CN104236624B - 温室环境信息智能采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够实现温室内环境数据全方面采集的智能化的温室环境信息采集系统。本发明提供的温室环境信息智能采集系统，包括温室大棚，所述温室大棚内设置有空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器、空气温度分控单片机、湿度分控单片机、光照度分控单片机、二氧化碳分控单片机，土壤水分分控单片机、土壤温度分控单片机，总控单片机，总控单片机与存储器、显示器、警报器、无线通讯设备相连。本发明能够采集温室环境内与植物生长息息相关的数据，在采集时能够采集大棚内的平均参数，使数据本身更加具有一般性和平均型，指导工作人员进行更为科学的温室农业种植。

Description

温室环境信息智能采集系统

技术领域

本发明涉及一种能够针对温室环境中各种数据进行智能采集的系统，属于农业数据监测技术领域。

背景技术

温室大棚是现代高产高效农业的典型，它的建设与发展日益受到高度重视。但目前温室大棚多靠人工经验进行管理，其自动化程度不高，效率较低。随着我国农业向优质、高效、高产农业的发展，各种新的科学技术越来越广泛的应用于温室生产中。目前，有些较为先进的温室环境中配备了一些常规的温湿度测量仪器，监控温室中的一些重要参数，当超出合理阈值时，能够自动报警，这从一定程度上实现了农业的科学化控制。但在温室中影响农业生产的环境因素有很多，如果要达到更为精确、更具有科学指导意义的自动化控制，则需要进行更为广泛、严谨的信息采集，而且必须结合特定的采集手段。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种能够实现温室内环境数据全方面采集的智能化的温室环境信息采集系统。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种温室环境信息智能采集系统，包括温室大棚，所述温室大棚内设置有空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器、空气温度分控单片机、湿度分控单片机、光照度分控单片机、二氧化碳分控单片机，土壤水分分控单片机、土壤温度分控单片机，总控单片机，总控单片机与存储器、显示器、警报器、无线通讯设备相连；

所述空气温度传感器至少为五个，分别设置在温室中的四角及中心位置；空气温度传感器的高度设置在植物正常生长高度附近，空气温度传感器采集到空气中的温度传输至空气温度分控单片机中，由空气温度分控单片机进行平均计算后将平均值传输至总控单片机中，空气温度分控单片机中预先设定有警告温度阈值，当某一空气温度传感器采集到的数值超过警告温度阈值时，空气温度分控单片机向总控单片机发送警报信号；

空气湿度传感器至少为一个，空气湿度传感器采集到空气中的温度传输至空气湿度分控单片机中，由空气温度分控单片机进行平均计算后将平均值传输至总控单片机中，空气湿度分控单片机中预先设定有警告湿度阈值，当其中一个空气湿度传感器采集到的数值超过警告湿度阈值时，空气湿度分控单片机向总控单片机发送警报信号；

光照度传感器至少为一个，光照度传感器采集到空气中的温度传输至光照度分控单片机中，由光照度分控单片机进行平均计算后将平均值传输至总控单片机中；光照度分控单片机中预先设定有阈值，并在其中一个光照度传感器采集数值超过阈值时，向总控单片机发送警报信号；

二氧化碳传感器采集温室中的二氧化碳含量，并传输至二氧化碳分控单片机中，二氧化碳分控单片机向总控单片机发送采集数据；

土壤水分传感器在土壤中多层设置，分为：浅表层、根系分布层、根部以下层，各土壤水分传感器将采集到的数据传输至土壤水分分控单片机中，土壤水分分控单片机可以收集各层的水分平均值后传输至总控单片机中，土壤水分分控单片机中预先设定有警告水分阈值，当某一土壤水分传感器采集到的数值超过警告水分阈值时，土壤水分分控单片机向总控单片机发送警报信号；

土壤温度传感器埋设在土壤中，采集到的土壤温度数值传输至土壤温度分控单片机中,土壤温度分控单片机向总控单片机发送采集数据；

总控单片机接收到各分控单片机传来的空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳含量、土壤含水量、土壤温度，将这些数值送至存储器中加以存储，并通过无线通讯设备定期发送至远程数据中心，远程数据中心根据这些数值能够绘制详细的温室环境参数曲线图。

进一步的，总控单片机中设置有各环境参数报警阈值，当某一环境参数超过报警阈值时，总控单片机发送信号至远程数据中心。

进一步的，所述各分控单片机中根据季节和时间的不同设置不同的警报阈值。

进一步的，所述空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器定时采集数据并传输至总控单片机中。

进一步的，土壤水分传感器在水平面上采用多点设置方式。

进一步的，土壤水分传感器在浅表层、根系分布层、或根部以下层中纵向设置有至少两个土壤水分传感器。

进一步的，在灌溉时及灌溉后一段时间内总控单片机停止接受土壤水分数据，在灌溉时及灌溉后更长一段时间内，总控单片机停止接受空气湿度数据。

进一步的，大棚内设置有摄像头，某一环境参数超过报警阈值时，总控单片机打开摄像头采集实时图像后同步传输至远程数据中心。

进一步的，温室大棚内设置5根固定杆，各地上传感器固定在所述固定杆上。

有益效果：

本发明提供的温室环境采集系统，能够采集温室环境内空气温湿度、土壤温湿度、光照度、二氧化碳浓度等等与植物生长息息相关的数据，此外在采集时能够采集大棚内的平均参数，使数据本身更加具有一般性和平均型，通过这些参数，能够绘制详细的温室环境参数曲线图，并与日常的植物种植手段进行比对，分析灌溉量、灌溉次数、光照强度、施肥量、施肥次数等等数据对环境参数的影响，从而指导工作人员进行更为科学的温室农业种植，尤其适用于大型温室大棚推广应用。

附图说明

图1为本发明电子元器件连接示意图；

图2为固定杆在温室内设置示意图；

图3为固定杆上传感器安装示意图。

附图标记列表：

1-温室，2-固定杆，3-传感器。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种温室环境信息智能采集系统，包括温室大棚，所述温室大棚内设置有空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器、空气温度分控单片机、湿度分控单片机、光照度分控单片机、二氧化碳分控单片机，土壤水分分控单片机、土壤温度分控单片机，总控单片机与存储器、显示器、警报器、无线通讯设备相连。各分控单片机用于收集各自所属的传感器采集到的数据，当各自所属的传感器为多个时则取平均值后发送至总控单片机，总控单片机针对接收到的数值进行存储、监控，并将这些数值定期通过无线通讯设备传输至远程数据中心。

大棚内由于各种植物分布以及设备的遮挡问题，可能会导致大棚内温度、湿度并不均匀，因此本发明在大棚的多个位置分别采集空气中的温度，考虑到大棚多数为长方形或正方形，所述空气温度传感器至少为五个，分别设置在温室中的四角（这里的四角并非是大棚的最边缘位置，如以图中所示的长方形为例，温度传感器应设置在对角线上，位置应取在对角线中距离角点四分之一至三分之一对角线长度的位置范围内）及中心位置；空气温度传感器的高度不宜设置过高，可以设置在植物正常生长高度附近，空气温度传感器采集到空气中的温度传输至空气温度分控单片机中，由空气温度分控单片机进行平均计算后将平均值传输至总控单片机中。空气温度分控单片机中应预先设定有警告温度阈值，当某一空气温度传感器采集到的数值超过警告温度阈值时，空气温度分控单片机向总控单片机发送警报信号。

空气湿度传感器至少为一个，也可以设置在大棚内的多个位置，应暴露在空气中，为了防止读数误差过大，不应设置在接近墙面和其他器械附近。空气湿度传感器采集到空气中的温度传输至空气湿度分控单片机中，由空气温度分控单片机进行平均计算后将平均值传输至总控单片机中。空气湿度分控单片机中应预先设定有警告湿度阈值，当某一空气湿度传感器采集到的数值超过警告湿度阈值时，空气湿度分控单片机向总控单片机发送警报信号。

同样的，在温室中由于设备和植物之间的遮蔽作用，如果只在某一点进行光照度采样的话容易导致读数不精确的问题存在，因此光照度传感器应设置在没有植物和设备遮蔽的地方，应高于植物的普遍高度，优选设计在大棚中心位置，在条件允许的情况下，可以和空气温度传感器相仿，也在温室的四角（这里的四角与前述提及的概念一致）加以设置。光照度传感器采集到空气中的温度传输至光照度分控单片机中，由光照度分控单片机进行平均计算后将平均值传输至总控单片机中。在设置多个光照传感器时，与上述空气湿度和温度的警告功能相似，在光照度分控单片机中预先设定有阈值，并在某个采集数值超过阈值时，向总控单片机发送警报信号。

二氧化碳传感器采集温室中的二氧化碳含量，并传输至二氧化碳分控单片机中，二氧化碳分控单片机接收到采集到的数值后取平均值发送至总控单片机。二氧化碳分控单片机中应预先设定有警告二氧化碳阈值，当某一二氧化碳传感器采集到的数值超过警告二氧化碳阈值时，二氧化碳分控单片机向总控单片机发送警报信号。

以上为地上传感器，地上传感器均可以采用类似空气温度传感器的设置方式，因此这些传感器可以设置在同一个固定杆上，在温室1内设置5根固定杆2（如图1所示），根据各传感器需要安装的不同高度将各个传感器3分别安装在固定杆2的不同高度上（如图2所示）。

由于土壤水分根据土层深浅具有较大的差异，因此土壤水分传感器应多层设置，大致可以分为三层：浅表层（距地面5cm内）、根系分布层（根据不同植物的生长特性可以设置在10～50cm范围内）、根部以下层（由于植物生长差异性大，这里指的根部以下可能为根系稀少的区域，一般在50cm以下），在各层中可能纵向设置有多个土壤水分传感器，以取得不同深度的土壤水分数值。从水平面观察、土壤水分传感器也可以像地上传感器一样采用多点设置方式，以取得各平面上的平均数值，从而使采集到的数据更具有一般性。各土壤水分传感器将采集到的数据传输至土壤水分分控单片机中，土壤水分分控单片机可以收集各层的水分平均值后传输至总控单片机中。土壤水分分控单片机中应预先设定有警告水分阈值，当某一土壤水分传感器采集到的数值超过警告水分阈值时，土壤水分分控单片机向总控单片机发送警报信号。

土壤温度传感器可设置在距地表20cm～50m范围内，也可以与土壤水分传感器的设置方式相仿分层设置，由于地面植被遮挡，在白天大棚内的土壤温度可能并不均匀，因此也可以在平面内多点设置，获得平均土壤温度。土壤温度分控单片机中应预先设定有警告温度阈值，当某一土壤温度传感器采集到的数值超过警告温度阈值时，土壤温度分控单片机向总控单片机发送警报信号。

在对植物进行喷淋、灌溉时，土壤中的水分会突然大量增加，而这些水分在一段时间之后都会渗透入土壤下层，在该段时间内土壤水分变化速度很快，可能会引起误报警情况产生。同时空气湿度传感器也会因为喷淋和土壤水分的蒸发导致湿度突然增高。因此，在灌溉时及灌溉后一段时间内（例如半小时）总控单片机可停止接受土壤水分数据或忽略土壤水分报警信号；在灌溉时及灌溉后更长一段时间（如两小时）内，总控单片机可停止接受空气湿度数据或忽略空气湿度报警信号，避免误报警情况产生。

上述各传感器可根据需要设置为定时采集，能够采集到不同时段的环境数据，相应的，分控单片机中根据不同季节、不同时间（例如，白天和晚上的温度值有所差异）应设置有不同的警报阈值，以便发送更为符合逻辑的警报信号。这里设置的不同报警阈值可人工设置，也可以预先设置各个季节、各个时间段的报警阈值，分控单片机根据当前的时间判断自动设置相应的阈值。总控单片机接收到各分控单片机传输的警报信号后启动警报器发出声光报警信号，提示现场工作人员调整大棚内部分区域的环境（例如定点灌溉、通风）以改变环境参数至适当的范围。各传感器应具有不同的编号，分控单片机在发出警报信号时优选将采集数值超出阈值的传感器编号发送至总控单片机中，总控单片机在启动警报器时同步将传感器编号显示在显示器上，以提示现场工作人员应调整哪个区域的环境参数。

总控单片机能够接收到各分控单片机传来的空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳含量、土壤含水量、土壤温度，将这些数值加以存储，并通过无线通讯设备定期发送至远程数据中心，远程数据中心根据这些数值能够绘制详细的温室环境参数曲线图，并与日常的植物种植手段进行比对，分析灌溉量、灌溉次数、光照强度、施肥量、施肥次数等等数据对环境参数的影响，从而指导工作人员进行更为科学的温室农业种植。在进行灌溉时，总控单片机还可以将灌溉时及灌溉后一段时间内的空气湿度传感器及土壤水分传感器采集的数据传输至远程数据中心，根据这些数据，能够绘制单位时间灌溉量、总灌溉量对空气湿度和土壤水分的影响曲线图，根据图表能够进一步进行数据分析，以形成更为科学的灌溉手段。此外，根据不同时间段采集到的土壤水分值，能够绘制土壤水分变化曲线图，从而分析温室内土壤水分渗透速度和渗透率，根据渗透速度和渗透率能够调整单次灌溉量和灌溉频率，提高灌溉效率。

总控单片机中还设置有各环境参数报警阈值（这里的报警数值针对的是总控单片机接收到的平均值），当某一环境参数超过报警阈值时，总控单片机及时发送信号至远程数据中心，以提示工作人员对现场进行及时处理。

进一步的，大棚内可设置有摄像头，摄像头由总控单片机控制打开和关闭，当某一环境参数超过报警阈值时，总控单片机打开摄像头采集实时图像后同步传输至远程数据中心，及时向远程数据中心反馈现场情况，以便工作人员采取合适的应对手段。

本发明中提到的阈值可能包括上限和下限值，具体可根据需要设定。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种温室环境信息智能采集系统，包括温室大棚，其特征在于：所述温室大棚内设置有空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器、空气温度分控单片机、湿度分控单片机、光照度分控单片机、二氧化碳分控单片机、土壤水分分控单片机、土壤温度分控单片机、总控单片机，所述总控单片机与存储器、显示器、警告器、无线通讯设备相连；

所述空气温度传感器至少为五个，分别设置在温室中的四角及中心位置；空气温度传感器的高度设置在植物正常生长高度附近，空气温度传感器采集到空气中的温度传输至空气温度分控单片机中，由空气温度分控单片机进行平均计算后将平均值传输至总控单片机中，空气温度分控单片机中预先设定有警告温度阈值，当某一空气温度传感器采集到的数值超过警告温度阈值时，空气温度分控单片机向总控单片机发送警告信号；

空气湿度传感器至少为一个，空气湿度传感器采集到空气中的湿度传输至空气湿度分控单片机中，由空气湿度分控单片机进行平均计算后将平均值传输至总控单片机中，空气湿度分控单片机中预先设定有警告湿度阈值，当其中一个空气湿度传感器采集到的数值超过警告湿度阈值时，空气湿度分控单片机向总控单片机发送警告信号；

光照度传感器至少为一个，光照度传感器采集到空气中的光照度传输至光照度分控单片机中，由光照度分控单片机进行平均计算后将平均值传输至总控单片机中；光照度分控单片机中预先设定有阈值，并在其中一个光照度传感器采集数值超过阈值时，向总控单片机发送警告信号；

二氧化碳传感器采集温室中的二氧化碳含量，并传输至二氧化碳分控单片机中，二氧化碳分控单片机向总控单片机发送采集数据；

土壤水分传感器在土壤中多层设置，分为：浅表层、根系分布层、根部以下层，各土壤水分传感器将采集到的数据传输至土壤水分分控单片机中，土壤水分分控单片机收集各层的水分平均值后传输至总控单片机中，土壤水分分控单片机中预先设定有警告水分阈值，当某一土壤水分传感器采集到的数值超过警告水分阈值时，土壤水分分控单片机向总控单片机发送警告信号；

土壤温度传感器埋设在土壤中，采集到的土壤温度数值传输至土壤温度分控单片机中,土壤温度分控单片机向总控单片机发送采集数据；

总控单片机接收到各分控单片机传来的空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳含量、土壤含水量、土壤温度，将这些数值送至存储器中加以存储，并通过无线通讯设备定期发送至远程数据中心，远程数据中心根据这些数值能够绘制详细的温室环境参数曲线图。

2.根据权利要求1所述的温室环境信息智能采集系统，其特征在于：所述总控单片机中设置有各环境参数警告阈值，当某一环境参数超过警告阈值时，总控单片机发送信号至远程数据中心。

3.根据权利要求1或2所述的温室环境信息智能采集系统，其特征在于：所述各分控单片机中根据季节和时间的不同设置不同的警告阈值。

4.根据权利要求1或2所述的温室环境信息智能采集系统，其特征在于：所述空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器定时采集数据并传输至总控单片机中。

5.根据权利要求1所述的温室环境信息智能采集系统，其特征在于：土壤水分传感器在水平面上采用多点设置方式。

6.根据权利要求1或5所述的温室环境信息智能采集系统，其特征在于：土壤水分传感器在浅表层、根系分布层或根部以下层中纵向设置有至少两个土壤水分传感器。

7.根据权利要求1所述的温室环境信息智能采集系统，其特征在于：在灌溉时及灌溉后一段时间内总控单片机停止接收土壤水分数据，在灌溉时及灌溉后更长一段时间内，总控单片机停止接收空气湿度数据。

8.根据权利要求1所述的温室环境信息智能采集系统，其特征在于：大棚内设置有摄像头，某一环境参数超过警告阈值时，总控单片机打开摄像头采集实时图像后同步传输至远程数据中心。

9.根据权利要求1或2所述的温室环境信息智能采集系统，其特征在于：温室大棚内设置5根固定杆，各地上传感器固定在所述固定杆上。