CN101793560A - 温室黄瓜生长环境智能监测模型及装置 - Google Patents

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池涛
陈明
刘慧芳
陈湘芳
朱文婷
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Abstract

本发明涉及一种采用无线监测方法进行温室黄瓜生长环境的无线监测节点装置，安装在温室大棚的无线测控网络中。部署在温室作物生产现场，通过传感器节点采集环境数据，将采集到的环境数据(叶片温度、室温、土壤温度、土壤湿度、光照值)发送给监控中心，可以根据黄瓜生长发育的不同周期按照专家知识库进行分析数据，给出适宜的环境参数。模型通过融合算法对黄瓜生长发育的发芽期、幼苗期、甩条期和结果期的环境参数进行权重定义，形成一个数字化表达方式，便于计算机直接计算和使用。本发明为无线传感网络的无线监测设备，高效、可靠、操作方便，用于采用无线传感方法进行温室生产全过程的环境监测难题。

Description

温室黄瓜生长环境智能监测模型及装置
技术领域
本发明涉及一种采用无线监测方法进行温室黄瓜生长环境的无线监测节点装置，安装在温室大棚的无线测控网络中。
背景技术
黄瓜喜温，要求的环境条件严格，由于生长环境的监测不及时和不准确，所以生产中发生了大量的问题。另一方面，黄瓜有时会有苦味产生，多因环境条件、植株营养状况、生活力强弱均可以影响苦味的产生，因此，精确控制生长环境是提高黄瓜质量的关键所在。目前温室环境以人工控制为主或者以有线控制设备为主，且控制方式多以人为主观判断的方式为主，具有不精确、不实时的缺点。因此，针对温室黄瓜的生长发育周期建立完整的环境模型，是实现精准作业的技术核心。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于监测温室黄瓜生长环境的无线监测节点装置，解决了温室黄瓜生长环境全过程的记录监测的难题。
为了实现以上目的，针对于鲜叶测温，本项发明提供了利用红外测量叶片温度，给出了数据对应关系，解决了原位测量难题；本发明可以同时监测大棚室内温度，土壤基质温度、湿度，叶片温度，光照值，实现黄瓜生长全过程环境监测；本发明嵌入了专家知识库，可以对温室黄瓜生长发育全过程的环境要求实现监测。
本发明的有益效果为：发明提供了一种利用叶片表面温度、土壤温度和大棚室内温度建立黄瓜生长全过程的积温量化模型，根据叶片表面温度、土壤温湿度、光照值建立光合参考模型。利用本装置可以较为客观反映出温室黄瓜生长全过程的环境数据，为研究外部环境对黄瓜生长影响提供依据。
附图说明
图1为本发明的组成模块示意图。
图2为本发明的硬件设计示意图。
图3为本发明的功能示意图。
图4为本发明的软件流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实例对本发明作进一步描述。
温室黄瓜生长环境智能装置，其组成模块由显示模块、存储模块、无线传输模块及测量模块构成。微处理的IO口P0.10-P0.17用来作为液晶屏的8位数据线P1.20、P1.21、P1.22、P1.23作为控制信号；P0.5、P0.6、P0.7、P0.8作为输入信号端，连接叶片温度、室温、土壤温湿度和光照强度环境信息，TX1、RX1用来与无线传输模块之间进行通信；P0.2、P0.3用来实现与存储模块之间进行时钟和串口数据的连接。
首先，装置上电自检后，进入”设置”界面，主要完成采样周期、种植黄瓜品种、温室类型等选项；系统会根据种植黄瓜的品种和温室类型和季节等数据，给出黄瓜的四个生长阶段的对应的天数，以及每个阶段的环境要求.按下”开始”按钮，监测系统开始监测工作，根据采样周期进行环境监测，先进行叶片温度的测量，如果所测得的叶片温度在适宜范围内，写入数据并继续下一个测量，否则报警；接下来，进行土壤温湿度的测量，如果所测得的土壤温湿度在适宜范围内，写入数据并继续下一个测量，否则报警；接下来，进行室温的测量，如果所测得的室温在适宜范围内，写入数据并继续下一个测量，否则报警；最后，进行光照强度的测量，如果所测得的光照强度在适宜范围内，写入数据并继续，否则报警；然后，装置将所测得所有的数据处理成为一条信息，通过GPRS传送至数据中心，同时写入屏幕并显示，以及写入现场存储单元中.
在数据中心，根据专家知识，把黄瓜的生长环境划分为非常适宜、适宜、较适宜、不适宜四个生长区域，为每一个生长模式定义一系列运行操作.为了体现生长环境是一个”整体”的概念，它与温度、湿度、气压、光照强度等多种因素有关，它们之间相互耦合作用，我们引入”影响系数”来定量它们之间的相互耦合作用.我们根据专家知识，对黄瓜的各个生长时期对环境各因子要求依赖不同，确定了各个生长阶段对各种环境因子的影响系数.生长环境模式是由特征向量的取值范围所决定，采用积分进行环境信息融合.利用现场装置将现场测量的环境参数(叶片表面温度、室温、土壤温度、土壤湿度、光照强度)的值经过信息融合计算得到一个精确的结果，这个结果反映距离四个生长模式(非常适宜、适宜、较适宜、不适宜)样本重心点的距离值，其中的最大值即表明距离该模式最近，根据这个结果就可以识别当前属于哪一个具体的生长环境模式.
确定各参数规则：
温室黄瓜环境参数(一般20到25天)
黄瓜的生长发育周期可分为发芽期、幼苗期、甩条期和结果期四个时期。
Day：天数；Dtmp：白天温度(℃)；Ntmp：夜间温度(℃)；Ttmp：土壤温度(℃)；illum：光照(单位：万勒克斯)；humidity：湿度(单位：土壤持水量的百分比)
发芽期：5-10天。
Day＝1-10then Dtmp＞25 & Dtmp＜30；
Day＝1-10then Ntmp＝15；
Day＝1-10then Ttmp＞32 & Ttmp＜38；
Day＝1-10then illum＞2 & illum＜6；
Day＝1-10then humidity＞60％ & humidity＜70％；；
幼苗期：30-40天。
Day＝11-40then Dtmp＞24 & Dtmp＜28；
Day＝11-40then Ntmp＝15；
Day＝11-40then Ttmp＞32 & Ttmp＜38；
Day＝11-40then illum＞2 & illum＜6；
Day＝11-40then humidity＞60％ & humidity＜70％；；
甩条期：20-25天。
Day＝41-65then Dtmp＞25 & Dtmp＜32；
Day＝41-65then Ntmp＝14；
Day＝41-65then Ttmp＞20 & Ttmp＜25；
Day＝41-65then illum＞2 & illum＜6；
Day＝41-65then humidity＞80％ & humidity＜90％；；
结果期：40天。
Day＝66-110then Dtmp＞25 & Dtmp＜32；
Day＝66-110then Ntmp＝14；
Day＝66-110then Ttmp＞32 & Ttmp＜38；
Day＝66-110then illum＞2 & illum＜6；
Day＝66-110then humidity＞80％ & humidity＜90％；；
本发明装置采用的主要技术如下：
1、嵌入式技术
对于装置的设计，是基于嵌入式技术进行的，嵌入式技术的优点是可处理大量采集信号，主控制器采用PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核、单电源供电、LQFP64封装的LPC2131，它具有RS232转换电路，可与通讯模块进行方便的串口数据通讯，具有IIC接口，可用于与存储设备间的数据存取，具有看门狗功能，在长时间未获得正确反馈信息的情况下，可以自动重启，防止程序跑飞、死机的情况发生
2、GPRS技术
GPRS(General Packet Radio Service)——通用无线分组业务，是在GSM网络的基础上发展起来的承载业务，其基于现有的GSM网络来实现，同时引入了一些新模块：GPRS网关支持节点GGSN(Gateway GPRS Support Node)、GPRS服务支持节点SGSN(Serving GatewaySupport Node)、点对多点服务中心(Point-To-Multipoint Service Center，PTM-SC)、边界网关(Boarder Gateway，BG)、改进基站子系统BSS等。GPRS网络通过Gi参考点接入外部数据网络，一般采用IP协议和基于PPP协议的连接方式。基于IP协议连接时，GGSN需要支持IP协议，并作为路由器实现网络之间的连接。基于PPP协议连接时，GGSN除了需要支持IP协议外，还需要支持PPP协议和其它基于NCP的应用协议，GGSN终结到MMS的PPP连接或将PPP帧传送到PDN，PPP帧可通过L2TP隧道进行封装。
3、数据融合技术
数据融合技术是指利用计算机对按时序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技术。数据融合技术，包括对各种信息源给出的有用信息的采集、传输、综合、过滤、相关及合成，以便辅助人们进行态势/环境判定、规划、探测、验证、诊断。在本发明中，数据融合技术主要用于数据在不同条件下对数据进行融合存储，从而实现不同数据的综合判断，在不损失有用数据的情况下，无损压缩原始数据。

Claims (3)

1.用于温室大棚无线传感网络中的作物生长环境监测节点装置。装置硬件包括微处理器、GPRS通讯模块、显示模块、存储模块及各器件间的电信号连接。所述的装置硬件由基于LPC2131的控制器分别与液晶屏和外置存储设备构成。
2.根据权利要求1所述的温室大棚无线传感网络中的作物生长环境监测节点装置，其特征在于所述微控制器采用PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核、单电源供电、LQFP64封装的LPC2131，用于处理黄瓜生长环境的数据分析；所述生长环境主要包括叶片温度、温室温度、土壤温度、土壤湿度、光照强度及融合算法；叶片温度采用上海辉格科技公司的VTIR3816红外传感器测量，土壤温湿度采用国家农业信息化工程技术研究中心研制的STH-01土壤温湿度传感器测量，光照强度采用国家农业信息化工程技术研究中心研制的光照强度传感器测量，温室温度采用单总线温度传感器DS18B20测量；所述液晶屏采用TOPWAY公司的LM3033，可同时显示四排共计32个汉字的显示；所述的GPRS模块采用西门子公司的Siemens MC39i的模块。
3.根据权利要求1所述的融合算法，其特征在于提出了基于多源信息融合技术完成生长环境的数学描述，将处理后的环境结果连同时间点一同存储在EEPROM中。
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