生态湿地模拟实验系统.doc

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 一．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，地下环境因子生长传感器，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.土壤因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.模拟湿地水位自控系统，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变化.环境变化.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,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 ◆ 降雨高度：≤3m◆ 雨强范围：10mm/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：0.01 mm/h◆ 降雨调节精度：7 mm/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 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、CO2浓度等，以适应不同植物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，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围，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、工厂等诸多领域电压（mV）湿度(%RH）电压（mV）湿度（%RH）电压（mV）湿度（%RH）电压（mV）湿度（%RH）10320174027242253310479108421766282448543130801111317932924755531578111374181930250156318382116351845312527573209831189618713225535832358412167189833258059326285124281924342606603288861268919503526326133148712941019763626586233408813211120033726846333668913471220293827116433939013731320553927376534199113991420814027636634459214251521074127896734719314521621344228166834989414781721604328426935249515041821864428687035509615301922124528947135769715572022394629217236039815832122654729477336299916092222914829737436551001635232317492999751662242344503025761688252370513052771714262396523078782.2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 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 4 00~700 nm 之间，其中 425~490 nm 的蓝光以及 610~700 nm 的红光对光合作用贡献率最大，而 520~610 nm（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，不 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—红光光敏色素（Pr）和远红 光光敏色素（Pfr）Pr 吸收波长为 660 nm 左右的红光，Pfr 吸收波长为 730 nm 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 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:1×10-17 cm/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四 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。