一、 系统概述
1.1 方案背景
目前,我国发展和应用较多的主要是塑料大棚、日光温室及连栋温室,也有少量先进的智能温室。其中,节能型日光温室、普通日光温室和塑料大棚发展最快。日光温室是一种具有中国特色的一-面坡温室型式,是我国北方地区越冬生产园艺产品的主要温室型式。日光温室近10年来发展十分迅猛,形成了一定的产业规模。自控现代化温室自改軒放的20世纪80年代初开始逐步引进至今,我国的现代化连栋温室是在引进和自我开发并进的过程中发展起来的，目前我国已能够设计生产各种现代化连栋温室。我国现代化温室除智能化控制系统外, 硬件系统基本达到与国际同步的水平,但品种和栽培管理面的技术与发达国家还存在着较大的差距。
1.2 方案现存问题
大棚蔬菜种植要求相对较高,不管是土壤的质量程度,还是施肥管理都有高要求,需从科学角度出发。选择种植的蔬菜土地要平整、精细,在种植前对土地要翻新、施肥、除草等。于大棚内的温度与外界具有一定的差异性,施肥需适量,避免过量施肥造成土壤变质。
大棚蔬菜在种植过程中,由于大棚内密闭,易产生-些有害物质,损害了蔬菜的生长速度。因此,要正确控制棚气,并合理运用棚气。在早上大棚内的蔬菜较为缺乏二氧化碳 ,应适当补充CO2气肥,促进蔬菜的生长。在午间气温较高的时候,适当打开通风口,进行换气,避免有害气体伤害蔬菜。选择种植的大棚蔬菜以喜温型为主,最佳温度25°C~ 33°C ,生存上最高温度不能超过44° ,最低不能在0°以下。当温度超过33°C时,要给予降温处理,可以采用定期开棚通风、换气孔、喷雾等。当低于0°C时,给予加温处理,如热风加温等。注意控制棚内湿度,避免湿度过大影响蔬菜的生长。因此,需经常通风换气,改善大棚內的湿度。
1.3 智能温室环境监测系统拓扑图
1.4 方案概述
针对温室大棚的特点，建大仁科推出温室大棚智能解决方案，该方案由环境监控主机、温湿度变送器、二氧化碳变送器、氧气变送器、土壤温湿电导率、光照变送器组成，可以实时监测温室大棚内的空气温湿度、土壤温湿度、土壤电导率、二氧化碳浓度、光照强度，并实时上传至云平台。同时，系统还可以通过电脑、手机、Pad等信息终端向管理者推送实时监测信息、报警信息，实现温室大棚信息化、智能化远程管理，充分发挥物联网技术在农业生产中的作用，保证温室大棚内的环境适宜作物生长，实现精细化的管理，为作物的高产、优质、高效、生态、安全创造条件， 帮助客户提高效率、降低成本、增加收益并且减少人力劳动。
二、 方案简介
2.1 系统组成
该方案由环境监控主机、温湿度变送器、二氧化碳变送器、氧气变送器、土壤温湿电导率、光照变送器组成，可以实时监测温室大棚内的空气温湿度、土壤温湿度、土壤电导率、二氧化碳浓度、光照强度，并实时上传至云平台。
2.1.1 温湿度传感器
温湿度传感器RS -WS-N01-2-*为壁挂高防护等级外壳,防护等级IP65 ,防雨雪且透气性好。电路采用美国进口工业级微处理器芯片、进口高精度温度传感器,确保产品优异的可靠性、高精度和互换性。本产品采用颗粒烧结探头护套,探头与壳体直接相连外观美观大方。输出信号类型分为RS485 ,最远可通信2000米,标准的modbus协议,持二次开发。
2.1.1.1 功能特点
采用瑞士进口的测量单元，测量精准。采用专用的 485 电路，通信稳定。10~30V 宽电 压范围供电，规格齐全，安装方便。
2.1.1.2 技术参数
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直流供电（默认） |
DC 10-30V |
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最大功耗 |
0.4W |
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A 准精度 |
湿度 |
±2%RH(60%RH,25℃) |
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温度 |
±0.4℃（25℃） |
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B 准精度 （默认） |
湿度 |
±3%RH(60%RH,25℃) |
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温度 |
±0.5℃（25℃） |
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变送器电路工作温湿度 |
-40℃~+60℃，0%RH~95%RH（非结露） |
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探头工作温度 |
-40℃~+120℃，默认-40℃~+80℃ |
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探头工作湿度 |
0%RH-100%RH |
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温度显示分辨率 |
0.1℃ |
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湿度显示分辨率 |
0.1%RH |
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温湿度刷新时间 |
1s |
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长期稳定性 |
湿度 |
≤1%RH/y |
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温度 |
≤0.1℃/y |
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响应时间 |
湿度 |
≤8s(1m/s 风速) |
|
温度 |
≤25s(1m/s 风速) |
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输出信号 |
RS485(ModBus 协议) |
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安装方式 |
壁挂式 |
2.1.2 光照度变送器
光照度变送器RS-GZ*-*. -2是一款高精度感光变送器 ,输出数值计量单位为Lux,设备采用壁挂防水外壳,壁挂式安装,防护等级高。 485通信,标准ModBus -RTU通信协议,通信地址及波特率可设置,最远通信距离2000米,产品供电为10-30V宽电压供电,主要应用于农业大棚、花卉培养温室、农业大田、电子设备生产线等需要光照度监测的场合。
2.1.2.1 功能特点
■ 高精度光照度检测测量范围 0-6 万 Lux、0-20 万 Lux 可选。
■ 485 通信，标准 ModBus-RTU 通信协议，通信地址及波特率可设置，最远通信距离 2000 米
■ 壁挂防水壳，防护等级高，可用于室外或恶劣的现场环境
■ 10-30V 直流宽电压供电
2.1.2.2 技术参数
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直流供电（默认） |
10-30VDC |
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最大功耗 |
0.4W |
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精度 |
湿度 |
±3%RH(60%RH,25℃) |
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温度 |
±0.5℃（25℃） |
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光照强度 |
±7%(25℃) |
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高精度 |
光照强度 |
±4%（25℃） |
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光照强度量程 |
0-65535Lux；0-20万Lux |
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温湿度量程 |
-40℃~+60℃，0%RH~80%RH |
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长期稳定性 |
温度 |
≤0.1℃/y |
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湿度 |
≤1%/y |
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光照强度 |
≤5%/y |
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响应时间 |
温度 |
≤18s(1m/s风速) |
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湿度 |
≤6s(1m/s风速) |
|
光照强度 |
0.1s |
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输出信号 |
RS485(ModBus协议) |
2.1.3 二氧化碳变送器
二氧化碳变送器RS C02*-*. 2该变送器采用新型红外检定技术进行CO2浓度测量,反应迅速灵敏,避免了传统电化学传感器的寿命及长时间漂移问题,广泛适用于农业大棚,花卉培养、食用菌种植等需要CO2及温湿度监测的场合。设备10 30V宽压供电,外壳防护等级高,能适应现场各种恶劣条件。
2.1.3.1 功能特点
■ 新型红外检定技术进行CO2浓度测量，准确度高，漂移小，寿命长
■ 测量范围宽，默认0-5000ppm（默认），自带温度补偿，受温度影响小。
■ 485 通信，标准ModBus-RTU通信协议，通信地址及波特率可设，最远通信距离 2000 米
■ 产品采用壁挂式防水壳，安装方便，防护等级高。
2.1.3.2 技术参数
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供电电源 |
10~30V DC（平均电流<85mA） |
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功耗 |
0.3W（24VDC） |
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CO2测量 |
测量范围 |
0~5000ppm（默认）可选：0~2000ppm 0~10000ppm |
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CO2精度 |
0 ~ 5000 ppm : ±(50ppm +3% F•S)（25℃） 0 ~10000 ppm : ±(50ppm +5% F•S)（25℃） |
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高精度：0 ~ 5000 ppm : ±(45ppm +3% F•S)（25℃） 0 ~10000 ppm : ±(45ppm +5% F•S)（25℃） |
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工作环境 |
-10~+50℃、0-95%RH(无凝结) |
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系统预热时间 |
2min(可用)、10min(最大精度) |
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响应时间 |
90%阶跃变化时一般小于90S |
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稳定性 |
<2%F·S |
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非线性 |
<1%F·S |
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数据更新时间 |
2s |
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分辨率 |
1 ppm |
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输出信号 |
485、4~20mA、0~5V、0~10V、WIFI、4G、LORA |
2.1.4 氧气变送器
氧气变送器RS-02*-*-*- 25Vo|采用进口一线大品牌电化学氧气传感器,具有反应迅速灵敏、抗干扰能力强的特点 ,经过我司独有的补偿算法、鍛标准气体标定,具有寿命、高精度、重复性和高稳定性的特点。适用于仓库、车间、 化工厂、大棚养殖场、密闭生活场所等需要实时监测氧气浓度的场合。设备采用485 信号输出,标准ModBus- RTU通信协议、ModBus 地址可设置,波特率可更改,通信距离最远2000米。
2.1.4.1 功能特点
■ 采用进口一线大品牌电化学传感器，稳定耐用。
■ 量程 0-30%VOL,其他量程亦可定做。
■ 测量精度高，可达±2%FS 以内,重复性可达 1%以内。
■ 485 通信接口标准 ModBus-RTU 通信协议，地址、波特率可设置，通信距离最远 2000 米。
■ 可选配高品质 OLED 显示屏，现场可直接查看数值，夜晚亦可清晰显示。
■ 现场供电采用 10~30V 直流宽压供电，可适应现场多种直流电源。
■ 产品采用壁挂式防水壳，安装方便，防护等级高可应用于恶劣的现场环境。
2.1.4.2 技术参数
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供电电源 |
10~30V DC |
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输出信号 |
485 |
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功耗 |
0.12W |
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温度测量范围 |
-40℃~+80℃ |
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温度精度 |
±0.5℃（25℃） |
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湿度测量范围 |
0~100%RH |
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湿度精度 |
±3%RH（60%RH,25℃） |
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工作温度 |
-20~50℃ |
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工作湿度 |
5~95%RH 无冷凝 |
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压力范围 |
90~110kPa |
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稳定性 |
≤5%信号值/年 |
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响应时间 |
≤10S |
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预热时间 |
≥5分钟 |
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零点漂移（-20~40℃） |
≥5分钟 |
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重复性 |
≤1% |
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使用寿命 |
≥24个月 |
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量程 |
0~30%Vol |
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精度 |
±2%FS |
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分辨率 |
0.1%VOL |
2.1.5 土壤温度水分变送器
2.1.5.1 功能特点
■ 测量精度高，响应速度快、互换性好。
■ 受土壤含盐量影响较小，可适用于各种土质。
■ 电极采用特殊处理的合金材料，可承受较强的外力冲击，不易损坏。
■ 完全密封，耐酸碱腐蚀，可埋入土壤或直接投入水中进行长期动态检测。
■ 精度高，响应快，互换性好，探针插入式设计保证测量精确，性能可靠。
2.1.5.2 技术参数
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直流供电（默认） |
DC 4.5-30V |
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最大功耗 |
0.5W（24V DC 供电） |
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工作温度 |
-40℃~+60℃ |
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内核芯片耐温 |
85℃ |
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土壤水分参数 |
量程 |
0-100% |
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分辨率 |
0.1% |
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精度 |
0-50%内±2%，@（棕壤，30%,25℃）
50-100%内±3%，@（棕壤，60%,25℃） |
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土壤温度参数 |
量程 |
-40~80℃ |
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分辨率 |
分辨率：0.1℃ |
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精度 |
±0.5℃（25℃） |
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防护等级 |
IP68 |
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探针材料 |
防腐特制电极 |
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密封材料 |
黑色阻燃环氧树脂 |
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默认线缆长度 |
2 米，线缆长度可按要求定制 |
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外形尺寸 |
45*15*123mm |
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输出信号 |
RS485(ModBus 协议) |
2.1.6 环境监控主机
环境监控主机RS- XZJ-100-Y-*是我司为机房、仓库等环境监控的场所研发的一款多功能监控主机,通过 RS 485接口可将我司所有的RS485型的变送器(温湿度、水浸、断电检测、烟感等)接入到环境监控主机,并将数据实时上传至我同提供的云平台( www.0531yun.cn或iot.0531yun. cn )或客户自己的服务器。
该设备支持GPRS (可选4G)、以太网、RS485 有线等任一式上传数据,户可根据实际使用需求选择相应子型号产品。设备内置大屏液晶,面友好易操作,同时该主机能够外接1台大1024* 256点阵的LED屏。设备超限,屏幕轮显报警通道以及报警实时数据,内置实时时钟,可显示实时数据和系统时间。
2.1.6.1 环境监控主机功能特点
●具有 1 路 ModBus-RTU 主站接口可接入我司所有类型的 485 变送器例如：风速、风 向、空气质量、土壤水分等变送器。
●1 路 RJ45 网口，可将监测数据上传至远端监控软件平台。
●1 路多功能 4G 通信接口，只需插入一张手机卡便可将数据上传至远端监控软件平台。
●强大的脱机短信报警功能，报警内容可自定义(功能选配)。
●具有 1 路 ModBus-RTU 从站接口，可外接用户自己的监控主机、PLC、组态屏或组态软件。
●大屏中文液晶显示，界面简洁友好。
●内置数据存储，可存储 52 万条记录。
●带有 1 路浸水检测功能可外接漏水电极也可外接漏水绳，最长 30 米。
●带有 1 路 0~220V 交流电压输入检测，可用于市电断电报警。
●带有 1 路 0~100V 直流电压输入检测，可用于检测蓄电池电压。
●带有 4 路开关量输入检测，可外接门禁等开关量信号，其中第 4 路可用作外接翻斗式雨量计。
●可外接 1 路室外 LED 单色显示屏，支持最大点阵数 1024*256。
●设备超限，屏幕轮显报警通道以及报警实时数据。
●带有 2 路报警继电器触点输出，可外接声光报警器。
●可自动识别 RS485 接口从设备是否工作正常。
●直流 10~30V 宽电压供电。
●设备唯一 8 位地址，易于管理识别，可搭配我司提供的多种软件平台。
2.1.6.2 环境监控主机技术参数
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参数名称 |
范围或接口 |
说明 |
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通信接口 |
RJ45 网口 |
通过网口方式上传数据 |
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4G |
中国移动、中国联通或中国电信的 手机网络（中国电信无短信功能） |
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RS-485 从站接口 |
通过 RS-485 上传数据（可选择规 约） |
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LED 屏显示接口 |
支持最大点阵数 1024*256 的单色 LED 显示屏（可选择规约） |
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1 路直流电压 采集 |
采集量程 0-100V |
采集精度±0.1V，输入阻抗≥100K |
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1 路水浸检测 信号 |
可进行漏水检测 |
标配漏水电极，用户也可选漏水 绳，最长可达 30 米 |
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4 路开关量信 号输入 |
可检测干接点通断状态 |
外接无源干接点，响应时间≤0.2S |
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2 路继电器输 出 |
继电器干接点输出 |
继电器容量：250VAC/30VDC 3A 本继电器可关联到任意通道的上下 限，用作报警或自动控制 |
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1 路翻斗式雨 量计脉冲信号 输入 |
采集磁开关脉冲信号进行雨量计 量 |
默认脉冲当量：0.2mm 可上传瞬时雨量（最近一分钟）、 当前雨量（本日 00:00 至当前）、 昨日雨量（昨日 00:00-24:00）及永 久累计雨量值 （默认采用第四路开关量作为雨量 计输入） |
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数据上传间隔 |
1S~10000S |
数据上传间隔 1S~10000S 可设 |
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内置存储容量 |
52 万条 |
内置存储，最多可存储 52 万条 |
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主从 RS485 接口通信距离 |
≥2000 米 |
采用 0.5 平方的 RVV 线缆最远通信 距离可达 2000 米 |
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供电范围 |
DC 10~30V |
直流宽电压供电 注：4G 版最大功耗约为 1.51w，不 带 4G 版最大功耗约为 1.39w |
2.1.7 视频监控
2.1.7.1 视频字符叠加器
视网络视频字符叠加器RS ZF-ETH是我同专为市面通用标准Modbus-RTU通讯模式485设备研发的一款适用于高清网络摄像机的设备。 户可根据实际需求将此产品连接485设备,简单配置叠加器后,高清网络摄像机视频画面上会叠加显示相应字符信息。
设备采用标准Modbus- RTU通信模式,匹配市面所有标准Modbus- RTU设备,可用于传感器叠加字符信息机房监控、智能农业、气象监测等场所。RS-ZF-ETH 字符叠加器可同时支持多台摄像机的叠加使用。台字符叠加器最多可同时支持4台摄像机处理、16 台标准Modbus-RTU通讯模式485设备。配置软件简单方便，支持多种数据类型设置,存器地址可偏移读取。摄像头底层协议对接,不影响原有视频信号, 加信息位置可调节。设备外形小巧美观,占用空间小,安装方式简单便捷。
2.1.7.1 功能特点
■产品采用标准ModBus-RTU通信，匹配所有标准ModBus-RTU通信设备
■产品可同时处理多台摄像机字符信息，最多可同时支持4台摄像机叠加
■产品可接入多台485设备，最多可接入16台 485 设备
■独立软件配置，功能强大，界面简洁，操作简单
■摄像头底层协议对接，不影响原有视频信号
■字符显示位置全显示屏可调
■支持任意中文、英文、标点显示，（显示数量与摄像头有关）
■摄像头实时显示监视现场的数据变化
■支持DC10~30V宽电压输入
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供电电源 |
10~30V DC |
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功耗 |
1.5W (DC12V) |
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输入信号 |
485（ModBus-RTU） |
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输出信号 |
RJ45网口 |
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工作温度 |
-20℃~+50℃ |
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工作湿度 |
0%RH~90%RH |
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数据更新时间 |
3s |
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供电范围 |
DC10~30V |
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波特率 |
2400~115200bps |
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适用摄像头 |
海康、宇视、大华、中维世纪网络摄像头所有型号（其他摄像头需定制） |
三、综合环境监控云平台
3.1 概述
环境监控云平台是我司旨在为用户提供便捷的服务而专门]开发的网页登录平台。云平台部署于公网服务器，可方便的接入我司所有网络型设备。客户无需再自行架设服务器，省去了服务器的维护费用，无需具备公网IP或者域名解析服务。设备到现场后用户无需再进行复杂的网络设置，便可连接到云平台，极大的节省了现场施工的时间。
公司云平台免费，界面完全中性，支持多级权限访问、支持客户增添子账号。客户可凭账号随时随地登录，方便的查看自己的设备状态、查询数据记录、下载打印数据等，还可以根据需要选择短信报警、邮件报警等服务，平台稳定可靠，已接入设备数量超过万台。
3.2 功能介绍
3.2.1 数据实时监控
平台支持实时查看所气体检测数据。数据可以通过图形化界面、列表等方式反映，图形化界面的优势在于让用户直观看到数据和传感器相对位置，列表则更利于用户对数据进行对比。
【首页数据展示】
【列表展示】
3.2.2 实时地图显示
系统以物联网技术和GIS技术为支撑，使用户更加直观的观测所有测点分布位置及状态。
3.2.3 超限告警
当任一要素超过预置报警值、设备处于离线状态时，系统能提供平台界面告警、短信告警、电话告警、邮件告警等报警方式，并进行事件记录，供调用和分析。
支持所有监测因子报警上限、下限，预警上限、下限设置，支持因子数据异常字体变色，因子告警数据颜色用户可自定义。
针对短信、振铃、微信、邮件告警方式有专门的告警联系人管理列表，便于当报警联系人变动时快速查询、添加、删除。
3.2.4 视频监控
全面性的监管，实现水雨情监测站周边环境画面联网呈现，支持在现场安装摄像头及传感器，传感器监测到的数据通过视频字符叠加器可叠加在监控画面上，其界面显示全部信息，避免反复切换，实现远程监控。
3.2.5 历史数据查询、导出
可通过系统查询每个监测点的设备信息，对设备监测数据、历史数据进行查询。并生成数据曲线图，具有单个或多个因子数据存储/查询/导出数据功能，支持PDF、excel等多种数据格式导出，导出内容标题、使用单位名称用户可自定义，同时可导出数据查询的时间段、查询数据账号、保存数据间隔、离线判断间隔等重要信息。
【历史数据列表查看】
【历史数据曲线查看】
3.2.6 继电器控制
支持电脑端、APP端远程手动控制现场设备继电器，且继电器名称可自定义编辑，相应继电器控制功能是否启用客户可自行编辑。
3.2.7 系统管理
平台具有完善的权限分级和管辖分区等等功能，无限级权限设定，根据要求自由组合权限。用户操作具有完善的日志记录，方便查看操作记录。
3.2.8 账号分级
支持账号分级管理，针对项目实际需求增设子账号，并分配不同管理权限，做到项目管理分工明确，用户可定义不同的用户角色，并赋予角色的不同权限管理，所有的用户操作都进行自动记录，没有权限的用户将不能进行操作。
【账号管理】
3.2.9 设备管理
可对设备进行节点、报警、储存进行设置。
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名称 |
解释 |
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设备名称 |
填写设备名称，默认名称为设备地址 |
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设备地址 |
显示设备地址，不可更改 |
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设备经纬度 |
写入设备经纬度，可在地图中查看设备显示位置。（注意：如果以设备自带经纬度信息为准，此处可不填写） |
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告警记录 |
开启告警记录，当设备报警时，数据库中会记录告警信息，关闭告警记录，则无法查询告警记录。 |
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离线短信 |
开启离线短信，当设备离线时会发送告警短信至绑定手机号 |
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离线邮件 |
开启离线邮件，当设备离线时会发送告警邮件至绑定邮箱。 |
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离线判断间隔 |
设置设备离线时间，当设备在设置时间内重新上线，平台默认此设备未离线。 |
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短信告警间隔 |
当设备在平台告警后，告警信息按照设置时间间隔发送告警短信，时间最低设置5分钟。 |
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邮件告警间隔 |
当设备在平台告警后，告警信息按照设置时间间隔发送告警邮件。 |
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保存数据间隔 |
设置时间间隔保存设备数据。 |
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短信最多发送次数 |
防止设备超限时间过长，一直发送告警短信，可设置最多发送短信次数。 |
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节点列表 |
设备节点设置，详情见节点信息设置。 |
3.2.10流量卡预警功能
实时获取现场4G型物联网设备的卡号，自动分析卡号剩余流量，自动分析，到期时间预警提醒，让项目管理人员及时充值，防止流量卡到期运营商销号造成项目停滞。
3.2.11大屏可视化
可投屏显示，自动刷新，集中滚动显示各监测点的环境监测数据，实时展现水位、降雨量等要素的动态曲线，数据清晰、直观，便于管理人员进行系统查看。
3.2.12二次开发
山东仁科提供的云平台完全免费，界面完全中性，并支持用户二次开发。
3.2.13千人千面
针对小规模应用的用户，云平台提供可配置的“千人千面”界面与私有域名解析的服务，客户只需要投入几十元购买一个域名，备案成功后就能拥有自己的私有登录链接，且登录界面平台名称可根据用户要求更改。
3.3手机APP
为方便移动端用户监测数据，推出“云控通”手机APP，方便用户24小时实时监测。可以通过账号密码登录云平台，一键控制上万个设备。支持视频查看，设备故障/异常报警，支持离线告警功能，支持实时数据查看，历史数据曲线查看，还可连接蓝牙打印机进行数据打印。
