CN103869796A - 食用菌生产环境监控方法及监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种食用菌生产环境监控方法,包括预置若干种环境变量参数作为系统的配置数据;实时采集若干种环境变量的数据;对采集的实时数据进行处理后存储;将通过处理后的实时数据与配置数据进行分析,使各环境控制设备保持当前工作状态,或发送设备状态决策命或设备状态改变命令至相应的环境控制设备使其处于应置状态。采用上述监控方法的监控系统,包括传感器、PLC中控模块、数据采集模块、数据中心模块以及表现层模块。本发明的食用菌生产环境监控方法以及监控系统通过实时检测到的生产环境中的参数,动态地控制食用菌生产环境中的相应设备,实现了闭环数据分析与自动控制,确保食用菌生产环境的各项指标控制在用户预设的参数范围带内。
Description
技术领域
本发明涉及一种对食用菌的封闭式生产环境进行监控,而使该生产环境能够始终控制在预设参数范围内以确保食用菌质量的方法以及采用该方法的监控系统。
背景技术
目前食用菌生产基地常用的环境监控系统多属于半自动的开环控制体系,即通过单片机或PLC等控制单元结合简单的传感器,对食用菌生产场所的环境变量进行周期性的监测,并将监测到的数据通过中控箱做基本的显示。工作人员通过对中控箱进行周期性的检查来手动地设置食用菌生产间的设备状态来改善食用菌的生长环境参数,确保食用菌的正常生长。相对于粗放式的食用菌生产工艺,该类型监控系统对食用菌生产过程中的环境进行了量化跟踪和控制,可以有效的提高食用菌的产量。然而作为一种开环式控制,该类型系统无法实现对劳动力的有效解放,生产过程仍然严重依赖人工活动;此外,由于人工监测的周期性特点,该系统无法实现对食用菌生产环境的实时性控制。
除此以外,也有少部分企业和单位对食用菌生产环境进行基本的闭环控制。用户预先设定好环境参数,中控单元通过对传感器所采集的数据进行检查再根据用户的预设参数进行简单对比来确定生产间中的设备状态。相对于开环控制系统,该系统对于食用菌生产环境控制的实时性有了显著的改善,同时也降低了人力需求。但食用菌的生长对环境参数的要求具有随生长过程变化的动态性特点,因而该类型的控制系统缺乏对环境参数的动态控制。此外,不同食用菌对环境的要求有着较为显著的差异,这将意味着该类型控制系统仅适用于品种固定的食用菌生产基地,而对于食用菌实验基地来说由于要使用不同品种的食用菌养殖试验,实验人员必须掌握坚实的计算机技术才能对系统进行重新配置,因而该系统无法满足食用菌培养实验室的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对食用菌的生产环境进行动态控制并能够适应不同类型的食用菌生产环境的监控方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种食用菌生产环境监控方法,用于对封闭式的食用菌生产环境进行监控,它包括如下步骤,
(1)用户预置封闭式食用菌生产周期中若干种环境变量参数作为系统的配置数据;
(2)在食用菌生长过程中,实时采集所述的食用菌生产环境中的各种环境变量数据;
(3)对采集的实时数据进行处理后存储,供用户访问;
(4)将通过处理后的实时数据与所述的配置数据进行分析,当所述的实时数据处于用户预设的配置数据范围之内,用于产生所述环境变量的各环境控制设备保持当前工作状态;当所述的实时数据偏离用户预设的配置数据的范围,发送设备状态决策命令至相应的环境控制设备使其处于应置状态;或用户直接发送设备状态改变命令至各所述的环境控制设备使其处于应置状态。
进一步地,所述的若干项环境变量包括所述的食用菌生产环境中的温度、湿度、CO2浓度、光照强度、光色配比。
进一步地,所述的配置数据为相应环境变量在所述的食用菌生产周期内的上限值和下限值所在的区间。
进一步地,同一所述的环境变量设置有多个数据采集点,所述的实时数据由多个所述的数据采集点的数据筛选、整合而成。
本发明还提供一种食用菌生产环境监控系统,其包括设置于所述的封闭式食用菌养殖间内用于采集各环境变量的传感器和与所述的传感器输出端相连接的PLC中控模块、设置于所述的封闭式食用菌养殖间外的数据采集模块和数据中心模块以及表现层模块,所述的PLC中控模块、数据采集模块、数据中心模块以及表现层模块相依次双向数据传输连接,所述的PLC中控模块接收所述传感器输出的实时数据,经由所述的数据采集模块筛选整合后输出并存储至数据中心模块,所述的数据中心模块结合预置的配置数据进行分析并确定封闭式食用菌培养间内的环境控制设备的应置状态,同时将相应的设备状态决策命令或设备状态改变命令依次通过所述的数据采集模块、PLC中控模块发送至相应的环境控制设备,终端用户通过所述的表现层模块对所述的数据中心模块进行访问。
进一步地,所述的数据采集模块与所述的PLC中控模块通过串行通讯接口或有线TCP/IP网络相连接。
进一步地,所述的数据中心模块包括用于对数据进行分析和技术整合并产生所述的设备状态决策命令的服务器、与所述的服务器相连接并用于存储数据的中心数据库。
进一步地,所述的表现层模块通过无线或有线网络与终端用户交互。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明的食用菌生产环境监控方法以及监控系统通过实时检测到的生产环境中的参数,动态地控制食用菌生产环境中的相应设备,实现了闭环数据分析与自动控制,以确保在给定时间区间内食用菌生产环境的各项指标控制在用户预设的参数范围带内,从而可以避免实验人员长期从事重复性的数据读取与设备控制等机械性劳动,并可以确保环境参数更加稳定地符合预设条件,使得对食用菌生产实验进行细粒度监控成为可能。
附图说明
附图1为本发明的食用菌生产环境监控系统的系统结构示意图。
附图2为本发明的食用菌生产环境监控方法的流程图。
附图3为预置的配置数据的示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一:参见附图1所示。一种食用菌生产环境监控系统,包括传感器、与传感器输出端相连接的PLC中控模块、数据采集模块、数据中心模块以及表现层模块。其中,传感器和PLC中控模块设置于封闭式食用菌养殖间内,而数据采集模块、数据中心模块以及表现层模块则设置于封闭式食用菌养殖间外。PLC中控模块、数据采集模块、数据中心模块以及表现层模块相依次双向数据传输连接。
食用菌生产环境中设置有若干个分别采集各环境变量的数据的传感器,传感器的输出端与PLC中控模块的输入端相连接。这里,若干种环境变量包括食用菌生产环境中的温度、湿度、CO2浓度、光照强度、光色配比等。PLC中控模块接收传感器输出的实时数据,经由数据采集模块筛选整合后输出并存储至数据中心模块,数据中心模块结合预置的配置数据进行分析并确定封闭式食用菌培养间内的环境控制设备的应置状态,同时将相应的设备状态决策命令或设备状态改变命令依次通过数据采集模块、PLC中控模块发送至相应的环境控制设备,终端用户通过表现层模块对数据中心模块进行访问。
数据采集模块与PLC中控模块通过串行通讯接口或有线TCP/IP网络相连接。数据中心模块通过采用TCP/IP连接方式的交换机而与数据采集模块互连,它包括用于对数据进行分析和技术整合并产生设备状态决策命令的服务器、与服务器相连接并用于存储数据的中心数据库。
表现层模块采用TCP/IP连接方式与数据中心模块互连,同时还通过无线或有线网络与终端用户交互。
上述食用菌生产环境监控系统采用的监控方法流程如附图2所示。
(1)用户预置封闭式食用菌生产周期中的若项种环境变量参数作为系统的配置数据。该监控系统支持对温度、湿度、CO2浓度、光照强度和光色配比五种参数进行监控。由于在食用菌生长的过程中,菌种对环境指标的要求有所不同,因而智能监控系统允许用户对食用菌生长的整个周期做环境参数配置。
如附图3所示,横坐标表示食用菌生长的时间区间,纵轴表示食用菌生长的环境变量。用户可以设置通过系列1与系列2分别设置食用菌生长过程中的某一时间区间中的环境变量设置上限值与下限值。
(2)在食用菌生长过程中,实时采集食用菌生产环境中的各项环境变量数据。
数据采集模块定义了与PLC中控模块的通讯标准、通讯协议,通过与PLC中控模块进行数据交换而采集食用菌生产环境的温度、湿度、CO2浓度、光照强度、光色配比等各项指标。
(3)对采集的实时数据进行处理后存储,供用户访问。
通过预定通过TCP/IP连接方式将实时数据发送给数据中心模块的服务器。服务器对收集到的数据进行处理后存储至中心数据库以供用户在需要时访问。
(4)将通过处理后的实时数据与配置数据进行分析,当实时数据处于用户预设的配置数据范围之内,用于产生环境变量的各环境控制设备(环境控制设备包括:制冷机、加湿器、空气换气与过滤设备、采光灯带和与之相匹配的电源等)保持当前工作状态;当实时数据偏离用户预设的配置数据的范围,发送设备状态决策命令至相应的环境控制设备使其处于应置状态;或用户直接发送设备状态改变命令至各环境控制设备使其处于应置状态。
具体的,当采集的环境变量的数据处于预设的系列1与系列2包络线内幕时,该监控系统将保持环境控制设备当前状态,否则监控系统通过对数据的分析后进行智能决策,确定各种环境控制设备的应置状态并对环境控制设备的状态进行调整,设备状态决策命令通过TCP/IP发送至数据采集模块,并由该数据采集模块向PLC中控模块发送相应的命令来控制环境控制设备,以使食用菌生产环境中的各环境变量均处于用户预设的配置数据的范围之内。
另外,还可以用户直接发送设备状态改变命令至各环境控制设备以调整其工作状态。用户通过与终端的交互,直接将设备状态改变命令经服务器发送至数据采集模块和PLC中控模块以完成对环境控制设备的直接控制。
当用户需要读取数据时,其通过终端和表现层模块直接访问中心数据库,表现层模块可以查询相应的信息并将信息以HTML的表现方式发送至终端上用户的浏览器。
上述监控系统及监控方法只能用于工厂化的食用菌生产基地与封闭式的食用菌生产实验室等封闭式场所,不支持开放式农田的环境控制。在该方案的设计下开发人员可以自行定义各模块间的通讯协议,协议格式既可以采纳效率较高的二进制级别私有协议,也可以参与可读性较强较易开源推广的基于XML技术的纯文本框架式协议。
该智能化的食用菌生产环境监控系统是利用物联网工程、自动化、机械工程等方面的技术进行系统架构与开发。系统预设多种食用菌生产的经典环境参数,如温度、CO2浓度、湿度等,供用户选择;同时提供系统扩展接口,供用户自我定制食用菌生产的环境参数。监控系统根据对实时检测到的生产环境中的参数,动态地控制食用菌生产基地中的相应设备,以确保在给定时间区间内食用菌生产基地的各项环境指标控制在用户预设的环境参数曲线范围带内。其在降低人工成本的同时,通过动态配置技术有效地将农业技术人员的智能集成到本系统的动态配置系统中。用户在使用本系统的同时也是在进行食用菌栽培环境的实验。系统配置参数将成为本系统的增值部分,因而该系统的应用过程也是系统的增值过程,使用过程中的配置参数可以有效地记载农技人员的经验数据及专业知识。
该食用菌生产环境监控系统与以往的开环控制系统相比,作为实验环境监控系统,本系统可以避免实验人员长期从事重复性的数据读取与设备控制等机械性劳动,从而将精力花费在更加有意义的研究与高附加值的工作中。此外,相比人工进行周期性的数据监测和设备调控,由于本系统实现了闭环数据分析与自动控制,因而使得对食用菌生产实验进行细粒度监控成为可能。
本系统可以确保实验环境参数更加稳定,更加符合实验预设条件,因而实验结果更加准确。此外,该系统支持实验数据的导出,因而实验人员可以方便的导出具有良好实验结果的配置参数。该系统的采纳能促进食用菌实验成果向农业生产的推广。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种食用菌生产环境监控方法,用于对封闭式的食用菌生产环境进行监控,其特征在于:
(1)用户预置封闭式食用菌生产周期中若干种环境变量参数作为系统的配置数据;
(2)在食用菌生长过程中,实时采集所述的食用菌生产环境中的各种环境变量数据;
(3)对采集的实时数据进行处理后存储,供用户访问;
(4)将通过处理后的实时数据与所述的配置数据进行分析,当所述的实时数据处于用户预设的配置数据范围之内,用于产生所述环境变量的各环境控制设备保持当前工作状态;当所述的实时数据偏离用户预设的配置数据的范围,发送设备状态决策命令至相应的环境控制设备使其处于应置状态;或用户直接发送设备状态改变命令至各所述的环境控制设备使其处于应置状态。
2.根据权利要求1所述的食用菌生产环境监控方法,其特征在于:所述的若干项环境变量包括所述的食用菌生产环境中的温度、湿度、CO2浓度、光照强度、光色配比。
3.根据权利要求1所述的食用菌生产环境监控方法,其特征在于:所述的配置数据为相应环境变量在所述的食用菌生产周期内的上限值和下限值所在的区间。
4.根据权利要求1所述的食用菌生产环境监控方法,其特征在于:同一所述的环境变量设置有多个数据采集点,所述的实时数据由多个所述的数据采集点的数据筛选、整合而成。
5.一种食用菌生产环境监控系统,特征在于:其包括设置于所述的封闭式食用菌养殖间内用于采集各环境变量的传感器和与所述的传感器输出端相连接的PLC中控模块、设置于所述的封闭式食用菌养殖间外的数据采集模块和数据中心模块以及表现层模块,所述的PLC中控模块、数据采集模块、数据中心模块以及表现层模块相依次双向数据传输连接,所述的PLC中控模块接收所述传感器输出的实时数据,经由所述的数据采集模块筛选整合后输出并存储至数据中心模块,所述的数据中心模块结合预置的配置数据进行分析并确定封闭式食用菌培养间内的环境控制设备的应置状态,同时将相应的设备状态决策命令或设备状态改变命令依次通过所述的数据采集模块、PLC中控模块发送至相应的环境控制设备,终端用户通过所述的表现层模块对所述的数据中心模块进行访问。
6.根据权利要求5所述的监控系统,其特征在于:所述的数据采集模块与所述的PLC中控模块通过串行通讯接口或有线TCP/IP网络相连接。
7.根据权利要求5所述的监控系统,其特征在于:所述的数据中心模块包括用于对数据进行分析和技术整合并产生所述的设备状态决策命令的服务器、与所述的服务器相连接并用于存储数据的中心数据库。
8.根据权利要求5所述的监控系统,其特征在于:所述的表现层模块通过无线或有线网络与终端用户交互。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140618 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |