CN107992135A - 农产品生长环境信息采集和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农产品生长环境信息采集和控制系统，在监测点设置土壤湿度传感器、空气湿度传感器，对监测点的土壤湿度信息和空气湿度信息进行采集，获取监测点的当前土壤湿度值和当前空气湿度值。土壤湿度传感器、空气湿度传感器的输出端连接采集端控制器的输入端，采集端控制器的输出端连接ZigBee模块的输入端，ZigBee模块的输出端连接喷洒浇灌设备。本发明实现了实时监控土壤湿度是否不达标，或者空气湿度是否不达标，或者土壤空气总和湿度是否不达标，均可以控制喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌，实现了对土壤、空气以及土壤空气综合湿度实时控制，提高湿度控制效果。

Description

农产品生长环境信息采集和控制系统

技术领域

本发明涉及农产品生长环境的监视、检测控制的技术领域，尤其是农产品生长环境信息采集和控制系统。

背景技术

随着农业技术水平的发展，农业自动化控制监控得到了很大的发展。中国属于农业大国，而在中国的大西北主要通过浇灌达到适于农产品生长的湿度环境。在现有技术中通常为农民观察气候环境，自己选择浇灌时间。这样对农民技术水平要求高，浇灌过程由农民操作，劳动强度大。容易造成浇灌量控制不合理，导致土壤或者空气湿度不适于农产品生长。

由此可知，在现有技术中，农产品生长环境信息的采集及其控制自动化程度低，农民劳动强度大，浇灌不及时的缺陷。

发明内容

针对上述背景技术中所存在的缺陷，本发明的技术方案如下：

一方面提供了一种农产品生长环境信息采集和控制系统，包括：土壤湿度传感器、空气湿度传感器、采集端控制器、ZigBee模块、喷洒浇灌设备；在农产品生长环境处选定一个或者多个监测点，在所述监测点设置土壤湿度传感器、空气湿度传感器，对所述监测点的土壤湿度信息和空气湿度信息进行采集，获取监测点的当前土壤湿度值和当前空气湿度值；所述土壤湿度传感器、空气湿度传感器的输出端连接采集端控制器的输入端，所述采集端控制器的输出端连接ZigBee模块的输入端，所述ZigBee模块的输出端连接喷洒浇灌设备；所述土壤湿度传感器向所述采集端控制器发送所述监测点的当前土壤湿度值，所述采集端控制器将监测点的当前土壤湿度值与设定土壤湿度值进行比较，若所述监测点的该当前土壤湿度值小于设定土壤湿度值，则通过ZigBee模块发送驱动信息至所述喷洒浇灌设备，驱动所述喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌；所述空气湿度传感器向所述采集端控制器发送所述监测点的当前空气湿度值，所述采集端控制器将监测点的该当前空气湿度值与设定空气湿度值进行比较，若所述监测点的当前空气湿度值小于设定空气湿度值，则通过ZigBee模块发送驱动信息至所述喷洒浇灌设备，驱动所述喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌；所述采集端控制器将当前空气湿度值和当前土壤湿度值求和，得出当前湿度值总和，所述采集端控制器将监测点的当前湿度值总和与设定湿度值总和进行比较，若所述监测点的当前湿度值总和小于设定湿度值总和，则通过ZigBee模块发送驱动信息至所述喷洒浇灌设备，驱动所述喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌。

在一种优选的实施方式中，还包括：平板太阳能，所述平板太阳能的蓄电池输出端连接采集端控制器的电源输入端、ZigBee模块的电源输入端，为采集端控制器、ZigBee模块提供电能。

在一种优选的实施方式中，所述ZigBee模块为F8913D ZigBee模块。

在一种优选的实施方式中，还包括：平板太阳能追踪装置；所述平板太阳能追踪装置上侧安装所述平板太阳能，所述平板太阳能追踪装置的下侧通过支撑杆固定连接平衡板，所述平衡板下侧固定连接固定杆，所述固定杆插入监测点土壤中，使所述平衡板与地面接触，支撑平板太阳能追踪装置。

在一种优选的实施方式中，还包括：太阳光方向检测传感器，所述太阳光方向检测传感器设于平板太阳能的板面侧边，对所接收到的太阳光方向与平板太阳能之间的角度值进行检测，获取监测点的当前太阳光角度值；所述太阳光方向检测传感器的输出端与采集端控制器的输入端连接，所述采集端控制器的输出端与所述平板太阳能追踪装置的输入端连接；所述太阳光方向检测传感器向所述采集端控制器发送所述监测点的当前太阳光角度值，所述采集端控制器将监测点的当前太阳光角度值与设定太阳光角度值进行比较，若所述当前太阳光角度值大于设定太阳光角度值，则发送驱动信息至所述平板太阳能追踪装置，驱动所述平板太阳能追踪装置旋转设定角度。

在一种优选的实施方式中，还包括：空气温度传感器、土壤温度传感器、光敏传感器、无线通讯单元、终端控制器、显示屏和报警灯；在所述农产品生长环境的监测点设置土壤温度传感器、空气温度传感器和光敏传感器，对所述监测点的土壤温度信息、空气温度信息和光照强度信息进行采集，获取监测点的当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值；所述土壤温度传感器、空气温度传感器和光敏传感器的输出端连接无线通讯单元的输入端，所述无线通讯单元的输出端连接终端控制器的输入端，所述终端控制器的输出端连接显示屏和报警灯；所述土壤温度传感器、空气温度传感器和光敏传感器向所述无线通讯单元发送所述监测点的当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值，所述无线通讯单元向所述终端控制器传输该当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值，并发送驱动信息至显示屏，驱动显示屏显示该当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值；所述终端控制器将监测点的当前土壤温度值、当前空气温度值、当前光照强度值分别与设定土壤温度值、设定空气温度值、设定光照强度值进行比较，若所述当前土壤温度值小于设定土壤温度值、或者当前空气温度值小于设定空气温度值、或者当前光照强度值大于设定光照强度值，则发送驱动信息至所述报警灯，驱动所述报警灯报警。

在一种优选的实施方式中，所述采集端控制器输出端连接无线通讯单元输入端，所述采集端控制器将所接收到的当前土壤湿度值和当前空气湿度值发送到所述无线通讯单元，所述无线通讯单元向所述终端控制器发送该当前土壤湿度值和当前空气湿度值，并发送驱动信息至显示屏，驱动显示屏显示该当前土壤湿度值和当前空气湿度值；所述终端控制器将该当前土壤湿度值、当前空气湿度值分别与终端设定土壤湿度值、终端设定空气湿度值进行比较，若所述当前土壤湿度值小于终端设定土壤湿度值、或者当前空气湿度值小于终端设定空气湿度值，则发送驱动信息至所述报警灯，驱动所述报警灯报警。

在一种优选的实施方式中，所述无线通讯单元的适用网络为3G或者4G无线通讯网络。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：

土壤湿度传感器和空气湿度传感器实时的监测农产品生长环境监测点的土壤湿度值和空气湿度值，得到当前土壤湿度值、当前空气湿度值和当前湿度值总和，并通过与采集端控制器内部设定的设定土壤湿度值、设定空气湿度值和设定湿度值总和比较，控制喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行浇灌。避免了现有技术中对喷洒浇灌设备无法实时控制，对农产品生长环境湿度控制不及时而影响农产品的生长。本发明实现了实时监控土壤湿度是否不达标，或者空气湿度是否不达标，或者土壤空气总和湿度是否不达标，均可以控制喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌，实现了对土壤、空气以及土壤空气综合湿度实时控制，提高湿度控制效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种实施方式中，农产品生长环境信息采集和控制系统的控制流程图；

图2为本发明的一种实施方式中，农产品生长环境信息采集和控制系统的平板太阳能及支撑杆结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，本发明的一个实施例，一种农产品生长环境信息采集和控制系统，在农产品生长环境处选定一个或者多个监测点，优选的在每个喷洒浇灌设备可喷洒范围内选定一个监测点，并且将监测点选择在农作物生长的土地中间位置，不益选择边缘位置，避免由于局部环境影响监测数据。

在每个监测点设置土壤湿度传感器、空气湿度传感器，对监测点的土壤湿度信息和空气湿度信息进行采集，获取监测点的当前土壤湿度值和当前空气湿度值。土壤湿度传感器、空气湿度传感器的输出端连接采集端控制器的输入端，采集端控制器的输出端连接ZigBee模块的输入端，ZigBee模块的输出端连接喷洒浇灌设备。优选的土壤湿度传感器为DHSF48土地水分传感器；空气湿度传感器为HR202湿敏电阻式湿度传感器。采集端控制器为FPGA处理器。

土壤湿度传感器向采集端控制器发送监测点的当前土壤湿度值，采集端控制器将监测点的当前土壤湿度值与设定土壤湿度值进行比较，若监测点的该当前土壤湿度值小于设定土壤湿度值，则通过ZigBee模块发送驱动信息至喷洒浇灌设备，驱动喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌。优选的，设定土壤湿度值为18％。

空气湿度传感器向采集端控制器发送监测点的当前空气湿度值，采集端控制器将监测点的该当前空气湿度值与设定空气湿度值进行比较，若监测点的当前空气湿度值小于设定空气湿度值，则通过ZigBee模块发送驱动信息至喷洒浇灌设备，驱动喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌。优选的，设定空气湿度值为10％。

采集端控制器将当前空气湿度值和当前土壤湿度值求和，得出当前湿度值总和，采集端控制器将监测点的当前湿度值总和与设定湿度值总和进行比较，若监测点的当前湿度值总和小于设定湿度值总和，则通过ZigBee模块发送驱动信息至喷洒浇灌设备，驱动所述喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌。优选的，设定湿度值总和30％。空气和土壤湿度值的总和大于设定土壤湿度值与设定空气湿度值的加和，当总体环境湿度较低时，可以控制喷洒浇灌设备对检测点所处环境浇灌。

为了方便采集端控制器、ZigBee模块以及平板太阳能2追踪装置电能的供应，在监测点设置平板太阳能，平板太阳能的蓄电池输出端连接采集端控制器的电源输入端、ZigBee模块的电源输入端，为采集端控制器、ZigBee模块提供电能。优选的，ZigBee模块为F8913DZigBee模块。

为了提高平板太阳能2对太阳能的转化率，如图2所示，将平板太阳能2安装在平板太阳能追踪装置上侧，平板太阳能追踪装置的下侧通过支撑杆3固定连接平衡板5，平衡板5下侧固定连接固定杆4，固定杆4插入监测点土壤中，使平衡板5与地面接触，支撑平板太阳能追踪装置。优选的平板太阳能追踪装置与支撑杆3、支撑杆3与平衡板5、平衡板5与固定杆4之间通过螺纹连接，方便该装置的拆装，使用更加方便。

优选的固定杆4呈锥形，方便固定杆4插入监测点土壤中。也方便了平板太阳能检测装置的更换位置。优选的，土壤湿度传感器设在固定杆4上，空气湿度传感器设在支撑杆3上。在平衡板5上设置控制柜1，将采集端控制器和ZigBee模块设置在控制柜1内部，保护采集端控制器免受外界环境影响，保证采集端控制器的使用寿命。并且方便了各传感器与采集端控制之间连接和数据传输。

为了方便控制平板太阳能追踪装置追踪太阳光，在平板太阳能的板面一侧边位置设置太阳光方向检测传感器。太阳光方向检测传感器对所接收到的太阳光方向与平板太阳能之间的角度值进行检测，获取监测点的当前太阳光角度值。太阳光方向检测传感器的输出端与采集端控制器的输入端连接，采集端控制器的输出端与平板太阳能追踪装置的输入端连接。太阳光方向检测传感器向采集端控制器发送监测点的当前太阳光角度值，采集端控制器将监测点的当前太阳光角度值与设定太阳光角度值进行比较，若当前太阳光角度值大于设定太阳光角度值，则发送驱动信息至平板太阳能追踪装置，驱动平板太阳能追踪装置旋转设定角度。优选的，设定太阳光角度值为35°；平板太阳能追踪装置旋转设定角度35°。优选的，太阳光方向检测传感器为在现有技术的专利中公开了的，授权公告号为CN202195810U、申请日2011年8月17日、专利名称《太阳能光方向检测传感器》中的技术方案。

为了进一步对农产品生长环境的土壤温度值、空气温度值进行采集，在监测点的固定杆4上设置土壤温度传感器，在支撑杆3上设置空气温度传感器，在平板太阳能板面上设置光敏传感器(优选的，光敏三极管3DU33光照传感器)。湿度传感器优选为数字化DS18B20温度传感器。

土壤温度传感器、空气温度传感器和光敏传感器对监测点的土壤温度信息、空气温度信息和光照强度信息进行采集，获取监测点的当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值。土壤温度传感器、空气温度传感器和光敏传感器的输出端连接无线通讯单元的输入端，无线通讯单元的输出端连接终端控制器(优选为FPGA处理器)的输入端，终端控制器的输出端连接显示屏和报警灯。土壤温度传感器、空气温度传感器和光敏传感器向无线通讯单元发送监测点的当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值，无线通讯单元向终端控制器传输该当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值，并发送驱动信息至显示屏，驱动显示屏显示该当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值。终端控制器将监测点的当前土壤温度值、当前空气温度值、当前光照强度值分别与设定土壤温度值、设定空气温度值、设定光照强度值进行比较，若当前土壤温度值小于设定土壤温度值、或者当前空气温度值小于设定空气温度值、或者当前光照强度值大于设定光照强度值，则发送驱动信息至所述报警灯，驱动所述报警灯报警。优选的，设定空气温度值为5℃，设定土壤温度值8℃，设定光照强度值10万Lux。

为了方便终端对土壤湿度信息、空气湿度信息的远程监控。在采集端控制器输出端连接无线通讯单元输入端，采集端控制器将所接收到的当前土壤湿度值和当前空气湿度值发送到无线通讯单元，无线通讯单元向终端控制器发送该当前土壤湿度值和当前空气湿度值，并发送驱动信息至显示屏，驱动显示屏显示该当前土壤湿度值和当前空气湿度值。终端控制器将该当前土壤湿度值、当前空气湿度值分别与终端设定土壤湿度值、终端设定空气湿度值进行比较，若当前土壤湿度值小于终端设定土壤湿度值、或者当前空气湿度值小于终端设定空气湿度值，则发送驱动信息至报警灯，驱动报警灯报警。避免了由于采集端水源不足或者喷洒浇灌设备故障无法实现浇灌，影响农产品生长环境的缺陷。

为了方便终端控制器与采集端之间的远程信息传输，在一种实施方式中，无线通讯单元的适用网络为3G或者4G无线通讯网络。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种农产品生长环境信息采集和控制系统，其特征在于，包括：土壤湿度传感器、空气湿度传感器、采集端控制器、ZigBee模块、喷洒浇灌设备；在农产品生长环境处选定一个或者多个监测点，在所述监测点设置土壤湿度传感器、空气湿度传感器，对所述监测点的土壤湿度信息和空气湿度信息进行采集，获取监测点的当前土壤湿度值和当前空气湿度值；所述土壤湿度传感器、空气湿度传感器的输出端连接采集端控制器的输入端，所述采集端控制器的输出端连接ZigBee模块的输入端，所述ZigBee模块的输出端连接喷洒浇灌设备；所述土壤湿度传感器向所述采集端控制器发送所述监测点的当前土壤湿度值，所述采集端控制器将监测点的当前土壤湿度值与设定土壤湿度值进行比较，若所述监测点的该当前土壤湿度值小于设定土壤湿度值，则通过ZigBee模块发送驱动信息至所述喷洒浇灌设备，驱动所述喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌；所述空气湿度传感器向所述采集端控制器发送所述监测点的当前空气湿度值，所述采集端控制器将监测点的该当前空气湿度值与设定空气湿度值进行比较，若所述监测点的当前空气湿度值小于设定空气湿度值，则通过ZigBee模块发送驱动信息至所述喷洒浇灌设备，驱动所述喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌；所述采集端控制器将当前空气湿度值和当前土壤湿度值求和，得出当前湿度值总和，所述采集端控制器将监测点的当前湿度值总和与设定湿度值总和进行比较，若所述监测点的当前湿度值总和小于设定湿度值总和，则通过ZigBee模块发送驱动信息至所述喷洒浇灌设备，驱动所述喷洒浇灌设备对农产品生长环境进行喷洒浇灌。

2.根据权利要求1所述的农产品生长环境信息采集和控制系统，其特征在于，还包括：平板太阳能，所述平板太阳能的蓄电池输出端连接采集端控制器的电源输入端、ZigBee模块的电源输入端，为采集端控制器、ZigBee模块提供电能。

3.根据权利要求2所述的农产品生长环境信息采集和控制系统，其特征在于，所述ZigBee模块为F8913D ZigBee模块。

4.根据权利要求2所述的农产品生长环境信息采集和控制系统，其特征在于，还包括：平板太阳能追踪装置；所述平板太阳能追踪装置上侧安装所述平板太阳能，所述平板太阳能追踪装置的下侧通过支撑杆固定连接平衡板，所述平衡板下侧固定连接固定杆，所述固定杆插入监测点土壤中，使所述平衡板与地面接触，支撑平板太阳能追踪装置。

5.根据权利要求4所述的农产品生长环境信息采集和控制系统，其特征在于，还包括：太阳光方向检测传感器，所述太阳光方向检测传感器设于平板太阳能的板面侧边，对所接收到的太阳光方向与平板太阳能之间的角度值进行检测，获取监测点的当前太阳光角度值；所述太阳光方向检测传感器的输出端与采集端控制器的输入端连接，所述采集端控制器的输出端与所述平板太阳能追踪装置的输入端连接；所述太阳光方向检测传感器向所述采集端控制器发送所述监测点的当前太阳光角度值，所述采集端控制器将监测点的当前太阳光角度值与设定太阳光角度值进行比较，若所述当前太阳光角度值大于设定太阳光角度值，则发送驱动信息至所述平板太阳能追踪装置，驱动所述平板太阳能追踪装置旋转设定角度。

6.根据权利要求5所述的农产品生长环境信息采集和控制系统，其特征在于，还包括：空气温度传感器、土壤温度传感器、光敏传感器、无线通讯单元、终端控制器、显示屏和报警灯；在所述农产品生长环境的监测点设置土壤温度传感器、空气温度传感器和光敏传感器，对所述监测点的土壤温度信息、空气温度信息和光照强度信息进行采集，获取监测点的当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值；所述土壤温度传感器、空气温度传感器和光敏传感器的输出端连接无线通讯单元的输入端，所述无线通讯单元的输出端连接终端控制器的输入端，所述终端控制器的输出端连接显示屏和报警灯；所述土壤温度传感器、空气温度传感器和光敏传感器向所述无线通讯单元发送所述监测点的当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值，所述无线通讯单元向所述终端控制器传输该当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值，并发送驱动信息至显示屏，驱动显示屏显示该当前土壤温度值、当前空气温度值和当前光照强度值；所述终端控制器将监测点的当前土壤温度值、当前空气温度值、当前光照强度值分别与设定土壤温度值、设定空气温度值、设定光照强度值进行比较，若所述当前土壤温度值小于设定土壤温度值、或者当前空气温度值小于设定空气温度值、或者当前光照强度值大于设定光照强度值，则发送驱动信息至所述报警灯，驱动所述报警灯报警。

7.根据权利要求6所述的农产品生长环境信息采集和控制系统，其特征在于，所述采集端控制器输出端连接无线通讯单元输入端，所述采集端控制器将所接收到的当前土壤湿度值和当前空气湿度值发送到所述无线通讯单元，所述无线通讯单元向所述终端控制器发送该当前土壤湿度值和当前空气湿度值，并发送驱动信息至显示屏，驱动显示屏显示该当前土壤湿度值和当前空气湿度值；所述终端控制器将该当前土壤湿度值、当前空气湿度值分别与终端设定土壤湿度值、终端设定空气湿度值进行比较，若所述当前土壤湿度值小于终端设定土壤湿度值、或者当前空气湿度值小于终端设定空气湿度值，则发送驱动信息至所述报警灯，驱动所述报警灯报警。

8.根据权利要求6或者7所述的农产品生长环境信息采集和控制系统，其特征在于，所述无线通讯单元的适用网络为3G或者4G无线通讯网络。