一、概述

1、行業(yè)背景

無土栽培是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分。無土栽培以其高產(chǎn)量、高品質(zhì)深受現(xiàn)代人喜愛。西方國(guó)家無土栽培技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用范圍和管理水平也在不斷提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著，我國(guó)的無土栽培技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平尚有差距，在具體管理中存在諸多問題。

2、行業(yè)問題

（1）無土栽培往往具有面積大，設(shè)備多的情況，往往難以關(guān)注到所有設(shè)備的運(yùn)行狀況；

（2）無土栽培苗株對(duì)環(huán)境要求較高，室溫、光照等需要精細(xì)控制、及時(shí)調(diào)整，但人的精力有限，無法全程兼顧；

（3）營(yíng)養(yǎng)液的儲(chǔ)液池設(shè)計(jì)、安裝不合理，保溫隔熱性差，營(yíng)養(yǎng)液易變質(zhì)；

（4）膜水培中，需要定時(shí)啟動(dòng)設(shè)備提供營(yíng)養(yǎng)液，一旦遇到停電或設(shè)施機(jī)械故障，作物很容易引致缺水死亡；

（5）營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)利用過程中，容易滋生細(xì)菌或藻類，需要定期殺菌消毒；

（6）基培中的滴灌設(shè)施容易出現(xiàn)物理及化學(xué)堵塞現(xiàn)象，致供液不均勻、作物生長(zhǎng)不整齊甚至死苗；

（7）封閉式基質(zhì)栽培，夏季受太陽輻射影響，容器內(nèi)的基質(zhì)溫度過高，導(dǎo)致根系生長(zhǎng)不良；

（8）基質(zhì)栽培中有機(jī)基質(zhì)比例過高，一段時(shí)間后會(huì)逐步腐爛，透氣性逐漸下降，影響根系活力甚至導(dǎo)致爛根；

（9）施用固體肥效時(shí)，必須使滴水位置與施肥點(diǎn)在同一位點(diǎn)，否則肥料得不到溶解，根系無法正常吸收營(yíng)養(yǎng)，而且需要經(jīng)常變換滴水位點(diǎn)，否則根群吸收水肥難以均衡；

（10）管理設(shè)備過多，操作難以記錄，不利于根據(jù)實(shí)際情況適度調(diào)整設(shè)備及基質(zhì)的用量；

3、解決方式

（1）設(shè)備過多：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最佳解決手段，不僅可以實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，還可以根據(jù)設(shè)定要求自動(dòng)啟停設(shè)備，而且易云系統(tǒng)可以自動(dòng)記錄用戶的操作歷史和設(shè)定的環(huán)境條件，為用戶調(diào)整策略提供參考

（2）環(huán)境控制：可以通過傳感器+開關(guān)解決：溫度、濕度、光照度等信息可以由對(duì)應(yīng)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并發(fā)送到用手中，當(dāng)環(huán)境條件達(dá)到限定值時(shí)，可以通過物聯(lián)網(wǎng)控制器對(duì)需要的設(shè)備進(jìn)行控制。

（3）營(yíng)養(yǎng)液、培養(yǎng)基質(zhì)質(zhì)量問題：基質(zhì)透氣性不佳、培養(yǎng)液變質(zhì)或滋生細(xì)菌等問題，可以使用對(duì)應(yīng)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基質(zhì)內(nèi)的氧氣含量、培養(yǎng)液PH值等，一旦發(fā)生異常，可以及時(shí)向管理人員報(bào)警，以便及時(shí)處理，或者可以直接啟動(dòng)紫外線或臭氧殺菌設(shè)備進(jìn)行殺菌消毒等操作。

（4）肥料使用不均勻：可以在植株設(shè)定4-8個(gè)均勻分布的固定釋放點(diǎn)，，防止施放不均，生長(zhǎng)不齊。

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二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能

1、拓?fù)鋱D

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2、系統(tǒng)組成及功能

（1）智能數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊

易云智能數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊由各式各樣的傳感器組成，如環(huán)境溫濕度、營(yíng)養(yǎng)液PH值、基質(zhì)含水量傳感器等，也可以根據(jù)用戶需求增加其他指標(biāo)的檢測(cè)傳感器。

此模塊的作用是檢測(cè)無土栽培過程中的各項(xiàng)指標(biāo)；指標(biāo)數(shù)據(jù)將通過智能控制箱傳入系統(tǒng)服務(wù)器。

（2）易云智能控制箱

易云智能控制箱中包含多功能數(shù)據(jù)采集模塊和通用控制模塊。

數(shù)據(jù)采集模塊用于采集傳感器數(shù)據(jù)，并上傳至系統(tǒng)服務(wù)器，易云多功能數(shù)據(jù)采集模塊可以兼容目前市面上大多數(shù)傳感器，包括無土栽培生產(chǎn)中需要的溫濕度傳感器、光照度傳感器、PH值傳感器等；

通用控制模塊可以對(duì)接無土栽培中的各種設(shè)備，風(fēng)扇、水泵等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制或遠(yuǎn)程控制。

用戶也可以在控制箱的基礎(chǔ)上添加觸控屏幕，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。

（3）易云平臺(tái)客戶端

易云平臺(tái)客戶端是用戶直接操作的軟件，提供用戶所需的各種功能。

①數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

智能控制箱中采集到的溫濕度、PH值等傳感器數(shù)據(jù)以及卷簾機(jī)、補(bǔ)光燈等設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)等，將以GPRS、WIFI或其他方式傳入服務(wù)器，并在用戶平臺(tái)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，以便于用戶隨時(shí)掌握無土栽培中的各種狀況。

PC端數(shù)據(jù)監(jiān)控界面

②設(shè)備控制

設(shè)備控制模塊中，平臺(tái)向用戶展現(xiàn)所有接入系統(tǒng)的可控設(shè)備及當(dāng)前狀態(tài)。用戶可以對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)控制。如開關(guān)水泵、調(diào)整卷簾機(jī)開關(guān)狀態(tài)等。

③智能提醒、預(yù)警、報(bào)警功能

用戶可以在系統(tǒng)平臺(tái)中提前預(yù)設(shè)提醒、預(yù)警、報(bào)警的參數(shù)，系統(tǒng)將對(duì)無土栽培生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，在達(dá)到用戶設(shè)定的條件時(shí)，可以向客戶發(fā)出適當(dāng)提醒。

如用戶設(shè)定適宜作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)液PH值為5.5-7.2，當(dāng)傳感器檢測(cè)到營(yíng)養(yǎng)液PH值超過這個(gè)限度時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)通過微信報(bào)警、短信報(bào)警、電話報(bào)警等方式向用戶報(bào)警。

PC端報(bào)警上下限設(shè)置界面

④數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析模塊

通過易云智能控制箱上傳的大量數(shù)據(jù)可以在服務(wù)器中進(jìn)行歸類存儲(chǔ)，并針對(duì)特定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，最終以曲線圖、柱狀圖、餅圖等形式展現(xiàn)，通對(duì)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)的相同周期內(nèi)的對(duì)比，為用戶優(yōu)化無土栽培系統(tǒng)的自動(dòng)控制方案提供依據(jù)。

PC端日測(cè)試數(shù)據(jù)最大值展現(xiàn)

⑤定位功能

易云平臺(tái)支持GPS定位功能，若用戶有多處無土栽培室，可以按照實(shí)時(shí)位置顯示在地圖上，用戶可以通過點(diǎn)擊進(jìn)入相應(yīng)的場(chǎng)景，便于用戶全局掌握。

廠房、設(shè)備位置實(shí)時(shí)展示

⑥報(bào)表功能

易云平臺(tái)可以提供標(biāo)準(zhǔn)日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表以及對(duì)應(yīng)的高低報(bào)表，顯示各項(xiàng)指標(biāo)在特定時(shí)間數(shù)值狀態(tài)，供用戶全面掌握一段時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)狀況，為后期策略調(diào)整，設(shè)備使用提供依據(jù)。

環(huán)境數(shù)據(jù)最大值 日?qǐng)?bào)表

?????? 易云平臺(tái)客戶端可安裝于PC端、Pad端、移動(dòng)端，可以根據(jù)用戶需求安裝于用戶設(shè)備中，用戶可以在任何客戶端中使用智能管控系統(tǒng)的所有功能，便于用戶在任意時(shí)間、地點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行管控，彌補(bǔ)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)監(jiān)控地點(diǎn)相對(duì)固定的不足。

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2、系統(tǒng)目標(biāo)

（1）通過配置系統(tǒng)的軟硬件，實(shí)現(xiàn)環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)液、培養(yǎng)基質(zhì)中各種參數(shù)的測(cè)量，包括但不限于光照、溫度、濕度、PH值、含氧量等，并依據(jù)這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)啟停，提供設(shè)備運(yùn)行報(bào)告等

（2）監(jiān)視并顯示所有接入系統(tǒng)的設(shè)備的工作狀態(tài)，故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警；

（3）現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制組織的安全調(diào)整

（4）根據(jù)系統(tǒng)記錄，分析當(dāng)前和過去運(yùn)行過程；

（5）提供計(jì)算和預(yù)測(cè)工具，用于優(yōu)化操作參數(shù)并組合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備優(yōu)化使用。

3、設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目我們遵循以下的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

可靠性：采用分布式控制系統(tǒng)，即將任務(wù)分配給系統(tǒng)中每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)處理器，免除因系統(tǒng)內(nèi)某個(gè)設(shè)備的損壞而影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

方便性：系統(tǒng)可容納無土栽培生產(chǎn)中不同階段的、的不同需要。并綜合各系統(tǒng)資料，顯示于操作員終端，方便管理。?

經(jīng)濟(jì)性：系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)處理器足夠應(yīng)付日后技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)階段的投資可以得到充分利用及保護(hù)。

擴(kuò)展性：系統(tǒng)具有可擴(kuò)充性，以便將來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)服務(wù)范圍的需要。系統(tǒng)可在日后任何地方加插現(xiàn)場(chǎng)控制器及操作員終端而不影響本系統(tǒng)操作。

開放性: 系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu),在分站與現(xiàn)場(chǎng)子站之間采用開放式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)BACnet協(xié)議。

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三、系統(tǒng)使用

1、登錄系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，用戶只需通過瀏覽器進(jìn)入管理系統(tǒng)，登陸系統(tǒng)網(wǎng)址為http://xt.zeiot.top。用戶通過分配的用戶名密碼進(jìn)行登陸管理。

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2、監(jiān)測(cè)界面

易云系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控界面可以顯示所以監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，傳感器數(shù)據(jù)數(shù)值，設(shè)備器開關(guān)狀態(tài)等。點(diǎn)擊監(jiān)控點(diǎn)，可以查看此監(jiān)控點(diǎn)一定時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)變化曲線。

如有需要，用戶可以地圖場(chǎng)景、模擬場(chǎng)景、軌跡查詢、實(shí)時(shí)位置等監(jiān)測(cè)界面查看相應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3、設(shè)備控制

在監(jiān)控界面選擇“控制”項(xiàng)目，可以顯示所有連入系統(tǒng)的可控制設(shè)備及設(shè)備目前所處的狀態(tài)，用戶改變?cè)O(shè)備狀態(tài)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

（1）數(shù)值控制

????? 當(dāng)前顯示為數(shù)值，點(diǎn)擊參數(shù)可修改。

如當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為92時(shí)，無土栽培室內(nèi)CO2含量偏低，用戶需要將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，此時(shí)用戶只需在發(fā)送框中手動(dòng)輸入50，單擊發(fā)送完成指令發(fā)送，即可遠(yuǎn)程控制將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低至50。

（2）多狀態(tài)控制

如無土栽培室內(nèi)光照度不足，用戶需要打開補(bǔ)光燈補(bǔ)充光照，只需點(diǎn)擊“補(bǔ)光燈”控制點(diǎn)，再選擇“弱光”，即可為室內(nèi)進(jìn)行弱光程度的補(bǔ)光。

（3）開關(guān)控制

如營(yíng)養(yǎng)液液位較低，需要開啟水泵補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液時(shí)，用戶點(diǎn)擊“水泵”控制卡，在開關(guān)控制中點(diǎn)擊開啟，即可遠(yuǎn)程控制水泵開啟補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液。（若用戶未設(shè)置自動(dòng)控制功能，則需要手動(dòng)控制關(guān)閉）

4、其他使用方式

詳見說明書

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四、設(shè)備情況

1、傳感器類：

溫濕光照度傳感器：可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度及光照度

CO2濃度傳感器：可以實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)CO2濃度

基質(zhì)溫濕度傳感器：檢測(cè)培養(yǎng)基質(zhì)的溫度含水量等

營(yíng)養(yǎng)液PH值傳感器：實(shí)時(shí)檢測(cè)營(yíng)養(yǎng)液PH值

營(yíng)養(yǎng)液含氧量傳感器：實(shí)時(shí)檢測(cè)營(yíng)養(yǎng)液內(nèi)氧氣含量

營(yíng)養(yǎng)液液位傳感器：實(shí)時(shí)檢測(cè)營(yíng)養(yǎng)液液位（檢測(cè)營(yíng)養(yǎng)液多少）

無土栽培過程監(jiān)控中需要的其他傳感器

2、多功能數(shù)據(jù)收集終端

875GGC，支持目前市面上大多數(shù)傳感器設(shè)備，可以將RS485信號(hào)轉(zhuǎn)化為GPRS信號(hào)傳遞到服務(wù)器

3、中繼器

（CON993FN可編程物聯(lián)網(wǎng)控制器可以代替2、3兩個(gè)）

4、根據(jù)用戶需求添加的其他設(shè)備

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五、系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

1、系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)了無土栽培設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制

（2）使用GPRS時(shí)設(shè)備消耗較低，無論距離多遠(yuǎn)，只要有GPRS信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控

（3）系統(tǒng)開放性高，可以對(duì)接市面上大多數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，用戶可以根據(jù)需要增減監(jiān)測(cè)無土栽培過程中的其他數(shù)據(jù)的傳感器

（4）可以記錄用戶每個(gè)操作，便于用戶調(diào)整控制策略

2、系統(tǒng)缺點(diǎn)：

（1）若使用藍(lán)牙或LoRa通信，通信距離有限制（100M-11500M）

（2）用戶監(jiān)測(cè)點(diǎn)過多時(shí)，成本隨著傳感器數(shù)量增長(zhǎng)