CN112039967A - 一种用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台 - Google Patents

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袁山
汤浩
付丽疆
夏倩
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Abstract

本发明公开了一种用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其包括客户端、云服务器、生长箱，生长箱内设有数据采集模块、环境控制模块和处理器，数据采集模块和环境控制模块均与处理器连接，处理器与云服务器连接，云服务器与客户端连接，用户在客户端发出请求时，云服务器将API接口程序发送至客户端，API处理程序用于处理API接口程序的请求。本发明中用户可以通过云服务器提供的API接口程序，利用自己擅长的编程语言来调用API接口程序中的函数，实现环境变量和生理变量的读取以及控制，简化了实现植物生长反馈控制实验的预先仪器设计与平台搭建。通过使得用户与仪器开发相独立，使用户不需要了解仪器开发而只专注于植物生长控制算法。

Description

一种用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台
技术领域
本发明涉及物联网平台开发技术领域，特别涉及一种用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台。
背景技术
植物生长反馈控制是一个科学家和农民都比较关心的课题，对植物生长反馈控制的研究是一个涉及生物学和仪器制造的世界性难题，因此采用一种对研究者比较便捷的方式实现植物生长反馈控制算法变得尤为重要。
传统的实现植物生长反馈控制平台系统，需要利用物联网设备进行数据采集，还需要在平台实现数据接收程序和数据发送程序，接收采集到的数据并发送控制指令到执行器。实现上述过程需要对传感器、执行器、传输协议以及平台搭建有较多的专业知识，这对于植物学家以及研究反馈控制的人来说是一项挑战。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种使用户与仪器开发相独立、降低操作难度的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其包括客户端、云服务器、生长箱，所述生长箱内设有数据采集模块、环境控制模块和处理器，所述数据采集模块和环境控制模块均与所述处理器连接，所述处理器与云服务器连接，所述云服务器与客户端连接，所述云服务器中存储有API接口程序和API处理程序，用户在所述客户端发出请求时，所述云服务器将所述API接口程序发送至所述客户端，所述API处理程序用于处理API接口程序的请求；
用户在所述客户端通过所述API接口程序中的查询函数向所述云服务器发出查询请求，所述云服务器对所述查询请求进行处理，所述处理器根据处理后的查询请求查询所述数据采集模块采集的植物生长环境变量和生理变量，用户在所述客户端根据采集的多组植物生长环境变量和生理变量编写植物生长反馈控制算法；
用户在所述客户端通过所述API接口程序中的控制函数向所述云服务器发出控制请求，所述云服务器对所述控制请求进行处理，所述处理器根据处理后的控制请求控制所述环境控制模块，所述环境控制模块根据植物生长反馈控制算法调节当前植物生长环境变量。
作为本发明的进一步改进，所述数据采集模块包括温度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、叶绿素荧光传感器。
作为本发明的进一步改进，所述环境条件模块包括用于控制温度变化的加热与制冷装置、用于控制光照强度的发光灯管、用于控制二氧化碳的二氧化碳生成装置和二氧化碳释放装置。
作为本发明的进一步改进，用户在客户端利用带有网络通信的编程语言所对应的API接口程序与云服务器进行通信。
作为本发明的进一步改进，所述编程语言包括MATLAB、Python、Java。
作为本发明的进一步改进，所述数据采集模块和环境调节模块通过RS-485协议与处理器进行连接。
作为本发明的进一步改进，所述云服务器与处理器之间通过无线传输模块通讯连接。
作为本发明的进一步改进，所述数据采集模块、环境调节模块、微处理器与无线传输模块均包覆于金属外壳中。
作为本发明的进一步改进，所述无线传输模块为ATK-ESP8266。
作为本发明的进一步改进，所述处理器为STM32F4系列微处理器。
本发明的有益效果：
本发明用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台中，用户可以通过平台提供的API接口程序，利用自己擅长的编程语言来调用API接口程序中的函数，实现环境变量和生理变量的读取以及控制，从而简化实现植物生长反馈控制实验的预先仪器设计与平台搭建。通过使得用户与仪器开发相独立，从而使得用户不需要了解仪器开发而只专注于植物生长控制算法。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明优选实施例中用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台的结构示意图；
图2是本发明优选实施例中用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台对叶绿素荧光控制实验图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为本发明优选实施例中的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其包括客户端、云服务器、生长箱，所述生长箱内设有数据采集模块、环境控制模块和处理器，所述数据采集模块和环境控制模块均与所述处理器连接，所述处理器与云服务器连接，所述云服务器与客户端连接，所述云服务器中存储有API接口程序和API处理程序，用户在所述客户端发出请求时，所述云服务器将所述API接口程序发送至所述客户端，所述API处理程序用于处理API接口程序的请求。API接口程序内有存储有查询函数与控制函数。
上述API接口程序的作用是：将所述客户端与云服务器通信的指令进行封装，用户只需要以函数的形式对其进行调用。用户在客户端利用带有网络通信的编程语言所对应的API接口程序与云服务器进行通信。上述编程语言可以是带有网络通信功能的任何编程语言，包括MATLAB、Python、Java等。在所述客户端向云服务器发送调用请求后，所述云服务器将用户请求的目标编程语言对应的API接口程序分发给客户端。
用户在所述客户端通过所述API接口程序中的查询函数向所述云服务器发出查询请求，所述云服务器对所述查询请求进行处理，所述处理器根据处理后的查询请求查询所述数据采集模块采集的植物生长环境变量和生理变量，用户在所述客户端根据采集的多组植物生长环境变量和生理变量编写植物生长反馈控制算法。
用户在所述客户端通过所述API接口程序中的控制函数向所述云服务器发出控制请求，所述云服务器对所述控制请求进行处理，所述处理器根据处理后的控制请求控制所述环境控制模块，所述环境控制模块根据植物生长反馈控制算法调节当前植物生长环境变量。
上述环境变量包括温度、光照强度、二氧化碳含量等，生理变量包括叶绿素荧光值等。
在本实施例中，上述数据采集模块包括温度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、叶绿素荧光传感器等。优选的，所述温度传感器、光照传感器采用建大仁科公司RS-GZWS-N01-2型号一体变送器；所述二氧化碳传感器采用建大仁科公司RS-C02-N01-2LW型号变送器。
在本实施例中，上述环境条件模块包括用于控制温度变化的加热与制冷装置、用于控制光照强度的发光灯管、用于控制二氧化碳的二氧化碳生成装置和二氧化碳释放装置。优选的，所述加热装置、制冷装置、二氧化碳生成装置和二氧化碳释放装置通过宏图伟业公司的HF32F-G-005电磁继电器进行开关控制，所述发光灯管控制PWM模块采用客益电子公司的GP8101模块，将PWM占空比控制转化成电压控制。
在本实施例中，所述云服务器与处理器之间通过无线传输模块通讯连接。
在其中一实施例中，所述数据采集模块、环境调节模块、微处理器与无线传输模块均包覆于金属外壳中。
在其中一实施例中，所述处理器为STM32F4系列微处理器，STM32F4系列微处理器使用ARM Cortex-M4内核；控制板采用直流12V供电，同时预留了数字输入输出接口，无线传输模块采用Wi-Fi扩展板的形式通过串口连接在控制板上，优选的，所述无线传输模块采用正点原子公司的ATK-ESP8266。
在其中一实施例中，所述数据采集模块和环境调节模块通过RS-485协议与处理器进行连接。
在其中一实施例中，采用一个叶绿素荧光控制实验说明开放式物联网平台的可用性。所述的用户为开放式物联网平台的使用者，以MATLAB语言为例，用户在MATLAB中编写植物生长反馈控制算法，该算法采用简单PID控制算法。将平台提供的MATLAB接口程序放在运行路径下，通过查询指令查询叶绿素传感器数据作为算法输入，该输入与设定的目标值进行对比从而得出灯光控制策略，通过控制指令将灯光策略发送至灯光调节装置，从而在远端实现叶绿素荧光值的自动控制。如图2所示，实线为目标荧光曲线，虚线为通过控制策略得到的实际荧光曲线，可以看出通过该开放式物联网平台能实现植物生长反馈控制算法。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其特征在于，包括客户端、云服务器、生长箱，所述生长箱内设有数据采集模块、环境控制模块和处理器，所述数据采集模块和环境控制模块均与所述处理器连接，所述处理器与云服务器连接，所述云服务器与客户端连接，所述云服务器中存储有API接口程序和API处理程序，用户在所述客户端发出请求时，所述云服务器将所述API接口程序发送至所述客户端，所述API处理程序用于处理API接口程序的请求；
用户在所述客户端通过所述API接口程序中的查询函数向所述云服务器发出查询请求，所述云服务器对所述查询请求进行处理，所述处理器根据处理后的查询请求查询所述数据采集模块采集的植物生长环境变量和生理变量，用户在所述客户端根据采集的多组植物生长环境变量和生理变量编写植物生长反馈控制算法；
用户在所述客户端通过所述API接口程序中的控制函数向所述云服务器发出控制请求，所述云服务器对所述控制请求进行处理，所述处理器根据处理后的控制请求控制所述环境控制模块，所述环境控制模块根据植物生长反馈控制算法调节当前植物生长环境变量。
2.如权利要求1所述的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其特征在于，所述数据采集模块包括温度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、叶绿素荧光传感器。
3.如权利要求1所述的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其特征在于，所述环境条件模块包括用于控制温度变化的加热与制冷装置、用于控制光照强度的发光灯管、用于控制二氧化碳的二氧化碳生成装置和二氧化碳释放装置。
4.如权利要求1所述的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其特征在于，用户在客户端利用带有网络通信的编程语言所对应的API接口程序与云服务器进行通信。
5.如权利要求4所述的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其特征在于，所述编程语言包括MATLAB、Python、Java。
6.如权利要求1所述的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其特征在于，所述数据采集模块和环境调节模块通过RS-485协议与处理器进行连接。
7.如权利要求1所述的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其特征在于，所述云服务器与处理器之间通过无线传输模块通讯连接。
8.如权利要求7所述的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其特征在于，所述数据采集模块、环境调节模块、微处理器与无线传输模块均包覆于金属外壳中。
9.如权利要求7所述的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其特征在于，所述无线传输模块为ATK-ESP8266。
10.如权利要求1所述的用于植物生长反馈控制的开放式物联网平台，其特征在于，所述处理器为STM32F4系列微处理器。
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