CN108828978B - 基于计算机控制的温室智能控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于计算机控制的温室智能控制装置，包括环境监测模块、主控计算机、温度调节设备、吸尘设备，所述环境监测模块与主控计算机的输入端连接，温度调节设备、吸尘设备均与主控计算机的输出端连接；所述环境监测模块用于通过无线传感器网络采集室内环境数据，并将室内环境数据发送至主控计算机；所述主控计算机根据所述室内环境数据控制温度调节设备、吸尘设备的启闭。

Description

基于计算机控制的温室智能控制装置

技术领域

本发明涉及温室智能控制技术领域，具体涉及基于计算机控制的温室智能控制装置。

背景技术

温室智能自动化控制系统功能以土壤湿度值、土壤温度、时间、空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳等为基础，用户可以设定其参数的目标值，程序根据用户设定的目标值控制及监测电磁阀、水泵、施肥系统、天窗、侧窗、内遮阳、外遮阳、风机、湿帘、外翻窗、加温设备、加湿设备、二氧化碳发生器等设备的状态，以保证温室内以上几项参数在用户设定的目标值范围之内。然而，现有温室智能控制，不方便用户对室内环境卫生判断；同时不是及时的处理室内灰尘，影响室内环境。

发明内容

针对上述问题，本发明提供基于计算机控制的温室智能控制装置。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了基于计算机控制的温室智能控制装置，包括环境监测模块、主控计算机、温度调节设备、吸尘设备，所述环境监测模块与主控计算机的输入端连接，温度调节设备、吸尘设备均与主控计算机的输出端连接；所述环境监测模块用于通过无线传感器网络采集室内环境数据，并将室内环境数据发送至主控计算机；所述主控计算机根据所述室内环境数据控制温度调节设备、吸尘设备的启闭。

在一种能够实现的方式中，所述环境监测模块包括汇聚节点和多个传感器节点，多个传感器节点采集室内环境数据，汇聚节点汇聚多个传感器节点的室内环境数据并发送至所述主控计算机；每个传感器节点包括微尘检测传感器、温度传感器。

在一种能够实现的方式中，所述主控计算机包括温度控制模块、吸尘控制模块；所述温度控制模块对温度调节设备进行控制，以使室内温度达到设定值；所述吸尘控制模块在室内灰尘浓度高于设定值时控制吸尘设备进行灰尘清洁。

本发明的有益效果为：可以实时对室内温度进行检测，根据检测的数据对温度调节设备进行控制，保障室内温度稳定；设置的吸尘器可以及时处理室内空气灰尘，保障室内的干净卫生。

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是本发明一个示例性实施例的温室智能控制装置的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的主控计算机的结构示意框图。

附图标记：

环境监测模块1、主控计算机2、温度调节设备3、吸尘设备4、温度控制模块10、吸尘控制模块20。

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，本发明实施例提供了基于计算机控制的温室智能控制装置，包括环境监测模块1、主控计算机2、温度调节设备3、吸尘设备4，所述环境监测模块1与主控计算机2的输入端连接，温度调节设备3、吸尘设备4均与主控计算机2的输出端连接；所述环境监测模块1用于通过无线传感器网络采集室内环境数据，并将室内环境数据发送至主控计算机2；所述主控计算机2根据所述室内环境数据控制温度调节设备3、吸尘设备4的启闭。

在一种能够实现的方式中，所述环境监测模块1包括汇聚节点和多个传感器节点，多个传感器节点采集室内环境数据，汇聚节点汇聚多个传感器节点的室内环境数据并发送至所述主控计算机2；每个传感器节点包括微尘检测传感器、温度传感器。

在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述主控计算机2包括温度控制模块10、吸尘控制模块20；所述温度控制模块10对温度调节设备3进行控制，以使室内温度达到设定值；所述吸尘控制模块20在室内灰尘浓度高于设定值时控制吸尘设备4进行灰尘清洁。

本发明上述实施例可以实时对室内温度进行检测，根据检测的数据对温度调节设备3进行控制，保障室内温度稳定；设置的吸尘器可以及时处理室内空气灰尘，保障室内的干净卫生。

在一个实施例中，网络初始化时各传感器节点将自身的感知半径调节为G_max，G_max为传感器节点可调到的最大感知半径；无线传感器网络拓扑构建时，多个传感器节点被分为多个簇，每个簇设置一个簇头。

簇头在其簇内的传感器节点选择一个传感器节点作为中转站节点，簇头与所述中转站节点保持自身的感知半径始终为G_max；在数据传输阶段，簇内其余传感器节点周期性地根据当前剩余能量调节自己的感知半径，根据感知半径采集室内环境数据，以及，在簇头和中转站节点中选择距离最近的作为目的节点，以将采集的室内环境数据发送至目的节点；所述中转站节点在接收的室内环境数据量达到设定的数据量阈值时，将接收的室内环境数据发送至所属的簇头；簇头接收的所有室内环境数据被传递至汇聚节点。

在一个实施例中，簇头在其簇内的传感器节点选择一个传感器节点作为中转站节点，具体为：

(1)簇头计算簇内各传感器节点成为中转站节点的概率：

式中，S_α为传感器节点α成为中转站节点的概率，d_α为传感器节点α的最大传输距离范围内的传感器节点个数，D_α为传感器节点α所在簇具有的传感器节点个数，V_α为传感器节点α的当前剩余能量，V_α0为传感器节点α的初始能量，V_β为传感器节点α的最大传输距离范围内第β个传感器节点的当前剩余能量，V_α0为所述第β个传感器节点的初始能量，h₁、h₂为预设的权重系数；

(2)簇头选取成为中转站节点的概率最大的传感器节点作为中转站节点。

本实施例设置中转站节点进行室内环境数据的辅助收集，有利于降低簇头的负载，避免所有工作节点将室内环境数据都直接发送至簇头而产生过多能耗。本实施例创新性地设计了成为中转站节点的概率的计算公式，并依据各传感器节点成为中转站节点的概率来确定中转站节点，有益于提高中转站节点进行室内环境数据收集和传输的任务的可靠性。

在一种能够实现的方式中，多个传感器节点基于LEACH路由协议进行分簇。在另一种实施方式中，多个传感器节点被分为多个簇，包括：

(1)汇聚节点向各传感器节点广播分簇消息，各传感器节点接收到所述分簇消息后，根据下列公式确定自己成为临时簇头的概率，并随机生成一个0到1的随机数，若确定的概率大于该随机数，则成为临时簇头：

式中，Q_a为传感器节点a成为临时簇头的概率，Q_a0为预设的传感器节点a成为临时簇头的初始概率，V_a为传感器节点a的当前剩余能量，V_a0为传感器节点a的初始能量；

(2)各临时簇头按照下列公式计算自己的优势值，并广播至通信范围内的其他传感器节点：

式中，B_w表示临时簇头0的优势值，Φ_w为临时簇头0的最大传输距离，d_w为临时簇头0的最大传输距离范围内的传感器节点个数，L_iw为临时簇头w与其最大传输距离范围内的第1个传感器节点的距离；

(3)各个传感器节点比较在其通信范围内的全部临时簇头的优势值，并选择优势值最大的临时簇头作为其最终所属的簇头。

本实施例提出了一种新的分簇路由协议，该协议先确定临时簇头，再根据临时簇头的优势值确定最终簇头。其中，本实施例提出了临时簇头的优势值计算公式，基于该优势值确定最终簇头，能够避免在彼此的最大传输距离范围内的两个传感器节点均称为簇头。本实施例能够提高簇头分布的均匀性，从而有益于均衡簇头之间的能耗，延长无线传感器网络的寿命。

在一种能够实现的方式中，簇内其余传感器节点周期性地根据当前剩余能量调节自己的感知半径，包括：

式中，G_a′为传感器节点a调节之后的感知半径，G_a为传感器节点a调节之前的感知半径，G_a为传感器节点a当前调节后的感知半径，T(a)表示传感器节点a的目标节点，L_a,T(a)为传感器节点a与其目标节点的距离，Φ(a)为传感器节点a所属簇的簇半径，P为预设的距离影响因子，V_a为传感器节点a的当前剩余能量，V_T(a)为所述目标节点的当前剩余能量。

网络中存活的传感器节点随着时间的推移，由于信号干扰等多方面的因素将造成通信能耗不均衡的问题，使得传感器节点剩余能量发生差异。若较低剩余能量的传感器节点仍然与其他传感器节点一样担任同样程度的感知任务，则很可能会快速失效，进而影响整个无线传感器网络的传输性能以及可靠性。

基于该问题，本实施例中，设置传感器节点定期根据自身的剩余能量调节自己的感知半径，并创新性地设定了传感器节点的感知半径调节公式。由该公式可知，随着传感器节点的能量减少，其感知半径也将随着调整而变小。

本实施例通过调节公式来为每个传感器节点设置合理的感知范围，有利于减少网络冗余覆盖和不必要的能量消耗，促进簇内各传感器节点的能耗平衡，进而益于减缓传感器节点的失效速率，延长网络生存期。

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，本领域的普通技术人员应当理解，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 (3)

1.基于计算机控制的温室智能控制装置，其特征是，包括环境监测模块、主控计算机、温度调节设备、吸尘设备，所述环境监测模块与主控计算机的输入端连接，温度调节设备、吸尘设备均与主控计算机的输出端连接；所述环境监测模块用于通过无线传感器网络采集室内环境数据，并将室内环境数据发送至主控计算机；所述主控计算机根据所述室内环境数据控制温度调节设备、吸尘设备的启闭；所述环境监测模块包括汇聚节点和多个传感器节点，多个传感器节点采集室内环境数据，汇聚节点汇聚多个传感器节点的室内环境数据并发送至所述主控计算机；每个传感器节点包括微尘检测传感器、温度传感器；网络初始化时各传感器节点将自身的感知半径调节为G_max，G_max为传感器节点可调到的最大感知半径；无线传感器网络拓扑构建时，多个传感器节点被分为多个簇，每个簇设置一个簇头，簇头在其簇内的传感器节点选择一个传感器节点作为中转站节点，簇头与所述中转站节点保持自身的感知半径始终为G_max；在数据传输阶段，簇内其余传感器节点周期性地根据当前剩余能量调节自己的感知半径，根据感知半径采集室内环境数据，以及，在簇头和中转站节点中选择距离最近的作为目的节点，以将采集的室内环境数据发送至目的节点；所述中转站节点在接收的室内环境数据量达到设定的数据量阈值时，将接收的室内环境数据发送至所属的簇头；簇头接收的所有室内环境数据被传递至汇聚节点，簇头在其簇内的传感器节点选择一个传感器节点作为中转站节点，具体为：

(1)簇头计算簇内各传感器节点成为中转站节点的概率：

式中，S_α为传感器节点α成为中转站节点的概率，d_α为传感器节点α的最大传输距离范围内的传感器节点个数，D_α为传感器节点α所在簇具有的传感器节点个数，V_α为传感器节点α的当前剩余能量，V_α0为传感器节点α的初始能量，V_β为传感器节点α的最大传输距离范围内第β个传感器节点的当前剩余能量，V_α0为所述第β个传感器节点的初始能量，h₁、h₂为预设的权重系数；

(2)簇头选取成为中转站节点的概率最大的传感器节点作为中转站节点；

多个传感器节点被分为多个簇，包括：

(1)汇聚节点向各传感器节点广播分簇消息，各传感器节点接收到所述分簇消息后，根据下列公式确定自己成为临时簇头的概率，并随机生成一个0到1的随机数，若确定的概率大于该随机数，则成为临时簇头：

式中，Q_a为传感器节点a成为临时簇头的概率，Q_a0为预设的传感器节点a成为临时簇头的初始概率，V_a为传感器节点a的当前剩余能量，V_a0为传感器节点a的初始能量；

(2)各临时簇头按照下列公式计算自己的优势值，并广播至通信范围内的其他传感器节点：

式中，B_w表示临时簇头w的优势值，Φ_w为临时簇头w的最大传输距离，d_w为临时簇头w的最大传输距离范围内的传感器节点个数，L_iw为临时簇头w与其最大传输距离范围内的第i个传感器节点的距离；

(3)各个传感器节点比较在其通信范围内的全部临时簇头的优势值，并选择优势值最大的临时簇头作为其最终所属的簇头。

2.根据权利要求1所述的基于计算机控制的温室智能控制装置，其特征是，所述主控计算机包括温度控制模块、吸尘控制模块；所述温度控制模块对温度调节设备进行控制，以使室内温度达到设定值；所述吸尘控制模块在室内灰尘浓度高于设定值时控制吸尘设备进行灰尘清洁。

3.根据权利要求1所述的基于计算机控制的温室智能控制装置，其特征是，簇内其余传感器节点周期性地根据当前剩余能量调节自己的感知半径，包括：

式中，G_a′为传感器节点a调节之后的感知半径，G_a为传感器节点a调节之前的感知半径，G_a为传感器节点a当前调节后的感知半径，T(a)表示传感器节点a的目标节点，L_a,T(a)为传感器节点a与其目标节点的距离，Φ(a)为传感器节点a所属簇的簇半径，P为预设的距离影响因子，V_a为传感器节点a的当前剩余能量，V_T(a)为所述目标节点的当前剩余能量。

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