CN110895036A - 育苗大棚的温湿度自动调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度控制技术领域，具体公开了育苗大棚的温湿度自动调节系统，包括温湿度采集模块，还包括：图像采集模块，用于采集作物的图像；控制模块，用于获取温度数据、湿度数据和作物的图像；控制模块还用于识别作物的图像并判断作物种类；控制模块中预存有作物种类与温湿度需求数据；控制模块基于判断得到的作物种类、作物种类与温湿度需求数据计算当前温度需求和湿度需求；控制模块还用于判断温度数据是否满足温度需求，如果不满足，控制模块用于发送温度调节指令；控制模块还用于判断湿度数据是否满足湿度需求，如果不满足，控制模块还用于发送湿度调节指令。采用本发明的技术方案能够根据作物的种类自动调节温湿度。

Description

育苗大棚的温湿度自动调节系统

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，特别涉及育苗大棚的温湿度自动调节系统。

背景技术

作物智能化育苗具有规模大、节工节本、效益好等优势，能对引进、试验、示范、推广优新品种以及提高育成率等方面提供重要保证，还能节约土地资源，保证幼苗质量，具有巨大的发展前景。

作物生长发育适合的温度通常在20-30℃之间，湿度通常在40％-80％之间。大棚为作物的生长创造了一个封闭的独立环境，在这个独立空间内，不仅二氧化碳扩散和流失的速率变慢，具有一定的保温效果；而且通过对这个独立环境的温度和湿度进行调节，创造适宜作物生长的培育环境，可以有效提高作物产量，一年四季都能产出新鲜蔬菜。

传统的大棚管理技术中，通常会在大棚内烧炭从而提高大棚温度，通过人工洒水提高空气湿度。这种方式比较原始，不仅投入的时间成本较高，而且温湿度的调节能力有限。

目前在智能育苗中，大棚技术注重大棚内的温度湿度监控，并逐步向无人值守的方向发展。虽然大棚中的数据能够及时由传感器检测，再由控制模块对大棚内进行智能温湿度调节。但是，这种方案只能将温湿度维持在一个预先设定好的范围内。如果大棚内种植的作物种类改变，就需要人为的再次设定温湿度的范围，才能由控制模块进行自动的调节。这样的方案智能程度还是比较低。

为此，需要一种根据作物的种类自动进行温湿度调节的系统。

发明内容

本发明提供了育苗大棚的温湿度自动调节系统，能够根据作物的种类自动调节温湿度。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

育苗大棚的温湿度自动调节系统，包括用于采集大棚内温度数据和湿度数据的温湿度采集模块，还包括：

图像采集模块，用于采集作物的图像；

控制模块，用于获取温度数据、湿度数据和作物的图像；控制模块还用于识别作物的图像并判断作物种类；控制模块中预存有作物种类与温湿度需求数据；控制模块基于判断得到的作物种类、作物种类与温湿度需求数据计算当前温度需求和湿度需求；控制模块还用于判断温度数据是否满足温度需求，如果不满足，控制模块用于发送温度调节指令；控制模块还用于判断湿度数据是否满足湿度需求，如果不满足，控制模块还用于发送湿度调节指令。

基础方案原理及有益效果如下：

本方案中，通过采集作物的图像，再对作物的图像进行识别，就能对作物的种类进行判断。在得知作物种类之后，就能根据作物种类与温湿度需求数据计算当前温度需求和湿度需求。与现有技术相比，不必再根据作物种类手动设定温湿度的范围，智能化程度高，减少了工作人员的工作量。

进一步，所述控制模块采用卷积神经网络模型识别作物的图像。

通过卷积神经网络模型进行识别，识别的准确率高。

进一步，控制模块识别作物种类后，控制模块还基于作物的图像判断作物的当前生长周期，控制模块中预存有作物生长周期与温湿度需求数据；控制模块基于当前生长周期、作物生长周期与温湿度需求数据计算当前温度需求和湿度需求。

由于作物在生长过程中，形态会出现变化，本方案通过作物的图像能计算作物的当前生长周期，再基于当前生长周期、作物生长周期与温湿度需求数据就能计算出当前温度需求和湿度需求。能使当前温度需求和湿度需求与作物的生长周期相适应。提高了大棚温湿度调节的智能化程度，同时提高了大棚生产效率。

进一步，所述控制模块包括处理单元，处理单元用于获取作物的图像；处理单元还用于在识别作物的图像前，对作物的图像进行预处理。

对作物的图像进行预处理，能提高识别的准确率。

进一步，所述预处理包括归一化、明亮度调整或降噪。

通过归一化、明亮度调整或降噪后，图像能更容易的被卷积神经网络模型识别，能提升处理的效率以及识别的准确率。

进一步，所述控制模块还包括存储单元，存储单元中预存有作物叶片面积与生长周期数据；处理单元还用于根据作物的图像，计算作物的当前叶片面积；处理单元还用于根据当前叶片面积和作物叶片面积与生长周期数据计算作物的当前生长周期。

由于作物在生长过程中，叶片的面积会发生变化，通过叶片面积能准确的判断出作物的当前生长周期。

进一步，所述图像采集模块包括摄像头。

通过摄像头能快速对作物的图像进行采集。

进一步，还包括终端模块，控制模块还用于将当前温度需求和湿度需求发送至终端模块。

便于工作人员通过终端模块及时知晓作物当前温度需求和湿度需求。

进一步，所述控制模块还用于将作物种类和当前生长周期的判断结果发送至终端模块。

便于工作人员通过终端模块及时知晓作物种类和当前生长周期。工作人员可以结合实际情况判断控制模块得出的结果是否准确。

进一步，所述终端模块还用于向控制模块发送手动调节指令。

便于工作人员通过终端模块直接进行手动调节。

附图说明

图1为育苗大棚的温湿度自动调节系统实施例一的逻辑框图；

图2为育苗大棚的温湿度自动调节系统实施例二大棚的纵剖图；

图3为育苗大棚的温湿度自动调节系统实施例三雾化喷嘴的纵剖图；

图4为育苗大棚的温湿度自动调节系统实施例四连接模块的正视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：热风机1、主输风管2、副输风管3、热风喷嘴4、水泵5、主输水管6、副输水管7、雾化喷嘴8、进水端9、出水端10、环形槽11、环形凸起12、过滤网13、空气增压泵14、连接管15、止逆阀16。

实施例一

如图1所示，本实施例的育苗大棚的温湿度自动调节系统，包括温湿度采集模块、图像采集模块、控制模块和终端模块。

温湿度采集模块采用温湿度传感器，本实施例中采用DHT11数字温湿度传感器。

图像采集模块用于采集作物的图像；本实施例中图像采集模块采用摄像头。

控制模板包括处理单元、存储单元和通讯单元。

存储单元中预存有作物种类与温湿度需求数据、作物叶片面积与生长周期数据。

处理单元用于获取温度数据、湿度数据和作物的图像。处理单元还用于对作物的图像进行预处理，在预处理之后，处理单元采用卷积神经网络模型识别作物的图像并判断作物种类。预处理包括归一化、明亮度调整或降噪，本实施例中，预处理包括上述全部。

本实施中，需要先对卷积神经网络模型进行训练，训练时，预先采集作物图像，将作物图像中相同种类的作物进行分类并标记，得到作物训练数据库；将作物训练数据库中的作物图像输入至卷积神经网络模型，对卷积神经网络进行训练得到具有识别能力的卷积神经网络模型。

处理单元识别作物种类后，处理单元还基于作物的图像计算作物的当前生长周期。具体的，计算时，处理单元根据作物的图像识别作物的当前叶片面积；处理单元还用于根据当前叶片面积和作物叶片面积与生长周期数据计算作物的当前生长周期。

识别作物的当前叶片面积属于现有技术，本实施例中提供一种现有的识别方式，在其他实施例中，也可以采用另外的识别方式。

识别时，处理单元将作物图像分割为若干等份，形成网格，每一等份(即每一网格)中的作物数量相等，最好是，每一网格中包含一株作物，该作物位于网格中心。处理单元计算作物的叶片在每一等份的面积占比。计算时，作物图像根据预设灰度阈值转化为灰度图像；处理单元识别出灰度图像中叶片的像素点；每一等份中叶片的像素点占所述等份的总像素点的比例为面积占比。通过面积占比即可基于每一等份的面积计算得到叶片面积。

处理单元还用于根据当前生长周期、作物生长周期与温湿度需求数据计算当前作物的温度需求和湿度需求。处理单元还用于判断温度数据是否满足温度需求，如果不满足，通讯单元用于发送温度调节指令；控制模块还用于判断湿度数据是否满足湿度需求，如果不满足，通讯单元用于发送湿度调节指令。本实施例中，进行温度调节的装置包括空调，热风机等，此类装置接收温度调节指令后进行温度调节属于现有技术，这里不再赘述。本实施中，进行湿度调节的装置包括加湿器，风扇等，此类装置接收湿度调节指令后进行湿度调节属于现有技术，这里不再赘述。

本实施例中，终端模块采用手机，在其他实施例中，终端模块也可以采用电脑等；通讯单元与终端模块信号连接，本实施例中，通讯单元与终端模块通过4G网络进行信号连接。通讯单元还用于将作物种类判断结果、当前生长周期判断结果、当前温度需求和湿度需求发送至终端模块。终端模块还用于向通讯单元发送手动调节指令。通讯单元用于将手动调节指令发送至进行温度调节的装置或进行湿度调节的装置。

实施例二

本实施例的育苗大棚的温湿度自动调节系统，还包括温度调节模块和湿度调节模块。本实施例中，大棚的每一区域均对应有一温湿度采集模块。如图2所示，温度调节模块包括热风机1，主输风管2、若干副输风管3、热风喷嘴4和热风控制阀。热风机1安装在大棚的地面上，可以是安装在大棚的外部，也可是安装在大棚的内部。副输风管3固定在大棚的顶部，具体的，副输风管3通过螺栓与大棚的顶部固定连接。主输风管2用于连接热风机1与副输风管3。热风机1包括出风口，主输风管2的一端与出风口法兰连接，每一副输风管3的一端均与通过三通头与主输风管2连接。热风控制阀包括进气端和出气端；热风控制阀的进气端与副输风管3的另一端螺纹连接，热风控制阀的出气端与热风喷嘴4螺纹连接。热风喷嘴4用于输送热风；热风控制阀用于控制热风喷嘴4开闭的；本实施例中，大棚的每一区域均对应有一热风喷嘴4。本实施例中，热风机1还包括通风模式，也就是不对空气进行加热。

湿度调节模块包括水泵5、主输水管6、若干副输水管7、雾化喷嘴8和雾化控制阀。水泵5同样安装在大棚的地面上。副输水管7固定在大棚的顶部，具体的，副输水管7通过螺栓与大棚的顶部固定连接。水泵5包括出水口，主输水管6的一端与出水口法兰连接，每一副输水管7的一端均与通过三通头与主输水管6连接。雾化控制阀包括进水端9和出水端10；雾化控制阀的进水端9与副输水管7的另一端螺纹连接，雾化控制阀的出水端10与雾化喷嘴8螺纹连接。雾化控制阀用于控制雾化喷嘴8的开闭，本实施例中，大棚的每一区域均对应有一雾化喷嘴8；

副输风管3的高度高于副输水管7的高度；热风喷嘴4的高度高于雾化喷嘴8的高度。本实施例中，大棚的每一区域均对应有一图像采集模块。控制模板还包括驱动单元；处理单元判断温度数据是否满足温度需求时，如果不满足，处理单元还用于向驱动单元发送温度控制指令；本实施例中，温度控制指令包括开启或关闭热风控制阀。驱动单元用于控制对应的热风控制阀开启或关闭。

处理单元判断湿度数据是否满足湿度需求时，如果不满足，处理单元还用于向驱动单元发送湿度控制指令；本实施例中，湿度控制指令包括开启或关闭雾化控制阀。驱动单元用于控制对应的雾化控制阀开启或关闭。本实施例中，热风控制阀和雾化控制阀均采用电磁阀；处理单元采用PLC控制器，驱动单元采用继电器。

实施例三

本实施例和实施例二的区别在于，本实施例中雾化喷嘴8包括漏斗状的进水端9和出水端10；进水端9和出水端10之间连通。具体的，如图3所示，当雾化喷嘴8竖直放置时，进水端9呈正放的漏斗状，出水端10呈倒置的漏斗状，进水端9外壁一体成型有外螺纹；出水端10的外壁开设有环形槽11。当需要在雾化喷嘴8上安装环形罩时，可以将环形罩嵌入环形槽11内，实现固定。

进水端9的内壁还一体成型有环形凸起12；进水端9内还水平放置有圆形过滤网13，过滤网13与进水端9的内壁间隙配合，环形凸起12对过滤网13起限位作用。

本实施例中，通过将雾化喷嘴8设置成文丘里管的结构，能加快水喷出的速度，提高雾化的效果。设置过滤网13能有效过滤水中的杂质，避免雾化喷嘴8内部堵塞。

实施例四

本实施例和实施例二的区别在于，本实施例中还包括连接模块。如图4所示，连接模块包括空气增压泵14、连接管15和止逆阀16；空气增压泵14包括入气端和排气端；止逆阀16包括进口端和出口端；空气增压泵14的入气端与副输风管3法兰连接，具体的，副输风管3上法兰连接有三通管，空气增压泵14的入气端与三通管的其中一端法兰连接。

空气增压泵14的排气端与连接管15的一端法兰连接，连接管15的另一端与止逆阀16的进口端法兰连接，止逆阀16的出口端与副输水管7固定连接；具体的连接方式与空气增压泵14的入气端和副输风管3的连接方式相同，这里不再赘述。止逆阀16用于防止副输水管7内的水进入连接管15内。空气增压泵14与驱动单元电连接。

当需要为副输水管7内通入空气时，处理单元还用于向驱动单元发送加气指令；驱动单元控制空气增压泵14通电；空气增压泵14启动，将副输风管3内的空气加压后送入连接管15，空气经连接管15和止逆阀16进入副输水管7内。

通过将空气注入副输水管7内，使副输水管7内空气变多，增加雾化的效果。由于副输水管7内的水在快速流动，使副输水管7内的压力相对较小，便于空气通过止逆阀16进入副输水管7内。通过混入空气，达到更好的雾化效果，如果通入的空气不是热风，那么，水在雾化过程中吸热，还能起到为大棚散热的作用。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.育苗大棚的温湿度自动调节系统，包括用于采集大棚内温度数据和湿度数据的温湿度采集模块，其特征在于，还包括：

图像采集模块，用于采集作物的图像；

控制模块，用于获取温度数据、湿度数据和作物的图像；控制模块还用于识别作物的图像并判断作物种类；控制模块中预存有作物种类与温湿度需求数据；控制模块基于判断得到的作物种类、作物种类与温湿度需求数据计算当前温度需求和湿度需求；控制模块还用于判断温度数据是否满足温度需求，如果不满足，控制模块用于发送温度调节指令；控制模块还用于判断湿度数据是否满足湿度需求，如果不满足，控制模块还用于发送湿度调节指令。

2.根据权利要求1所述的育苗大棚的温湿度自动调节系统，其特征在于：进一步，所述控制模块采用卷积神经网络模型识别作物的图像。

3.根据权利要求2所述的育苗大棚的温湿度自动调节系统，其特征在于：控制模块识别作物种类后，控制模块还基于作物的图像判断作物的当前生长周期，控制模块中预存有作物生长周期与温湿度需求数据；控制模块基于当前生长周期、作物生长周期与温湿度需求数据计算当前温度需求和湿度需求。

4.根据权利要求3所述的育苗大棚的温湿度自动调节系统，其特征在于：所述控制模块包括处理单元，处理单元用于获取作物的图像；处理单元还用于在识别作物的图像前，对作物的图像进行预处理。

5.根据权利要求4所述的育苗大棚的温湿度自动调节系统，其特征在于：所述预处理包括归一化、明亮度调整或降噪。

6.根据权利要求5所述的育苗大棚的温湿度自动调节系统，其特征在于：所述控制模块还包括存储单元，存储单元中预存有作物叶片面积与生长周期数据；处理单元还用于根据作物的图像，计算作物的当前叶片面积；处理单元还用于根据当前叶片面积和作物叶片面积与生长周期数据计算作物的当前生长周期。

7.根据权利要求6所述的育苗大棚的温湿度自动调节系统，其特征在于：所述图像采集模块包括摄像头。

8.根据权利要求7所述的育苗大棚的温湿度自动调节系统，其特征在于：还包括终端模块，控制模块还用于将当前温度需求和湿度需求发送至终端模块。

9.根据权利要求8所述的育苗大棚的温湿度自动调节系统，其特征在于：所述控制模块还用于将作物种类和当前生长周期的判断结果发送至终端模块。

10.根据权利要求9所述的育苗大棚的温湿度自动调节系统，其特征在于：所述终端模块还用于向控制模块发送手动调节指令。

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