基于云平台的温室温湿度控制系统设计

摘要：随着农业现代化的不断推进，温室温湿度控制技术也得到了迅速发展。物联网云平台技术的快速发展，将其应用于温室温湿度控制，可以提高农业生产的效率和质量，推动农业现代化进程。基于此，要以温室大棚中农作物生长过程中所需的温度及湿度为理论研究基础，设计基于Haiwell云平台的可以实现本地、远程及移动终端的实时控制温室温湿度的控制系统。

关键词：云平台物联网温湿度PLC控制系统

DesignofGreenhouseTemperatureandHumidityControlSystemBasedonCloudPlatform

LIManmanLIDengyan

ShandongHuayuUniversityofTechnology，Dezhou，ShandongProvince，253000China

Abstract：Withthecontinuousadvancementofagricultural modernization，thecontroltechnologyofgreenhousetemperatureandhumidityhasalsodevelopedrapidly.TherapiddevelopmentoftheInternetofThingscloudplatformtechnologyanditsapplicationingreenhousetemperatureandhumiditycontrolcanimprovetheefficiencyandqualityofagriculturalproduction，andpromotetheprocessofagriculturalmodernization.Basedonthis，thisarticlemainlytakesthetemperatureandhumidityrequiredintheprocessofcropgrowthinthegreenhouseasthetheoreticalresearchbasis，anddesignacontrolsystembasedontheHaiwellcloudplatformthatcanachievereal-timecontrolofgreenhousetemperatureandhumiditythroughlocal，remoteandmobileterminals.

KeyWords：Cloudplatform;InternetofThings;Temperatureandhumidity;PLC;Controlsystem

近年来，随着物联网技术和人工智能的快速发展，温室温湿度控制技术也得到了不断的提升。一些发达国家在温室环境调控技术、智能化农业装备、农业物联网等方面开展了大量的研究工作，不断探索和提高温室温湿度控制的精准度和效率。在国内温室温湿度控制技术也得到了迅速发展，一些科研机构和农业企业开始重视温室温湿度控制的研究和应用。目前，我国在温室温湿度控制方面取得了一些重要的进展，智能化的温室环境调控装备，实现了对温室内温度、湿度、光照、CO2浓度等环境参数的精准调控[1]。

1控制系统总体方案设计

本文主要以温室大棚中农作物生长过程中所需的温度及湿度为理论研究基础，可编程控制技术为下位机硬件设备基础，以Haiwell物联网云平台技术和智能检测技术为依托，研究一套基于Haiwell云平台的智能温室温湿度控制系统。控制系统可实现本地、远程及移动终端的全方位、多角度地实时控制农作物生长过程中的温湿度，无须多人监管，实现故障多端报警，避免因设备故障处理不及时造成农作物减产。控制系统总体结构如图1所示。控制系统包括手动模式与自动模式、数据同步、异常报警及异常处理等[2]。

2控制系统硬件设计

控制系统的硬件主要包括数据采集设备、主电路及控制电路控制所需的器件。本文中使用的传感器为FT-WS温湿度一体传感器。主电路主要包括刀开关、断路器、熔断器、交流接触器、热继电器。控制电路主要是PLC、中间继电器。基于控制系统的所实现的功能、设计冗余、后期维修以及功能扩展等方面的考虑，PLC选用西门子300系列的CPU314C-2DP、数字量输入/输出模块SM323、模拟量输入模块SM331以及模拟量输出模块SM332。

控制系统的主电路如图2所示，热风机、空调器、加湿机、除湿机、声光报警器属于开关设备，同时预留一条开关设备的电源电路。QK为刀开关，控制整个控制系统的电路通断；QS1-QS5为断路器，实现每个设备所在电路的通断；FU1-FU6为熔断器，分别对每个分线路实现短路和过载保护；KM1-KM5为交流接触器主触头，用于实现电机的启停控制；FR1-FR5为热继电器，对电机实现过载保护的作用。

根据系统的控制要求，确定了PLC需要采集和控制信号，从而确定了PLC需要控制的I/O点数，其中7个开关量输入，5个开关量输出，2个模拟量输入。根据控制系统的I/O分配表确定PLC的硬件接线[3]，接线图如图3所示。

3控制系统软件设计

控制系统的软件设计主要包括两个方面，分别是PLC的程序设计以及控制界面设计。根据控制要求，利用PLC实现手动模式与自动模式的转换、每个设备电机的启停控制、设定数据与实时数据的偏差处理、报警判断等功能[4]。Haiwell云平台提供的组态软件提供了完整的工程解决方案及开发平台，能够实际地观察到现场的情况，实现实时监控，完成数据采集、记录及报警，同时可对安全级别进行控制，提高控制系统的安全性[5]。通过完成项目创建、变量定义、组态设计等工作。

控制系统操作如下：用户可通过系统选择此温室的温度和湿度；系统根据设定的温度及湿度进行调节，曲线是温湿度传感器实时监测实际的温湿度曲线；选择按钮，包括手动/自动切换、急停以及温湿度报警等。手动时，使用者根据经验使用启动/停止按钮控制设备的启停；自动时，系统根据用户预设的温度、湿度，控制对应设备的启停；急停按钮可以一键停止所有设备运行。

4控制系统调试

控制系统调试分为两部分，即PLC仿真调试和控制界面测试。PLC程序的仿真调试采用PLCSIM进行仿真与调试，不依赖于硬件进行测试，可加快开发进度。打开仿真软件，载入程序，插入输入值、输出值表，并设定相应的输入值，点击CPU模式表，将CPU工作在“RUN”或“RUN—P”模式，打开程序，即可监控程序的运行。通过观察对应按钮与继电器输出情况，确认程序的运行情况，如图4所示。

在Haiwell组态软件中进行控制系统人机界面的测试，通过对画面上相应位置进行操作，确定其运行情况，进行程序的相应调整，确保符合控制要求[6]。运行界面如图5所示。

5结语

将物联网云平台技术应用到生产生活中，助力农作物高产，节约人力，增加用户收入，振兴乡村发展。投入使用后比现有的本地控制可节约人力50%左右，提质增产10%左右，设备故障排除速度提高30%左右。控制系统为柔性系统，用户可根据实际需要设定温湿度数据，无须更换硬件，实现节约成本的目的。

参考文献

[1]高贯磊，李长普，付帅帅，等.基于物联网的智能温室大棚控制系统设计[J].山东工业技术，2023（2）：71-77.

[2]季彦东.温室大棚温湿度智能控制策略研究与实现[D].沈阳：沈阳大学，2021.

[3]金龙国.基于PLC的智能温室控制系统设计[J].电气传动自动化，2022，44（3）：27-31.

[4]GARCÍA-MAÑASF，HÄGGLUNDT，GUZMÁNJL，etal.Multivariablecontrolofnighttimetemperatureandhumidityingreenhousescombiningheatinganddehumidification[J].IFACPapersOnLine，2023，56（2）：9900-9905.

[5]PERDANASARIL，ETIKASARIB，RUKMIDL.Controlsystemfortemperature，humidity，andammonialevelsinlayinghensfarmsbasedoninternetofthings[J].IOPConferenceSeries：EarthandEnvironmentalScience，2023，1168（1）：012053.

[6]闫金鑫，白龙，付东辉，等.基于PLC和物联网的现代农业温室监控系统设计[J].科学技术创新，2021（20）：54-55.