CN107368976A - 一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统 - Google Patents

一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,其包括传感器节点、无线传感网络、在线经济评价系统、主控单元、能源管理模块、太阳能发电板、锂电池组、存储器模块、人机界面、报警装置、基于大数据的云服务器以及作物生命周期调节系统。本发明通过对新型温室的土壤和环境进行实时检测和显示,并在环境异常时发出报警信号,使得工作人员能够及时处理环境问题;通过无线传感网络将数据信息传输至基于大数据的云服务器,使得工作人员可以查询温室各个时间节点的环境数据信息;根据温室实时数据信息以及温室固有信息对温室作物进行经济评价,并根据经济评价结果对作物生命周期进行调节以使温室作物经济价值最大化。

Description

一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统
技术领域
[0001] 本发明涉及经济评价技术领域,具体涉及一种基于大数据的温室在线经济评价管 控系统。
背景技术
[0002] 随着设施面积的逐年跳跃式的增加,设施结构的不断改善,新型温室设备的加入, 引起温室运行能耗的巨大变化,设施农业逐步成为高耗能产业之一,同时部分地区蔬菜价 格浮动很大,如何在生产过程中,通过温室运行管理,动态平衡生产能耗投入与预期收益, 为生产管理者提供可见可预期的决策建议。
[0003] 我们需要综合温室构造和温室作物生产过程,联动温室环境可调控设备,确定影 响能源使用的关键要素,计算调控预期能耗,平衡生产成本和预期收益,为种植管理者提供 一个可视化的可参考的动态经济评价系统。
发明内容
[0004] 针对上述问题,本发明提供一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,对温 室环境和土壤进行实时检测和显示,并在环境异常时发出报警信号,以确保工作人员能够 实时了解温室环境并及时处理环境问题;通过无线传感网络将数据信息传输至基于大数据 的云服务器,使得工作人员可以查询温室各个时间节点的环境数据信息;根据温室实时数 据信息以及温室固有信息对温室作物进行经济评价,并根据经济评价结果对作物生命周期 进行调节以使温室作物经济价值最大化。
[0005] 本发明具体为一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,所述在线经济评价 管控系统包括传感器节点、无线传感网络、在线经济评价系统、主控单元、能源管理模块、太 阳能发电板、锂电池组、存储器模块、人机界面、报警装置、基于大数据的云服务器以及作物 生命周期调节系统,所述传感器节点通过所述无线传感网络与所述在线经济评价系统连 接,所述在线经济评价系统与所述主控单元连接,所述主控单元还连接到所述存储器模块、 所述人机界面、所述报警装置、所述能源管理模块以及所述作物生命周期调节系统,所述能 源管理模块还连接到所述太阳能发电板以及所述锂电池组,所述太阳能发电板还连接到所 述锂电池组,所述主控单元还通过无线传感网络连接到所述基于大数据的云服务器;所述 传感器节点包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度传感器、co2浓度传感器、土壤水 分传感器、土壤温度传感器以及盐碱度传感器,所述无线传感网络包括射频模块、以太网模 块、GPRS模块以及WiFi模块,所述在线经济评价系统包括生产价值评估子系统、气体调节价 值评估子系统、土壤调节价值评估子系统、观赏价值评估子系统以及公益价值评估子系统, 所述作物生命周期调节系统包括空气温湿度调节策略模块、土壤温湿度调节策略模块、C〇2 浓度调节策略模块以及盐碱度调节策略模块;所述空气温度传感器对温室的环境温度进行 检测,所述空气湿度传感器对温室的环境湿度进行检测,所述光照度传感器对温室的光照 度进行检测,所述co2浓度传感器对温室的浓度进行检测,所述土壤水分传感器对土壤的 湿度进行检测,所述土壤温度传感器对土壤的温度进行检测,所述盐碱度传感器对土壤的 盐碱度进行检测;所述传感器节点将检测到的温室实时数据信息通过所述无线传感网络传 送至所述在线经济评价系统,所述在线经济评价系统根据所述传感器节点传来的温室实时 数据信息以及温室固有信息对温室作物进行生产价值评估、气体调节价值评估、土壤调节 价值评估、观赏价值评估以及公益价值评估,所述在线经济评价系统将温室实时数据信息 及温室经济评价结果传送至所述主控单元,所述主控单元根据温室实时数据信息及温室经 济评价结果发出调节指令至所述作物生命周期调节系统,所述作物生命周期调节系统根据 调节指令对温室的空气温湿度、土壤温湿度、⑶2浓度以及盐碱度进行调节;所述主控单元 还将接收到的温室实时数据信息存储到所述存储器模块,并对数据信息进行比较判断,在 所述温室实时数据信息超出设定的阈值范围时,控制所述报警装置进行报警;所述主控单 元还通过所述能源管理模块对所述太阳能发电板以及所述锂电池组的电量进行控制;所述 太阳能发电板发出的电量一方面给所述在线经济评价管控系统进行供电,另一方面存储于 所述锂电池组;所述主控单元还通过无线传感网络将温室实时数据信息及温室经济评价结 果传输至所述基于大数据的云服务器,使得工作人员可以查询温室各个时间节点的环境数 据信息。
[0006]进一步的,所述能源管理模块采用升压型DC/DC转换芯片MAX1678,该芯片典型输 出为3.3V,可调输出为2.0-5.f5V,同时具有欠压保护、报警功能。所述能源管理模块的升压 转换电路包括MAXI678芯片、锂电池组、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以 及电感L1,所述锂电池组的正极连接到电感L1的第一端,锂电池组的正极、电容C1的第一 端、电阻R1的第一端、电阻R2的第一端、电感L1的第一端均连接到MAX1678芯片的BATT端子, 锂电池组的负极与电容C1的第二端连接后接地,电阻R1的第二端连接到MAX1678芯片的 SHDN端子,电阻R2的第二端连接到MAX1678芯片的PH端子,电阻R2的第二端连接到电阻R3 的第一端,电阻R3的第二端连接到电阻R4的第一端并接地,电阻R4的第二端连接到MAX1678 芯片的PFO端子,电感L1的第二端连接到MAX1678芯片的LX端子,电容C2的第一端连接到 MAX1678芯片的OUT端子,MAX1678芯片的OUT端子输出3 • 3V直流电压,电容C2的第二端连接 到MAX1678芯片的FB端子并接地,MAX1678芯片的GND端子接地。
[0007]进一步的,所述生产价值评估子系统的具体评估方式为:
[000S] Js =M X C X D —成本,成本=种子投入+化肥投入+农药投入+机械投入+劳动力成 本,
[0009] 其中,Js为作物的生产价值,M为作物的种植面积,C为单位面积作物的平均产量,D 为作物的平均单价。
[0010] 进一步的,所述气体调节价值评估子系统的具体评估方式为:
[0011] Jc=PcXCdXZ Jo = P〇X〇dXZ,
[0012]其中,JC为作物的固碳价值,pc为固碳成本单价,Cd为单位质量作物的含碳量,Z为 作物的总质量,Jo为作物的释氧价值,Po为释氧成本单价,0d为单位质量作物的含氧量。
[0013] 进一步的,所述土壤调节价值评估子系统的具体评估方式为:
[0014] Sy = Ec〇2X0.27+EcH4X〇.75,
[0015] 其中,Sy为温室土壤输出有机质,ECQ2为作物C02排放量,ECH4为作物CH4排放量,0.27 是把C02换算成纯碳的系数,0.75是把CH4换算成纯碳的系数。
[0016] 进一步的,所述观赏价值评估子系统的具体评估方式为:
[0017] Fp=l/n (AlPl+A2P2+---+AnPn), _8]其中,Fp为平均支付意愿,仏…^如为各投标额/^仏…此为各标的投标人数 的分布频率,n为投标数量,各标的投标人数的分布频率通过调查和统计得出。
[0019]进一步的,所述公益价值评估子系统的具体评估方式为:
[0020] J=Js+Jc+Jo+Sy+FP,
[0021]其中,J为作物的总体公益价值,即生产价值、固碳价值、释氧价值、温室土壤输出 有机质及平均支付意愿的纯数值相加。
[0022]本发明通过对新型温室的土壤和环境进行实时检测和显示,使得工作人员可以实 时了解农业基地的情况,并在环境异常时发出报警信号,使得工作人员能够及时处理环境 问题,以确保新型温室的稳定经济运行;通过无线传感网络将数据信息传输至基于大数据 的云服务器,使得工作人员可以查询温室各个时间节点的环境数据信息;根据温室实时数 据信息以及温室固有信息对温室作物进行经济评价,并根据经济评价结果对作物生命周期 进行调节以使温室作物经济价值最大化。
附图说明
[0023]图1是本发明一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统的结构示意图;
[0024] 图2是本发明能源管理模块的升压转换电路图。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图对本发明一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统的具体实 施方式做详细阐述。
[0026]如图1所示,本发明的在线经济评价管控系统包括传感器节点、无线传感网络、在 线经济评价系统、主控单元、能源管理模块、太阳能发电板、锂电池组、存储器模块、人机界 面、报警装置、基于大数据的云服务器以及作物生命周期调节系统,所述传感器节点通过所 述无线传感网络与所述在线经济评价系统连接,所述在线经济评价系统与所述主控单元连 接,所述主控单元还连接到所述存储器模块、所述人机界面、所述报警装置、所述能源管理 模块以及所述作物生命周期调节系统,所述能源管理模块还连接到所述太阳能发电板以及 所述锂电池组,所述太阳能发电板还连接到所述锂电池组,所述主控单元还通过无线传感 网络连接到所述基于大数据的云服务器;所述传感器节点包括空气温度传感器、空气湿度 传感器、光照度传感器、C02浓度传感器、土壤水分传感器、土壤温度传感器以及盐碱度传感 器,所述无线传感网络包括射频模块、以太网模块、GPRS模块以及WiFi模块,所述在线经济 评价系统包括生产价值评估子系统、气体调节价值评估子系统、土壤调节价值评估子系统、 观赏价值评估子系统以及公益价值评估子系统,所述作物生命周期调节系统包括空气温湿 度调节策略模块、土壤温湿度调节策略模块、C〇2浓度调节策略模块以及盐碱度调节策略模 块;所述空气温度传感器对温室的环境温度进行检测,所述空气湿度传感器对温室的环境 湿度进行检测,所述光照度传感器对温室的光照度进行检测,所述C〇2浓度传感器对温室的 C02浓度进行检测,所述土壤水分传感器对土壤的湿度进行检测,所述土壤温度传感器对土 壤的温度进行检测,所述盐碱度传感器对土壤的盐碱度进行检测;所述传感器节点将检测 到的温室实时数据信息通过所述无线传感网络传送至所述在线经济评价系统,所述在线经 济评价系统根据所述传感器节点传来的温室实时数据信息以及温室固有信息对温室作物 进行生产价值评估、气体调节价值评估、土壤调节价值评估、观赏价值评估以及公益价值评 估,所述在线经济评价系统将温室实时数据信息及温室经济评价结果传送至所述主控单 元,所述主控单元根据温室实时数据信息及温室经济评价结果发出调节指令至所述作物生 命周期调节系统,所述作物生命周期调节系统根据调节指令对温室的空气温湿度、土壤温 湿度、C〇2浓度以及盐碱度进行调节;所述主控单元还将接收到的温室实时数据信息存储到 所述存储器模块,并对数据信息进行比较判断,在所述温室实时数据信息超出设定的阈值 范围时,控制所述报警装置进行报警;所述主控单元还通过所述能源管理模块对所述太阳 能发电板以及所述锂电池组的电量进行控制;所述太阳能发电板发出的电量一方面给所述 在线经济评价管控系统进行供电,另一方面存储于所述锂电池组;所述主控单元还通过无 线传感网络将温室实时数据信息及温室经济评价结果传输至所述基于大数据的云服务器, 使得工作人员可以查询温室各个时间节点的环境数据信息。
[0027]如图2所示,所述能源管理模块采用升压型DC/DC转换芯片MAX1678,该芯片典型输 出为3.3V,可调输出为2.0-5.5V,同时具有欠压保护、报警功能。所述能源管理模块的升压 转换电路包括MAX1678芯片、锂电池组、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以 及电感L1,所述锂电池组的正极连接到电感L1的第一端,锂电池组的正极、电容C1的第一 端、电阻R1的第一端、电阻R2的第一端、电感L1的第一端均连接到MAX1678芯片的BATT端子, 锂电池组的负极与电容C1的第二端连接后接地,电阻R1的第二端连接到MAX1678芯片的 SHDN端子,电阻R2的第二端连接到MAX1678芯片的PFI端子,电阻R2的第二端连接到电阻R3 的第一端,电阻R3的第二端连接到电阻R4的第一端并接地,电阻R4的第二端连接到MAX1678 芯片的PF0端子,电感L1的第二端连接到MAX1678芯片的LX端子,电容C2的第一端连接到 MAX1678芯片的OUT端子,MAH678芯片的OUT端子输出3.3V直流电压,电容C2的第二端连接 到MAX1678芯片的FB端子并接地,MAX1678芯片的GND端子接地。
[0028]所述生产价值评估子系统的具体评估方式为:
[0029] Js =M X C X D —成本,成本=种子投入+化肥投入+农药投入+机械投入+劳动力成 本,
[0030] 其中,Js为作物的生产价值,M为作物的种植面积,C为单位面积作物的平均产量,D 为作物的平均单价。
[0031]所述气体调节价值评估子系统的具体评估方式为:
[0032] Jc = PcXCdXZ,J〇 = P〇XOdXZ,
[0033]其中,Jc为作物的固碳价值,Pc为固碳成本单价,Cd为单位质量作物的含碳量,Z为 作物的总质量,Jo为作物的释氧价值,Po为释氧成本单价,〇d为单位质量作物的含氧量。
[0034] 所述土壤调节价值评估子系统的具体评估方式为:
[0035] Sy=Ec〇2X〇.27+EcH4X〇.75,
[0036]其中,Sy为温室土壤输出有机质,Ec〇2为作物C02排放量,ECH4为作物CH4排放量,0.27 是把C02换算成纯碳的系数,0.75是把CH4换算成纯碳的系数。
[0037]所述观赏价值评估子系统的具体评估方式为:
[0038] FP=l/n (AlPl+A2P2+---+AnPn),
[0039]其中,Fp为平均支付意愿,八1、六2、..如为各投标额,?1、?2、"中11为各标的投标人数 的分布频率,n为投标数量,各标的投标人数的分布频率通过调查和统计得出。
[0040]所述公益价值评估子系统的具体评估方式为:
[0041] J=Js+Jc+Jo+Sy+Fp,
[0042]其中,J为作物的总体公益价值,即生产价值、固碳价值、释氧价值、温室土壤输出 有机质及平均支付意愿的纯数值相加。
[0043]最后应该说明的是,结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所 属领域的普通技术人员应当理解到,本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修 改或者等同替换,但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。 /

Claims (8)

1.一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,其特征在于,所述在线经济评价管 控系统包括传感器节点、无线传感网络、在线经济评价系统、主控单元、能源管理模块、太阳 能发电板、锂电池组、存储器模块、人机界面、报警装置、基于大数据的云服务器以及作物生 命周期调节系统,所述传感器节点通过所述无线传感网络与所述在线经济评价系统连接, 所述在线经济评价系统与所述主控单元连接,所述主控单元还连接到所述存储器模块、所 述人机界面、所述报警装置、所述能源管理模块以及所述作物生命周期调节系统,所述能源 管理模块还连接到所述太阳能发电板以及所述锂电池组,所述太阳能发电板还连接到所述 锂电池组,所述主控单元还通过无线传感网络连接到所述基于大数据的云服务器;所述传 感器节点包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照度传感器、c〇2浓度传感器、土壤水分 传感器、土壤温度传感器以及盐碱度传感器,所述无线传感网络包括射频模块、以太网模 块、GPRS模块以及WiFi模块,所述在线经济评价系统包括生产价值评估子系统、气体调节价 值评估子系统、土壤调节价值评估子系统、观赏价值评估子系统以及公益价值评估子系统, 所述作物生命周期调节系统包括空气温湿度调节策略模块、土壤温湿度调节策略模块、C02 浓度调节策略模块以及盐碱度调节策略模块;所述空气温度传感器对温室的环境温度进行 检测,所述空气湿度传感器对温室的环境湿度进行检测,所述光照度传感器对温室的光照 度进行检测,所述C02浓度传感器对温室的C02浓度进行检测,所述土壤水分传感器对土壤的 湿度进行检测,所述土壤温度传感器对土壤的温度进行检测,所述盐碱度传感器对土壤的 盐碱度进行检测;所述传感器节点将检测到的温室实时数据信息通过所述无线传感网络传 送至所述在线经济评价系统,所述在线经济评价系统根据所述传感器节点传来的温室实时 数据信息以及温室固有信息对温室作物进行生产价值评估、气体调节价值评估、土壤调节 价值评估、观赏价值评估以及公益价值评估,所述在线经济评价系统将温室实时数据信息 及温室经济评价结果传送至所述主控单元,所述主控单元根据温室实时数据信息及温室经 济评价结果发出调节指令至所述作物生命周期调节系统,所述作物生命周期调节系统根据 调节指令对温室的空气温湿度、土壤温湿度、C02浓度以及盐碱度进行调节;所述主控单元 还将接收到的温室实时数据信息存储到所述存储器模块,并对数据信息进行比较判断,在 所述温室实时数据信息超出设定的阈值范围时,控制所述报警装置进行报警;所述主控单 元还通过所述能源管理模块对所述太阳能发电板以及所述锂电池组的电量进行控制;所述 太阳能发电板发出的电量一方面给所述在线经济评价管控系统进行供电,另一方面存储于 所述锂电池组;所述主控单元还通过无线传感网络将温室实时数据信息及温室经济评价结 果传输至所述基于大数据的云服务器,使得工作人员可以查询温室各个时间节点的环境数 据信息。
2. 根据权利要求1所述的一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,其特征在于, 所述能源管理模块采用升压型DC/DC转换芯片MAX1678,该芯片典型输出为3.3V,可调输出 为2 • 0-5 • 5V,同时具有欠压保护、报警功能。
3. 根据权利要求2所述的一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,其特征在于, 所述能源管理模块的升压转换电路包括1六义1678芯片、锂电池组、电容(:1、电容〇2、电阻1?1、 电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电感L1,所述锂电池组的正极连接到电感L1的第一端,锂电池 组的正极、电容C1的第一端、电阻R1的第一端、电阻R2的第一端、电感L1的第一端均连接到 MA)C1678芯片的BATT端子,锂电池组的负极与电容C1的第二端连接后接地,电阻R1的第二端 连接到MAX1678芯片的SHDN端子,电阻R2的第二端连接到MAX1678芯片的PFI端子,电阻似的 第二端连接到电阻R3的第一端,电阻R3的第二端连接到电阻R4的第一端并接地,电阻財的 第二端连接到MAX1678芯片的PR)端子,电感L1的第二端连接到MAX1678芯片的LX端子,电容 C2的第一端连接到MAX1678芯片的OUT端子,MAX1678芯片的OUT端子输出3.3V直流电压,电 容C2的第二端连接到MAH 678芯片的FB端子并接地,MAX1价8芯片的GND端子接地。
4.根据权利要求3所述的一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,其特征在于, 所述生产价值评估子系统的具体评估方式为: ^ Js=M X C X D—成本,成本=种子投入+化肥投入+农药投入+机械投入+劳动力成本, 其中,Js为作物的生产价值,M为作物的种植面积,C为单位面积作物的平均产量,D为作 物的平均单价。
5.根据权利要求4所述的一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,其特征在于, 所述气体调节价值评估子系统的具体评估方式为: Jc 一 PcXCdXZjJo — PoXOdXZ? 其中,Jc为作物的固碳价值,Pc为固碳成本单价,Cd为单位质量作物的含碳量,Z为作物 的总质量,Jci为作物的释氧价值,Po为释氧成本单价,〇d为单位质量作物的含氧量。
6.根据权利要求5所述的一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,其特征在于, 所述土壤调节价值评估子系统的具体评估方式为: Sy = Ec〇2 X 0.27+ECH4 X 0.75, 其中,Sy为温室土壤输出有机质,Ec〇2为作物C〇2排放量,Ecim为作物CH4排放量,0.27是把 C02换算成纯碳的系数,0.75是把CH4换算成纯碳的系数。
7.根据权利要求6所述的一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,其特征在于, 所述观赏价值评估子系统的具体评估方式为: FP=l/n (AlPl+A2P2+---+AnPn), 其中,FP为平均支付意愿,△1、42、-411为各投标额,?1、?2、-中11为各标的投标人数的分 布频率,n为投标数量,各标的投标人数的分布频率通过调查和统计得出。
8.根据权利要求7所述的一种基于大数据的温室在线经济评价管控系统,其特征在于, 所述公益价值评估子系统的具体评估方式为: J^.— Js+Jc+J〇+Sy+Fp ? 其中,J总为作物的总体公益价值,即生产价值、固碳价值、释氧价值、温室土壤输出有机 质及平均支付意愿的纯数值相加。
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