CN105259958A - 温室大棚环境因子智能监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，包括用于采集温室大棚环境因子信号的数据采集模块，用于分析、存储数据采集模块提供的数据信号的数据分析模块，用接收数据分析模块的分析信号、对环境因子进行调控的数据输出执行模块，以及用于检测、控制数据输出执行模块调控结果的效果评监模块。该智能监控系统能通过电子设备和无线网络对温室内环境进行智能控制，能够实现在大棚现场直接进行系统调节控制，也可以作为在大棚外的控制室内进行系统调节控制，通过进一步接入互联网，还可以真正实现远程监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种环境控制系统，具体涉及一种温室大棚环境因子智能监控系统，属于农业生产领域。
背景技术
设施农业生产是一个劳动力密集型产业，而且温室环境相对封闭，不利于人员长时间操作，大棚为主体的设施农业生产环境更为恶劣。
智能温室监控系统主要是控制温室内环境的温度、湿度、光照、CO2浓度等因素，来制造出适合农作物生长的最佳环境。
目前国内自主研制的温室控制系统控制逻辑相对简单，普遍是单个环境因子控制器，比如温度控制器、湿度控制器、光照控制器或CO2控制器等；各种调控与生产管理设施未完善配套，相关硬件与软件依赖国外进口；存在技术水平发展缓慢，管理体系落后等缺点，不能满足现代农业和温室自动化控制发展的要求。还有部分温室采用国外引进的整套温室设施。这些设施在国外经过多年的发展和完善，在技术上是比较成熟和先进的，但也存在体积大、能耗大、降温效果较差、对操作人员的素质要求高等问题；从经济效益上看，因为设备投资大、运行费用高而导致产值低，经济效益不佳。
申请人针对现有技术中的温室智能控制的缺陷，研发出以PLC控制器为核心来实现温室大棚环境自动控制的智能系统。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种温室大棚环境因子智能监控系统，该智能监控系统能对温室大棚内环境信息进行收集、分析、传递和反馈调节，并能够对调节结果进行评价、监测，有效控制温室大棚内作物的生长环境。
技术方案：本发明所述的温室大棚环境因子智能监控系统包括用于采集温室大棚环境因子信号的数据采集模块，用于分析、存储数据采集模块提供的数据信号的数据分析模块，根据数据分析模块的分析信号对环境因子进行调控的数据输出执行模块，以及用于监测、评价调控结果的效果评监模块。
数据采集模块采集大棚内的环境因子信息，将采集的信号传输至数据分析模块，数据分析模块对大棚内的环境进行分析，将分析信号传输至数据输出执行模块，若分析结果不符合要求，则数据输出执行模块发出调控指令，对环境因子进行调节，调节后的环境因子信号传递至效果评监模块，效果评监模块对调控结果进行监测、评价。
其中，上述数据采集模块包括环境因子采集设备以及将采集到的环境因子模拟信号转换成数字信号的A/D转换器。
数据分析模块包括用于分析数据信号的PLC控制器，以及用于输入预设环境因子值、为PLC控制器提供数据分析依据的人机互动接口。
数据输出执行模块包括根据PLC控制器的数据分析结果发出调控环境因子指令的环境因子调控设备。
效果评监模块包括用于在大棚内实时监控的在线取像设备，用于接收、存储和显示大棚内实时数据信息、并根据该信息对数据输出执行模块的调控结果进行监测、评价的计算机，其中，该实时数据信息包括在线取像设备采集的视频信号、PLC控制器接收的环境因子信号以及PLC控制器作出的数据分析结果。
环境因子采集设备采集大棚内的环境因子信息，通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，PLC控制器存储该数字信号，并将该数字信号与预设环境因子值进行比对分析，一方面环境因子调控设备根据分析结果做出调控指令，另一方面PLC控制器将存储的数字信号和分析结果传输至计算机；在线取像设备将大棚内的实时影像结果经影像传输设备传输至计算机，计算机根据接收的大棚内实时数据信息，对环境因子调控结果进行监测，评价调控的有效性，同时，还可根据评价结果，在人机互动接口中进行修正调控。
进一步的，效果评监模块中的计算机包括位于大棚内的现场计算机和/或大棚外的控制计算机。效果评监可在大棚内进行，也可在大棚外的控制室内进行，避免大棚内作业的辛苦。
更进一步的，效果评监模块还包括与计算机通过外源网络系统连接、对大棚内环境实现远程控制的移动设备或其他数据接收终端。通过将大棚内的实时信息共享至移动设备或其他数据接收终端，可真正实现对棚内环境的远程控制。
优选的，PLC控制器通过无线传输线路将数据信号传输至计算机。
进一步的，在线取像设备通过影像传输设备将视频信号传输至计算机。
优选的，环境因子采集设备将采集到的环境因子模拟信号通过多芯屏蔽线传输至A/D转换器。多芯屏蔽线可同时连接多种环境因子采集设备，将信息汇总后传输，避免多条线路设置的不便性。
进一步的，PLC控制器将数据分析结果通过单芯屏蔽线传输至环境因子调控设备。
更进一步的，数据输出执行模块还包括用于根据PLC控制器的分析信号决定开启或者关闭环境因子调控设备的电磁阀或继电器。
优选的，PLC控制器输入点数为30以上。使得PLC控制器有足够的传输能力同时接收多种数据信息。
有益效果：(1)本发明的温室大棚环境因子智能监控系统通过电子设备和无线网络对温室内环境进行智能控制，不仅能够对大棚内环境因子进行调控，而且能够对调控结果进行监测，评价调控的有效性，并可根据评价结果对大棚内环境因子进行修正、再调控，通过不断循环，确定最有效的环境因子值，存储记录，用于相同作物的生长环境控制；(2)通过对作物生长过程中的环境因子进行实时调控，使其满足作物生长所需条件，可以提高作物的质量和产量；(3)本发明能够实现在大棚现场直接进行系统调节控制，也可以在大棚外的控制室内进行系统调节控制，通过进一步接入互联网，还可以真正实现远程监控。
附图说明
图1为本发明的温室大棚环境因子智能监控系统工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明的温室大棚环境因子智能监控系统包括数据采集模块，数据分析模块，数据输出执行模块，以及效果评监模块。
如图1所示，数据采集模块用于采集温室大棚环境因子信号，可包括环境因子采集设备、将采集到的环境因子模拟信号转换成数字信号的A/D转换器；环境因子采集设备可将采集到的环境因子模拟信号通过多芯屏蔽线传输至A/D转换器，多芯屏蔽线可同时连接多种环境因子采集设备，将信息汇总后传输，避免多条线路设置的不便性。环境因子采集设备可包括棚内温度、湿度、光照强度、CO2浓度和土壤湿度等因子的传感器，温度传感器可采用接触式的电偶式传感器，湿度传感器可采用线性频率输出集成式湿度传感器，光照强度、CO2浓度和土壤湿度等因子的传感器可采用相应专用的传感器。
数据分析模块用于分析、存储数据采集模块提供的数据信号，包括用于分析数据信号的PLC控制器，PLC控制器内置数据分析程序和存储程序，还包括人机互动接口，通过人机互动接口输入预设环境因子值、为PLC控制器提供数据分析依据。
数据输出执行模块用于根据数据分析模块的分析信号对环境因子进行调控，包括根据PLC控制器的数据分析结果发出调控环境因子指令的环境因子调控设备，PLC控制器可将数据分析结果通过单芯屏蔽线传输至环境因子调控设备。可在PLC控制器与环境因子调控设备之间设置电磁阀或继电器，当PLC控制器输出的分析信号达到电磁阀或继电器预设的值，电磁阀或继电器控制开启环境因子调控设备，调控设备发出调控指令。PLC控制器的输入点数为30以上，使得PLC控制器有足够的传输能力同时接收多种数据信息；继电器输出点数为5以上。调控温度可以通过开启光照、棚内热水管道等方法升温，可以通过开启风扇通风等方式降温。调控湿度可以通过管道喷雾、土壤滴灌等方法增湿，可以通过启动风扇等方式降湿。光照强度可以通过启动或者关闭灯光进行辅助调控。可以将棚外反应生成的CO2气体通过管道向棚内输送以提高CO2浓度。
效果评监模块用于监测、评价调控结果，包括用于在大棚内实时监控的在线取像设备，用于接收、存储和显示大棚内实时数据信息、并根据该信息对数据输出执行模块的调控结果进行监测、评价的计算机。该实时数据信息包括在线取像设备采集的视频信号、PLC控制器接收的环境因子信号以及PLC控制器作出的数据分析结果。在线取像设备采集的视频信号可通过影像传输设备传输至计算机。在线取像设备可为广角摄像头，可在棚内设置可移动的索道，广角摄像头随棚内索道移动取像，观察读数式环境因子测量器的数值、调控设备的操作质量以及植物生长状况等。计算机可为位于大棚内的现场计算机，也可为大棚外的控制计算机，也可在大棚内和大棚外的控制室内均设置计算机。设置现场计算机，PLC控制器内的数据信号(包括PLC控制器接收的环境因子信号以及PLC控制器作出的数据分析结果)及在线取像设备采集的视频信号可传递至现场计算机内，通过现场计算机现场观测调控结果并进行适当修正调整；也可设置控制计算机，大棚内的实时数据信息通过无线传输线路传输至控制计算机，如通过DTD433M无线模块传输；此时，效果评监可在大棚外的控制室内进行，避免大棚内作业的辛苦。计算机还可作为信号存储设备，存储记录棚内环境因子值，记录调控设备运行状况图像，存储内容可以直接在控制器视屏界面回放，也可以将存储介质取出在其他设备上回放。
效果评监模块还可以包括移动设备或其他数据接收终端，移动设备或其他数据接收终端与计算机通过外源网络系统连接，通过将大棚内的实时信息共享至移动设备或其他数据接收终端，无论人在何处，只需上网，即可了解拱棚内环境状况并适时监测，真正实现对大棚内环境的远程控制。
工作原理：环境因子采集设备采集环境因子信号，通过多芯屏蔽线将采集的环境因子模拟信号传输至A/D转换设备，A/D转换设备将模拟信号转换成数字信号并将该数字信号传递至PLC控制器；通过人机互动接口预先输入环境因子值，PLC控制器内置的数据分析程序将该接收的数据信息与预先输入值进行比对分析，若分析结果不符合要求，通过单芯屏蔽线将分析信号传至电磁阀或继电器，电磁阀或继电器开启环境因子调控设备，环境因子调控设备发出调控指令，通过调温设备、通风设备、补光设备、遮阳设备、灌溉设备、施肥设备、二氧化碳发生器等设备调节大棚内环境因子，调控结果通过在线取像设备取像观察，由影像传输设备将在线取像设备获取的视频信号传递至计算机，同时，PLC控制器也将接收的环境因子信号和作出的数据分析结果通过无线传输线路传递至计算机，通过计算机显示、回放，评价调控结果的有效性；若调控结果未达到所需效果，则可通过人为调控或智能调控来修正，如可根据调控结果，通过数据分析系统中的人机互动接口进行修正、调控动作，通过不断监测、评价及修正，直至环境因子符合作物生长环境要求，同时，确定最有效的环境因子值，存储记录，用于相同作物的生长环境控制。
Claims (10)
1.一种温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，包括用于采集温室大棚环境因子信号的数据采集模块，用于分析、存储数据采集模块提供的数据信号的数据分析模块，根据数据分析模块的分析信号对环境因子进行调控的数据输出执行模块，以及用于监测、评价调控结果的效果评监模块。
2.根据权利要求1所述的温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，所述数据采集模块包括环境因子采集设备以及将采集到的环境因子模拟信号转换成数字信号的A/D转换器；所述数据分析模块包括用于分析数据信号的PLC控制器，以及用于输入预设环境因子值、为PLC控制器提供数据分析依据的人机互动接口；所述数据输出执行模块包括根据PLC控制器的数据分析结果发出调控环境因子指令的环境因子调控设备；所述效果评监模块包括用于在大棚内实时监控的在线取像设备，用于接收、存储和显示大棚内实时数据信息、并根据该信息对数据输出执行模块的调控结果进行监测、评价的计算机，其中，该实时数据信息包括在线取像设备采集的视频信号、PLC控制器接收的环境因子信号以及PLC控制器作出的数据分析结果。
3.根据权利要求2所述的温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，所述效果评监模块中的计算机包括位于大棚内的现场计算机和/或大棚外的控制计算机。
4.根据权利要求2所述的温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，所述效果评监模块还包括与计算机通过外源网络系统连接、对大棚内环境实现远程控制的移动设备或其他数据接收终端。
5.根据权利要求2所述的温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，所述PLC控制器通过无线传输线路将数据信号传输至计算机。
6.根据权利要求2所述的温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，所述在线取像设备通过影像传输设备将视频信号传输至计算机。
7.根据权利要求2所述的温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，所述环境因子采集设备将采集到的环境因子模拟信号通过多芯屏蔽线传输至A/D转换器。
8.根据权利要求2所述的温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，所述PLC控制器将数据分析结果通过单芯屏蔽线传输至环境因子调控设备。
9.根据权利要求2所述的温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，所述数据输出执行模块还包括用于根据PLC控制器的分析信号决定开启或者关闭环境因子调控设备的电磁阀或继电器。
10.根据权利要求2所述的温室大棚环境因子智能监控系统，其特征在于，所述PLC控制器输入点数为30以上。
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