CN110083095A - 一种本地更新模型的大棚控制系统 - Google Patents

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    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Abstract

本发明提供了一种本地更新模型的大棚控制系统，包括本地执行控制组件、移动数据传输组件和中央部署控制组件。本发明通过模型计算单元和执行控制单元协同设置的方式，使得高性能微处理器能够进入休眠模式，从而有效降低能耗、提高稳定度；通过第一通信模组和第二通信模组的设置，有效确保在大规模应用中通信的有效性；通过外扩存储单元的设置，既确保利用机器学习技术对控制参数进行更新的过程中有足够的数据基础，又避免不必要的通信压力，而基于移动数据传输组件的设置，还能确保运行过程的数据能够全部保存，有利于后期的算法改进。

Description

一种本地更新模型的大棚控制系统
技术领域
本发明涉及一种本地更新模型的大棚控制系统。
背景技术
如申请号为CN201710873496.7的发明专利公开了一种蔬菜种植大棚的智能控制系统，能够实现本地(相对于大棚而言)的自动控制。
如申请号为CN201811577179.1的发明专利公开了一种蔬菜大棚监控管理系统，提供了一个中控远程控制多个本地监控系统的技术构思。
如申请号为CN201811151772.X的发明专利公开了一种温室大棚作物种植环境物联网智能调控系统和方法，提供了利用算法模型对控制参数进行更新的技术构思。
在上述现有技术及其相关技术的参考下，足以实现一种中心化的、利用机器学习技术对控制参数进行更新的智能大棚控制系统，但是中心化导致的一大问题在于数据泛化情况较为严重。
如果采用目前的边缘计算的方式，将对控制参数进行更新的过程置于大棚本地控制单元上执行，可以有效解决泛化的问题，然而随之而来的一个可预知的问题在于，系统整体能耗过高，其原因在于对控制参数进行更新的过程涉及大量计算，需要采用高性能微处理器来实现，而高性能微处理器的能耗明显较微处理器高，在多个大棚本地控制单元上分别设置高性能微处理器，意味着系统整体能耗极为可观；另一方面，高性能微处理器往往也不够稳定，在长时间运行的状况下很容易出现故障，如要确保高性能微处理器长时间稳定运行，则所需的附加成本(如外部电路成本、软件调优开发成本)是极高的。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种本地更新模型的大棚控制系统，该本地更新模型的大棚控制系统通过模型计算单元和执行控制单元协同设置的方式，使得高性能微处理器能够进入休眠模式，从而有效降低能耗、提高稳定度。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种本地更新模型的大棚控制系统，包括本地执行控制组件、移动数据传输组件和中央部署控制组件；所述本地执行控制组件包括模型计算单元、执行控制单元、执行机构、感知机构、外扩存储单元、第一通信模组、第二通信模组；
所述移动数据传输组件部署于多旋翼无人机或轮式移动机器人上，移动数据传输组件包括移动执行机构、第二通信模组、外扩存储单元；
所述中央部署控制组件包括中央控制单元、第一通信模组、第二通信模组、存储控制器、存储单元；
所述第一通信模组为有效通信距离超过300m的无线通信模块；
所述第二通信模组为数据传输速率超过30Mbps的无线通信模块；
所述执行控制单元和模型计算单元通信连接，同时执行控制单元一GPIO输出引脚接至模型计算单元GPIO中断引脚；
模型计算单元有两种工作模式，一种是运行模式，另一种是休眠模式，在运行模式下模型计算单元从执行控制单元读取感知数据，并根据感知数据对执行控制单元的控制参数进行更新，更新完成则进入休眠模式，在休眠模式下由执行控制单元连接的GPIO中断引脚唤醒至运行模式，执行控制单元在控制参数更新后将更新后的控制参数通过第一通信模组发送至中央部署控制组件；
所述执行控制单元从感知机构读取感知数据，并将感知数据存放至外扩存储单元，当外扩存储单元占用超过预设比例时，通过第一通信模组向中央部署控制组件发送数据转移请求，并在通过第二通信模组接收到握手信号后将外扩存储单元中的数据通过第二通信模组发送，发送完成则对外扩存储单元擦除；
所述第一通信模组和第二通信模组不是同一类型。
所述第一通信模组为LoRa通信模块。
所述第二通信模组为WiFi通信模块。
所述模型计算单元为主频在500MHz以上的ARM内核微处理器。
所述执行控制单元为Cortex-M3内核的微控制器。
所述中央部署控制组件中的存储控制器为磁盘阵列卡，中央部署控制组件中的存储单元为硬盘组。
所述外扩存储单元为EMMC芯片。
所述执行机构包括喷淋电磁阀、抽水泵、风扇、暖风机、照明灯中至少两种；所述感知机构包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光敏传感器、二氧化碳浓度传感器中至少两种。
本发明的有益效果在于：通过模型计算单元和执行控制单元协同设置的方式，使得高性能微处理器能够进入休眠模式，从而有效降低能耗、提高稳定度；通过第一通信模组和第二通信模组的设置，有效确保在大规模应用中通信的有效性；通过外扩存储单元的设置，既确保利用机器学习技术对控制参数进行更新的过程中有足够的数据基础，又避免不必要的通信压力，而基于移动数据传输组件的设置，还能确保运行过程的数据能够全部保存，有利于后期的算法改进。
附图说明
图1是本发明的连接示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示的一种本地更新模型的大棚控制系统，包括本地执行控制组件、移动数据传输组件和中央部署控制组件；所述本地执行控制组件包括模型计算单元、执行控制单元、执行机构、感知机构、外扩存储单元、第一通信模组、第二通信模组；
所述移动数据传输组件部署于多旋翼无人机或轮式移动机器人上，移动数据传输组件包括移动执行机构、第二通信模组、外扩存储单元；
所述中央部署控制组件包括中央控制单元、第一通信模组、第二通信模组、存储控制器、存储单元；
所述第一通信模组为有效通信距离超过300m的无线通信模块；
所述第二通信模组为数据传输速率超过30Mbps的无线通信模块；
所述执行控制单元和模型计算单元通信连接，同时执行控制单元一GPIO输出引脚接至模型计算单元GPIO中断引脚；
模型计算单元有两种工作模式，一种是运行模式，另一种是休眠模式，在运行模式下模型计算单元从执行控制单元读取感知数据，并根据感知数据对执行控制单元的控制参数进行更新，更新完成则进入休眠模式，在休眠模式下由执行控制单元连接的GPIO中断引脚唤醒至运行模式，执行控制单元在控制参数更新后将更新后的控制参数通过第一通信模组发送至中央部署控制组件；
所述执行控制单元从感知机构读取感知数据，并将感知数据存放至外扩存储单元，当外扩存储单元占用超过预设比例时，通过第一通信模组向中央部署控制组件发送数据转移请求，并在通过第二通信模组接收到握手信号后将外扩存储单元中的数据通过第二通信模组发送，发送完成则对外扩存储单元擦除；
所述第一通信模组和第二通信模组不是同一类型。
所述第一通信模组为LoRa通信模块。
所述第二通信模组为WiFi通信模块。
所述模型计算单元为主频在500MHz以上的ARM内核微处理器。
所述执行控制单元为Cortex-M3内核的微控制器。
所述中央部署控制组件中的存储控制器为磁盘阵列卡，中央部署控制组件中的存储单元为硬盘组。
所述外扩存储单元为EMMC芯片。
所述执行机构包括喷淋电磁阀、抽水泵、风扇、暖风机、照明灯中至少两种；所述感知机构包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光敏传感器、二氧化碳浓度传感器中至少两种。
一般情况下，移动数据传输组件是以轮式移动机器人的结构搭载，而轮式移动机器人即常规语境下的智能小车，这方面的现有技术发展也较为成熟，大多可以实现自动寻径、避障等，而在本发明中，移动数据传输组件的作用主要在于将数据从本地执行控制组件中转移到中央部署控制组件中作为历史数据保存。
磁盘阵列卡一般都可外接至少5块以上的硬盘，每块硬盘容量至少可在2TB以上，而且目前的磁盘阵列卡大多都支持热插拔，因此通过人工对硬盘进行操作即可保存整体在持续运行中的大量数据，有利于大数据技术的发展。
外扩存储单元采用EMMC芯片，一般而言容量在8～32GB，足够存储模型计算单元在利用机器学习技术对控制参数进行更新的过程中所需的数据量，但是由于EMMC芯片仅有一组数据接口，而执行控制单元在常规运行过程中需要不断的写入数据，这导致EMMC芯片只能接至执行控制单元，当模型计算单元需要读取数据的时候，只能通过与执行控制单元通信完成，因此模型计算单元的计算过程至少会持续数十分钟，此时执行控制单元既要维持对执行机构和感知机构的控制过程，又要将数据从EMMC芯片中读出并发送至模型计算单元，故执行控制单元采用Cortex-M3内核的微控制器以确保性能满足需求，同时成本不会过高。

Claims (8)

1.一种本地更新模型的大棚控制系统，包括本地执行控制组件、移动数据传输组件和中央部署控制组件，其特征在于：所述本地执行控制组件包括模型计算单元、执行控制单元、执行机构、感知机构、外扩存储单元、第一通信模组、第二通信模组；
所述移动数据传输组件部署于多旋翼无人机或轮式移动机器人上，移动数据传输组件包括移动执行机构、第二通信模组、外扩存储单元；
所述中央部署控制组件包括中央控制单元、第一通信模组、第二通信模组、存储控制器、存储单元；
所述第一通信模组为有效通信距离超过300m的无线通信模块；
所述第二通信模组为数据传输速率超过30Mbps的无线通信模块；
所述执行控制单元和模型计算单元通信连接，同时执行控制单元一GPIO输出引脚接至模型计算单元GPIO中断引脚；
模型计算单元有两种工作模式，一种是运行模式，另一种是休眠模式，在运行模式下模型计算单元从执行控制单元读取感知数据，并根据感知数据对执行控制单元的控制参数进行更新，更新完成则进入休眠模式，在休眠模式下由执行控制单元连接的GPIO中断引脚唤醒至运行模式，执行控制单元在控制参数更新后将更新后的控制参数通过第一通信模组发送至中央部署控制组件；
所述执行控制单元从感知机构读取感知数据，并将感知数据存放至外扩存储单元，当外扩存储单元占用超过预设比例时，通过第一通信模组向中央部署控制组件发送数据转移请求，并在通过第二通信模组接收到握手信号后将外扩存储单元中的数据通过第二通信模组发送，发送完成则对外扩存储单元擦除；
所述第一通信模组和第二通信模组不是同一类型。
2.如权利要求1所述的本地更新模型的大棚控制系统，其特征在于：所述第一通信模组为LoRa通信模块。
3.如权利要求1所述的本地更新模型的大棚控制系统，其特征在于：所述第二通信模组为WiFi通信模块。
4.如权利要求1所述的本地更新模型的大棚控制系统，其特征在于：所述模型计算单元为主频在500MHz以上的ARM内核微处理器。
5.如权利要求1所述的本地更新模型的大棚控制系统，其特征在于：所述执行控制单元为Cortex-M3内核的微控制器。
6.如权利要求1所述的本地更新模型的大棚控制系统，其特征在于：所述中央部署控制组件中的存储控制器为磁盘阵列卡，中央部署控制组件中的存储单元为硬盘组。
7.如权利要求1所述的本地更新模型的大棚控制系统，其特征在于：所述外扩存储单元为EMMC芯片。
8.如权利要求1所述的本地更新模型的大棚控制系统，其特征在于：所述执行机构包括喷淋电磁阀、抽水泵、风扇、暖风机、照明灯中至少两种；所述感知机构包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光敏传感器、二氧化碳浓度传感器中至少两种。
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