基于PLC和GPRS的智能畜牧养殖大棚系统的设计

绪论1.1研究背景和意义在我国畜牧养殖业在国家经济中占据了很大比重，尤其是在内蒙古、新疆一带，但是古老的散养模式并不能带来高产且优质的肉类产品。优质的肉类是当今社会人类必须摄入的蛋白质来源之一，并且肉类在一日三餐中占据了很大比例，目前中国大部分肉类主要依赖进口国外，并且人口稠密的城市是不适合进行大规模畜牧养殖的，一些人口稀少的边远地区又面临着环境条件恶略，如果进行大规模畜牧养殖牲畜性命得不到保障，于是一套适应我国国情的智能畜牧养殖大棚系统就显得尤为重要。怎么样去精确且稳定的检测智能畜牧养殖大棚的环境参数、如何实现定时定点对牲畜投喂饲料，如何保障牲畜的饮用水就具有重要的研究价值。影响牲畜生长的原因的比较多，例如温度、湿度、还有定时定点的投喂料、充足的饮用水，畜牧大棚对这些信息的采集也提出了不同的要求，传统条件下才有电线进行上下位机的关联，因为畜牧养殖基地主要建立在比较偏僻且环境较为恶略的地方，如果遇到恶略天气在畜牧大棚内部的操作方法就会失效。于是我采用的一种方案就是使用无线GPRS传输的方式进行数据的传输，这种方案是对于上述问题最好的解决方案并且这种方案的成本低、稳定性好。通过GPRS外挂设备可实现上位机（PLC）和下位机（计算机）远距离无线传输，通过组态王画面和PLC按钮可以满足现场和远程上位机（计算机）同时操控的需求，使上位机和下位机可以实现对采集信息的运算、处理，达到对畜牧大棚中的通风系统、升温系统、紧急消防系统、加湿泵加湿系统、报警系统、自动蓄水系统、自动投喂料小车系统的控制。根据上述研究说明我选用了DHTM-025、MQ-2这两种传感器来检测畜牧大棚中的温度、湿度、烟雾浓度、之后将检测到的大棚环境数据通过GPRS设备传输显示到精心设计的组态王画面里。通过参数的变化来达到对执行机构的控制，本设计具有收集数据精度高、整体稳定性强、控制简单、符合我国国情的特点，在智能畜牧养殖中可以起到重要作用。1.2国内外研究现状和发展趋势1.2.1国外研究现状上世纪70年代荷兰、美国和日本就已经开始着手畜禽舍环境控制系统的研究。国内外很多的成功案例显示，美国提出的RFID技术在畜牧养殖业的应用有很大的前景，目前已经成为一种趋势。RFID技术是对动物的养殖、运输、屠宰等方面进行实时监控，可以有效的追溯动物的源头，便于当发生疫情的时候，可对其进行追溯，把疫情的踪迹暴露出来，把源头消灭。RFID技术应用系统能够提供即时、具体、可靠的把动物从出生到屠宰的整个过程的数据。RFID技术在畜牧业方面分为三级系统，分别为管理中心、控制中心、检疫站。应用计算机养殖是以色列的一大特色，其兽医中心、饲料中心、育种中心都建立了全国的信息网络系统，每一个畜牧养殖基地都安装了牲畜观管理软件，牲畜从出生到出售，实施全程监控。牲畜成长的各个阶段的数据都能及时被采集，育种专家、兽医专家、营养专家会随着对奶牛场进行综合数据分析，然后提出自己的建议，共享数据。1.2.2国内研究现状2018年慧云信息与英方合作单位共同展示了项目的最新研发成果——可穿戴智能传感设备以及智能监测物联网系统。如今许多养殖场的数据采集是依靠传统传感器，不仅体积大功能单一，而且需要定期消毒更换，成本高，而可穿戴智能传感器外观小巧轻便，可以配戴在工人身上，在工人完成喂食、清理等工作的同时，传感器就能迅速采集到禽舍内有害因子如温度、湿度、光照、二氧化碳、二氧化硫、病原微生物等环境因素，以及鸡鸣声音这一动态生理因素，方便快捷，且精准度更高。项目通过针对不同季节、不同品种和不同日龄的家禽养殖场进行临床测试，同时通过可穿戴智能传感设备监测有害因子数据，定义出健康、亚健康和患病家禽的数据基线标准，制定出智能监测物联网系统的应用技术规范。当传感器采集到禽舍内数据之后，根据系统中的家禽有害因子应用规则进行自动快速分析比对，一旦有某个数据出现异常情况，就可以及时做出综合防控措施，比如当鸡鸣声音出现异常，系统会自动识别声音的频率高低、声色特征，判定家禽是否异常，以防家禽发生病害，降低疫病发生率，提高家禽成活率。该设备的生产对于畜牧业生产自动化、智能化发展有着重要意义。1.3本课题研究内容本设计采用了基于PLC和GPRS的智能畜牧养殖大棚系统。温湿度检测采用DHTM-025传感器，烟雾浓度采用的时BQ-2，GPRS采用的是振鸿伟业生产的DTU4gGPRS，PLC对传输到系统里的环境数据进行处理，并通过GPRS传输到上位机组态王中显示出来，从而实现环境温湿度管理的实时性和有效性和畜舍防火防灾的基本安全。同时设计中还包含了定时定点的自动投喂料小车和自动蓄水装置，保障了牲畜的一个食物和饮水问题，同时组态画面也可以实时监测到小车和水槽的一个变化，非常直观。本设计需要完成的任务主要包括以下内容：选择合适的传感器完成对智能畜牧大棚内部温度湿度的检测；选择合适的烟雾传感器保障畜舍的一个防火防灾的安全；设计自动投喂料下车和自动蓄水装置，保障牲畜的一个食物和饮水；硬件部分设计（控制器型号的确定，无线通信模块的选择，流风机、遮阴帘、加湿机、报警装置等执行结构）PLC软件设计（软件部分设计主要包括：收集和计算传输来的温度、湿度实时数据值、烟雾浓度采集和读取、自动送料小车和自动蓄水装置、无线通信部分的实现，数据显示以及执行机构的控制）组态王设计（设计组态王画面达到远程手控和自动控制畜牧大棚的一切执行机构，同时也要直观的表现出来送料小车和蓄水槽的状态，显示及记录畜牧大棚内环境的变化值同时可以设计环境上下限制）GPRS无线传输的调试。2可编程控制器及GPRS设计概述2.1PLC的系统组成与工作原理2.1.1PLC的组成结构可编程序控制器是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称为可编程逻辑控制。如今人们仍然沿用PLC作为可编程控制器的缩写名称。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为工业现场应用而设计。它采用可编程的存储器，用于在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、算术运算和定时计算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。按硬件的结构形式不同，PLC可以分为模块式和整体式。本次设计中使用的是整体式，这种PLC的CPU、存储器I/O接口等都安装在一个箱体内，整体式PLC结构简单、体积小、价格低。小型PLC一般采用整体式结构，整体式PLC成本相对较低，逻辑控制相对简单。PLC的工作原理PLC的CPU有两种工作模式：运行（RUN）模式和停止（STOP）模式。处于停止（STOP）模式的CPU不执行用户程序，不刷新输入/输出过程映像区，但会处理通信请求、执行诊断功能，可以下载程序。基于安全的考虑，对于输出模块的输出值，有两种选择：保持上一次的值或者使用替代值。处于运行（RUN）模式的CPU以循环扫描的方式进行工作，依次分为如下几个步骤：1）将输出过程映像区的值写入到外设的物理地址中；2）将外设的输入值读取到输入过程映像区中；3）调用主程序组织块（OB1）；4）处理通信请求、进行自我诊断；5）任何时候如果发生中断事件，则进行中断处理；PLC每执行一循环扫描所用的时间称为扫描周期，每一个扫描周期内，外设的值（输入/输出）只更新一次，从而保证了PLC在执行程序时，不受外界信号变化的影响。2.2GPRS技术概述GPRS同时也被叫做通用分组无线服务技术，GPRS是一种被GSM移动电话客户正在使用的移动数据业务，它在数据传输技术中属于第二代。GPRS被称为是GSM的延续。以往连续在频道传输的方式和GPRS是有大大不同的，它的计费方式不是像以前以其整个频道来计算，所以在一些方面上比较便宜。它的传输速度相比之前有非常大的提高。现在网络技术上使用的传输技术就是分组交换技术。这项技术向使用者推出WAP游览、电子信箱等一些功能，使移动数据业务得到了很大的发展，这项技术将数据通信技术和移动通信技术的完美融合。2.3GPRS的优势及应用分组交换的传输模式是由GPRS首先引入的，将以前GSM采用的电路交换模式来传输数据的方式进行了质的变化，这种转变在无线资源稀少的情况下尤为重要。就电路交换模式来讲，位于全部链接时间内，使用者不管有没有传输数据都将一个人使用无线信道。在对话时间内，有很多的程序大多都有很多的闲置时间，好比上网页游览、接收电子邮件。而在分组交换情况下，使用者仅仅在发送、接收数据的时间段内才使用资源，这就是说同一个无线信道可以被大量的用户可高效率地一起使用，提升了信道的利用率。GPRS使用者的计费标准是以通信的数据量为依靠的，实现了“用多少，花多少”的原则。现实使用中，长达数小时几乎是每个GPRS用户的连接时间，然而他们支付的花费相对于其他是非常便宜的。时代催生了GSM中新的数据业务GPRS，无线分组数据接入服务可以用到每一个用户的身上。分组交换技术被GPRS所采用，这项技术可以使某些固定的信道资源被多个用户一起使用。伴随着带宽数量的变多，人们越来越喜欢移动办公的方式。在移动办公这种方式下每一个员工都可以无论在什么地方什么时间都可以和公司之间保持畅通的消息连接，这大大提高了工作的效率。这包括警务执法、商务办公，农林牧业、移动办公等等。很大程度上提升了办工和执行的速度。3系统的硬件选型与设计3.1传感器的选型与设计3.1.1传感器的选型原则在本设计中传感器的选择也是一项重要步骤，设计中数据传输的好坏是由传感器的质量来决定的，一个质量优秀适合系统的传感器不仅可以降低整个系统的成本，并且还可以使系统的性能大大提高，所以说传感器的选择在一个智能控制系统中显得尤为重要，由于目前温湿度、烟雾传感器的种类很多，所以我们在选择传感器是要秉着一下原则：功能达到系统所使用的要求、成本不能太高、使用要便捷易懂、满足系统的一个接口要求等等。3.1.2DHTM-025传感器本设计选择的温度、湿度传感器型号为DHTM-025，实物图如图3-1所示，本次设计选用的传感器具有高密度材质外壳、高精度、低功耗、易安装、范围广、一致性好的优点。图3-1温湿度传感器实物图这里选择的是5V的规格的DHTM-025，温湿度和电压对应的对应关系表3-1所示：表3-1温湿度与电压的对应关系输出对应表：0-5V电压（V）00.51.01.522.53.03.54.04.55.0电流（I）-20-1001020304050607080温度（%RH）01020304050607080901003.1.3MQ-2烟雾传感器本次课题选择的烟雾浓度传感器型号为MQ-2，实物图如图3-2所示，MQ-2是一种多气体探测传感器。它的探测范围相当的广泛。它的优点是稳定性好、反应快、寿命长、极灵敏的特性、简单易懂的驱动电路等特点。图3-2MQ-2实物图良好的重复性和长期的稳定性是MQ-2型传感器被选为这次课题的一个重要原因。初始稳定，响应时间短，长时间工作性能强，原理图如图3-3所示，规格说明如表3-2。图3-3MQ-2传感器原理图表3-2规格说明A．标准工作条件符号参数名称技术条件备注VC回路电压≤15VACorDCVH加热电压5.0V±0.2VACorDCRL负载电阻可调RH加热电阻31Ω±0.3Ω室温PH加热功耗≤900mW3.2PLC的选型与模块配置本设计的重中之重就是PLC的选型，PLC发展到现在种类可以说是琳琅满目，现在PLC的公司常见的有：德国的西门子公司；美国的罗克韦尔公司；法国的施耐德公司；日本的三菱公司和欧姆龙公司等；我们国家也有生产PLC的厂商，本设计对于PLC的选型要求是满足I\O接口数，操作方便，编程易懂，维护简单，成本低。3.2.1PLC的选型原则具体PLC信号的选择可以从以下几个方面考虑：1、I/O点数估算在PLC中的一项重要标准就是I/O点数。一个点数就是一个I/O单元。但是我们在生产生活中对于I/O口的选择时要到宁多不少的原则。本次设计对于输入、输出接口的要求如下所示输入信号：开始、停止信号还有一些控制执行机构的启停信号按钮，所以本设计至少需要18个输入，这里我们必须有20个输入。输出信号：由于本设计涉及到了报警，警示提醒，传感器输出，还有一些执行机构的输出，所以本设计至少需要10个输出，这里我们必须有14个输出接口。3.2.2PLC的选取及其特点PLC发展到现在种类可以说是琳琅满目，现在PLC的公司常见的有：德国的西门子公司；美国的罗克韦尔公司；法国的施耐德公司；日本的三菱公司和欧姆龙公司等；我们国家也有生产PLC的厂商，但是本次课题综合成本、I/O口数，于是选择了西门子公司生产的S7-200PLC。2.本设计PLC的配置这次选用的PLC型号是S7-200，它的CUP型号为226，该型号 PLC具有24个输入接口，16个输出接口，同时为了满足传感器的外界模拟信号输入我在本次设计中加入了EM235模块EM235模块具体的量程开关调整如表3-2-1。表3-2-1EM235功能配置表单极性输入量程范围单位123456ONOFF0FFON0FFON0到50mV12.5μVOFF0NOFFONOFF0N0到100mV25μAONOFFOFFOFFONON0到500mV125uAOFFONOFFOFFONON0到1V250μAONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mAONOFFOFFOFFOFFON0到20mV5μAOFFONOFFOFFOFFON0到10V2.5mA双极性输入量程范围单位SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFOFF±25mV12.5μVOFFONOFFONOFFOFF±50mV25μVOFFOFFONONOFFOFF±100mV50μVONOFFOFFOFFONOFF±250mV125μVOFFONOFFOFFONOFF±500250μVOFFOFFONOFFONOFF±1V500μVONOFFOFFOFFOFFOFF±2.5V1.25mVOFFONOFFOFFOFFOFF±5V2.5mVOFFOFFONOFFOFFOFF±10V5mV3.2.3PLC硬件设计表3-2-2是PLC的I/0分配表，包括输入I及其功能描述、输出Q及其功能描述。表3-2-2I/O分配表功能输入I功能输出Q自动模式启动I0.0报警器控制Q0.0手动模式启动I0.1加热器控制Q0.1报警关闭启动I0.2除湿机控制Q0.2加热器启动I0.3通风机控制Q0.3上水启动I0.4大棚加湿器控制Q0.4风机启动I0.5上水电机控制Q0.5加湿水泵开关I0.6小车左行控制Q0.6除湿开关I0.7小车右行控制Q0.7水池上限位I1.0翻斗门控制Q1.0水池下限位I1.1底门控制Q1.1左行开关I1.2右行开关I1.3翻斗门开关I1.4左行限位I1.5右行限位I1.6自动小车复位IPLC的硬件接线图3.2.5PLC模块EM235的硬件接线图4系统软件设计4.1PLC编程思路本次智能畜牧系统的要求如下所示：1、畜牧大棚温度监测：畜牧大棚内的温度值被实时监测，当监测温度值在当前设置温度区间内的时候，畜牧大棚内是正常情况，当大于温度区间时自动开启风机降低大棚内的温度到正常温度区间内，当温度小于温度区间的时候加热器自动开启，使温度回升到正常温度区间。2、畜牧大棚湿度监测:畜牧大棚内的湿度值被实时监测，当监测湿度值在当前设置温度区间内的时候，畜牧大棚内是正常情况，当大于湿度区间时自动开启除湿机降低大棚内的湿度到正常湿度区间内，当湿度小于湿度区间的时候加湿器自动开启，使湿度回升到正常湿度区间。3、当空气温度和空气湿度数值不在正常数值范围内时，报警器打开。4、烟雾浓度检测：畜牧大棚内的烟雾浓度值被实时监测，当监测烟雾浓度值在当前设置烟雾浓度区间内的时候，畜牧大棚内是正常情况，当大于设置烟雾浓度区间的时候，立即开启报警、开启紧急断电、开启消防喷水装置，开启通风机保护牲畜安全5、定时12小时的自动投料小车，启动30分钟、休眠12小时，符合牲畜的饲料习惯，保障了牲畜的一个正常饮食。6、自动蓄水装置保障了牲畜的一个日常饮水需求，在低水位自动蓄水，到达高水位线停止，自动补充。7、系统分为手动和自动两部分，方便人工进行处理。4.3梯形图程序设计图4-1手动、自动模式选择程序图4-2加热机构启动程序图4-3通风机启动程序图4-4空气加湿泵启动程序图4-5除湿机启动程序图4-6自动上水启动程序图4-6是上水控制程序，由上下水限位开关自动控制水位，可以做到缺水蓄水；满水关机的一个状态。图4-7自动投喂料装置小车程序图4-7是自动投喂料装置小车程序，自动投喂料小车可以做到休眠12个小时，自动启动30分钟完成一次投喂料动作，满足牲畜的一个饲料需求。图4-8紧急情况报警程序图4-8所示是报警程序，当畜牧大棚中温度、湿度、烟雾浓度大于或者小于设置区间的时候，紧急情况报警程序都将开启，提醒用户。图4-9图4-9是空气温度监测量程转换程序。输入到EM235的模拟量寄存在AIW0中。温度实时值输出到VD100中。图4-10图4-10是空气湿度检测量程转换程序。输入到EM235的模拟量寄存在AIW4中。温度实时值输出到VD132中。图4-11图4-11是烟雾浓度检测量程转换程序。输入到EM235的模拟量寄存在AIW2中。温度实时值输出到VD132中。4.4温度读入子程序设计中使用的传感器是DHTM-025，这种传感器是集温度检测和湿度检测一体的传感器，将外界采集来的模拟值转化为0-5V的电压，通过电压表示当前温度值的大小，之后将电压值传输到EM23中，通过系统中程序的一系列运算得出当前温度值,具体流程图可见图4-12。图4-12温度读入子程序流程图4.5湿度读入子程序由于DHTM-025传感器是集温度检测和湿度检测一体的传感器。所以湿度转化原理与湿度相同，多说无益，但是传感器中的湿度芯片HM1500输出电压是0V-5V的，当外界温度处于23摄氏度时它的输出电信号与输出湿度的计算关系是：Uo=1.079+0.2568RH（4-1）但是温度实时变化的当外界的温度不再是23摄氏度低，这时湿度传感器中的自动补偿就凸显作用了，这时HM1500温度补偿公式为：[]（4-2） 4.6烟雾浓度读入子程序烟雾浓度传感器使用的气敏材料是二氧化锡半导体，这种气敏材料属于表面离子式N型半导体。当它在200~300摄氏度时，二氧化锡就会将空气中的氧气吸附，形成氧的负离子吸附，这时电子在半导体中的密度就会减少，他的电阻值就会相应的增加。当烟雾和这种气敏材料接触之后，这时由于烟雾的变化晶粒间界处的势垒从而也产生了变化，这时表面导电率就会发生变化，直流电压（0V-5V）经过模块内部的A/D转换成12位数据存放在相应的寄存器之中，在经过内部程序对数据进行处理和运算后，再输入到规定的数据存储器之中以备其他程序的调用。MQ-2的计算公式阻值R与空气中被测气体的浓度C的计算关系式logR=mlogC+n(m，n均为常数)（4-3）常数n：与气体检测灵敏度有关，除了随传感器材料和气体种类不同而变化外，还会由于测量温度和激活剂的不同而发生大幅度的变化。常数m：表示随气体浓度而变数的传感器的灵敏度（也称作为气体分离率）。对于可燃性气体来说，m的值多数介于1/2至1/3之间。具体烟雾浓度读入子程序流程图如图4-13。4-13烟雾浓度读入子程序流程4.7GPRS(ZHD780DTU）产品概述ZHD780DTU系列是振鸿伟业研发的工业级4G全网通DTU产品。该设备是通过4G网络可轻松实现串口到网络的双向数据透明传输，ZHD780DTU系列采用灵活的RS232/485端子接口或者DB9接的接线方式与终端设备连接，从而实现客户终端设备与服务器间的通讯，实物图如图4-14所示。ZHD780DTU系列采用工业级军工设计，具有无线数据通信及数据处理能力；低功耗，外形小巧，坚固耐用；内嵌TCP\UDP\PPP\IP实现了用户设备到数据中心远程透传，便于集成。ZHD780DTU产品尺寸如图4-15所示。图4-14ZHD780DTU实物图4-15ZHD780DTU产品尺寸4.7.1ZHD780DTU产品功能及技术参数ZHD780DTU设备稳定并且可靠它支持宽电压范围输入；支持用户串口参数设；内部集成TCP/IP协议栈;支持参数配置，永久保存；提供串口数据双向转换功能；支持自动心跳，保持永久在线;支持动态IP地址数据中心DNS域名寻址。ZHD780DTU的技术参数如表4-1-1所示表4-1-1ZHD780DTU的技术参数规格∕网络ZHD780DTU（移动、联通、电信）无线参数ZHD780WTDD-LTE、FDD-LTE、WCDMA、TD-SCDMA、GPRSZHD780QTDD-LTE、FDD-LTE、EVDO、WCDMA、TD-SCDMA、GPRS、CDMA无线模块工业级4G模块CPU芯片组高性能32位嵌入式ARM处理器功能特点1：数据全透明传输2：支持实时永远在线数据传输3：支持掉线自动连接4：支持呼叫唤醒功能带宽ZHD780W2300-2575MHzZHD780Q2370-2655MHz通讯接口支持RS-232、RS485、DB9电源接口2.1芯电源头/端子接口(VIN/GND)3.5mm天线接口标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧电源宽电压供电：5V-24V工作电流开机12V50ma待机12V26ma发射12V60~150ma建议供电电流12V850ma以上即10W工作温度-40℃～+85℃工作湿度<95%无凝结指示灯具有网络、数据、在线指示、信号四个指示灯外形尺寸75长x72宽x18高mm(不包括天线和安装件)重量200g本次课题我们选用的是ZHD780DTU产品中的RS232/485（接线端子），该端子有接口稳定可靠、插拔方便、接线简单易懂等优势，具体RS232/485接线端子引脚定义如下表4-1-2所示：表4-1-2RS232/485接线端子引脚定义RS232/485接线端子引脚定义如下表所示：引脚信号名称描述备注1VIN电源输入正极5V~24V2GND电源输入负极3485-A485信号+4485-B485信号-5GND信号地6232-TXD232信号发送输出7232-RXD232信号接收输入8DCD悬空保留引脚4.7.2ZHD780DTU组网方案本次课题考虑到了组网时是上位机和下位机的交互，规模较小并且还要考虑到之后应用在实际中之后的一个成本问题，所以我选用了中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务的一个方案。此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务。1、中心公网固定IP：监控点直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。2、中心公网动态IP+DNS解析服务：客户先与DNS服务商联系开通动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用，具体的网络拓扑结构由图4-16所示。4-16ZHD780DTU网络拓扑图4.7.3ZHD780DTU的调试1、硬件准备ZHD780DTU需要用端子232/485接口进行配置DTU前请提前备好如下硬件：1）天线2）电源（自备支持5-24V宽电压，一般可用12v1A支持原厂购买）3）485转232的USB线（自备）14）连接端子带屏蔽引线（配置完成后与DTU所连设备时使用）5）已开通流量且有余额的移动或者联通SIM卡（自备）6）ZHD780DTU主机一个7）电脑/笔记本（自备笔记本可用USB口/电脑用DB9口或者USB）2、DTU参数配置1）打开2G/3G/4GDTU参数配置软件如图4-174-17‘2G/3G/4G’DTU参数配置软件2）“串口”参数进行设置，根据实际情况选择相应的串口号，我选择的是COM1串口，波特率为9600，停止位为1，校验位None。如图4-18所示4-18串口调试3）点击“一键读取”按钮，读取DTU的配置信息和系统参数。如图4-18所示4-18DTU的配置信息和系统参数4）此时DTU配置成功，关闭配置程序，避免程序之间造成冲突。3、DTU与服务器连接1）打开服务器软件，界面如图4-19所示4-19服务器软件界面图2）点击“创建服务器”，界面如图4-20所示，把“本机端口”设置为2000，将这里的“本机端口”和DTU处的“主数据中心端口”设置成一致。4-20创建连接设置3)点击“启动服务器”按钮，等待上线，大约需要等待10至30秒的时间，成功界面界面如图4-21所示4-20DTU与服务器成功界面5监控界面设计5.1组态王界面设计组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司生产出来的工控软件。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序，图形编辑器也是组态王的一大创新特色，在组态软件中用户可以新建画面、模板、符号、图库精灵等，可以直观的设计出用户所需要的工控界面。本设计中组态王界面的设计也是其中非常重要的一个环节，组态王界面的好坏关系到了用户的一个使用体验，一个好的界面不仅简单明了并且对系统的一个控制也能做到面面俱到，本章节就详细概述了如何设计一个成熟的组态王控制监控画面。5.2组态王设置1、组态王串口设置（1）在本次设计中要把PLC和组态王关联起来就要用到设置组态王的串口设置，这里我们选用了COM1串口，设备选用了西门子S7-200系列，通讯口使用了自由口里的GPRS接口，完成了使用GPRS设备的无线传输。如图5-1所示。 5-1组态王串口设置（）这里我4GDTU选用了桑荣协议，这里组态王的板卡我选择了莫迪康ModbusRTU,保证了组态王和上位机的正常通讯，如图5-2组态王板卡的选择。5-2组态王板卡的选择2、数据词典要将组态王和PLC的状态和按键相关联的话，那么组态王中数据词典的设置是必不可少的，这里对PLC中按键关联了M寄存器，避免了组态王按键和PLC按键之间的冲突，同时也关联了每个电器机构的状态。如图5-3所示5-3组态王数据词典的设置3、自定义函数命令语言为了将PIC控制的电器机构和组态王的画面同步，这里编写了一部分的组态王的动态程序，满足了组态画面机构和现场电器机构的同步，达到了实时监控的目的。如图5-4所示。5-4组态王程序编写5.3组态王画面测试1、组态王历史界面本设计在组态画面中添加了历史画面曲线，通过历史画面曲线可以了解到最近一段时间内畜牧大棚内的环境变化，可以就这个变化趋势对牲畜进行针对性管理。历史曲线如图5-5所示。5-5组态王历史曲图2、畜牧养殖大棚报警记录界面在组态设计中我添加了报警记录，报警记录可以记录下每一次报警的时间、日期以及原因，可以更加直观的看的每一次的报警记录，方便对这一时间段中管理出现的问题进行汇总。报警界面如图5-6所示5-6组态王报警界面3、畜牧养殖大棚控制界面如图5-7所示，该画面就是设计之后的组态王画面，通过该画面可以直观的了解到大棚内的温度、湿度、烟雾浓度，还有每个执行机构的状态，并且通过画面还可以了解到送料小车的动态情况，以及蓄水装置的水位情况，画面内还可以设置大棚内部温度、湿度、烟雾浓度的一个上下限，通过画面上的按钮和开关可以对大棚内的执行机构进行手动或者自动控制。 5-7畜牧养殖大棚控制界面6结论本次设计是基于GPRS和PLC的智能畜牧大棚系统，设计是以PLC为主要控制核心，采用了DHTM-025,MQ-2传感器完成对畜牧生长环境参数的采集，使用振鸿伟业推出的ZHD780DTU作为上位机和下位机的传输渠道，完成了传感器对畜牧大棚环境内温度、湿度、烟雾浓度采集、通过PLC进行运算，达到对畜牧大棚中的通风系统、升温系统、紧急消防系统、加湿泵加湿系统、报警系统的控制，同时自动蓄水系统、自动投喂料小车系统完成对牲畜的饮水要求和饲料要求，本文完成了以下工作。（1）通过研究国内外的牲畜大棚现状，确立课题的研究方法，进行整体系统的设计，并分模块进行硬件搭接及软件设计。（2）学习PLC的相关指令，并编写程序。（3）通过查阅资料了解传感器的分类与选型，确定设计中要使用的传感器。（4）学习EM235模块的知识，使EM235模块可以成功采集传感器信息。（5）学习振鸿伟业ZHD780DTUGPRS模块内容，使上下位机可以远距离无线传输。（6）学习组态王的使用方法，创建画面、编写命令语言等完成畜牧大棚远程控制界面的设计。本设计通过对智能畜牧大棚系统的研究，可以实现对畜牧大棚内的环境进行监控和对牲畜饮食、饮水的智能化控制。但是本系统还存在一些问题，需要进一步改进，而且功能上还可以做进一步的扩展。（1）加入智能识别模块，对牲畜可以精准识别，了解牲畜对不同环境的需求（2）加入监控摄像头，完成对大棚的实时监控（3）加入红外热感应模块和GPS定位模块，实时了解牲畜数量和动态参考文献[1]P.Salgado，J.BoaventuraCunha．Greenhouseclimatehierarchicalfuzzymodeling［J］．ControlEngineeri