CN112306122A

CN112306122A - 温室环境控制方法、装置、系统、计算机设备及存储介质

Info

Publication number: CN112306122A
Application number: CN202010805539.XA
Authority: CN
Inventors: 刘金生; 熊永红; 万程; 周焕银
Original assignee: East China Institute of Technology
Current assignee: East China Institute of Technology
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2021-02-02

Abstract

本发明适用于计算机技术领域，提供了一种温室环境控制方法、装置、系统、计算机设备及存储介质，所述方法包括：获取温室环境信息；确定温室环境偏差值；根据温室环境偏差值以及基于模糊策略构建的温室环境控制模型确定温室环境调节策略信息；根据温室环境调节策略信息控制温室环境调节器。本发明提供的一种温室环境控制方法，利用基于模糊策略构建的温室环境控制模型确定温室环境调节策略信息，能够同时考虑相互关联的两个环境因子温度偏差值和湿度偏差值的影响，从而最终确定出包括温室环境调节器的开启时长信息的温室环境调节策略信息是两个环境因子结合的最优解，能够对温室环境进行稳定而有效的控制。

Description

温室环境控制方法、装置、系统、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明属于计算机技术领域，尤其涉及一种温室环境控制方法、装置、系统、计算机设备及存储介质。

背景技术

为了改变温室大棚作物在生产中出现产量低、品质差，难以管理问题，许多学者致力于研究温室智能控制系统，该系统利用现代物联网技术、测控技术、传感器技术实现对大棚温室环境参数的实时监测和智能控制温室作物生长的最优环境。

目前，实现温室环境控制算法有无数种，而基于不同的控制算法温室智能控制系统实现的控制效果普遍不同。然而，大部分控制算法仅仅考虑了单个环境因子对温室控制的影响，但事实上由于单个因子的变化会引起其他因子的变化，单环境因子的控制算法容易导致温室环境控制系统不稳定，甚至出现设备调控的误操作，影响控制效果。

可见，现有的温室环境控制算法还存在着控制效果不理想，控制效果不稳定的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种温室环境控制方法，旨在解决现有的温室环境控制算法还存在的控制效果不理想，控制效果不稳定的技术问题。

本发明实施例是这样实现的，一种温室环境控制方法，包括：

获取温室环境信息；所述温室环境信息包括温度信息以及土壤湿度信息；

根据所述温室环境信息以及预设的最优温室环境信息确定温室环境偏差值；

根据所述温室环境偏差值以及基于模糊策略构建的温室环境控制模型确定温室环境调节策略信息；所述温室环境调节策略信息包括温室环境调节器的开启时长信息；

根据所述温室环境调节策略信息控制所述温室环境调节器。

本发明实施例的另一目的在于提供一种温室环境控制装置，包括：

温室环境信息获取单元，用于获取温室环境信息；所述温室环境信息包括温度信息以及土壤湿度信息；

温室环境偏差值确定单元，用于根据所述温室环境信息以及预设的最优温室环境信息确定温室环境偏差值；

温室环境控制策略信息确定单元，用于根据所述温室环境偏差值以及基于模糊策略构建的温室环境控制模型确定温室环境调节策略信息；所述温室环境调节策略信息包括温室环境调节器的开启时长信息；

温室环境控制单元，用于根据所述温室环境调节策略信息控制所述温室环境调节器。

本发明实施例的另一目的在于提供一种温室环境控制系统，包括如上述所述的温室环境控制装置、多个传感器组成的传感器组以及温室环境调节器；

所述传感器组，用于采集温室环境信息并发送给温室环境控制装置；所述温室环境信息包括温度信息以及土壤湿度信息；

所述温室环境控制装置，用于根据所述温室环境信息以及基于模糊策略构建的温室环境控制模型确定温室环境调节策略信息，并根据所述温室环境调节策略信息控制所述温室环境调节器执行相应的策略。

本发明实施例的另一目的在于提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述所述温室环境控制方法的步骤。

本发明实施例的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述所述温室环境控制方法的步骤。

本发明实施例提供的一种温室环境控制方法，在获取到温室环境信息后，根据最优温室环境信息确定温室环境偏差值，包括了温度偏差值和湿度偏差值，然后将温度偏差值和湿度偏差值同时作为输入变量输入至预先基于模糊策略构建的温室环境控制模型中，计算出温室环境调节策略信息，并根据所述温室环境调节策略信息控制温室环境调节器执行相应的策略，从而实现对温室环境的调节。本发明实施例提供的一种利用基于模糊策略构建的温室环境控制模型确定温室环境调节策略信息的控制方法，由于基于模糊策略构建的温室环境控制模型能够同时考虑相互关联的两个环境因子温度偏差值和湿度偏差值的影响，从而最终确定出包括温室环境调节器的开启时长信息的温室环境调节策略信息是两个环境因子结合的最优解，能够对温室环境进行稳定而有效的控制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种温室环境控制方法的实施环境图；

图2为本发明实施例提供的一种温室环境控制方法的步骤流程图；

图3为本发明实施例提供的一种确定温室环境调节策略信息的步骤流程图；

图4为本发明实施例提供的一种温室环境控制装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种执行温室环境控制方法的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种温室环境控制方法的实施环境图，即一种温室环境控制系统的结构示意图，详述如下。

在本发明实施例中，所述温室环境控制系统包括温室环境控制装置110、传感器组120以及温室环境调节器130。

在本发明实施例中，所述传感器组120由多个传感器121组成，用于采集温室环境信息并发送给温室环境控制装置110。

作为本发明的一个优选实施例，所述传感器121包括温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器中的两种或两种以上，所述采集的温室环境信息包括温度信息、土壤湿度信息以及光照强度信息的一种或多种，

在本发明实施例中，所述温室环境控制装置110，用于根据所述传感器121 发送的温室环境信息，并按照预先基于模糊策略构建的温室环境控制模型来确定温室环境调节策略信息，然后根据所述温室环境调节策略信息控制所述温室环境调节器130执行相应的策略。所述温室环境调节策略信息包括温室环境调节器130的开启时长信息。

在本发明实施例中，其中温室环境控制装置根据温室环境信息以及预先基于模糊策略构建的温室环境控制模型来确定温室环境调节策略信息，并控制温室环境调节器130执行相应的策略的步骤，具体请参阅图2及其解释说明的内容。

作为本发明的一个优选实施例，所述温室环境调节器130至少包括加热设备、雾化加湿器、侧窗开关调节控制器中的两种及两种以上。

作为本发明的一个优选实施例，所述传感器121与所述温室环境控制装置 110之间通过LoRa无线通讯技术进行通讯；所述温室环境控制装置110与所述温室环境调节器130之间通过LoRa无线通讯技术进行通讯。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种温室环境控制方法的步骤流程图，该步骤主要运用与图1所示的温室环境控制装置110中，具体包括以下步骤：

步骤S202，获取温室环境信息。

在本发明实施例中，所述温室环境信息包括温度信息以及土壤湿度信息。

步骤S204，根据所述温室环境信息以及预设的最优温室环境信息确定温室环境偏差值。

在本发明实施例中，在获取了温室环境信息之后，基于温室环境信息与最优温室环境信息之间的差距确定温室环境偏差值。

步骤S206，根据所述温室环境偏差值以及基于模糊策略构建的温室环境控制模型确定温室环境调节策略信息。

在本发明实施例中，相对于常规的温室环境控制算法仅仅考虑单一环境参数的影响，而无视环境参数之间的关联，从而导致在控制单一环境参数的过程中，另一环境参数失控的方案，本发明公开的基于基于模糊策略构建的温室环境控制模型能够很好的同时考虑相互关联的两个环境因子温度偏差值和湿度偏差值之间的相互影响，从而使得确定出的温室环境调节策略信息是两个环境因子结合的最优解，有效保证了温室环境的稳定性。

在本发明实施例中，所述基于模糊策略构建的温室环境控制模型是以温室环境偏差值作为输入变量，而将含有温室环境调节器的开启时长信息的温室环境调节策略信息作为输出值，具体的利用基于模糊策略构建的温室环境控制模型对温室环境偏差值进行处理的步骤请参与图4及其解释说明。

步骤S208，根据所述温室环境调节策略信息控制所述温室环境调节器。

在本发明实施例中，在输出含有温室环境调节器的开启时长信息的温室环境调节策略信息后，进一步根据所述温室环境调节策略信息来控制所述温室环境调节器执行相应的策略，例如控制加热设备开启10分钟、雾化加湿器开启20 分钟等等。

如下所示，为本发明实施例提供的一种确定温室环境偏差值的步骤流程图，具体包括以下步骤：

步骤S302，根据所述温度信息以及预设的最佳温度值确定温度偏差量。

在本发明实施例中，设采集的温度信息为T，预设的最佳温度值为T₀，则温度偏差量E_T计算式为：E_T＝T-T₀。

步骤S304，根据所述土壤湿度信息以及预设的最佳土壤湿度值确定湿度值偏差量。

在本发明实施例中，设采集的土壤湿度信息为H，预设的最佳土壤湿度值为H₀，则湿度值偏差量E_H计算式为：E_H＝H-H₀。

在本发明实施例中，需要说明的是，温室环境信息是按照预设的时刻采集的，例如每隔10分钟采集依次，在采集之后温室环境偏差量也随之确定，因此温室环境偏差量也是根据预设的时刻产生的，在每次温室环境偏差量确定之后，确定后续时间内温室环境调节器的执行策略，直至下一次温室环境信息被采集。

如图3所示，为本发明实施例提供的一种确定温室环境调节策略信息的步骤流程图，具体包括以下步骤：

步骤S402，根据所述温室环境偏差值以及预设的隶属度函数图确定温室环境偏差值的隶属值。

在本发明实施例中，具体的，土壤湿度语言变量采用{NB、NS、ZE、PS、PB}5 个元素等级，NB表示土壤湿度2级干燥、NS表示1级干燥、ZE表示湿度适宜、 PS表示湿度1级偏高、PB表示湿度2级偏高，同样的，空气温度语言变量采用 {NB、NS、ZE、PS、PB}5个元素等级，NB表示表示温度很为2级低、NS表示1 级低、ZE表示温度适宜、PS表示温度1级偏高、PB表示温度为2级偏高，而隶属度函数图则描述了温室环境偏差值的对应情形的概率值。为便于理解，以具体的数据进行说明，当E_T＝-2.4，E_H＝1.6时，属于“NS，ZE”的隶属度函数值为(0.8、0.2)，最小值为0.2，即温室环境偏差值属于“NS，ZE”的隶属值为 0.2，同理，属于“NS，PS”的隶属度函数值为(0.8、0.8)，最小值为0.8，即温室环境偏差值属于“NS，PS”的隶属值为0.8，属于“NB，ZE”的隶属度函数值为(0.2、0.2)，最小值为0.2，即温室环境偏差值属于“NB，ZE”的隶属值为0.2，属于“NB、PS”的隶属度函数值为(0.2、0.8)，最小值为0.2，即温室环境偏差值属于“NB、PS”的隶属值为0.2。

步骤S404，根据所述温室环境偏差值的隶属值以及预设的模糊策略控制规则确定与所述温室环境偏差值的隶属值对应的温室环境调节器系数。

在本发明实施例中，模型的输出可以理解为温室环境调节器的执行策略，也就是温室环境调节器系数，可以按照如下方式定义，具体的，加热设备语言变量采用u₁∈{0、1、2}，0表示关闭，1表示开启15分钟，2表示开启30分钟；雾化加湿器语言变量采用u₂∈{0、1、2}，0表示关闭，1表示开启10分钟，2表示开启20分钟；侧窗语言变量采用u₃∈{0、1、2、3}，0表示关闭，1表示开启 30度角，2表示开启60度角，3表示开启90度角。对于每一条温室环境偏差值的隶属值，都定义了温室环境调节器的执行策略，具体的，当温室环境偏差值属于“NS，ZE”时，u₁＝1,u₂＝0,u₃＝0；当温室环境偏差值属于“NS，PS”时， u₁＝1,u₂＝0,u₃＝1；当温室环境偏差值属于“NB，ZE”时，u₁＝2,u₂＝0,u₃＝0；当温室环境偏差值属于“NB、PS”时，u₁＝2,u₂＝0,u₃＝1。

步骤S406，根据所述温室环境偏差值的隶属值以及所述温室环境调节器系数计算温室环境调节器的隶属度。

在本发明实施例中，基于模糊策略的定义，输出的最终值等于采取模糊隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心，即：

结合前述内容并按照上述公式进行计算，则加热设备对应的隶属度函数值为：

加湿设备对应的隶属度函数值为：

侧窗对应的隶属度函数值为：

步骤S408，根据所述温室环境调节器的隶属度确定所述温室环境调节策略信息。

在本发明实施例中，结合各温室环境调节器的隶属度，最终输出温室环境调节策略为{1、0、1}，也就是加热设备开启15分钟，雾化加湿器关闭，侧窗打开30度角。

如图4所示，为本发明实施例提供的一种温室环境控制装置的结构示意图，详述如下。

在本发明实施例中，所述温室环境控制装置包括：

温室环境信息获取单元510，用于获取温室环境信息。

温室环境偏差值确定单元520，用于根据所述温室环境信息以及预设的最优温室环境信息确定温室环境偏差值。

温室环境控制策略信息确定单元530，用于根据所述温室环境偏差值以及基于模糊策略构建的温室环境控制模型确定温室环境调节策略信息。

在本发明实施例中，所述基于模糊策略构建的温室环境控制模型是以温室环境偏差值作为输入变量，而将含有温室环境调节器的开启时长信息的温室环境调节策略信息作为输出值，

温室环境控制单元540，用于根据所述温室环境调节策略信息控制所述温室环境调节器。

本发明实施例提供的一种温室环境控制装置，在获取到温室环境信息后，根据最优温室环境信息确定温室环境偏差值，包括了温度偏差值和湿度偏差值，然后将温度偏差值和湿度偏差值同时作为输入变量输入至预先基于模糊策略构建的温室环境控制模型中，计算出温室环境调节策略信息，并根据所述温室环境调节策略信息控制温室环境调节器执行相应的策略，从而实现对温室环境的调节。本发明实施例提供的一种利用基于模糊策略构建的温室环境控制模型确定温室环境调节策略信息的控制装置，由于基于模糊策略构建的温室环境控制模型能够同时考虑相互关联的两个环境因子温度偏差值和湿度偏差值的影响，从而最终确定出包括温室环境调节器的开启时长信息的温室环境调节策略信息是两个环境因子结合的最优解，能够对温室环境进行稳定而有效的控制。

图5示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是图1中的温室环境控制装置110。如图5所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现温室环境控制方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行温室环境控制方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，本申请提供的温室环境控制装置可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图5所示的计算机设备上运行。计算机设备的存储器中可存储组成该温室环境控制装置的各个程序模块，比如，图4所示的温室环境信息获取单元510、温室环境偏差值确定单元520、温室环境控制策略信息确定单元530以及温室环境控制单元540。各个程序模块构成的计算机程序使得处理器执行本说明书中描述的本申请各个实施例的温室环境控制方法中的步骤。

例如，图5所示的计算机设备可以通过如图4所示的温室环境控制装置中的温室环境信息获取单元510执行步骤S202；计算机设备可通过温室环境偏差值确定单元520执行步骤S204；计算机设备可通过温室环境控制策略信息确定单元530执行步骤S206；计算机设备可通过温室环境控制单元540执行步骤 S208。

在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

根据所述温室环境调节策略信息控制所述温室环境调节器。

在一个实施例中，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：

根据所述温室环境调节策略信息控制所述温室环境调节器。

应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink) DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种温室环境控制方法，其特征在于，包括：

根据所述温室环境调节策略信息控制所述温室环境调节器。

2.根据权利要求1所述的温室环境控制方法，其特征在于，所述根据所述温室环境信息以及预设的最优温室环境信息确定温室环境偏差值的步骤，具体包括：

根据所述温度信息以及预设的最佳温度值确定温度偏差量；

根据所述土壤湿度信息以及预设的最佳土壤湿度值确定湿度值偏差量。

3.根据权利要求1所述的温室环境控制方法，其特征在于，所述根据所述温室环境偏差值以及基于模糊策略构建的温室环境控制模型确定温室环境调节策略信息的步骤，具体包括：

根据所述温室环境偏差值以及预设的隶属度函数图确定温室环境偏差值的隶属值；

根据所述温室环境偏差值的隶属值以及预设的模糊策略控制规则确定与所述温室环境偏差值的隶属值对应的温室环境调节器系数；

根据所述温室环境偏差值的隶属值以及所述温室环境调节器系数计算温室环境调节器的隶属度；

根据所述温室环境调节器的隶属度确定所述温室环境调节策略信息。

4.一种温室环境控制装置，其特征在于，包括：

5.一种温室环境控制系统，其特征在于，包括如权利要求4所述的温室环境控制装置、多个传感器组成的传感器组以及温室环境调节器；

6.根据权利要求5所述的温室环境控制系统，其特征在于，所述传感器组包括温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器中的两种及两种以上。

7.根据权利要求5所述的温室环境控制系统，其特征在于，所述温室环境调节器至少包括加热设备、雾化加湿器、侧窗开关调节控制器中的两种及两种以上。

8.根据权利要求5所述的温室环境控制系统，其特征在于，所述采集温室环境信息并发送给温室环境控制装置的步骤，具体为：

采集温室环境信息并基于LoRa无线通讯技术发送给温室环境控制装置；

所述根据所述温室环境调节策略信息控制所述温室环境调节器执行相应的策略的步骤，具体为：

根据所述温室环境调节策略信息并基于LoRa无线通讯技术控制所述温室环境调节器执行相应的策略。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至3中任一项权利要求所述温室环境控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至3中任一项权利要求所述温室环境控制方法的步骤。