CN103048987A - 一种基于物联网的农业大棚智能生产监控终端 - Google Patents

一种基于物联网的农业大棚智能生产监控终端 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于物联网的农业大棚智能生产监控终端，该终端包括中央逻辑处理器模块、文本显示模块、传感装置、传感装置接入模块、控制设备、开关量输入模块、继电器型开关量输出模块、多通道无线网络接口模块、电源模块。本发明针对影响农业大棚生产的温度、湿度、光照度、CO2浓度以及土壤墒情等环境因子进行在线监测，按照预设的生产模型将上述的环境因子测量参数与对应的动作设备联动，智能调节农业大棚的生产过程；可以实现农业大棚的智能生产、无人值守，并可以在多种无线网络平台上构架，实现远程数据共享、命令遥控。

Description

一种基于物联网的农业大棚智能生产监控终端
技术领域
本发明涉及一种基于物联网的农业大棚智能生产监控终端，尤其涉及一种基于物联网技术的针对农业大棚的生产环境实时检测以及通过终端的逻辑判断进行相应的生产环境改善。
本发明通过接入终端的传感阵列以及输入输出的控制阵列，既可以通过预制的生产模型进行自动生产环境调节，也可以通过多通道的无线网络进行人工控制改善大棚的生产环境参数。
背景技术
自20世纪80年代以来，我国工程科技人员在吸收发达国家高科技温室生产技术的基础上，进行了温室中温度、湿度和二氧化碳等单项环境因子控制技术的研究，希望通过改变植物生长的自然环境创造适合植物最佳的生长条件，避免外界恶劣的气候，达到调节产期，促进生长发育、防治病虫害等目的。由此而引发的各种温室测控技术的实际应用与研究也取得了长足的发展，并向高层次的自动化、智能化方向发展，形成了现代化水平高，比较完善的技术体系。近年来，农业大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、光照度、CO2浓度以及土壤墒情等环境因子对作物的生产有很大的影响。而传统的自动采集加人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，并且占用了大量的人力资源。
发明内容
本发明采用一种基于物联网的农业大棚智能生产监控终端，可以实现农业大棚的智能生产、无人值守，并可以在多种无线网络平台上构架，实现远程数据共享、命令遥控。
面对当前迅猛发展的农业大棚发展的现状，本发明实现了农业大棚生产过程的无人值守，通过图形化编辑的生产模型实现生产过程自动化，运用物联网技术可以在多种无线网络平台上实现系统构建，生产管理人员可以运用多种手段、方式获得生产过程中的实时数据、告警信号并下发生产控制命令。本发明针对影响农业大棚生产的温度、湿度、光照度、CO2浓度以及土壤墒情等环境因子进行在线监测，按照预设的生产模型将上述的环境因子测量参数与对应的动作设备风机、水帘、遮阳板、水泵、阀门联动，智能调节农业大棚的生产过程。所有的实时采集参数、告警信号、联动设备的状态都可以通过GPRS、CDMA1X、WSN、WIFI、ZIGBEE任意一种网络平台与后台监控管理中心交互。
本发明所说的一种基于物联网的农业大棚智能生产监控终端，包括中央逻辑处理器模块、文本显示模块、传感装置、传感装置接入模块、控制设备、开关量输入模块、继电器型开关量输出模块、多通道无线网络接口模块、电源模块，其中：
传感装置：与传感装置接入模块通讯，用于采集大棚中生产环境参数；
传感装置接入模块：用于生产环境中传感装置的接入，将传感装置实时采集的生产环境参数，通过CANBUS总线与中央逻辑处理器模块交互；
开关量输入模块：用于采集控制设备提供的开关量输入信号，具备光电隔离功能，通过CANBUS总线与中央逻辑处理器模块交互；
继电器型开关量输出模块：用于产生继电器型开关量输出信号，并根据该信号实现控制设备的开关操作；所述继电器型开关量输出信号是中央逻辑处理器通过CANBUS总线控制继电器型开关量输出模块产生；
控制设备：与开关量输入模块和继电器型开关量输出模块相通讯，其开关操作受继电器型开关量输出模块控制；
中央逻辑处理器模块：进行信号采样、逻辑判断、运算处理、以及与外设模块的联系；
文本显示模块：实现终端的人机交互功能，实时显示终端采集的生产环境参数以及联动的控制设备状态，并可以进行人工预设改善生产环境的模型参数；
多通道无线网络接口模块：用于中央处理器模块与后台监控管理中心进行数据命令交互；
电源模块：用于产生终端工作所需的系统电源。
所述生产环境是大棚的温度、湿度、光照度、土壤墒情和CO2浓度等。
所述控制设备可以是风机、水帘、遮阳棚、卷帘门、水泵和阀门等。
所述中央逻辑处理器模块进行信号采样包括但不限于是接收传感装置接入模块提供的生产环境参数、开关量输入模块提供的开关量输入信号。
基于物联网的农业大棚智能生产监控终端根据现场的实际情况，既可以采用太阳能加蓄电池的供电模式，也可以采用交流供电模式。终端的中央逻辑处理器模块通过CANBUS总线连接传感装置接入模块、开关量输入模块、继电器型开关量输出模块；通过RS232串行接口连接文本显示模块以及多通道无线网络接口模块。传感装置接入模块通过电缆连接大棚环境因子的传感装置，包括温湿度、照度、土壤墒情、CO2浓度；开关量输入模块通过电缆连接风机、水帘、遮阳棚、卷帘门、水泵、阀门等开关设备的返回位置信号；继电器型开关量输出模块通过电缆连接风机、水帘、遮阳棚、卷帘门、水泵、阀门等开关设备或控制其动作的接触器；多通道无线网络接口模块支持连接多种通讯制式网络接口，包括GPRS、CDMA1X、WSN、WIFI、ZIGBEE，与后台监控管理中心进行数据命令交互。终端可以通过图形化的组态进行逻辑功能编程，实现大棚生产环境因子的采集以及对应的控制设备的联动。
附图说明
图1为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的电气功能性框图。
图2为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的中央逻辑处理器模块的电气原理图。2-1是中央逻辑处理器微处理器模块，2-2是中央逻辑处理器内存以及RS232、CANBUS电平装换电路。
图3为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的文本显示模块的电气原理图。
图4为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的外部传感装置接入模块的电气原理图。
图5为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的开关量输入模块的电气原理图。
图6为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的继电器型开关量输出模块的电气原理图。
图7为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的多通道无线网络接口模块的电气原理图。
图8为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的电源模块的电气原理图
图9为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的温湿度以及CO2浓度联动调节工作流程图。
图10为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的照度联动调节工作流程图。
图11为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的土壤墒情联动调节工作流程图。
具体实施方式
图1为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的电气功能性框图，各模块功能以及信号流说明如下：
图2为中央逻辑处理器模块：为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的核心模块。终端连接的外部传感装置的采集信号在该模块进行运算处理以及逻辑判断；通过CANBUS总线下发外部开关设备的动作命令；通过CANBUS总线读取外部开关设备的位置信号；通过RS232接口传递人机交互的显示数据以及人工预设数据；通过RS232接口连接多通道无线网络模块与后台监控管理中心进行数据命令交互。
图3为文本显示模块：文本显示模块的RS232接口与中央逻辑处理器模块连接，通过U5液晶模块实时显示终端所连接大棚生产环境因子（温湿度、照度、土壤墒情、CO2浓度）采样值，显示终端所连接的外部开关设备（风机、水帘、遮阳棚、卷帘门、水泵、阀门）的位置状态。通过薄膜键盘U6可以预设改善生产环境的模型参数。
图4为外部传感装置接入模块：终端通过外部传感装置接入模块进行模拟信号数据采集，大棚生产的环境因子（温湿度、照度、土壤墒情、CO2浓度）都通过电缆接入该模块的通道切换芯片U7，按照时序切换后送入AD转换芯片U8进行数据采样，采样后的数据通过CANBUS总线传输给为中央逻辑处理器模块。
图5为开关量输入模块：终端可以外接空节点类型的外部开关设备的位置输入信号，经过光电隔离芯片U9后，通过BANBUS总线传输给中央逻辑处理器模块。外部开关设备主要包含风机、水帘、遮阳棚、卷帘门、水泵、阀门或者这些设备连接的接触器等。
图6为继电器型开关量输出模块：中央逻辑处理器模块通过BANBUS总线传输给继电器型开关量输出模块动作信号后，继电器型开关量输出模块驱动光电隔离芯片U10来控制继电器Relay1的导通。从而控制风机、水帘、遮阳棚、卷帘门、水泵、阀门等设备的动作。
图7为多通道无线网络接口模块：通过GPRS、CDMA1X、WSN、WIFI、ZIGBEE无线网络，将终端的实时数据、告警信号、命令参数与后台监控管理中心进行交互。
图8为电源模块：U11负责终端运行所必须的电源供给。
主要元件清单
元件代号 功能名称 具体型号
U1 ARM微处理器 LPC2292
U2 静态存储器 IS61LV25616
U3 CAN收发芯片 SN65VHD230
U4 RS232转换芯片 MAX3232ESE
U5 液晶显示模块 HG1926411-LWH-LV
U6 薄膜键盘 SPX11173-3.3
U7 模拟开关 CD4051B
U8 AD转换芯片 AD7321BRUZ
U9，U10 光电隔离器 TLP185
Relay1 继电器 DSP2A
U11 AC-DC模块 XRA15/110D05-24HG-2K
图9为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的温湿度以及CO2浓度联动调节工作流程图，主要工作流程说明如下：
终端上电工作，中央逻辑处理器模块初始化完毕后，判断是否到定时开启风机、水帘的时段。如果条件满足则按照逻辑编程设定的风机、水帘开启时间参数开启，开启时长到了以后自动关闭风机、水帘；如果没有到定时开启的时间段，则判断温度条件是否越上限对应开启风机、水帘降温，判断湿度条件是否越上限对应开启风机除湿，判断湿度条件是否越下线对应开启水帘加湿，判断CO2浓度是否越上限对应开启风机换气。
图10为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的照度联动调节工作流程图，主要工作流程说明如下：
终端上电工作，中央逻辑处理器模块初始化完毕后，采集照度传感器的信号。如果当前光照值越限，则关闭遮阳板；如果当前光照值没有越限，则判断当前是否到了每日遮阳板关闭的时间，如果是则关闭遮阳板，反之才会打开遮阳板。
图11为基于物联网的农业大棚智能生产监控终端的土壤墒情联动调节工作流程图，主要工作流程说明如下：
终端上电工作，中央逻辑处理器模块初始化完毕后，采集土壤墒情传感器的信号。判断当前时间是否到定时灌溉时间，到定时灌溉时间的话再判断土壤墒情值是否越上限，不越上限的情况下才按照编程的时长条件开启灌溉水泵或阀门；如果当前时间没有到定时灌溉时间，则判断土壤墒情值是否越下限，如果越下限了则按照编程的时长条件开启灌溉水泵或阀门。

Claims (4)

1.一种基于物联网的农业大棚智能生产监控终端，包括中央逻辑处理器模块、文本显示模块、传感装置、传感装置接入模块、控制设备、开关量输入模块、继电器型开关量输出模块、多通道无线网络接口模块、电源模块，其中：
传感装置：与传感装置接入模块通讯，用于采集大棚中生产环境参数；
传感装置接入模块：用于生产环境中传感装置的接入，将传感装置实时采集的生产环境参数，通过CANBUS总线与中央逻辑处理器模块交互；
开关量输入模块：用于采集控制设备提供的开关量输入信号，具备光电隔离功能，通过CANBUS总线与中央逻辑处理器模块交互；
继电器型开关量输出模块：用于产生继电器型开关量输出信号，并根据该信号实现控制设备的开关操作；所述继电器型开关量输出信号是中央逻辑处理器通过CANBUS总线控制继电器型开关量输出模块产生；
控制设备：与开关量输入模块和继电器型开关量输出模块相通讯，其开关操作受继电器型开关量输出模块控制；
中央逻辑处理器模块：进行信号采样、逻辑判断、运算处理、以及与外设模块的联系；
文本显示模块：实现终端的人机交互功能，实时显示终端采集的生产环境参数以及联动的控制设备状态，并可以进行人工预设改善生产环境的模型参数；
多通道无线网络接口模块：用于中央处理器模块与后台监控管理中心进行数据命令交互；
电源模块：用于产生终端工作所需的系统电源。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的农业大棚智能生产监控终端，其特征在于所述生产环境是大棚的温度、湿度、光照度、土壤墒情和CO2浓度。
3. 根据权利要求1所述的基于物联网的农业大棚智能生产监控终端，其特征在于所述控制设备是风机、水帘、遮阳棚、卷帘门、水泵和阀门。
4. 根据权利要求1所述的基于物联网的农业大棚智能生产监控终端，其特征在于所述中央逻辑处理器模块进行信号采样是接收传感装置接入模块提供的生产环境参数、开关量输入模块提供的开关量输入信号。
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