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PRESS CENTERGPRS遠程無線測控方式,解決了線路鋪設成本過高,大面積農(nóng)業(yè)管理不便等諸多問題,從技術(shù)上為實現(xiàn)精細農(nóng)業(yè)提供了可能。按照作物需求的農(nóng)業(yè)灌溉和施肥的節(jié)水節(jié)肥精準農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng),目前成熟應用還相對較少。同時,不合理的灌溉和施肥問題仍然突出,不僅導致水肥利用率低,而且加劇了資源的浪費和環(huán)境污染。本文構(gòu)建的基于互聯(lián)網(wǎng)的整體框架體系和高度集成及智能化的農(nóng)業(yè)灌溉施肥智能控制系統(tǒng),在農(nóng)業(yè)灌溉過程中,通過對作物環(huán)境信息、養(yǎng)分信息的實時采集及模糊評價,進而按照設定作物需水規(guī)律和施肥配方指導灌溉施肥。在我國面臨水資源嚴重短缺,以及過量施肥所帶來的嚴重危害的形勢下,實現(xiàn)以肥調(diào)水,以肥促水,精準灌溉,精量施肥的智能控制和管理等,均具有重大的經(jīng)濟和社會效益。
一、系統(tǒng)的組成
系統(tǒng)主要由管理房控制級、遠程web頁面監(jiān)控級、灌溉區(qū)現(xiàn)場控制級、手機短信控制等組成。灌溉區(qū)現(xiàn)場控制級將灌溉區(qū)作物環(huán)境、土壤養(yǎng)分信息等通過DTU模塊發(fā)送到管理級組態(tài)軟件,由監(jiān)控組態(tài)軟件參與決策,來確定是否打開灌水閥和施肥閥,從而實現(xiàn)按照作物需水需肥要求進行灌溉施肥。同時,還可對管道流量自動計量,方便水利工作人員進行相關(guān)測算分析。水泵房管理級還可對根據(jù)灌溉區(qū)高位水池的水位情況,啟停水泵,并通過變頻器自動調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力,系統(tǒng)同時能夠靈活配置不同閥門組、不同時間、不同灌溉量以及不同施肥配方,以適應多種作物的灌溉施肥。圖1為系統(tǒng)組成框圖。
二、主要部分 的選型 與配置
2.1 系統(tǒng)編程軟件XLT控制器是通過一個裝在PC機上的由H0RNER公司自主開發(fā)的測控中心軟件來進行邏輯編程的,這個編程軟件可對所有XLT控制器進行編輯程序,硬件配置,監(jiān)控和在線調(diào)試。測控中心軟件與XLT建立通訊主要的方式是通過RS485 轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)換模塊來完成。XLT 還可以通過USB口、以太網(wǎng)、CAN 總線、調(diào)制解調(diào)器等多種方式進行通訊。可配置為數(shù)字量輸入、高數(shù)計數(shù)器輸入、模擬量輸入,數(shù)字量輸出、脈寬脈沖調(diào)制輸出、模擬量輸出等多種方式,極大的方便了用戶的二次開發(fā)。測控中心軟件與組態(tài)軟件的通信通過串口的方式進行。若要將測控中心軟件與組態(tài)軟件安裝在同一臺電腦上,則該臺電腦上須有兩個硬件串口(或兩個虛擬串口),以便測控中心軟件和組態(tài)軟件各占用一個串口進行通信。要在同一臺電腦上實現(xiàn)兩個虛擬串口,本文采用虛擬串口軟件(如Virtual SerialPortDriver6.O),來增加一對可以互相通信的虛擬串口COM2和COM 3。
2.2 控制器的選擇本文以HORNER公司觸摸式OCSXLT102,它內(nèi)置I/O 包括開關(guān)量,模擬量和高速I/O。對于機械控制,高速I/O可以提供計數(shù),頻率測量,PWM 生成和脈沖輸出。可方便應用于熱電偶,RTD,4~2OmA,+/~100mV和0H10V 信號的高精度輸人的過程控制。XLT集成了兩個標準RS一232/RS一485 串口和CAN 網(wǎng)絡接口,可選配內(nèi)置的57.6k電話調(diào)制調(diào)器卡,無線通訊卡和GPRS/GSM 通訊卡,工作電壓選擇12V。它具有以下優(yōu)勢:①高品質(zhì)的圖形LCD或觸摸屏顯示,更好的顯示生產(chǎn)過程和設備的進程狀態(tài);②復雜圖形顯示功能,包括趨勢圖,棒圖,儀表顯示以及動畫功能;③強大的控制能力,可支持浮點運算,高級數(shù)學運算,多回路PID 自整定,字符串操作等;④大容量可移動存儲功能,最大可達2G,可存儲程序,歷史數(shù)據(jù)記錄,屏幕截圖;⑤CsCAN通訊口(可選)可方便的擴展遠程I/O,或和其他控制器及PC連接;⑥內(nèi)置2個串口,方便的和變頻器以及其他PLC或外圍串口設備通訊;
XLT102除 了內(nèi)置的 Vo外 ,還可 以連接 SmartStixI/O和 SmartModI/O模塊 ,SmartStixI/0是高速的遠程模塊 ,可通過 CsCAN充分發(fā) 揮分 布式 控制 的優(yōu) 勢 ;而 SmartModI/O通 過 RTU/Modbus與 XL連接 ,此類模塊點數(shù)少 ,性價 比高 。
三、測控 中心軟件 與 GPRSRTU通信
3.1 通信協(xié)議簡介GPRS的通信速度快、通信費用低、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點。GPRSDTU具有TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換功能不需要用戶提供TCP/IP的支持??蛇m用于所有帶串口的終端設備,通過GPRS網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的無線和透明傳輸,為不具備TCP/IP協(xié)議處理的終端設備提供了GPRS通信的能力。GPRSRTU 通過GPRS無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)包發(fā)往遠程電腦上配套的測控中心軟件。測控中心軟件將數(shù)據(jù)包整理成Modbus—RTU 協(xié)議的格式,通過電腦上的串口(或虛擬串口)發(fā)給組態(tài)軟件(或其他應用軟件)使用。
本協(xié)議遵循Modbus—RTU 協(xié)議標準,組態(tài)軟件作為客戶機(主站)發(fā)送讀/寫命令幀,測控中心軟件作為服務器(從站)發(fā)送應答幀。由于測控中心的軟件可以連接多臺GPRSRTU 終端,而每臺GPRSRTU 終端的RS485接口也可連接多臺外接設備,所以測控中心與GPRSRTU終端是一對多的關(guān)系,而GPRSRTU終端與外接設備也是一對多的關(guān)系。通過對地址碼(1-247)分段來確定操作的是GPRSRTU終端還是終端外接的設備,本協(xié)議將(1—200)的地址碼作為終端的地址碼,將(201—247)的地址碼作為終端RS485口外接設備的地址碼。在對外接設備進行讀寫指令時須先指定是要操作哪臺GPRS RTU 終端的外接設備,這個是通過先發(fā)送GPRSRTU終端操作指令(地址碼在1—200)來確定當前操作的是哪臺終端,然后才再發(fā)送外接設備的操作指令(地址碼在201—247)。
GPRSRTU終端根據(jù)型號不同,含有不同路數(shù)的模擬量輸入,開關(guān)量輸入,繼電器輸出和擴展模塊(如1個溫度傳感器)。測控中心軟件可同時與多個終端連接?;镜耐ㄓ嵶止?jié)數(shù)據(jù)格式是:1個起始位,8位數(shù)據(jù),低位在前,無奇偶校驗位,1個停止位。默認串口設置為:波特率9 600bps,1個起始位,8個數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗,1個停止位。即:9600,N,8,1。若要采用其他串口參數(shù)可在配套的測控中心軟件中設置。
3.2 端口映射DTU 模塊只能于處于公網(wǎng)IP的數(shù)據(jù)中心服務器相互通信,而用戶所在的數(shù)據(jù)中心服務器,一般是通過路由器與公網(wǎng)IP相連接,處于局域網(wǎng)內(nèi),是無法與處于公網(wǎng)的DTU 模塊直接通信,須利用端口映射技術(shù)來實現(xiàn)。
本文主要是通過路由器來實現(xiàn)端口映射的。路由器所獲得的公網(wǎng)IP是60.212.57.124。數(shù)據(jù)監(jiān)控中心服務器所在局域網(wǎng)IP為:192.168.3.11。在路由器的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則下,使用虛擬服務器進行端口映射,當在路由器上做好端口映射后,也就定義了廣域網(wǎng)服務器端口與局域網(wǎng)網(wǎng)絡服務器之間的映射關(guān)系,所有對廣域網(wǎng)服務端口的訪問將會被重新定位給通過IP地址指定的局域網(wǎng)網(wǎng)絡服務器。則GPRS網(wǎng)絡所有發(fā)向8080端口的數(shù)據(jù),都將轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心服務器192.168.3.11上。同理數(shù)據(jù)監(jiān)控中心服務器192.168.3.11也可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到公網(wǎng)的計算機60.212.57.124上去。
3.3 動態(tài)域名與花生殼軟件的應用在一般的應用中,用戶很少有固定或?qū)>€接入GPRS網(wǎng)絡,當數(shù)據(jù)中心服務器采用ADSL直接撥號上網(wǎng),獲取的是公網(wǎng)的動態(tài)IP;GPRS網(wǎng)絡須使用固定IP傳輸數(shù)據(jù)。故此條件下,要實現(xiàn)GPRS與數(shù)據(jù)中心服務器互聯(lián),須采用動態(tài)域名解析技術(shù)實現(xiàn)。目前,公網(wǎng)動態(tài)IP須大多數(shù)是通過“花生殼”軟件實現(xiàn)IP 地址的固定。它是完全免費的動態(tài)域名解析服務客戶端軟件?;ㄉ鷼討B(tài)域名解析體系是全球用戶量最多的動態(tài)域名服務體系,Oray根據(jù)服務使用群體與應用范圍進行動態(tài)域名服務體系區(qū)分,并為不同級別用戶提供多種增值服務:指定登陸花生殼服務器的源端口(SourcePort)、支持多網(wǎng)卡用戶指定網(wǎng)卡接人INTERNET、支持多種不同運行商服務線路選擇、動態(tài)解析服務監(jiān)控以及保持IP。當用戶下載并成功安裝動態(tài)域名客戶端,然后憑您已注冊的Oray護照成功登錄,那么護照下所有激活花生殼服務的域名將與機器的公網(wǎng)IP綁定。您可以利用花生殼動態(tài)域名建立主機的遠程接人應用,讓互聯(lián)網(wǎng)用戶隨時隨地都可以通過域名找到您的機器的網(wǎng)絡地址。
四、上位機組態(tài)軟件開發(fā)
4.1 系統(tǒng)軟件的開發(fā)系統(tǒng)上位機主要由網(wǎng)絡狀況良好的PC機組成,PC機需運行測控中心軟件、組態(tài)王6.55、SQLSERVER數(shù)據(jù)庫。組態(tài)王6.55是國內(nèi)主流的監(jiān)控組態(tài)軟件,是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它具有豐富的人機界面、可視化的操作界面、豐富的圖庫、簡單實用、強大的網(wǎng)絡通訊能力、畫面刷新能力和腳本執(zhí)行性能。同時它還具備實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、安全用戶、變量對象、設備對象、用戶對象等配置接口。具有良好的可維護性和可定制性??梢灾С?00個以上的客戶端同時訪問。提供了大量的圖形元素和圖庫精靈,用戶可根據(jù)需要,自己創(chuàng)建圖庫精靈。歷史曲線、報表和Web發(fā)布功能等功能進一步提高,軟件的穩(wěn)定性強E 。
系統(tǒng)的功能主要包括:①采取手動或自動方式,進行定量和定時的灌溉施肥,同時可實現(xiàn)無人值守的自適應灌溉施肥;②可實現(xiàn)作物環(huán)境參數(shù)、土壤水分養(yǎng)分參數(shù)、運行狀態(tài)的實時顯示,報警、統(tǒng)計查詢和安全保護;③趨勢圖及歷史記錄;④系統(tǒng)參數(shù)設置及用戶權(quán)限管理;⑤作物灌溉相關(guān)預值的設定和施肥配方管理。
閥門的管理需通過分組來實現(xiàn),單個閥門組控制閥門數(shù)為5個。閥門組號可由1—34不重復的數(shù)字任意編制,單個閥門不能出現(xiàn)在多個閥門組,以實現(xiàn)閥門一對一的準確控制。施肥配方系統(tǒng)預設為1~13組,系統(tǒng)默認為1組,此時代表只灌溉未進行施肥。系統(tǒng)可設定傳感器的轉(zhuǎn)化公式。如土壤濕度傳感器輸出為O~2.5V 的電壓信號,其轉(zhuǎn)化公式為三次多項式。