2014年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程创新型竞赛组工程设计方案产品名称智能蔬菜大棚产品功能简述为了提高城乡居民的物质生活水平，加强菜篮子工程建设，提高大棚蔬菜的现代化管理水平，保障蔬菜的品质与安全，降低菜农的种菜成本，本方案应运而生，实现了大棚蔬菜的现代化管理。

我们结合了蔬菜生长特点以及对生活环境因素的需求，采用了温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器和其他相关设备，并借助西门子LOGO！控制器来实现在蔬菜的不同生长阶段对大棚内部光照强度、空气温湿度、土壤相对湿度、二氧化碳浓度的实时监测和控制，在规定时间内实现以上要求的自稳定，以保证蔬菜在每个生长阶段都生活在一个最为适宜的环境里。

本方案不仅实现以上基本功能，还集灌溉、施肥、除病虫害、除草和远程监视于一体，是一个名副其实的智能现代化大棚绿色蔬菜栽培远程控制系统。

该方案克服了传统蔬菜大棚的一些弊端，在控制过程中实现了自动化、智能化、规范化。

本产品测量数据准确、精度高、运行稳定、质量可靠，不但减少了人力财力的投入，增加了菜农的收入，而且能让城乡居民吃上放心菜。

从而最终带动我国新农村经济发展以及提高城乡居民生活质量，在蔬菜大棚的技术推广和使用上具有广阔的市场前景。

公司名称安徽尚能济农科技有限公司目标市场□工业市场□民用市场☑其他农业市场学校公司职位（角色）姓名身份证号联系电话及电邮产品经理（主要联系人）技术总监市场总监指导教师指导教师1.产品介绍为了提高城乡居民的物质生活水平，加强菜篮子工程建设，提高大棚蔬菜的现代化管理水平，保障蔬菜的品质与安全，降低菜农的种菜成本，本方案应运而生，实现了大棚蔬菜的现代化管理。

目前，大棚蔬菜的温度监控技术［1］已相当成熟，在大棚蔬菜中得到了广泛应用; 大棚蔬菜中的滴灌技术也得到了推广，大大的提高了水的利用效率; 对于大棚蔬菜的远程管理和对大棚蔬菜实行智能化施肥与除病虫害［2］还不多见。

本方案结合了蔬菜生长特点以及对生活环境因素的需求，采用了温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器以及其他相关设备，并借助西门子LOGO！控制器来实现在蔬菜的不同生长阶段对大棚内部光照强度、空气温湿度、土壤相对湿度、二氧化碳浓度的实时监测和控制，在规定时间内实现以上要求的自稳定，以保证蔬菜在每个生长阶段都生活在一个外在条件最为适宜的环境里。

本方案不仅实现以上基本功能，还集灌溉、施肥、除病虫害、除草和远程管理于一体，是一个名副其实的智能现代化大棚绿色蔬菜栽培远程控制系统。

2. 产品亮点（1）通过引进西门子LOGO！作为控制器克服了传统蔬菜大棚在生产管理上的一些弊端，在监控过程中实现了自动化，智能化，规范化。

（2）通过引进西门子LOGO！控制器，解决了测量数据准确性，精度，运行稳定性，质量可靠性等技术难题。

（3）将西门子LOGO！应用于现代化农业的蔬菜大棚工程建设之中，克服并解决了传统蔬菜大棚在生产建设过程中暴露出的一系列问题，不但减少了人力财力的投入，增加了蔬菜的产量，提高了劳动生产率，而且增加了菜农的收入。

（4）增加了蔬菜大棚的透明度，可以远程监视蔬菜各个生长阶段的生长状况并对大棚内环境因素进行实时监测与控制，从而增加蔬菜产量。

（5）该产品功能齐全，操作简单，维护方便，具有较高的性价比。

（6）保护环境，节约资源，对生态文明建设做出了贡献。

（7）在施药阶段实现了智能控制，保障了消费者舌尖上的安全。

3. 产品设计方案3.1 产品功能介绍3.1.1产品的选择理由根据系统的需要，可以采用以下三种方案对蔬菜大棚进行控制：第一种方案是采用单片机控制，逻辑功能部分实现没问题，但开发周期很长，可靠性较差，而且无法灵活修改满足非标设备的需求。

第二种采用通用可编程控制器PLC，所有的控制功能均可实现，但PLC价格相对偏高，而且大多数功能都没有涉及到，达不到高性价比的要求。

第三种采用LOGO!控制器，不仅编程简单，功能齐全，而且可以灵活配置，操作简单，维护方便，易上手，非常适合应用在蔬菜大棚自动化控制设备上。

经过比较后，最终确定使用 LOGO! 作为核心控制器。

3.1.2产品的选择过程小组成员通过调查得知在蔬菜大棚内部各种环境因素的控制过程中对于控制器的要求非常严格。

包括以下几方面：（1）对产品使用过程中稳定性、安全性的要求。

（2）对产品成本的要求，只有最大限度地控制产品的成本才容易被市场接受。

（3）对于系统多变性的要求。

因此在生产过程中往往需要一块专用的控制器，这样尽管在成本上有一定的优势，但各种细节的完善，需要很长的过程，这反倒不利于成本和周期的管控，其次如果选择一块廉价的PLC，这从稳定性、安全性，供货周期，以及开发周期上都要好一些。

但是纵观市场上流行的各种PLC，即使是最便宜的，成本还是大大地超出了农民的心理承受价位。

西门子LOGO！的出现综合全面的解决了以上问题，LOGO！具有可编程功能，还集成了参数显示和输入的多功能面板，方便研发及后期的改造，同时它不仅仅是一个先进的定时模块，除了简单的逻辑功能，还可以进行PI控制，PWM输出这样的专业功能，完全可以满足在蔬菜大棚控制中的需求。

并且编程软件很容易上手，通过简单地传授，农村用户完全可以进行一些基本的应用，而且LOGO！还有仿真的功能，很方便调试，实践证明选择西门子的LOGO！控制器是很成功的。

更重要的是LOGO！能够提供面板编程，维护人员在用户现场可以根据需求手动编程调试，不需要电缆，也不需要携带电脑，这是PLC无法实现的，尽管LOGO！的功能如此强大，但是它的价格相对PLC而言便宜很多，完全符合农村用户的心理承受范围，最重要的是LOGO！具有的以下强大的功能决定了我们的选择：（1）LOGO！集成了多功能面板，用户可以在没有电脑的情况下方便地查看文本信息并调整内部控制程序以及系统参数。

（2）LOGO！可以实现逻辑控制，以及处理模拟量信号，它提供了比如模拟量比较器，模拟量的阀值触发器，算数指令等功能块（3）LOGO！具有P1功能块和PWM功能块，用户可以借助它们非常方便的实现闭环控制，值得一提的是LOGO！对温度，压力等常见控制对象提供了比例积分参数极大节省了用户调试的工作量。

（4）LOGO！周定时器功能块，帮助用户方便快捷的实现三个时间段的定时功能。

（5）LOGO！软件支持离线仿真功能，用户可以在程序编写完成后第一时间检验程序的准确性，节省了大量的现场调试时间的同时，通过仿真能够规避实际使用过程中可能出现的安全隐患，且LOGO！继电器输出带载能力强，可以直接连接小型负载，省掉了外部中间继电器，大大节省了系统成本同时，仍然保证了系统功能的强大，进而保证了系统安全、稳定、高效率的运行。

（6）LOGO！提供了运行小时计数器，用户可以通过查看该数值来对设备及时进行维护保养，从而避免了因系统故障导致蔬菜大棚的正常生产与运行，从而增强使用过程的安全系数。

（7）LOGO！可以实现简单逻辑控制，提供各种定时和计数功能，非常适合替代继电器和时间继电器组成的控制系统，不仅缩小了控制柜的体积，而且极大的提高了系统的可靠性，保障了使用者的安全。

（8）LOGO！功能齐全，操作简单，维护方便，具有较高的性价比。

3.1.3 产品功能介绍针对目前我国蔬菜大棚存在的不足与安全隐患，我们使用西门子logo！设计实现了一款能实时检测大棚内动态参数并进行统一控制的蔬菜大棚监控系统。

该系统通过建立温度，湿度，光照强度，二氧化碳浓度等参数的综合监控，使系统具有以下功能：（1）蔬菜大棚内温度检测；（2）蔬菜大棚内湿度检测；（3）蔬菜大棚内光照强度检测；（4）蔬菜大棚内CO2浓度检测；（5）蔬菜大棚内温度，湿度，光照强度，CO2浓度的设定与控制；（6）蔬菜大棚内温度，湿度，光照强度，CO2浓度的检测与报警。

3.2 产品外形设计该产品的核心组件是西门子公司生产的 SN1 型监控模块。

该模块由 LOGO ！0BA7 24RCE 控制器及 LOGO!AM2 RTD 模块，实现对流量传感器与 PT100 铂电阻的测量。

与此同时，LOGO ！0BA7 24RCE 控制器所具备的以太网接口便于该系统组网，提升了系统性能。

该系统的组件还包括：用于检测蔬菜大棚内流量及温度传感器模块。

（1）SN1型监控模块SN1 型监控模块采用 LOGO ！0BA7 24RCE 主机模块为核心的控制器。

该模块可实现大棚内流量及温度监控功能，且具有接入以太网的能力，可与其他的监控模块组成网络系统，以便实现更高层次的监控。

（2）SS1型流量及温度传感器模块SS1 型流量及温度传感器模块由霍尔流量传感器及 PT100 铂电阻组成。

对于每一户的检测需要2个流量及温度传感器模块分别安置于蔬菜大棚内。

（3）SA1型检测控制器SA1型智慧检测控制器基于西门子Smart显示面板进行人机交互，针对户主对大棚内情况进行监控，采用西门子标准通讯协议，可实现对大棚内温度测量、设定以及温度查询，以及基于GPRS网络温度，流量报警以及大棚内温度设定功能。

3.3 工作原理介绍3.3.1控制系统组成图光照强度传感器湿度传感器SN1CO2浓度传感器温度传感器监控总站上图为蔬菜大棚的控制系统组成图，系统由监控总站、SN1型监控模块、SS1型流量及温度传感器模块及大棚内数据通信网络组成。

SN1型监控模块通过对蔬菜大棚内水管SS1型流量及温度传感器模块的数据信息进行采集，确定当前蔬菜大棚内水流量信息，并通过由路由器构建的蔬菜大棚内通信网路向监控中心发送数据信息。

各层SN1监控模块与监控中心之间采用应答式通信模式，在接收到监控中心任务上传指令后，相关的 SN1监控模块才对数据信息进行上传。

在未获取上传信息指令的周期内，SN1 模块以30min为周期对所接 SS1 模块进行数据采集。

SN1监控模块能对 SS1型流量及温度传感器模块的测量值进行分析。

若发现异常数据情况，SN1监控模块进行故障分析并进行紧急制动与处理，同时发布更高优先级的数据指令，向监控中心发送数据以等待进一步的任务指令。

监控中心根据上述信息对大棚内水管的水流量进行调节以实现资源的合理利用，避免能源的过度浪费。

监控总站通过人机交互接口实现对大棚内信息的设定。

当接收到异常信号后，监控中心发出报警信号，并提示监控人员故障发生点以及相关信息，以便监控人员尽早采取措施解决问题。

监控人员可通过监控总站对相关异常进行操作。

3.3.2软件开发3.3.2.1输入输出功能表介绍输入输出功能表3.3.2.2控制程序根据系统的主要部件和各部件的主要功能，程序大致分为：变频器控制；加热器控制；风阀控制；以及LOGO!TD的编写。

（1）温度的控制大棚中温度的控制通过热电偶检测信号，热电偶是一种感温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号。