CN103210809A - 基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚 - Google Patents

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杨方
苏中滨
王润涛
王基宇
张健
任帅
刘莹
马佳玉
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Abstract

基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚,本发明涉及农业领域。它为了解决温室环境控制技术非专业人员使用困难,难以操控,自动控制模式处于闲置状态的问题。它的意外触电保安器的信号输出端与处理器的触电信号输入端连接,第一位置传感器和第二位置传感器均的用于采集生物电场调控系统是否触碰到温室大棚侧壁上,并将采集到的信号发送至处理器,键盘的信号输出端与处理器的信号输入端连接,处理器用于控制小车在温室大棚中的行走,处理器的脉冲信号出端与脉冲宽度调制电路的脉冲信号输入端连接,脉冲宽度调制电路的脉冲信号输出端与升压单元的脉冲信号输入端连接,升压单元的直流高压信号输出端与生物电场电极的直流高压信号输入端连接。

Description

基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚
技术领域
[0001] 本发明涉及一种温室大棚,具体涉及基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚。
背景技术
[0002] 西方一些发达国家尤其是欧美开始比较快的发展温室种植技术,像美国、以色列、加拿大等发达国家开始采用仪表采集温室中的现场信息并根据指标进行控制,基本实现了农业生产的机械化以及自动化。但是当时温室控制中只是利用到单因子控制技术,即只是对温湿度、光线强度、CO2等环境条件分别进行控制。
[0003] 温室环境领域的控制技术伴随着计算机技术的发展与应用也在不断的发生变化。美国出现了一种融合了气候调节、农田灌溉与作物的肥料供应的一个整体的一体化的温室网络管理系统,该系统通过对各种生产管理进行融合然后根据传感器的输入来调节各部分进行执行动作,以达到最经济最有效的手段进行控制温室。
[0004] 以色列温室农业采用计算机环境控制系统,具有先进的温室结构及空气温湿度调控系统,配合幕帘、天窗等辅助设备,自动调节光线强度。监控室内的中心计算机与现场控制器相互通信,方便地控制滴灌和微喷灌系统进行灌溉和施肥,可达到80%〜90%的水肥利用率。
[0005] 加拿大温室农业使用计算机辅助温室管理软件,对生产过程中采集的数据进行实时的分析处理,降低生产成本,减少农药使用,提高温室经济效益。
[0006] 20世纪80年代,我国农业科研人员在温室环境的控制和管理领域开始应用计算机,对温室中的温度、湿度、光照等环境因子的控制技术进行了研究。1982年,中国农业科学研究院建立了第一个农业系统计算机研究机构,并首次在温室环境的控制中应用了计算机系统[4]。温室环境控制系统的研究在我国逐步发展起来。
[0007] 20世纪90年代,根据我国开始根据自己的国情及当时的温室大棚,开始设计适合中国的温室大棚控制系统。先后有中国农机化研究院研制出的新型的温室环境智能控制系统;北京农业大学研制出的小型分布式数据采集控制系统“WJG-1型温室环境监控计算机管理系统”;江苏理工大学研制的智能温室群集散控制系统;中国农业大学设计研制的山东省济宁大型育苗温室计算机分布式控制系统”等一系列新型的温室控制系统。
[0008] 进入21世纪后,温室环境控制技术在国内又得到了较快的发展。但由于一般采用单片机嵌入式测控系统作为控制系统,形成的是单片机系统,所以人机界面不友好,非专业人员使用困难,难以操控,所以自动控制模式一般处于闲置状态,造成资源的浪费。
[0009] 总体上看,我国温室农业的自动化水平及智能化技术程度与发达国家相比,还处于落后水平,并且与发达国家相比还存在着较大的差距。因此,我们应该研制出适合我国农业发展国情的初能温室控制系统,并广泛的推广应用在农业生产中。
[0010] 本项目与现有技术相比,突出的实质技术特点是采用Zigbee技术进行无线通讯,提高了通讯质量与性能并降 低通讯成本,同时,在对温室内温度、湿度等基础技术指标监控的基础上,应用了生物场技术,促进植物生长,真正实现了无化肥、无污染,打造纯天然、纯绿色食品。
发明内容
[0011] 本发明为了解决现有的温室环境控制技术非专业人员使用困难,难以操控,自动控制模式一般处于闲置状态,造成资源的浪费的问题,从而提出了基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚。
[0012] 基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚,它包括温室大棚、小车和生物电场调控系统,生物电场调控系统包括意外触电保安器、第一位置传感器、键盘、处理器、第二位置传感器、脉冲宽度调制电路、升压单元和生物电场电极,所述的生物电场调控系统安装于小车上,
[0013] 意外触电保安器的信号输出端与处理器的触电信号输入端连接,
[0014] 第一位置传感器的用于采集生物电场调控系统是否触碰到温室大棚的一侧的侧壁上,并将采集到的信号发送至处理器的第一位置信号输入端,
[0015] 第二位置传感器的用于采集生物电场调控系统是否触碰到温室大棚的另一侧的侧壁上,并将采集到的信号发送至处理器的第二位置信号输入端,
[0016] 键盘的信号输出端与处理器的信号输入端连接,
[0017] 处理器用于控制小车在温室大棚中的行走,
[0018] 处理器的脉冲信号出端与脉冲宽度调制电路的脉冲信号输入端连接,
[0019] 脉冲宽度调制电路的脉冲信号输出端与升压单元的脉冲信号输入端连接,
[0020] 升压单元的直流高压信号输出端与生物电场电极的直流高压信号输入端连接。
[0021] 基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚它还包括温室大棚控制系统,所述的温室大棚控制系统包括上位机、第一 ZigBee无线模块、第二 ZigBee无线模块、温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、风扇、遮光帘驱动装置和喷灌装置,
[0022] 温度传感器用于采集温室大棚内部温度信息,并将采集到的温度信号通过第二ZigBee无线模块、第一 ZigBee无线模块发送至上位机,
[0023] 湿度传感器用于采集温室大棚内部空气湿度信号,并将采集到的湿度信号通过第二 ZigBee无线模块、第一 ZigBee无线模块发送至上位机,
[0024] 二氧化碳传感器用于采集温室大棚内部二氧化碳信号,并将采集到的二氧化碳信号通过第二 ZigBee无线模块、第一 ZigBee无线模块发送至上位机,
[0025] 光照传感器用于采集温室大棚内部的光照信号,并将采集到光照信号通过第二ZigBee无线模块、第一 ZigBee无线模块发送至上位机;
[0026] 上位机通过第一 ZigBee无线模块和第二 ZigBee无线模块对风扇进行控制,
[0027] 上位机通过第一 ZigBee无线模块和第二 ZigBee无线模块对遮光帘驱动装置进行控制,
[0028] 上位机通过第一 ZigBee无线模块和第二 ZigBee无线模块对喷灌装置进行控制。
[0029] 本发明通过对温度、湿度、光照、二氧化碳等对植物生长有直接关系的因素进行实时监控,通过ZigBee无线模块与上位机进行通讯,在终端实时显示关键数据信息,并通过反馈网络进行自动化调整,使温室大棚环境稳定在最适合植物生长的情况下。实现大棚的自动化控制,并达到节能、环保和高效的目的。
附图说明
[0030] 图1为本发明的基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚的结构示意图;
[0031] 图2为温室大棚控制系统的电气结构示意图;
[0032] 图3为具体实施方式二中自动化温室大棚的主视图;
[0033] 图4为图3的后视图;
[0034] 图5为图3的左视图。
具体实施方式
[0035] 具体实施方式一、结合图1具体说明本实施方式,本法实施方式所述的基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚,它包括温室大棚、小车2和生物电场调控系统,生物电场调控系统包括意外触电保安器8、第一位置传感器9、键盘10、处理器11、第二位置传感器12、脉冲宽度调制电路13、升压单元14和生物电场电极15,所述的生物电场调控系统安装于小车2上,
[0036] 意外触电保安器8的信号输出端与处理器11的触电信号输入端连接,
[0037] 第一位置传感器9的用于采集生物电场调控系统是否触碰到温室大棚的一侧的侧壁上,并将采集到的信号发送至处理器11的第一位置信号输入端,
[0038] 第二位置传感器12的用于采集生物电场调控系统是否触碰到温室大棚的另一侧的侧壁上,并将采集到的信号发送至处理器11的第二位置信号输入端,
[0039] 键盘10的信号输出端与处理器11的信号输入端连接,
[0040] 处理器11用于控制小车2在温室大棚中的行走,
[0041] 处理器11的脉冲信号出端与脉冲宽度调制电路13的脉冲信号输入端连接,
[0042] 脉冲宽度调制电路13的脉冲信号输出端与升压单元14的脉冲信号输入端连接,
[0043] 升压单元14的直流高压信号输出端与生物电场电极15的直流高压信号输入端连接。
[0044] 具体实施方式二、结合图2具体说明本实施方式,本实施方式与具体实施方式一所述的基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚的区别在于,所述的温室大棚控制系统包括上位机、第一 ZigBee无线模块、第二 ZigBee无线模块4、温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、风扇1、遮光帘驱动装置3和喷灌装置6,
[0045] 温度传感器用于采集温室大棚内部温度信息,并将采集到的温度信号通过第二ZigBee无线模块4、第一 ZigBee无线模块发送至上位机,
[0046] 湿度传感器用于采集温室大棚内部空气湿度信号,并将采集到的湿度信号通过第二 ZigBee无线模块4、第一 ZigBee无线模块发送至上位机,
[0047] 二氧化碳传感器用于采集温室大棚内部二氧化碳信号,并将采集到的二氧化碳信号通过第二 ZigBee无线模块4、第一 ZigBee无线模块发送至上位机,
[0048] 光照传感器用于采集温室大棚内部的光照信号,并将采集到光照信号通过第二ZigBee无线模块4、第一 ZigBee无线模块发送至上位机;
[0049] 上位机通过第一 ZigBee无线模块和第二 ZigBee无线模块4对风扇I进行控制,用于调节温室大棚内部空气的二氧化碳含量和空气湿度,
[0050] 上位机通过第一 ZigBee无线模块和第二 ZigBee无线模块4对遮光帘驱动装置3进行控制,用于调节温室大棚内部的光照度和温度,
[0051] 上位机通过第一 ZigBee无线模块和第二 ZigBee无线模块4对喷灌装置6进行控制,用于调节温室大棚内部的空气湿度。
[0052] 具体实施方式三、结合图3至图5具体说明本实施方式,本实施方式是基于温室大棚实现的,温室大棚的顶部包括平顶面和斜面,所述的平顶面与水平方向平行,斜面与水平面之间的夹角为63.4°,
[0053] 温室大棚的前壁面的高度与后壁面的高度之比为:3:7,
[0054] 温室大棚的长度与后壁面的高度之比为:20:7,
[0055] 温室大棚的宽度与后壁面的高度之比为:10:7 ;
[0056] 风扇1、小车2、四个第二 ZigBee无线模块4、四个箱体、四个温度传感器、四个湿度传感器、四个二氧化碳传感器和四个光照传感器和喷灌装置6均位于温室大棚的内部,
[0057] 每个箱体内部放置一个温度传感器、一个湿度传感器、一个二氧化碳传感器、一个光照传感器,每个ZigBee无线模块4固定于箱体顶部,
[0058] 温度传感器用于采集温室大棚内部空气温度,
[0059] 湿度传感器用于采集温室大棚内部空气湿度,
[0060] 二氧化碳传感器用于采集温室大棚内部二氧化碳含量,
[0061] 光照传感器用于采集温室大棚光照度;
[0062] 四个箱体分别固定于温室大棚底部的四个角处,
[0063] 两个风扇I均位于温室大棚的后壁面顶部的中间位置,
[0064] 喷灌装置6位于温室大棚底部,
[0065] 生物电场调控模块固定于小车2内部,
[0066] 小车2通过电轨道7行走于温室大棚平顶面的正下方的两个侧壁之间,
[0067] 电轨道7固定于两个侧壁之间,且位于风扇I下部,
[0068] 遮光帘驱动装置3固定于温室大棚平顶面与斜面相交线的一端,用于控制遮光帘5为温室大棚的斜面遮光,
[0069] 意外触电保安器8的信号输出端与处理器11的触电信号输入端连接,
[0070] 第一位置传感器9的用于采集生物电场调控模块是否触碰到温室大棚的一侧的侧壁上,并将采集到的信号发送至处理器11的第一位置信号输入端,
[0071] 第二位置传感器12的用于采集生物电场调控模块是否触碰到温室大棚的另一侧的侧壁上,并将采集到的信号发送至处理器11的第二位置信号输入端,
[0072] 键盘10的信号输出端与处理器11的信号输入端连接,
[0073] 处理器11用于控制小车2的行走,
[0074] 处理器11的脉冲信号出端与脉冲宽度调制电路13的脉冲信号输入端连接,
[0075] 脉冲宽度调制电路13的脉冲信号输出端与升压单元14的脉冲信号输入端连接,
[0076] 升压单元14的直流高压信号输出端与生物电场电极15的直流高压信号输入端连接。

Claims (2)

1.基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚,其特征在于:它包括温室大棚、小车(2)和生物电场调控系统,生物电场调控系统包括意外触电保安器(8)、第一位置传感器(9)、键盘(10)、处理器(11)、第二位置传感器(12)、脉冲宽度调制电路(13)、升压单元(14)和生物电场电极(15),所述的生物电场调控系统安装于小车(2)上, 意外触电保安器(8)的信号输出端与处理器(11)的触电信号输入端连接, 第一位置传感器(9)的用于采集生物电场调控系统是否触碰到温室大棚的一侧的侧壁上,并将采集到的信号发送至处理器(11)的第一位置信号输入端, 第二位置传感器(12)的用于采集生物电场调控系统是否触碰到温室大棚的另一侧的侧壁上,并将采集到的信号发送至处理器(11)的第二位置信号输入端, 键盘(10)的信号输出端与处理器(11)的信号输入端连接, 处理器(11)用于控制小车(2)在温室大棚中的行走, 处理器(11)的脉冲信号出端与脉冲宽度调制电路(13)的脉冲信号输入端连接, 脉冲宽度调制电路(13)的脉冲信号输出端与升压单元(14)的脉冲信号输入端连接, 升压单元(14)的直流高压信号输出端与生物电场电极(15)的直流高压信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于物理农业生物电场调控的自动化温室大棚,其特征在于:它还包括温室大棚控制系统,所述的温室大棚控制系统包括上位机、第一 ZigBee无线模块、第二 ZigBee无线模块(4)、温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、风扇(I)、遮光帘驱动装置(3 )和喷灌装置(6 ), 温度传感器用于采集温室大棚内部温度信息,并将采集到的温度信号通过第二 ZigBee无线模块(4)、第一 ZigBee无线模块发送至上位机, 湿度传感器用于采集温室大棚内部空气湿度信号,并将采集到的湿度信号通过第二ZigBee无线模块(4)、第一 ZigBee无线模块发送至上位机, 二氧化碳传感器用于采集温室大棚内部二氧化碳信号,并将采集到的二氧化碳信号通过第二 ZigBee无线模块(4)、第一 ZigBee无线模块发送至上位机, 光照传感器用于采集温室大棚内部的光照信号,并将采集到光照信号通过第二 ZigBee无线模块(4)、第一 ZigBee无线模块发送至上位机; 上位机通过第一 ZigBee无线模块和第二 ZigBee无线模块(4)对风扇(I)进行控制,上位机通过第一 ZigBee无线模块和第二 ZigBee无线模块(4)对遮光帘驱动装置(3)进行控制, 上位机通过第一 ZigBee无线模块和第二 ZigBee无线模块(4)对喷灌装置(6)进行控制。
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