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巨浪牧場蔬菜溫室地熱供暖智能控制系統的設計與實現

更新時間：2022-01-14　點擊量：987

摘要:選取地熱資源為研究對象,因地制宜,搭建蔬菜溫室,使用智能控制系統,將巨浪收場本地地熱資源應用在農業生產中.智能控制系統主要由底層傳感器,單片機控制系統和上位機控制軟件組成.使用溫度傳感器實時采集蔬菜溫室內溫度,將溫度信息傳遞至單片機控制系統,單片機控制系統通過RS232串口將溫度信息傳遞至上位機軟件.將蔬菜的最佳生長溫度范圍錄入到上位機控制軟件數據庫中,通過實時判斷將處理信號反饋給單片機控制系統,通過單片機調節供熱管道開關來控制溫室內溫度,實現了溫度的智能控制和地熱資源的合理利用.

關鍵詞蔬菜溫室;地熱資源;智能控制;單片機.

近年來濃業現代化技術有了高速發展濃業生產與高新技術結合地越來越緊密.設施農業是依靠科技進步形成的高新技術產業是傳統農業向現代農業發展的重大飛躍是農業生產規模化!現代化的集中體現池是實現農業高產!優質的重要措施.溫室及其配套設施是當代設施農業應用的一個重要方面.

傳統溫室的增溫主要依靠燃煤鍋爐產生熱量通過熱水管道熱輻射或者輸送熱風來提高和保持溫室內的溫度.燃煤不僅成本較高而且鍋爐一般就近建在溫室旁邊產生的廢氣和煤塵不利于溫室內農作物的生長.地熱供暖提供了一種節能!環保的供暖方式同時將智能控制系統應用到蔬菜溫室當中提高了地熱資源的利用效率.

1供暖方案的確定.

1.1供暖循環流程.

巨浪牧場內的地熱并為低溫地熱并,常年出口水溫40e一59e,以林熱1并為例出口水溫53e采用梯級利用方式.53e的地熱水經過板式換熱器1[]后將熱量傳遞給供熱水供熱水水溫升至45e左右后開始為建筑供暖建筑供暖后的尾水水溫降至30e.

溫室在陰天和夜間需要進行溫室增溫需要增溫時打開閥門30e的供暖尾水進入溫室進行增溫增溫結束后尾水水溫降至7e進行回灌如不需要增溫,閥門關閉洪暖尾水直接回灌.

1.2溫室供熱管道的合理分布.

巨浪牧場內的溫室為半坡溫室,承重骨架為保溫磚墻和鋼結構堅固耐用并且牧場內采用換熱器間接供暖的方式避免了地熱水對管道的腐蝕,所以溫室內采用吊裝供熱管道的方式進行增溫,將換熱后的供暖水灌入供暖管道通過加熱管道外表面對流和熱輻射對溫室進行增溫.牧場內的溫室長為25m寬為6m,以lm的間距吊裝管道,所以每間溫室需要吊裝的供暖管道數量為3x6=18根.

蔬菜栽種初期管道距離地面大約.05m高度隨著作物的生長高度而不斷變化作物成熟時可提高到l-nr1.5m左右.

2蔬菜溫室智能控制系統結構.

2.1硬件結構及控制原理.

溫室供暖智能控制系統是單變量輸入輸出系統主要用來調控溫室內的溫度.常見的臺式計算機主板都有RS232串口為RS232串口的普及提供了方便,但是232串口的有效傳輸距離短,超過10m后信號衰減嚴重,所以通信總線采用RS485串口與下位機連接在計算機與通信總線之間加一串口轉換模塊即可.上位機對整個系統進行配置參考作物知識庫對溫度參數進行設定實時判斷溫室當前溫度是否超過了設定的最佳范圍并向下位機發出控制信號同時可讀取存儲顯示和打印單片機測量的數據.下位機接受各個溫度傳感器采集來的實時溫度信息上傳給上位機系統并且接受上位機的開關信號來控制供暖管道閥門的開關.單片機控制系統可以獨立于計算機工作,具有可靠性高及豐富的內置集成功能,斷電時對內置的數據進行保護和保存,擁有豐富的擴展模塊.

.22元器件的選取.

溫度傳感器常見的有熱電偶和熱敏電阻.熱電偶應用廣泛,價格便宜而且耐用.但是其非線性!精度中等!靈敏度低!穩定性低!

高溫下容易老化和有線性漂移并且測量需要參考量.熱敏電阻主要用于一200e到500e溫度范圍內的溫度測量,其反應速度快工藝好價格低但是溫度系數要大而且需要穩定的溫度源不適合牧場溫室使用.本控制系統采用數字式傳感器選擇0518B20作為溫度測量元件.OS18B20傳感器在測量過程中可對溫度進行自動校準淮確的測量溫度.產品互換性好相應速度快航干擾性強不需要外部參考源和外部器件.

在單片機的選擇上采用TSC89C58單片機.此單片機是一款新型的51內核的單片機啟內部包含1.2KRAM超低功耗價格低,正常工作模式下功耗為4一7lT八空閑模式下小于21下八.它與傳統的51單片機相比具有強大的能力能夠承受一40田5度的工作環境芯片內置高抗靜電電路河輕松抗過Zooov的快速脈沖干擾,同時對單片機的電源!時鐘!復位電路都進行了特殊處理避免被人為干擾.

.23上位機系統與下位機系統的通信.

溫室供暖智能控制系統團主要是根據用戶設定的溫度參數與當前溫度做對比通過控制措施來調節溫室內部的溫度創造出適合作物生長的最佳溫度環境.根據作物不同生長階段的需求輸入不同的溫度參數與溫室環境的實時檢測參數進行比較后調整供暖管道開關.單片機與上位機和其它設備之間采用串口通訊節約了電纜數量,降低了布線難度網絡傳輸距離可達1200嘰計算機通過通訊模塊以及I心接口與單片機相聯進行數據與信息的交換,再經過I心輸出接口控制繼電器以及與繼電器對應的電磁閥等設備.

3智能控制系統的設計與實現.

整個智能控制系統包含參數設置數據存儲歷史數據查詢溫度報警遠程控制退出系統及幫助菜單等選項.在軟件編制過程中充分考慮了經濟!節能!實用的特性.軟件的參數設置功能用來設置作物生長的溫度上限和溫度下限.當溫度低于下限或超過上*會啟動溫度報警功能,同時系統會自動做出反應溫度超過上*系統關閉供熱閥門打開通風窗口降溫溫度低于下*系統打開供熱閥門并關閉通風窗口.單片機系統有完善的設備故障報警系統及傳感器數值校正功能并且各個傳感器獨立工作互不影響確保系統的正常運行.

4結論.

4.1地熱資源作為一種新型能源越來越受到重視,本設計利用本地熱能搭建溫室系統解決了傳統供熱方式高耗能!有污染的問題肩很高的經濟性和實用性.

4.2將單片機與上位機結合使用實現了溫室供暖的自動控制,合理利用了地熱資源,同時為用戶提供了良好的控制界面操作簡便便于推廣.

全自動野外地溫監測系統/凍土地溫自動監測系統

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TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：

為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

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巨浪牧場蔬菜溫室地熱供暖智能控制系統的設計與實現

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