CN108646804A - 一种智能温室调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能温室调节系统，其特征在于，包括用于系统控制的微控制系统、用于温度数据采集处理的智能调节单元、用于指令输入的键盘单元、用于指令提示的语音播报单元、用于输出指令的输出控制单元和用于执行指令的执行机构，所述微控制系统分别与智能调节单元、键盘单元、语音播报单元相连，所述微控制系统通过输出控制单元与执行机构相连。本发明的有益效果为：提供了一种智能温室调节系统，实现了直接测量植物叶片表面微环境的温度，优化植物温度检测系统，提高检测精度，并将温度数据综合显示，掌握植物生长态势并根据温度测量结果选择适合的温室温度管理模式。

Description

一种智能温室调节系统

技术领域

本发明涉及农业技术领域，具体涉及一种智能温室调节系统。

背景技术

农业是我国国民经济发展的基础，随着时代的发展，“精细农业”越来越受到各界的关注，精细农业是一种现代化农业理念，即在电子信息和各种先进技术的基础上进行现代农业的技术发展，日益发展的温室大棚就是一种农业方面的巨大改进，目前在温室大棚中的主要依靠简单技术测量土壤的相对含水率，结合作物自然生长周期来进行灌溉、阳光等方面的管理，无法直接测量作物表面温度，难以直接反映作物生长情况，不能准确按照作物生长情况来安排合适的温室管理方式。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种智能温室调节系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种智能温室调节系统，其特征在于，包括用于系统控制的微控制系统、用于温度数据采集处理的智能调节单元、用于指令输入的键盘单元、用于指令提示的语音播报单元、用于输出指令的输出控制单元和用于执行指令的执行机构，所述微控制系统分别与智能调节单元、键盘单元、语音播报单元相连，所述微控制系统通过输出控制单元与执行机构相连。

本发明的有益效果是：提供了一种智能温室调节系统，实现了直接测量植物叶片表面微环境的温度，优化植物温度检测系统，提高检测精度，并将温度数据综合显示，掌握植物生长态势并根据温度测量结果选择适合的温室温度管理模式。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的结构示意图；

附图标记：

微控制系统1、智能调节单元2、键盘单元3、语音播报单元4、输出控制单元5和执行机构6。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例的一种智能温室调节系统，包括用于系统控制的微控制系统1、用于温度数据采集处理的智能调节单元2、用于指令输入的键盘单元3、用于指令提示的语音播报单元4、用于输出指令的输出控制单元5和用于执行指令的执行机构6，所述微控制系统1分别与智能调节单元2、键盘单元3、语音播报单元4相连，所述微控制系统1通过输出控制单元5与执行机构6相连。

所述执行机构6包括LED灯，喷水阀门，二氧化碳调节器，遮光板等部分，且都安装有手动调节开关和与系统相连的自动调节开关。

所述微控制系统1是32K的ATMEL89C51，微控制系统集成系统控制功能所需的指令接收、处理、发送等功能的相应模块，集成块之间可彼此再次连接，扩大控制的范围。

所述智能调节单元2包括叶片信息采集模块、叶片温度采集模块、数据汇总模块和数据显示模块：

所述叶片信息采集模块包括用于样本叶片选择的样本选择子模块、用于叶片编号存储的存储子模块；

所述叶片温度采集模块包括用于实时检测植物叶片表面微环境温度的接触式温度传感器子模块、用于处理叶片温度数据的处理子模块、用于温度数据转发的通信子模块、用于供给电源的电源子模块；

所述数据汇总模块包括用于接收发送温度数据的收发子模块、用于构建无线网络的节点子模块、用于处理叶片温度数据的计算子模块、用于供给电源的电源子模块；

所述数据显示模块包括用于接收存储温度数据的后台子模块、用于显示温度数据的控制子模块、用于存储及选择温室温度管理模式的管理子模块、用于供给电源的电源子模块。

本实施例提供了一种智能温室调节系统，实现了直接测量植物叶片表面微环境的温度，优化植物温度检测系统，提高检测精度，并将温度数据综合显示，掌握植物生长态势并根据温度测量结果选择适合的温室温度管理模式。

优选的，所述叶片信息采集模块按温室大小均匀划分十个区域作是温度检测区域，在各温度检测区域内均匀随机选择部分叶片作是温度检测样本，将温度检测区域及温度检测样本叶片分别编号存储，完成叶片数据采集。

优选的，所述叶片温度采集模块实时测量所有温度检测样本叶片的表面微环境温度，并对温度数据进行初步平滑滤波的数据处理，将明显数据异常点剔除，具体处理方式如下：

在上式中，设定队列长度固定是x的温度数据队列，x∈[10，20]，x是正整数，是数据队列的固定长度，队首是同时段内采集到的新温度数据，队尾的最后一项原来的温度数据被剔除，原来数据队列中的x个温度数据是W₁，W₂，W₃…W_x，W_i是叶片温度采集模块采集到的温度数据，i＝1，2，3…x，W_max和W_min分别是数据队列中的最大值与最小值，是去掉最大值与最小值后x-2个数据的平均值，W_w是平滑滤波后的输出值；

叶片温度数据再次进行同时段数据对比，计算叶片温度线性相关因子，采用下式进行：

在上式中，α是叶片温度线性相关因子，W₀是当前时段叶片温度采集模块采集到的最新温度数据；

实时检测温度数据与滤波输出值的误差偏离是：

在上式中，W_l是误差偏离值；

叶片温度采集模块输出的温度数据是：W_y＝W_w+W_l

在上式中，W_y是叶片温度采集模块输出的温度数据，y是温度检测样本叶片编号；

所述叶片温度采集模块使用接触式温度传感器，所述接触式温度传感器探测指针直径计算方式如下：

在上式中，d是指针直径，γ是传感器参数，W_i是所测叶片温度，q是环境温度。

本优选实施例提供了一种智能温室调节系统，实现了对数据进行平滑滤波，可以减少随机误差，剔除明显数据异常点，提高测量精度，对于日光短期直射进行防护修正，设置接触式温度传感器可以排除非接触式温度传感器在空气温度与叶片表面温度的温度误差，直接接触叶片表面测量可以提高测量精度，接触式温度传感器的热响应时间对于温度测量准确度影响较大，感温元件越细，测量端直径越小，热响应时间越短，适当的温度传感器探测器指针直径设置可以提高检测精度，采集到更为准确的温度数据。

优选的，所述数据汇总模块中节点子模块按照最优路径算法将所有节点组成多跳网络，收发子模块汇总叶片温度采集模块发送的数据，计算子模块对某一区域内叶片温度进行数据处理，收发子模块将区域叶片温度值按区域编码后发送至数据显示模块：

W_y是接收到的该区域内叶片温度数据，y∈(1，m)，m是该区域内测温叶片总数，按照该算法计算输出W_Z，W_Z是该区域叶片温度值，代表该区域内叶片表面温度，z是各区域编号；

所述数据汇总模块进行通讯可靠性设计，设置3dB固定增益全向信号传输天线，设置传输过程中数据包发送速率是6s/个，发射功率是-5dBm。

优选的，所述数据显示模块中的后台子模块在较远距离信息传递时使用扩频微波通信，所述数据显示模块中的控制子模块编写软件存储在GPRS模块中，集成在手持PDA上，显示温室内各区域温度，所述数据显示模块中的管理子模块对比区域叶片温度数据后自动选择温室温度管理模式，具体处理方式如下：

当接收到的温室区域温度数据在设定的适宜温度数据范围内时，显示屏显示绿色警示灯，选择稳定温度的管理模式，当接收到的温室区域叶片温度数据高于设定的适宜温度数据范围时，控制子模块显示红色警示灯，选择遮阳降温的管理模式，当接收到的温室区域叶片温度数据低于设定的适宜温度数据范围时，控制子模块显示黄色警示灯，选择补光升温的管理模式。

本优选实施例通过对温室不同区域内温度检测样本叶片的实时检测及数据处理，掌握温室内作物生长情况并能进一步实现根据叶片温度数据对温室温度管理模式的自动选择。

采用本发明智能温室调节系统进行温室内温度检测及管理模式选择，选取5个温室进行实验，分别是温室1、温室2、温室3、温室4、温室5，对温室内叶片温度进行检测并调节温度管理模式，与现有的温室温度检测方式相比，产生的有益效果如下表所示：

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术用户应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种智能温室调节系统，其特征在于，包括用于系统控制的微控制系统、用于温度数据采集处理的智能调节单元、用于指令输入的键盘单元、用于指令提示的语音播报单元、用于输出指令的输出控制单元和用于执行指令的执行机构，所述微控制系统分别与智能调节单元、键盘单元、语音播报单元相连，所述微控制系统通过输出控制单元与执行机构相连。

2.根据权利要求1所述的智能温室调节系统，其特征在于，所述执行机构包括LED灯，喷水阀门，二氧化碳调节器，遮光板等部分，且都安装有手动调节开关和与系统相连的自动调节开关。

3.根据权利要求1所述的智能温室调节系统，其特征在于，所述微控制系统是32K的ATMEL89C51，微控制系统集成系统控制功能所需的指令接收、处理、发送等功能的相应模块，集成块之间可彼此再次连接，扩大控制的范围。

4.根据权利要求1所述的智能温室调节系统，其特征在于，所述智能调节单元包括叶片信息采集模块、叶片温度采集模块、数据汇总模块和数据显示模块：

所述叶片信息采集模块包括用于样本叶片选择的样本选择子模块、用于叶片编号存储的存储子模块；

所述叶片温度采集模块包括用于实时检测植物叶片表面微环境温度的接触式温度传感器子模块、用于处理叶片温度数据的处理子模块、用于温度数据转发的通信子模块、用于供给电源的电源子模块；

所述数据汇总模块包括用于温度数据接收发送的收发子模块、用于无线通信网络构建的节点子模块、用于处理叶片温度数据的计算子模块、用于供给电源的电源子模块；

所述数据显示模块包括用于显示温度数据的控制子模块、用于存储及选择温室温度管理模式的管理子模块、用于接收存储温度数据的后台子模块、用于供给电源的电源子模块。

5.根据权利要求4所述的智能调节单元，其特征在于，所述叶片信息采集模块按温室大小均匀划分十个区域作为温度检测区域，在各温度检测区域内均匀随机选择部分叶片作为温度检测样本，将温度检测区域及温度检测样本叶片分别编号存储，完成叶片数据采集。

6.根据权利要求4所述的智能调节单元，其特征在于，所述叶片温度采集模块实时测量所有温度检测样本叶片的表面微环境温度，并对温度数据进行初步平滑滤波的数据处理，将明显数据异常点剔除，具体处理方式如下：

在上式中，设定队列长度固定是x的温度数据队列，x∈[10，20]，x是正整数，是数据队列的固定长度，队首是同时段内采集到的新温度数据，队尾的最后一项原来的温度数据被剔除，原来数据队列中的x个温度数据是W₁，W₂，W₃…W_x，W_i是叶片温度采集模块采集到的温度数据，i＝1，2，3…x，W_max和W_min分别是数据队列中的最大值与最小值，是去掉最大值与最小值后x-2个数据的平均值，W_w是平滑滤波后的输出值；

叶片温度数据再次进行同时段数据对比，计算叶片温度线性相关因子，采用下式进行：

在上式中，α是叶片温度线性相关因子，W₀是当前时段叶片温度采集模块采集到的最新温度数据；

实时检测温度数据与滤波输出值的误差偏离是：

在上式中，W_l是误差偏离值；

叶片温度采集模块输出的温度数据是：W_y＝W_w+W_l

在上式中，W_y是叶片温度采集模块输出的温度数据，y是温度检测样本叶片编号；

所述叶片温度采集模块使用接触式温度传感器，所述接触式温度传感器探测指针直径计算方式如下：

在上式中，d是指针直径，γ是传感器参数，W_i是所测叶片温度，q是环境温度。

7.根据权利要求4所述的智能调节单元，其特征在于，所述数据汇总模块中节点子模块按照最优路径算法将所有节点组成多跳网络，收发子模块汇总叶片温度采集模块发送的数据，计算子模块对某一区域内叶片温度进行数据处理，收发子模块将区域叶片温度值按区域编码后发送至数据显示模块：

W_y是接收到的该区域内叶片温度数据，y∈(1，m)，m是该区域内测温叶片总数，按照该算法计算输出W_Z，W_Z是该区域叶片温度值，代表该区域内叶片表面温度，z是各区域编号；

所述数据汇总模块进行通讯可靠性设计，设置3dB固定增益全向信号传输天线，设置传输过程中数据包发送速率是6s/个，发射功率是-5dBm。

8.根据权利要求4所述的智能调节单元，其特征在于，所述数据显示模块中的后台子模块在较远距离信息传递时使用扩频微波通信，所述数据显示模块中的控制子模块编写软件存储在GPRS模块中，集成在手持PDA上，显示温室内各区域温度，所述数据显示模块中的管理子模块对比区域叶片温度数据后自动选择温室温度管理模式，具体处理方式如下：

当接收到的温室区域温度数据在设定的适宜温度数据范围内时，显示屏显示绿色警示灯，选择稳定温度的管理模式，当接收到的温室区域叶片温度数据高于设定的适宜温度数据范围时，控制子模块显示红色警示灯，选择遮阳降温的管理模式，当接收到的温室区域叶片温度数据低于设定的适宜温度数据范围时，控制子模块显示黄色警示灯，选择补光升温的管理模式。