 圖 5 圖 6 是 部 分 運 行 界 面 圖 4 客 戶 端 與 服 務(wù) 端 的 通 信 鏈 路 F i g 4 C o m m u n i c a t i o n l i n k b e t w e e n c l i e n t a n d s e r v e r 圖 5 溫 室 群 W E B 首 界 面 F i g 5 G r e e n h o u s e g r o u p W E B f i r s t i n t e r f a c e 圖 6 種 植 策 略 界 面 F i g 6 P l a n t i n g s t r a t e g y i n t e r f a c e 2 4 中 間 網(wǎng) 關(guān) 層 中 間 網(wǎng) 關(guān) 層 首 部 控 制 柜 主 要 由 嵌 入 式 處 理 器 S T M 3 2 單 片 機(jī) D T U 通 訊 模 塊 4 8 5 集 線 器 4 3 3 M 通 訊 模 塊 嵌 入 式 串 口 觸 摸 屏 等 構(gòu) 成 以 嵌 入 式 處 理 器 為 核 心 主 要 負(fù) 責(zé) 溫 室 測 控 層 和 遠(yuǎn) 程 服 務(wù) 器 之 間 的 數(shù) 據(jù) 交 流 及 現(xiàn) 場 控 制 網(wǎng) 關(guān) 層 有 兩 個 天 線 分 別 是 G SM D T U 天 線 和 2 4 G 4 3 3 M 天 線 如 圖 7 圖 8 所 示 圖 7 網(wǎng) 關(guān) 處 理 器 F i g 7 G a t e w a y p r o c e s s o r 圖 8 首 部 顯 示 屏 F i g 8 F i r s t d i s p l a y G SM D T U 模 塊 首 先 插 入 物 聯(lián) 網(wǎng) 卡 注 冊 G SM 信 息 上 電 初 始 化 后 通 過 I nt e r ne t 以 訪 問 I P 的 方 式 連 接 服 務(wù) 器 系 統(tǒng) 通 用 M o d bus R T U 協(xié) 議 給 每 個 溫 室 都 分 配 了 唯 一 地 址 當(dāng) 訪 問 某 個 溫 室 執(zhí) 行 某 項 功 能 時 系 統(tǒng) 會 生 成 1 個 數(shù) 據(jù) 包 發(fā) 給 溫 室 現(xiàn) 場 測 控 層 中 對 應(yīng) 地 址 的 溫 室 控 制 器 網(wǎng) 關(guān) 層 隨 時 監(jiān) 聽 是 否 有 數(shù) 據(jù) 信 息 傳 入 如 果 沒 有 監(jiān) 聽 到 數(shù) 據(jù) 則 一 直 等 待 如 果 監(jiān) 聽 到 數(shù) 據(jù) 網(wǎng) 關(guān) 層 會 對 收 到 的 數(shù) 據(jù) 對 照 協(xié) 議 做 分 析 處 理 圖 9 是 網(wǎng) 關(guān) 工 作 流 程 圖 圖 9 網(wǎng) 關(guān) 工 作 圖 F i g 9 G a t e w a y w o r k i n g d i a g r a m 8 8 1 2 0 2 1 年 1 0 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 1 0 期 2 5 用 戶 接 入 層 為 了 兼 顧 接 入 層 的 各 類 用 戶 使 用 終 端 個 人 電 腦 平 板 移 動 手 機(jī) 等 在 標(biāo) 準(zhǔn) 的 物 聯(lián) 網(wǎng) 3 層 架 構(gòu) 上 增 加 了 用 戶 接 入 層 用 戶 接 入 層 由 P C 端 和 手 持 移 動 終 端 兩 部 分 組 成 用 戶 可 通 過 環(huán) 境 信 息 查 詢 及 遠(yuǎn) 程 控 制 系 統(tǒng) 網(wǎng) 頁 查 看 各 溫 室 內(nèi) 外 各 類 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 和 環(huán) 境 調(diào) 控 設(shè) 備 實 時 開 關(guān) 狀 態(tài) 并 可 對 環(huán) 境 因 子 設(shè) 定 值 進(jìn) 行 修 改 操 作 以 及 自 主 切 換 自 動 手 動 控 制 方 法 來 選 擇 當(dāng) 前 對 某 溫 室 的 控 制 策 略 通 過 視 頻 監(jiān) 控 查 詢 系 統(tǒng) 可 執(zhí) 行 查 看 各 溫 室 內(nèi) 運 作 狀 況 瀏 覽 作 物 長 勢 狀 況 等 操 作 通 過 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 網(wǎng) 頁 可 查 看 各 溫 室 環(huán) 境 歷 史 數(shù) 據(jù) 和 寫 入 的 多 類 作 物 種 植 決 策 為 用 戶 科 學(xué) 的 種 植 提 供 決 策 依 據(jù) 3 系 統(tǒng) 實 驗 3 1 實 驗 平 臺 的 搭 建 為 驗 證 系 統(tǒng) 的 可 實 用 性 和 穩(wěn) 定 性 盡 可 能 接 近 實 際 在 實 驗 室 內(nèi) 用 亞 克 力 板 搭 建 了 模 擬 的 溫 室 平 臺 溫 室 中 填 入 了 土 壤 鋪 設(shè) 了 滴 灌 帶 種 植 了 作 物 溫 室 內(nèi) 置 土 壤 溫 濕 度 光 照 空 氣 溫 濕 度 等 多 路 傳 感 器 傳 感 器 擬 選 用 山 東 仁 科 傳 感 器 測 量 準(zhǔn) 確 抗 干 擾 能 力 強(qiáng) 支 持 M o d bu s R T U 協(xié) 議 適 用 于 組 態(tài) 單 片 機(jī) 等 多 種 平 臺 的 開 發(fā) 方 便 與 整 個 系 統(tǒng) 的 協(xié) 議 對 接 卷 簾 機(jī) 熱 風(fēng) 爐 L E D 燈 攝 像 頭 等 功 能 模 塊 也 配 設(shè) 完 備 同 時 平 臺 設(shè) 計 了 相 應(yīng) 的 控 制 房 實 現(xiàn) 對 溫 室 的 管 控 其 中 所 用 元 器 件 皆 是 自 制 以 控 制 房 的 組 態(tài) 屏 為 系 統(tǒng) 網(wǎng) 關(guān) 層 的 顯 示 界 面 以 電 源 4 3 3 M D T U 等 模 塊 及 單 片 機(jī) 作 為 網(wǎng) 關(guān) 層 的 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 處 理 器 上 文 皆 有 介 紹 2 0 1 9 年 1 1 月 1 5 日 2 0 1 9 年 1 2 月 5 日 進(jìn) 行 溫 室 環(huán) 境 調(diào) 控 測 試 平 臺 如 圖 1 0 所 示 圖 1 0 實 驗 平 臺 F i g 1 0 E x p e r i m e n t a l p l a t f o r m 3 2 實 驗 結(jié) 果 分 析 由 于 整 個 系 統(tǒng) 通 用 M o dbu s R t u 協(xié) 議 每 個 溫 室 都 分 配 了 相 對 應(yīng) 的 I D 系 統(tǒng) 通 過 尋 址 的 方 式 即 可 對 其 做 相 關(guān) 操 作 實 驗 中 通 過 改 變 實 驗 平 臺 控 制 器 的 I D 來 模 擬 不 同 的 溫 室 觀 察 首 部 端 及 服 務(wù) 端 是 否 能 接 收 現(xiàn) 場 數(shù) 據(jù) 以 及 控 制 指 令 能 否 下 達(dá) 到 溫 室 實 驗 結(jié) 果 表 明 系 統(tǒng) 可 較 為 準(zhǔn) 確 地 顯 示 和 儲 存 接 收 各 溫 室 實 時 數(shù) 據(jù) 所 下 發(fā) 的 控 制 指 令 如 定 時 灌 溉 定 量 灌 溉 水 泵 控 制 環(huán) 境 因 子 設(shè) 定 等 能 穩(wěn) 定 地 執(zhí) 行 依 據(jù) 數(shù) 據(jù) 庫 內(nèi) 寫 入 的 種 植 策 略 及 上 傳 的 現(xiàn) 場 數(shù) 據(jù) 來 修 改 環(huán) 境 因 子 設(shè) 定 溫 度 范 圍 1 7 2 0 土 壤 濕 度 范 圍 1 3 1 5 下 發(fā) 到 模 糊 控 制 器 后 通 過 功 能 模 塊 的 調(diào) 節(jié) 能 將 溫 室 環(huán) 境 維 持 在 一 個 較 為 接 近 設(shè) 定 值 的 范 圍 內(nèi) 從 而 為 作 物 提 供 適 合 生 長 的 外 界 環(huán) 境 4 結(jié) 論 研 究 開 發(fā) 了 一 種 基 于 W e b 服 務(wù) 器 的 溫 室 群 雙 模 糊 調(diào) 控 系 統(tǒng) 包 括 現(xiàn) 場 數(shù) 據(jù) 采 集 單 元 和 控 制 器 每 個 溫 室 均 配 備 無 線 通 信 模 塊 中 間 網(wǎng) 關(guān) 控 制 柜 W e b 服 務(wù) 器 等 各 種 調(diào) 控 模 塊 以 及 系 統(tǒng) 各 層 以 M o u dbus 協(xié) 議 為 核 心 的 功 能 運 行 程 序 和 雙 模 糊 控 制 器 的 決 策 規(guī) 則 與 單 一 的 溫 室 控 制 系 統(tǒng) 相 比 該 系 統(tǒng) 為 溫 室 群 的 規(guī) 模 化 發(fā) 展 提 供 了 一 種 有 效 的 執(zhí) 行 方 案 數(shù) 據(jù) 庫 內(nèi) 寫 入 的 多 類 種 植 決 策 配 合 上 傳 的 現(xiàn) 場 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 能 為 用 戶 解 決 溫 室 作 物 日 趨 豐 富 多 變 的 困 擾 多 種 控 制 方 法 的 寫 入 也 為 系 統(tǒng) 增 加 了 使 用 的 靈 活 性 環(huán) 境 參 數(shù) 范 圍 設(shè) 定 后 由 歷 史 數(shù) 據(jù) 庫 上 傳 的 數(shù) 據(jù) 可 知 實 際 數(shù) 值 與 設(shè) 定 值 保 持 較 高 的 一 致 性 系 統(tǒng) 運 行 穩(wěn) 定 同 時 也 存 在 一 些 不 足 系 統(tǒng) 的 最 終 決 策 依 然 需 要 人 力 沒 有 實 現(xiàn) 系 統(tǒng) 自 主 的 專 家 決 策 功 能 在 算 法 有 待 進(jìn) 一 步 優(yōu) 化 但 對 溫 室 群 的 高 效 科 學(xué) 管 理 具 有 一 定 的 實 際 參 考 價 值 參 考 文 獻(xiàn) 1 方 虹 國 內(nèi) 外 日 光 溫 室 技 術(shù) 裝 備 的 研 究 與 應(yīng) 用 分 析 J 農(nóng) 業(yè) 科 技 與 裝 備 2 0 1 4 5 4 0 4 1 2 瑞 雪 發(fā) 達(dá) 國 家 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 趨 勢 J 當(dāng) 代 農(nóng) 機(jī) 2 0 1 0 5 1 6 3 杜 尚 豐 何 耀 楓 梁 美 惠 等 物 聯(lián) 網(wǎng) 溫 室 環(huán) 境 調(diào) 控 系 統(tǒng) J 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報 2 0 1 7 4 8 S 1 2 9 6 3 0 1 4 張 冰 余 艷 偉 魯 紹 坤 等 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 集 散 控 制 系 統(tǒng) 在 溫 室 群 環(huán) 境 監(jiān) 測 控 制 中 的 應(yīng) 用 J 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 2 0 1 8 4 6 1 3 2 2 6 2 3 1 5 楊 庚 許 建 陳 偉 等 物 聯(lián) 網(wǎng) 安 全 特 征 與 關(guān) 鍵 技 術(shù) J 南 郵 電 大 學(xué) 學(xué) 報 自 然 科 學(xué) 版 2 0 1 0 3 0 4 2 0 2 9 6 P A H U A R o o p V E R M A H K U D D I N M o i n A w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k f o r g r e e n h o u s e c l i m a t e c o n t r o l J I E E E P e r v a s i v e C o m p u t i n g 2 0 1 3 1 2 2 4 9 5 8 7 李 萍 萍 王 紀(jì) 章 溫 室 環(huán) 境 信 息 智 能 化 管 理 研 究 進(jìn) 展 J 9 8 1 2 0 2 1 年 1 0 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 1 0 期 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報 2 0 1 4 4 5 4 2 3 6 2 4 3 8 卓 玉 良 基 于 A R M 的 嵌 入 式 服 務(wù) 器 的 設(shè) 計 D 哈 爾 濱 哈 爾 濱 理 工 大 學(xué) 2 0 1 4 9 李 淑 華 郝 星 耀 周 清 波 等 基 于 W e b 的 自 動 灌 溉 控 制 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 實 時 推 送 設(shè) 計 與 開 發(fā) J 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報 2 0 1 5 3 1 1 5 1 3 3 1 3 9 1 0 李 明 海 M O D B U S R T U 轉(zhuǎn) T C P 協(xié) 議 遠(yuǎn) 程 通 訊 在 海 上 平 臺 的 應(yīng) 用 J 當(dāng) 代 化 工 研 究 2 0 1 9 1 1 3 1 1 3 2 1 1 C A S T A N E D A M I R A N D A R J r V R P e n i c h e V e r a R D R e t a l F u z z y G r e e n h o u s e C l i m a t e C o n t r o l S y s t e m b a s e d o n a F i e l d P r o g r a m m a b l e G a t e A r r a y J B i o s y s t e m s E n g i n e e r i n g 2 0 0 6 9 4 2 1 6 5 1 7 7 1 2 邢 希 君 宋 建 成 吝 伶 艷 基 于 雙 模 糊 控 制 器 的 溫 室 智 能 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計 J 北 方 園 藝 2 0 1 8 1 8 6 2 6 8 D e s i g n o f D o u b l e F u z z y C o n t r o l S y s t e m f o r I o T G r e e n h o u s e G r o u p L i u Y a ng 1 X u Y a n 1 Z ho u J i a n p i ng 1 P e ng X ua n 1 Z ha ng B i n 2 1 C o l l e g e o f M e c ha ni c a l E ng i n e e r i n g X i nj i a n g U ni v e r s i t y U r u m qi 8 3 0 0 4 7 C h i n a 2 X i nj i a n g P r o duc t Q ua l i t y Su p e r v i s i o n a nd I n s pe c t i o n I ns t i t ut e U r u m q i 6 5 0 1 0 5 C hi na A b s t r a c t A f f e c t e d by t he g e n e r a l l a c k o f w a t e r a n d t h e i nf l u e nc e o f m o de r n pl a n t i n g i n d u s t r y o n i ndu s t r i a l i z a t i o n a n d s c a l e de v e l o pm e nt f a c i l i t y a g r i c ul t ur e ha s m a d e c o ns i de r a bl e pr o g r e s s T h e g r e e n ho us e a r e a i n C hi na i s c o ns t a nt l y e x p a n di ng A t t he s a m e t 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