CN108919754A - 一种智能大棚实时监控系统及监控方法 - Google Patents

一种智能大棚实时监控系统及监控方法 Download PDF

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汪建军
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    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
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    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
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Abstract

本发明涉及一种智能大棚实时监控系统及监控方法，所述系统包括：多个数据采集终端和多个执行机构、通讯模块、监控主机和移动客户端。可以定量获取和分析农业环境的多种参数，实现对环境的多点检测，其检测目标可以是温度、湿度、光照、水/土壤空气成分等，通过通讯模块无线通信把温室大棚的各种参数汇总到监控主机，监控主机再通过执行机构去调节大棚的温度、湿度等参数，实现对大棚的实时智能监控。且能对大棚内各个环境参数达到良好的检测，协调控制大棚的环境参数，使大棚内的环境条件能够适宜作物的成长，并能通过Web远程检测和控制温室大棚的环境参数。

Description

一种智能大棚实时监控系统及监控方法
技术领域
本发明涉及农业生产领域，尤其涉及一种智能大棚的实时监控系统及监测。
背景技术
我国是一个农业大国，随着科技的发展，农业大棚广泛用于农业生产，如用于栽培葡萄、林木育苗、养猪等。温室大棚，是植物栽培生产中必不可少的设施之一，提高单位面积的作物的产量、生产优质农产品是现阶段农业发展的迫切要求。温室大棚是一种可以改变植物生长环境，根据作物的生长的最佳生长条件，调节温室气候，能够避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所，是实现高产、优质农业的一个重要的组成部分。温室一般以采光和覆盖材料作为主要结构材料，利用植物生长模型智能的控制温室大棚设施，可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物，从而达到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的。温室结构的建造标准是既能密封保温，又便于通风降温。但是作物要实现高产、优质，仅仅靠温室保温是不行的，需要对农作物的生长环境进行多方位多点的精确采集和实时的控制。
但是，现有技术传统的大棚，一般只能通过人为操作实现抗风、遮阳、低级抗病虫害的初级功能。如何实现智能化的控制改善大棚的环境条件，是同行业人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能大棚的实时监控系统，可以定量获取和分析农业环境的多种参数，实现对环境的多点检测，其检测目标可以是温度、湿度、光照、水/土壤空气成分等，通过通讯模块无线通信把温室大棚的各种参数汇总到监控主机，监控主机再通过执行机构去调节大棚的温度、湿度等参数，实现对大棚的实时智能监控。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种智能大棚的实时监控系统，包括：多个数据采集终端和多个执行机构、通讯模块、监控主机和移动客户端；
每个所述数据采集终端包括分别与所述通讯模块连接的湿度传感器、温度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器和监控探头；
每个执行机构包括分别与所述通讯模块连接的灌溉机构、补光灯组、卷帘机构、通风机构和CO2生成器；
所述通讯模块与所述监控主机通信连接；所述监控主机用于获取所述湿度传感器、温度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器和监控探头发送的监测数据，并根据所述监测数据与存储的预设阈值进行比较；
当所述大棚内土壤水分低于预设的水分阈值时，控制开启所述灌溉机构给所述大棚内相应区域内进行灌溉；
当所述大棚内温湿度高于预设的温湿度阈值，大棚外温湿度低于所述预设的温湿度阈值，且光照度在预设的光照阈值范围内时，控制开启所述卷帘机构给大棚室内降温降湿；
当所述大棚内温湿度高于预设的温湿度阈值，大棚外温湿度低于所述预设的温湿度阈值，且光照度高于预设的光照阈值时，控制开启所述通风机构进行降温降湿；
当所述CO2浓度低于预设的CO2阈值时，控制所述CO2生成器开启生成 CO2；
在所述光照传感器监测的所述大棚内光照亮度低于预设的光照阈值，且棚外光照亮度低于预设的光照阈值时，控制开启所述补光灯组进行补光；
所述移动客户端与所述监控主机通讯连接，用于查看所述大棚的环境监测信息以及用于发送控制所述执行机构开启的指令。
本发明的有益效果是：能对大棚内各个环境参数达到良好的检测，协调控制大棚的环境参数，使大棚内的环境条件能够适宜作物的成长，并能通过 Web远程检测和控制温室大棚的环境参数。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述通讯模块为下述一种：蓝牙模块、WIFI模块、ZigBee模块和移动网络模块。
采用上述进一步方案的有益效果是多种通信方式，根据具体使用环境，可以选择其一，通过无线通讯方式进行环境参数的采集，可以大大减少有线组网布线的麻烦，不需要在土壤中铺设大量的线缆，不影响作物的耕作。安装简易。
进一步，还包括与所述监控主机连接的多个显示模块，用于显示监测信息和相应区域内的监控视频。
采用上述进一步方案的有益效果是，实时显示监测信息和之前的对比信息以及相应区域内的监控视频，可以安装在大棚内和/或办公室内，做到对监控信息的一目了然。
进一步，还包括：与所述通讯模块连接的警示装置，用于在所述监测数据高于所述预设阈值2倍时或低于预设阈值2倍时，发出声光警报。
采用上述进一步方案的有益效果是，当环境的某些数据异常时，且超过预设阈值2倍或低于预设阈值2倍时，发出声光警报，提醒工作人员紧急处理。
进一步，还包括：所述监控探头还用于采集所述大棚内农作物图像；所述监控主机根据所述农作物图像颜色区域的变化，判断是否有病虫害发生。
采用上述进一步方案的有益效果是，实时监控农作物的生成情况，当发生颜色区域变化时，判断是否有病虫害发生，可提高系统的预警能力。
进一步，所述执行机构还包括：设置与所述大棚顶内的农药喷洒移动机构；所述农药喷洒移动机构用于接收所述监控主机通过所述通讯模块发送喷洒命令，并执行喷药动作。
采用上述进一步方案的有益效果是，当监控主机判断农作物发生病变时，通过将配置好的农药加注到农药喷洒移动机构中的存储箱内，发送农药喷洒移动机构的开启指令，进行农药喷洒工作。
进一步，所述执行机构还包括：设置与所述大棚顶内的农药喷洒移动机构；所述农药喷洒移动机构用于接收所述监控主机通过所述通讯模块发送喷洒命令，并执行喷药动作。
采用上述进一步方案的有益效果是，当监控主机判断农作物发生病变时，通过将配置好的农药加注到农药喷洒移动机构中的存储箱内，发送农药喷洒移动机构的开启指令，进行农药喷洒工作。
进一步，还包括：太阳能供电装置，用于为所述多个数据采集终端、多个执行机构和通讯模块供电。
采用上述进一步方案的有益效果是，充分利用清洁能源，节能环保。
第二方面，本发明还提供一种智能大棚的实时监控方法，所述方法使用如上述任一项实施例所述的智能大棚的实时监控系统，实现对大棚内环境、农作物生长情况实时监控。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供的一种智能大棚实时监控系统，可以定量获取和分析农业环境的多种参数，实现对环境的多点检测，其检测目标可以是温度、湿度、光照、水/土壤空气成分等，通过通讯模块无线通信把温室大棚的各种参数汇总到监控主机，监控主机再通过执行机构去调节大棚的温度、湿度等参数，实现对大棚的实时智能监控。且能对大棚内各个环境参数达到良好的检测，协调控制大棚的环境参数，使大棚内的环境条件能够适宜作物的成长，并能通过Web远程检测和控制温室大棚的环境参数。
附图说明
图1为本发明提供的智能大棚的实时监控系统结构图；
图2为本发明提供的智能大棚的实时监控系统又一结构图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供的一种智能大棚的实时监控系统，基于搭建的一个密闭空间，由金属材质的骨架支撑，覆盖玻璃或塑料透光薄膜组成。参照图1 所示，在上述大棚空间上组建本发明提供的实时监控系统，包括多个数据采集终端和多个执行机构、通讯模块、监控主机和移动客户端；
其中，根据大棚内区域划分分别设置一个数据采集终端，该数据采集终端包括设置在土壤中和空气中的湿度传感器、土壤中和空气中的温度传感器；设置在棚顶的光照传感器、以及可以设置在大棚骨架上的CO2浓度传感器和监控探头；采集终端中的每个部件均与通讯模块连接，可以将采集的监测数据实时通过通讯模块发送给监控主机。并且可以根据具体农作物的生长环境需求，在监控主机端或各传感器端设置成间歇式采集。实现对大棚中温度、湿度、光照、二氧化碳、营养液等因子的自动监测。大棚外也设置相应的数据采集终端，用于采集大棚外的环境相关参数。
每个执行机构包括分别与通讯模块连接的灌溉机构、补光灯组、卷帘机构、通风机构和CO2生成器；
通讯模块与监控主机通信连接；监控主机用于获取湿度传感器、温度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器和监控探头发送的监测数据，并根据监测数据与存储的预设阈值进行比较；
当大棚内土壤水分低于预设的水分阈值时，以大棚作物葡萄为例，土壤水分阈值设置为20％/m3，当土壤中湿度传感器获取的数值5％/m3，低于该阈值时，监控主机控制开启水分5％/m3的区域内灌溉机构，灌溉机构中有与通讯模块连接的电磁阀，控制打开电磁阀进行滴灌，当滴灌到达预设时长或是土壤中水分到达20％/m3时，控制电磁阀关闭，停止滴灌。
当大棚内温湿度高于预设的温湿度阈值，棚外温湿度低于预设的温湿度阈值，且光照度在预设的光照阈值范围内时，控制开启卷帘机构给大棚室内降温降湿；
其中，卷帘机构，包括驱动电机、控制器、卷帘设备、保温被、卷帘膜和遮阴被，控制器与上述通讯模块连接。
比如：在环境温度传感器监测的温度介于10℃～20℃之间时，且大棚外光照度在预设的光照阈值范围内时，监控主机通过通讯模块发送指令给控制器，控制器根据指令控制驱动电机开始工作，驱动电机带动卷帘设备将保温被打开；
当环境温度监测的温度介于20℃～30℃之间时，控制西向卷帘机构的卷帘设备将西侧卷帘膜打开，在环境温度监测的温度介于15℃～25℃之间时，控制东向卷帘机构的卷帘膜打开；
当环境温度监测的温度介于25℃～34℃之间时，控制天窗卷帘设备将天窗卷帘膜打开；在环境温度监测的温度大于34℃，且光照度大于15000Lux 时，控制卷帘设备将遮阴被打开。
还比如，当大棚内温湿度高于预设的温湿度阈值，棚外温湿度低于预设的温湿度阈值，且光照度高于预设的光照阈值时，控制开启通风机构进行降温降湿；
其中通风机构，可以是安装在大棚顶部和侧向的排风扇。
二氧化碳是植物生长的必备条件之一，当CO2浓度低于预设的CO2阈值时，控制开启CO2生成器的电磁阀释放CO2；CO2生成器是现有技术中的二氧化碳气瓶，存储二氧化碳气体，且带有与通讯模块连接的电磁阀控制端。
当在光照传感器监测的大棚内光照亮度低于预设的光照阈值，且棚外光照亮度低于预设的光照阈值时，控制开启补光灯组进行补光；
参照图1所示，上述移动客户端与监控主机通讯连接，用于查看大棚的环境监测信息以及用于发送控制执行机构开启的指令。
本发明提供的一种智能大棚的实时监控系统，由多个传感器组成的多个个数据采集终端、多个执行机构、通讯模块和监控主机以及移动客户端组成，通过在监控主机上预装多种作物生长所需的适宜环境参数，搭建温室智能化软硬平台，实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳、营养液等因子的自动监测和控制。温室内的空气温度、土壤温度、CO2浓度、土壤水份、光照强度等参数通过执行机构，进行实时自动调节、检测，创造植物生长的最佳环境，使温室内的环境接近人工设想的理想值，以满足温室作物生长发育的需求。适用于种苗繁育、高产种植、名贵珍稀花卉培养等场地，以增加温室产品产量，提高劳动生产率，实现对大棚的实时智能监控。
在一个实施例中，上述通讯模块可以是蓝牙模块、WIFI模块、ZigBee 模块和移动网络模块；其中移动网络模块比如为GSM或GPRS等。
进一步地，参照图2所示，上述系统还包括与监控主机连接的多个显示模块，用于显示监测信息和相应区域内的监控视频。具体的显示模块为led 显示屏或液晶显示屏，可以设置于大棚环境内，也可以设置在办公室；或同时均设置，比如可以显示环境的实时参数与开启执行机构之前的参数的对比图，线条图或柱状图；或用于显示不同区域内的监控视频等等。
另外，参照图2所示，该系统还包括警示装置，用于报警提醒工作人员。该警示装置与通讯模块连接。比如当大棚内的灌溉机构出现故障时，处于一直喷水状态，当土壤湿度传感器采集的数据是正常阈值的两倍时，则发出警报提醒，比如通过LED发出灯光提醒，也可以通过蜂鸣器发出声音警报。再比如上述补光灯组电源出现故障，未能关闭，长时间处于光照状态，光照传感器获取的光照度数据超过正常阈值两倍时，还未能及时关闭补光灯组，则发出声光警报。
进一步地，上述监控探头，可以采用高清摄像机，间隔比如1天或2天在固定时间采集农作物的叶片颜色数据，并存储记录。通过连续的记录叶片颜色数据，当出现的颜色数据变化较大时，根据工作人员的分析判断是否有病虫害发生。当确认为病虫害时，需要喷洒农药时，将配置好的农药加注在农药喷洒移动机构中，则可以通过移动客户端、监控主机或是农药喷洒移动机构的开启按钮，控制农药喷洒移动机构开始喷药工作。
其中上述农药喷洒移动机构，比如包括喷洒装置、移动机构、水泵和水箱，水箱与水泵连接，水泵与水管连接，水管与喷头连接，水泵与水管与控制器连接，控制器与通讯模块连接，喷洒装置根据控制器的控制进行农药喷洒；移动机构上装设喷洒装置(喷头和水管)，移动机构在驱动电机的驱动下，沿在大棚顶部铺设的滑轨移动，实现喷洒农药。
本发明实施例所用到的传感器如下：
1、环境温湿度传感器。型号：SHT10；接口：类I2C；接线：红色线VCC- 电源正极；绿色线GND-电源负极；蓝色线DATA-数据；黄色线SCK-时序；
2、光照传感器。接口：4～20mA，485(有协议)；供电电压：12～24V；工作电流/功耗：上百mA；接线：三线制(红色线VCC-电源正极；黑色线GND- 电源负极；蓝色线DATA-数据AD)。
3、CO2传感器。型号：模拟量；接口：4～20mA；供电电压：12～24V；工作电流/功耗：最高3.0W(瞬间)，平均0.9W；测量稳定时间：2min；接线：红色(VCC)，绿色(信号)，黑色(GND)。
4、土壤温度传感器。型号：DS18B20；接口：单信号线；供电电压：3～ 5V/DC；接线：红色(VCC)，白色(DATA)，黑色(GND)；
5、土壤湿度传感器。接口：三线制，电压0-1.875V；供电电压：5～12V；工作电流/功耗：20mA；测量稳定时间：2s；接线：红-电源，黄-信号线，黑 -地线；换算公式：
0-40％湿度为：y＝28.5*x；x为采集电压值，单位V；y单位％；40-100％湿度为：y＝127.392*x-138.86。
为了更高效节能，该系统还可以包括太阳能供电装置，用于为多个数据采集装置的传感器提供电源，为多个执行机构和通讯模块提供电源。具体的，可以在大棚外侧设置太阳能光伏板和蓄电池，蓄电池分别为上述多个执行机构供电。
本发明实施例所涉及到的控制器均为PLC或单片机。
基于同一发明构思，本发明还提供一种智能大棚的实时监控方法，该方法使用如上述任一项实施例的智能大棚的实时监控系统，实现对大棚内环境、农作物生长情况实时监控。可以定量获取和分析农业环境的多种参数，实现对环境的多点检测，其检测目标可以是温度、湿度、光照、水/土壤空气成分等，通过通讯模块无线通信把温室大棚的各种参数汇总到监控主机，监控主机再通过执行机构去调节大棚的温度、湿度等参数，实现对大棚的实时智能监控。且能对大棚内各个环境参数达到良好的检测，协调控制大棚的环境参数，使大棚内的环境条件能够适宜作物的成长，并能通过Web远程检测和控制温室大棚的环境参数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能大棚的实时监控系统，其特征在于，包括：多个数据采集终端和多个执行机构、通讯模块、监控主机和移动客户端；
每个所述数据采集终端包括分别与所述通讯模块连接的湿度传感器、温度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器和监控探头；
每个执行机构包括分别与所述通讯模块连接的灌溉机构、补光灯组、卷帘机构、通风机构和CO2生成器；
所述通讯模块与所述监控主机通信连接；所述监控主机用于获取所述湿度传感器、温度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器和监控探头发送的监测数据，并根据所述监测数据与存储的预设阈值进行比较；
当所述大棚内土壤水分低于预设的水分阈值时，控制开启所述灌溉机构给所述大棚内相应区域内进行灌溉；
当所述大棚内温湿度高于预设的温湿度阈值，大棚外温湿度低于所述预设的温湿度阈值，且光照度在预设的光照阈值范围内时，控制开启所述卷帘机构给大棚室内降温降湿；
当所述大棚内温湿度高于预设的温湿度阈值，大棚外温湿度低于所述预设的温湿度阈值，且光照度高于预设的光照阈值时，控制开启所述通风机构进行降温降湿；
当所述CO2浓度低于预设的CO2阈值时，控制所述CO2生成器开启生成CO2；
在所述光照传感器监测的所述大棚内光照亮度低于预设的光照阈值，且棚外光照亮度低于预设的光照阈值时，控制开启所述补光灯组进行补光；
所述移动客户端与所述监控主机通讯连接，用于查看所述大棚的环境监测信息以及用于发送控制所述执行机构开启的指令。
2.根据权利要求1所述的一种智能大棚的实时监控系统，其特征在于，所述通讯模块为下述一种：蓝牙模块、WIFI模块、ZigBee模块和移动网络模块。
3.根据权利要求1所述一种智能大棚的实时监控系统，其特征在于，还包括：与所述监控主机连接的多个显示模块，用于显示监测信息和相应区域内的监控视频。
4.根据权利要求1所述一种智能大棚的实时监控系统，其特征在于，还包括：与所述通讯模块连接的警示装置，用于在所述监测数据高于所述预设阈值2倍时或低于预设阈值2倍时，发出声光警报。
5.根据权利要求1所述一种智能大棚的实时监控系统，其特征在于，还包括：所述监控探头还用于采集所述大棚内农作物图像；所述监控主机根据所述农作物图像颜色区域的变化，判断是否有病虫害发生。
6.根据权利要求5所述一种智能大棚的实时监控系统，其特征在于，所述执行机构还包括：设置与所述大棚顶内的农药喷洒移动机构；所述农药喷洒移动机构用于接收所述监控主机通过所述通讯模块发送喷洒命令，并执行喷药动作。
7.根据权利要求1所述一种智能大棚的实时监控系统，其特征在于，还包括：太阳能供电装置，用于为所述多个数据采集终端、多个执行机构和通讯模块供电。
8.一种智能大棚的实时监控方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1-7任一项所述的智能大棚的实时监控系统，实现对大棚内环境、农作物生长情况实时监控。
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