CN107065749A - 新型物联网蔬菜工厂系统 - Google Patents
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Abstract
一种新型物联网蔬菜工厂系统，包括智能客户端、云端服务器、中央处理器、单片机模块和可编程逻辑控制器；所述的中央处理器设有触摸显示屏且与所述的云端服务器通过以太网通讯，所述的云端服务器与所述的智能客户端通过以太网或者移动网络通讯；所述的单片机模块和可编程逻辑控制器分别与中央处理器相连；所述的单片机模块包括ZigBee模块，所述的可编程逻辑控制器包括WiFi模块；所述的单片机模块和可编程逻辑控制器的接口上分别设有多个可拆式连接的传感器和执行器；所述的中央处理器根据所述的传感器采集的实时数据通过单片机模块和可编程逻辑控制器控制所述的执行器的工作状态。本发明可以实时监控蔬菜大棚，更加智能化。
Description
技术领域
本发明涉及大棚蔬菜种植技术领域和自动控制技术领域，具体涉及一种新型物联网蔬菜工厂系统。
背景技术
环视地球的环境问题，不论土壤或气候皆日渐恶化，尤其气候环境的多变及难以捉摸的特性，皆使传统的露天式栽种方式及轻设施栽培方式容易受到气候的影响，从而造成栽种生产过程中的损失。虽然使用大棚种植蔬菜早已出现，也会设有温湿度传感器、CO2浓度传感器等用于采集大棚内实时数据的传感器和排气扇，水泵，除湿器、加湿器等执行器，但是有执行器的操作均需人为手动控制，因此现有的蔬菜大棚智能化程度较低，一旦工作人员离开大棚，便无法及时根据大棚内的实时情况调整各个执行器。尤其在一些天气状况突变或者天气预报不准的夜晚，不能根据天气状况及时调整大棚内各种执行器的工作状态，尤其是温度若大幅度变化，将对蔬菜产生不可逆转的影响。因此设计一种更加智能化，能随时了解大棚内的所有情况又能及时自动或者人为控制各种执行器的工作的大棚蔬菜控制系统成为目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种控制器直接控制各个执行器的工作状态，同时工作人员也可以通过智能客户端实时了解大棚内的状况及时调整各个执行器工作状态的一种更加智能化的新型物联网蔬菜工厂系统。
本发明所采用的技术方案是，一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：包括智能客户端、云端服务器、中央处理器、单片机模块和可编程逻辑控制器；所述的中央处理器设有触摸显示屏且与所述的云端服务器通过以太网通讯，所述的云端服务器与所述的智能客户端通过以太网或者移动网络通讯；所述的单片机模块和可编程逻辑控制器分别与中央处理器相连；所述的单片机模块包括ZigBee模块，所述的可编程逻辑控制器包括WiFi模块；所述的单片机模块和可编程逻辑控制器的接口上分别设有多个可拆式连接的传感器和执行器；所述的中央处理器根据所述的传感器采集的实时数据通过单片机模块和可编程逻辑控制器控制所述的执行器的工作状态。
采用以上技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明中对多个执行器的控制方式有两种，一种是中央处理器直接控制，由于中央处理器设有触摸显示屏，因此可以显示传感器采集到的数据，同时工作人员也可以直接在触摸显示屏上输入控制命令，控制执行器工作状态；另外一种是中央处理器将多个传感器采集到的实时数据传输至云端服务器，智能客户端再从云端服务器获取数据，工作人员根据智能客户端的数据做出判断后，利用智能客户端发送命令指令到云端服务器，云端服务器再将该指令发送给中央处理器，中央处理器开始控制执行器执行对应的指令，更智能化。
作为改进，所述的执行器包括水泵、加湿器、除湿器、空调、排气扇、液位传感器、人工光源板驱动模块，用于调整大棚内的环境因子。
作为改进，所述的传感器包括温湿度传感器、土壤传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器，用于采集大棚内与蔬菜生长密切相关的各种数据。
作为改进，所述的人工光源板驱动模块用于驱动人工光源板，所述的人工光源板包括多个LED灯，所述的LED灯为多行多列排布；所述的LED灯包括红、蓝、绿三种单色光源的灯珠，所述的每种单色光源的灯珠均独立驱动，保证蔬菜有充足且合适的光照进行光合作用，同时绿光可以改善蔬菜的外观品质。
作为改进，所述的人工光源板还包括UV紫外光灯，所述的UV紫外光灯与所述的LED灯间隔设置，UV紫外光灯用于杀菌及补光，有助于生产无农药残留的绿色无公害蔬菜。
作为改进，所述的LED灯和UV紫外光灯为交叉阵列式连接，所述的每一行LED之间串联，所述的多行LED灯之间为并联，所述的UV紫外光灯均为串联，任意一个LED灯断路或者短路不会影响人工光源板整体的正常工作。
作为改进，所述的LED灯与UV紫外光灯的驱动电源为恒流驱动电源，所述LED灯与UV紫外光灯的调光方式为数字调光，可以使人工光源板的工作更稳定、使用寿命更长、发光色彩更稳定且调节范围广。
作为改进，所述的红光波长为660nm，所述的蓝光波长为460nm，选用了最适合蔬菜生长的红光和蓝光的波长。
作为改进，所述的ZigBee模块通过锂电池供电，因此可以将ZigBee模块布置在传统线路不好到达的地方，方便快捷。
作为改进，所述的传感器还包括人体红外传感器，用于防盗，避免经济损失。
一种新型物联网蔬菜工厂系统的控制方法，其特征在于：预先在中央处理器和云端服务器设置植物生长函数数据库，多个传感器将采集到的实时数据传输至中央处理器，所述的中央处理器将植物生长函数数据库中对应地区对应蔬菜种类的生长曲线中的各项参数与实时数据进行比对，进而根据比对结果自动调整多个执行器的工作状态；所述的中央处理器将实时数据传输至云端服务器，所述的云端服务器将植物生长函数数据库中该种蔬菜的生长曲线中的各项参数与实时数据进行比对，然后将对比结果传输至智能客户端，工作人员通过智能客户端控制多个执行器的工作状态。
采用以上技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下优点：
中央处理器或者用户根据比对结果调整多个执行器的工作状态，即使没有种植经验的工作人员也种植多种蔬菜，不必依靠传统的种植经验，且能保证蔬菜在最适合的光照、温度、湿度、CO2浓度等环境因子下生长，控制最短的种植周期，产出更多的蔬菜，提高经济利益。
作为改进，所述的植物生长函数库包括理论植物函数数据库和经验植物函数数据库，所述的工作人员也可以在种植的过程中根据种植经验建立属于自己的经验植物函数数据库，在后续比对时可以任选一个植物函数数据库进行比对。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为支架示意图
图3为植物生长函数库系统示意图
图4为植物生长函数库与执行器之间的控制关系示意图
具体实施方式
如图1和图2所示，一种新型物联网蔬菜工厂系统，包括智能客户端、云端服务器、中央处理器、单片机模块和可编程逻辑控制器；所述的中央处理器设有触摸显示屏且与所述的云端服务器通过以太网通讯，所述的云端服务器与所述的智能客户端通过以太网或者移动网络通讯；所述的单片机模块和可编程逻辑控制器分别与中央处理器相连；所述的单片机模块包括ZigBee模块，所述的可编程逻辑控制器包括WiFi模块；所述的单片机模块和可编程逻辑控制器的接口上分别设有多个可拆式连接的传感器和执行器；所述的中央处理器通过单片机模块和可编程逻辑控制器根据所述的传感器采集的实时数据控制所述的执行器的工作状态。所述的ZigBee模块是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议的一种短距离无线通信技术，其优点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全，通过锂电池供电。所述WiFi模块是基于标准UART接口符合IEEE802.11b/g模式的WiFi无线网络嵌入式模块，其特征在于将无线AP的WiFi信号转换为串口的即插即用模块。所述WiFi模块内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。所述的可编程逻辑控制器也称为PLC控制器，其包括模拟输入端、模拟输出端、开关量输入端、开关量输出端，所述的单片机模块也包括模拟输入端、模拟输出端、开关量输入端、开关量输出端，用户可以根据需要选择使用PLC控制器或者单片机模块。所述的模拟输入端、模拟输出端一般用于连接传感器，所述的开关量输入端、开关量输出端一般用于连接执行器。所述的传感器包括温湿度传感器、土壤传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器、人体红外传感器；所述的执行器包括水泵、加湿器、除湿器、空调、排气扇、液位传感器、人工光源板驱动模块。
所述的一种新型物联网蔬菜工厂系统包括人工光源板，所述的人工光源板包括多个LED灯，所述的LED灯为多行多列排布，所述的LED灯包括红、蓝、绿三种单色光源的灯珠，所述的每种单色光源的灯珠均独立驱动，也就是将红、蓝、绿三种单色光源的灯珠集成在一个LED灯内，每种灯珠使用独立的电源进行驱动。所述的人工光源板还包括UV紫外光灯，所述的UV紫外光灯与所述的LED灯间隔设置。所述的LED灯和UV紫外光灯为交叉阵列式连接，所述的每一行LED之间串联，所述的多行LED灯之间为并联，所述的UV紫外光灯均为串联。所述的LED灯与UV紫外光灯的驱动电源为恒流驱动电源，所述的人工光源板驱动模块包括四组分别用于驱动红、蓝、绿灯珠和紫外光灯的恒流驱动电源，所述LED灯与UV紫外光灯的调光方式为数字调光。所述的红光波长为660nm，所述的蓝光波长为460nm。所述的人工光源板使用人工光源板驱动模块进行驱动，所述的人工光源板驱动模块与所述的单片机模块相连，根据光照强度传感器所采集的实时数据，所述的单片机模块的模拟输出端控制改变红、绿、蓝和紫外四种光照的亮度和混合配比以保障蔬菜处于最适合的光照下。利用紫外光灯进行杀菌，安全无公害，尤其是可以保证蔬菜没有任何农药残留，因此本发明适用于生产绿色无公害型蔬菜。
一种新型物联网蔬菜工厂系统的控制方法，预先在中央处理器和云端服务器设置植物生长函数数据库，多个传感器将采集到的实时数据传输至中央处理器，所述的中央处理器将植物生长函数数据库中对应地区对应蔬菜种类的生长曲线中的各项参数与实时数据进行比对，进而根据比对结果自动调整多个执行器的工作状态；所述的中央处理器将实时数据传输至云端服务器，所述的云端服务器将植物生长函数数据库中该种蔬菜的生长曲线中的各项参数与实时数据进行比对，然后将对比结果传输至智能客户端，工作人员通过智能客户端控制多个执行器的工作状态。所述的植物生长函数库包括理论植物函数数据库和经验植物函数数据库；所述的理论植物函数数据库中的数据来源于理论研究；在种植过程中工作人员可以根据自己种植过程中的经验向经验植物函数数据库中输入数据，在比对时，工作人员既可以选择理论植物函数数据库，也可以选择经验植物函数数据库，数据库选择后，中央处理器或云端服务器再将多个传感器所采集的实时数据与植物函数数据库中的数据进行比对进而调整各个执行器件的工作状态，以保证蔬菜处于最适合其生长的环境下，减少生长周期，增加产出。
将本发明中所述的新型物联网蔬菜工厂系统设置在大棚内，为了节省空间，可以在大棚内设置多个支架，所述的支架为3层结构，所述的支架每层上设有用于种植或培养蔬菜的托盘，种植蔬菜使用土壤，培养蔬菜使用培养液。多个传感器采集大棚中的实时数据，中央处理器控制各执行器的工作状态，例如温度方面主要是对空调的控制，控制其开启加热或者制冷模式，湿度主要是控制加湿机构和除湿机构的开启和关闭，CO2浓度控制是控制CO2的补给阀，营养液循环是控制水泵和营养液供水电磁阀的开启。中央处理器的触摸屏编写了人机交互界面，替代了传统机械开关和仪表；中央处理器设有手动控制和自动控制两种控制方案，手动控制是用户通过触摸屏上对应按键来操作控制执行器的开、关；自动控制是系统中所有的执行器都会自动按照中央处理器的控制程序去执行相应的动作，无需用户手动操作。根据蔬菜控制要求，在一个大型蔬菜工厂中，为了种植多种蔬菜，每种蔬菜可能对光参数和环境参数要求不同，则可能有很多个PLC控制器、单片机模块，所以可以通过智能客户端来对多个由PLC控制器、单片机模块组成的子系统进行统一化管理。
Claims (12)
1.一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：包括智能客户端、云端服务器、中央处理器、单片机模块和可编程逻辑控制器；
所述的中央处理器设有触摸显示屏且与所述的云端服务器通过以太网通讯，所述的云端服务器与所述的智能客户端通过以太网或者移动网络通讯；
所述的单片机模块和可编程逻辑控制器分别与中央处理器相连；所述的单片机模块包括ZigBee模块，所述的可编程逻辑控制器包括WiFi模块；所述的单片机模块和可编程逻辑控制器的接口上分别设有多个可拆式连接的传感器和执行器；
所述的中央处理器根据所述的传感器采集的实时数据通过单片机模块和可编程逻辑控制器控制所述的执行器的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：所述的执行器包括水泵、加湿器、除湿器、空调、排气扇、液位传感器、人工光源板驱动模块。
3.根据权利要求1所述的一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：所述的传感器包括温湿度传感器、土壤传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器。
4.根据权利要求2所述的一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：所述的人工光源板驱动模块用于驱动人工光源板，所述的人工光源板包括多个LED灯，所述的LED灯为多行多列排布；所述的LED灯包括红、蓝、绿三种单色光源的灯珠，所述的每种单色光源的灯珠均独立驱动。
5.根据权利要求4所述的一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：所述的人工光源板还包括UV紫外光灯，所述的UV紫外光灯与所述的LED灯间隔设置。
6.根据权利要求5所述的一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：所述的LED灯和UV紫外光灯为交叉阵列式连接，所述的每一行LED之间串联，所述的多行LED灯之间为并联，所述的UV紫外光灯均为串联。
7.根据权利要求5所述的一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：所述的LED灯与UV紫外光灯的驱动电源为恒流驱动电源，所述的人工光源板驱动模块包括四组分别用于驱动红、蓝、绿灯珠和紫外光灯的恒流驱动电源；所述LED灯与UV紫外光灯的调光方式为数字调光。
8.根据权利要求5述的一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：所述的红光波长为660nm，所述的蓝光波长为460nm。
9.根据权利要求1所述的一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：所述的ZigBee模块通过锂电池供电。
10.根据权利要求3所述的一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：所述的传感器还包括人体红外传感器。
11.一种新型物联网蔬菜工厂系统的控制方法，其特征在于：预先在中央处理器和云端服务器设置植物生长函数数据库，多个传感器将采集到的实时数据传输至中央处理器，所述的中央处理器将植物生长函数数据库中对应地区对应蔬菜种类的生长曲线中的各项参数与实时数据进行比对，进而根据比对结果自动调整多个执行器的工作状态；所述的中央处理器将实时数据传输至云端服务器，所述的云端服务器将植物生长函数数据库中该种蔬菜的生长曲线中的各项参数与实时数据进行比对，然后将对比结果传输至智能客户端，工作人员通过智能客户端控制多个执行器的工作状态。
12.根据权利要求11所述的一种新型物联网蔬菜工厂系统，其特征在于：所述的植物生长函数库包括理论植物函数数据库和经验植物函数数据库。
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|---|---|---|---|
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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