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基于MCGS与DTU的农业蔬菜基地 远程监控系统的设计(下)

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基于MCGS与DTU的农业蔬菜基地 远程监控系统的设计(下)
2022-07-25 23:59:13 阅读: 发布人:纵横智控

2 上位机监控软件系统的设计 2.1 MCGS组态软件的系统构成 MCGS组态软件由 2个系统组成:组态环境和运行环境。 两者相互独立,相互联系。在组态环境中用户根据自己的需 求设计组态工程,主要包括动画的设计以及相关程序的编写。 生成的组态数据库,也就是扩展名为 .mcg的工程文件,它与 MCGS运行环境一起构成了用户应用系统。其中实时数据库 是整个系统的核心,主要指实时读取和对象的封装,就是一个 对象的多个属性或者动作都集成在数据库里,它将 MCGS工 程的各个部分连接成一个整体。整个工程里的变量都是定义 在该窗口,这些不同类型和名称的变量,是数据在进行采集、 处理、控制输出以及驱动设备时的对象[4]。MCGS软件系统 构成如图 2所示。

RTU

2.2 设备通道的连接设置 在本系统中,上位监控层主要连接的外部硬件就是 2个 传感器,即土壤温湿度变送器,温湿度二氧化碳光照度变送 器,根据传感器的说明书在设备窗口里设置相关的属性,按照 设置向导正确设置设备连接通道、对应数据对象等参数,建立 与系统的连接。这样当主机即上位机发送查询指令,从机即变送器就会作出应答,通过 RS-485接口将数据传递给上位 机,系统就可以获取变送器采集的环境参数,根据相关设定实 现对基地现场的控制。使用 MCGS编写上位机可以不用编写 驱动程序,本项目使用的是 ModbusRTU驱动,因此通道连接 只需配置正确即可。

MCGS提供了国内外常用的工控产品的设备驱动,设备 窗口是 MCGS与外部设备联系的枢纽,在该窗口通过构件把 外部硬件设备的环境参数采集进来,送入到实时数据库,或者 把实时数据库里的数据输出到外部设备[5]。使用时只需从 设备工具箱中找到所要用的硬件设备,按照外部硬件设备的 类型正确设置设备连接通道、对应数据对象等参数,使系统能 够从外部硬件设备读取数据进行处理分析从而对基地现场进 行控制[6]。本项目中通过土壤温湿度变送器、温湿度二氧化 碳光照度变送器进行现场数据的采集,然后通过 RS-485口 进入上位机。由于 MCGS提供了 ModbusRTU的驱动,所以 无需再编写相关的驱动程序。在本项目的监控系统中首先 MCGS的设备管理菜单中设置通用串口父设备,然后从设备 工具箱中找到莫迪康 ModbusRTU并将其挂接在通用串口父 设备上,再按系统的要求进行定义和设置设备的组态,即可将 现场的环境参数传到组态软件中进行处理。


2.3 监控界面的设计 MCGS组态软件设计的农业大棚监控界面主要包括 4 个:实时数据、报警设置、手动设备控制、报警记录显示,如图 3所示。可根据不同大棚和植物生长对环境参数设置合理的 上下限,实时数据超出设定范围指示灯就会产生报警提示。 根据报警,不仅可以通过手动对水泵、通风机、升温设备、卷 帘、喷雾设备、日光灯等设备进行开关操作,而且可以自动控 制相关设备的开启和闭合,使其生长环境达到最佳状态。

3 农业基地数据的远程传输

当基地大棚数量达到一定的规模后,如何将众多分散的大棚里面的信息传至管理中心,是本项目研究的又一个核心 问题。本研究提出利用 DTUGPRS进行远程通信,将基地现 场的环境参数、控制状态传递给管理中心,以便对数据进行分析,并及时有效地进行远程控制。

3.1 GPRS技术简介 GPRS是通用分组无线业务的简称,是封包交换数据的 标准技术。GPRS技术是 GSM技术的一个升级,投资相对较 少,但是能够实现全网覆盖。GPRS在 GSM的基础之上采用 了新的编码方式,在核心网部分采用了分组交换的方式,使 GPRS的传输速率最高可提升至 114kb/s,突破了电路网只能 64kb/s的传输速率[7]。GPRS只对 GSM的部分无线参数进 行了修改,提高了无线资源的利用率,有利于运营商的网络优 化,提高了 GSM网络的数据通信能力,培养了移动数据业务 市场。同时 GPRS技术融合了 GSM与 IP技术的精华,既保持 了良好的移动性,同时又具备了 IP技术的灵活性。GPRS用 户与外部数据网建立连接的时间比较短,在网络质量比较好 的情况下,只需要 1~1.25s。收费方式更为合理与便宜, GPRS用户所使用的费用是以传输单位来计算的,而不是用 整个频道。因为 GPRS的信道是可以共享的,用户需要的时 候才会有包产生。GPRS技术还引入了 APN接入点名,便于 实现业务的全球漫游[8]。

3.2 DTU通信原理 DTU就是把终端数据通过网口或者串口把数据通过无 线网络传递给服务端,实现 TCP/IP协议与串口数据流之间 的相互转换,是数据传输单元的简称。采用透明传输,分为数 据上行和数据下行,可以为不带 TCP/IP协议处理能力管理 的设备提供无线通信能力。

数据下行:在信息管理中将控制命令,根据自定义帧格 式,封装成 IP包,通过 Internet/GPRS网络发送给 DTU,DTU 收到这个 IP包后,通过 RS-232串口,传递给 MCGS,MCGS 根据自定义帧格式,还原数据,实现驱动水泵、通风设备等电 机终端的各种状态。

数据上行:MCGS通过 RS-232串口发送状态数据,经过 DTU后被封装成 IP包,通过 GPRS网络发送到信息管理中 心;数据中心的软件会根据自定义的帧格式,将收到的 IP包 存入数据库,工作人员可以通过浏览器或者客户端软件查看 数据,然后对信息进行判断和决策。

3.3 如何配置 DTU参数 本系统采用的是铭羽电子 MY1000GPRSDTU。主要配 置过程如下: (1)DTU串口通过串口线与计算机串口相连,打开 DTU 配置软件,在 “计算机串口设置”部分,选择相应的串口号,如 使用的是 USB转串口模块,应在系统的“设备管理器”中查看 安装驱动后映射的串口号。波特率选择 9600,校验位 NONE, 数据位 8,停止位 1。这些配置好后,则给 DTU上电,然后 5s 内点击“进入设置”按钮,向 DTU发送开始设置的串口命令。 (2)接着进入设置状态,进入“终端联网参数”界面,并自 动查询出终端当前的一些连网参数。在“接入中心 IP”处可 以填写服务器 PC在公网上的 IP。 (3)接入中心端口可以保持默认值 10000不变,中心协 议选择 TCP协议,GPRS用户名和密码保持不变。APN名称, 如是联通则是 UNINET,移动则是 CMNET。终端编号是 4个 数字,可自己设置,每台都不同,可从 0001开始编写。SIM卡 号是用户插入终端的手机卡号。心跳包一般设置为默认的60,这样 DTU参数便配置完成。 (4)接着配置 DTU串口与外部硬件设备参数。选择“终 端串口”选项,进入设置界面。目前 DTU支持的波特率范围是 1200~115200,接口校验方式支持:NONE(无校验)、ODD(奇校 验)、EVEN(偶校验)。支持的数据位是8位,停止位是1位。 (5)如果设置的串口参数为 115200,E,8,1。则在 DTU 未连上中心服务器前还是会保持 9600,N,8,1的参数,只在 登录中心软件后才会看到到设置的串口参数。设置成功后, 最后点击“退出设置”图标,DTU将重新启动,根据设置好的 参数开始连接中心服务器。 4 远程监控层 管理中心由网络接入设备和工作计算机等组成,用以完 成基地现场环境参数信息的采集、存储和显示,同时实现对基 地视频远程手动控制,实现对基地环境参数的远程控制。本 系统主要设计的界面如图 4所示: (1)设置了历史报表、报警设置、历史曲线等选项,点击 对应的按钮,就会弹出对应的界面。用户可以参照相关的界 面显示,作出合理的判断。每个界面都可以打印输出,便于整 理归档。(2)对各基地的空气温湿度、氨气浓度、土壤温湿度、光照 度等参数实时显示。同时配置了施肥器、通风机、水泵等虚拟装 置,用户只需点击虚拟装置,便可实现对远程装置的开关操作。 (3)信息管理中心可以根据 2个传感器传送的环境参数, 对相关参数进行设置,实现农业基地环境参数的自动控制。


5 结论本研究所设计的基于 MCGS与 DTU的农业蔬菜基地远 程监控系统已在徐州市的某个蔬菜生产基地应用,使用效果 表明系统稳定可靠,提高了基地的生产监控管理水平和经济 效益。目前 DTU和组态软件在国内迅速发展,利用这两者开 发的农业基地监控系统,可以显著提高各个基地的自动化控 制和管理水平,以比较小的投入获得了一个比较好监控与维 护的农业基地远程控制系统。该系统具有良好的通用性,通 过选用不同的传感器,更改一些参数设置,就可以应用到不同 的应用场合,如智能家居、车联网等。

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