生态湿地模拟试验系统.docx
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生态湿地模拟试验系统.docx
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生态湿地模拟试验系统
智能人工气候模拟实验系统
生态湿地模拟实验系统解决方案
系统总体设计
简述
系统组成:
生态湿地模拟实验温室,气候动态模拟测控系统,模拟雨动态测控系统,模拟湿地水情自控系统。
系统功能:
1•气候动态模拟测控系统,由植物环境生长因子传感器,地下环境闵子生长传感器,光源补给调控,湿度补给调控,温度补给调控,CO2浓度监测,联动模拟室内气流流动控制设备,光源补给设备,温湿度补偿设备,自动实现四季或昼夜变化。
2•模拟雨动态测控系统,设定气候模拟室气候:
环境条件•土壤因子条件,自动模拟下雨状态,达到植物.土壤冈子所需条件后自动停止降雨状态。
反之模拟不同雨强对植物•花草.气候的影响与变化提供科研数据
3•模拟湿地水位肖控系统,设定气候模拟室生态湿地水位需条件,水位自控系统根据水位交化.环境芟化.温度变化,联动补水系统设备,满足所需水位条件。
反之模拟水情条件对湿地土壤•植物•花草•气候的影响与变化提供科研数据.
4.模拟光照系统,模拟太阳光对植物的光合作用,选择晟有利植物生长需要的光谱搭配,具有针对性的给植物补充能量,联动相应的补光灯的开启及温室相应的调光设
备的自动化控制。
1.1模拟变频降雨系统
整个系统的降雨达到精确数据及最佳效果,所以本系统基于变频器控制水泵电机的供电频率,根据需要,设定压力值,系统利用压力传感器和变频器组成的自动调速控制系统,进行自动调节电机转速,使喷淋降雨区管道的压力保持在降雨区不同雨型所设定的恒定压力值,完全根据压力设定值进行雨量大小调节,稳定设定的雨强,响应速度快,稳定性好,同时节约了大量的电能。
通过PC机和PLC通信来监控各参数,系统设置有各种显示功能,可以显示电压、电流、压力、雨型、雨强大小等参数。
系统配备高灵敏雨量计和多参量数据采集器,以终端实际降雨参数调节控制整个降雨过程,并可实时在线显示模拟降雨的动态变化及曲线。
同时有效克服了从水源到喷头各个环节的损耗和阻力造成的误差,经过多次率定试验,所模拟雨滴粒径、降雨动能与天然降雨十分接近。
整个模拟降雨系统涉及机电一体化、给排水管道施工、
自动化控制、软件开发等。
技术指标
♦有效降雨面积:
=100m2。
♦降雨髙度:
S3m。
♦雨强范围:
lOmm/h—200mm/h
♦降雨方式:
中雨、大雨、暴雨、大暴雨
♦下滴平均速度:
0.1—6m/s
♦降雨均匀度系数大于82%
♦降雨历时:
任意
♦降雨测量精度:
0.01mm/h
♦降雨调节精度:
7mm/h
♦设计使用寿命:
15年♦数据储存:
1000小时降雨雨强测量
1・2智能给排水系统
自动采集湿地水文信息:
水位高度、流速、湿地土壤湿度等信息,通过系统平台软件分析,自动开启关闭给排水设备,实现自动化调控湿地水文资源分配。
♦将充分发挥现有的节水设备作用,优化调度,提高效益。
♦通过自动控制技术的应用,更加节水节能,降低灌溉的成本。
♦整体系统采用以太网进行数据通讯,稳定性和实时性强。
•数据处理能力强,响应速度快。
♦系统维护能力强,减轻用户负担。
♦开放式系统设计,软硬件均可升级。
♦实时显示灌溉水情、闸位、水位信息。
♦实现遥测系统设备监控管理功能。
♦通过现代通讯手段向相关单位发送灌溉数据域灌溉信息。
■
C
庄如润
一・温室大棚自动控制系统
结合最先进的网络通信、自动控制、物联网及软件技术,专注为农业温室、农业环境控制、气象观测而开发生产的环境自动监测控制系统。
本系统可以模拟基本的生态环境因子,如温度、湿度、光照、气压、太阳紫外线、土壤温湿度、C02浓度等,以适应不同植物生长繁育的需要,它山智能监控单元组成,按照预设参数,精确的测量温室的气候、土壤参数等,并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构,控制卷膜、风机湿帘、生物补光、灌溉施肥等环境控制设备,自动调控温室内环境,达到适宜植物生长的范圉,为植物生长提供最佳环境。
该系统的使用,可以使温室运行于经济节能状态,实现温室的无人值守自动化运行,降低温室能耗和运行成本,可以为植物提供一个理想的生长环境,并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候,实现温室大棚集约化、网络化远程管理。
2.1环境因子监测系统
1.3.1大气温度传感器(变送器)采用高精度热敏电阻作为感应部件,具有测量精度高、稳定性好等特点。
信号变送器采用先进的电路集成模块,可根据用户的不同需求将温度转换为相应的电压或电流信号。
仪器体积小巧,安装方便且便携,性能可靠;采用专有线路,线性好,负载能力强,传输距离长,抗干扰能力强。
可广泛用于气象、海洋、环境、机场、港口、实验室、工农业及交通等领域的温度测量。
2.1.2大气湿度传感器采用高分子薄膜湿敏电容作为感应部件,具有测量精度高、稳定性好等特点。
信号变送器采用先进的电路集成模块,可根据用户的不同需求将湿
度转换为相应的电压或电流信号。
仪器体积小巧,安装方便且便携,性能可靠;可广
泛应用于气象观测.环境
控制.农业.工厂等诸多领域。
电斥(mV)
湿度(%RH)
电乐(mV)
湿度(%RH)
电压(mV)
湿度(%RH)
电压(mV)
湿度(%RH)
1032
0
1740
27
2422
53
3104
79
1084
2
1766
28
2448
54
3130
80
1111
3
1793
29
2475
55
3157
81
1137
4
1819
30
2501
56
3183
82
1163
5
1845
31
2527
57
3209
83
1189
6
1871
32
2553
58
3235
84
1216
7
1898
33
2580
59
3262
85
1242
8
1924
34
2606
60
3288
86
1268
9
1950
35
2632
61
3314
87
1294
10
1976
36
2658
62
3340
88
1321
11
2003
37
2684
63
3366
89
1347
12
2029
38
2711
64
3393
90
1373
13
2055
39
2737
65
3419
91
1399
14
2081
40
2763
66
3445
92
1425
15
2107
41
2789
67
3471
93
1452
16
2134
42
2816
68
3498
94
1478
17
2160
43
2842
69
3524
95
1504
18
2186
44
2868
70
3550
96
1530
19
2212
45
2894
71
3576
97
1557
20
2239
46
2921
72
3603
98
1583
21
2265
47
2947
73
3629
99
1609
22
2291
48
2973
74
3655
100
1635
23
2317
49
2999
75
1662
24
2344
50
3025
76
1688
25
2370
51
3052
77
1714
26
2396
52
3078
78
2.2土壤因子监测系统
土壤湿度传感器(变送器)是一款高精度、高灵敏度的土壤水分测量仪器。
本传感器采用电磁脉冲原理测量土壤的表观介电常数,从而得到土壤真实水分含量,具有快速准确、稳定可靠、不受土壤中化肥和金属离子的影响等特点。
本仪器可广泛应用于农业.林业.地质.建筑等行业。
串口|Coit.1
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二42.0%RH
28.7%RH
14.6%KH
15.9%RH
26.3%RH
35.7%KH
40.6%RH
41.3%RH
19.0%RH
14.9%KH
09.2%RH
16.4%RH
23.5%RH
34.4%RH
67.3%RH
94.5%RII
98.7%KH
P十次逬制发送
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发送:
2150
按收:
1294?
2011-9-2014:
36:
22
2.3LED光源补光系统
完全模拟太阳光对植物的光合作用,选择最有利植物生长需要的光谱搭配,具有针对性的给植物补充能量。
植物光合作用的有效波长在400-700nm之间,其中425~490nm的蓝光以及610-700nm的红光对光合作用贡献率最大,而520-610nm(绿色)的光线被植物吸收的比率很低。
可见,并不是所有的光都有
助于植物的光合作用。
色素可以吸收光能来产生一系列的生化反应,个同的色素吸收的波长不同。
植物体内有很多色素,分别起着不同的作用,但有两种色素,即光敏色素和隐花色素在调节植物对光的反应中起着关键性的作用。
光敏色素有两个互变异构体一红光光敏色素(Pr)和远红光光敏色素(Pfr)。
Pr吸收波长为660nm左右的红光,Pfr吸收波长为730nm左右的远红光。
光敏色素调节多种不同植物对光的反应,包括光周期,种子萌发、展叶、下胚轴伸长和脱黄化。
隐花色素吸收蓝光和紫外光范围的光波,其它色素与植物的发育有关。
40血宜物生长灯
把抛光铝合金灯罩套上40W槓物生长灯管
再将防水灯头拧上
T528V俏苗灯(层架安装),灯距叶面在15公分至40公分为最佳,灯的有效半径是15至25公分。
伞形40W植物生长灯(大棚安装),灯距叶面30公分至90公分为最佳。
瓜果类的照射半径为1.5米,果菜类的照射半径为1.5米至2米,叶菜类的照射半径为殊°
2.4喷雾降温系统
针对现有温室大棚无降温设备,夏季棚内温度过高出现烧苗情况,增加一种新型喷雾降温设备,具有降温效果好,使用成本低等优点。
其原理是,通过对水增加至高压微雾喷头,产生超细微颗粒的水雾,这些水雾在接触空气以后,能迅速吸收空气中存在的热量,并蒸发,持续不断的吸热蒸发过程,使得环境温度下降,达到降温效果。
另外在温室中使用喷雾降温设备可以保持温室中的空气湿度,保持植物的含水率,促进生长。
。
2.5土壤防渗治理单元
针对大棚内土壤漏水情况,在地面50cm铺设HDPE防渗膜,本材料防渗,防腐,防漏。
温度范围:
-60-+60
防渗系数:
1x10-17cm/s
材料密度:
0.94g/cm3
使用寿命:
50年
2.3温室自动控制系统
本系统可以通过监测基本的生态环境因子,如温度、湿度、光照、土壤温湿度、
CO2浓度等,并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构(遮阳幕、加热器、湿帘水泵及风机、通风系统等),以适应不同生物生长繁育的需要,该系统的使用,可以使大棚运行于经济节能状态,实现大棚的无人值守自动化运行,降低大棚能耗和运行成本。
设计原则
根据系统建设标准及业务需求,总体框架以高内聚,低耦合为指导思想,以前瞻性
原则、实用性原则、安全性原则、扩展性和开放性为设计原则。
保证系统的先进性,伸缩性。
1、技术先进性
设计过程中,关注技术框架的同时,更注重业务的抽象和提炼。
系统设计不仅要完成现有的、已知的业务需求,而且要能够横向和纵向的扩展,横向可扩展其他传感控制设备,纵向可满足各层级使用者不同的业务需求。
各种设备均采用技术成熟、稳定且具备先进设计理念的产品,系统在建成后能通过平滑升级保持其先进性,延长生命周期。
2、高可靠性
系统软硬件均具备极高的可靠性。
硬件采用云计算方案,软件采用模块化、分层隔离及负载均衡的设计思想,充分保障系统的高可靠性。
3、高安全性
解决方案从主机、数据及网络等多方面采取相应措施,确保系统的高安全性。
系统以“安全第一,保密为准,机制保证”为安全保密原则,系统遵循国家和行业安全标准和管理规范,通过服务安全认证,客户许可认证,用户权限认证,结合日志审计,确保系统安全稳定可靠。
4.1高可用性
系统提供基于PC电脑的客户端,具有良好的交互性、易用性,切合农业生产的时效性,简单易懂,方便农业生产人员使用,且操作简便。
通过系统的报表功能,方便研究人员提取、分析数据,为增收改良提供有力的数据依据。
具有高效的软硬件使用效率,关键设备均达到硬件配置最高的使用率,同时采用优化的流程设计确保系统的高效率。
1、易维护性
系统硬件可以很方便的实现远程管理及维护;系统软件均采用模块化的设计,并提供友好的人机接口,确保系统的易维护性。
2、灵活的扩展性
系统关键设备可充分保证系统随着用户扩容的扩展,实现系统的平滑扩容。
软件系统架构充分利用网络的扩展性强的特点,采用分散控制、集中管理的结构,使得系统可扩展性很强。
网络构建灵活,既可以实现平台的集中处理,又能提供全面的透过网络的分散能力,适应多种应用环境及场合。
3、良好的开放性
服务可定制,功能可扩展,终端传感控制设备可,支持第三方设备集成,终端传感设
备参数可配置、可扩展。
系统拥有良好的伸缩性和开放性
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