CN112616509A - 基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚 - Google Patents

基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚，属于智能大棚领域，用于智能大棚，其将通过各种传感器作为环境变量监测单元采集蔬菜生长参数，并存储至局域网服务器后发送至云服务器，云服务器将上述信息发送至控制终端，用户通过控制终端经由云服务器对局域网服务器进行参数修改，并通过局域网服务器实现对智能型控制单元的控制。所述局域网服务器还连接有视频控制单元，并将视频处理单元所获得的图像经由图像识别单元处理，处理结果反馈至局域网服务器。所述云服务器还能够从数据采集服务器获取所需的大数据。鉴于上述技术方案，本申请能将物联网与互联网技术充分融合，实现温室大棚的智能化，提高蔬菜大棚大型化及集约化的发展程度。

Description

基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚
技术领域
本申请属于智能大棚领域，具体地说，尤其涉及一种基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚。
背景技术
我国不仅是人口大国，而且是传统的农业种植大国，而在农业种植中常见的种植方式之一便是温室种植，温室种植使得人们能够在任何时间都可吃到反季节的蔬菜。温室种植指的是采用竹结构或钢结构作为骨架，然后覆盖上一层或多层的塑料薄膜，以达到有效防止蔬菜生长过程中所产生二氧化碳的流失以及大棚内保温的效果。但是我国的大棚种植仍然采用的是人工粗放式管理的方式，不仅浪费较多的人力、物力，而且所获得的蔬菜产量较低，无法做到大棚的集约化、智能化、产业化、大型化及精细化的管理。
而随着社会经济的发展以及科学技术的进步，人们已经可以通过可联网的传感器节点实现对大棚内土壤湿度、温度、光照强度、二氧化碳浓度等的测量和数据实时获取，然后经过模型输出分析，自动调温室环境、控制灌溉和施肥作业，以使得温室内的蔬菜处于最佳的生长条件。
但是，现阶段的物联网技术仍然需要较多的结合与改进，才能够更好地适应大型化、集约化、智能化的温室发展需求。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚，其能够将物联网与互联网技术充分融合，实现温室大棚的智能化，提高蔬菜大棚大型化及集约化的发展程度。
为达到上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：
本发明中所述的基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚，包括用于获取大棚内各种环境信息的环境变量监测单元、包括用于执行控制指令的智能型控制单元、包括用于获取大棚内蔬菜生长状态的视频监控单元、包括用于汇集环境变量监测单元、智能型控制单元、视频监控单元信息并存储及转发的K个局域网服务器、汇集K个局域网信息并按照用户权限分配N个控制终端的云服务器、用于获取云服务器信息并能根据所分配用户权限发送控制指令的控制终端，其中所述环境变量监测单元用于获取单个大棚中分布的温度变量监测单元、湿度变量监测单元、光照变量监测单元、土壤水分监测单元所获取的信息，并将所获取的信息存储及通过有线或无线网络传递至局域网服务器；
所述智能型控制单元用于通过有线或无线方式接收局域网服务器转发的控制指令，并通过单片机模块转换成控制继电器动作的触点信号，通过触点信号控制继电器动作，继而实现供水单元、通风单元、卷帘单元、加热单元的开启与关闭；
所述视频监控单元用于获取大棚内所种植蔬菜生长状态的视频信息并将所采集到的图像发送至局域网服务器；所述视频监控单元根据预设时间节点或根据拍摄指令拍摄图片后发送至图像识别单元进行图像识别，所述图像识别单元将识别后的结果通过有线或无线通讯的方式发送至局域网服务器；
所述局域网服务器用于根据环境变量监测单元所采集到的数据与自身所存储的数据进行比对，并按照比对的差值将控制指令发送至智能型控制单元及云服务器；所述局域网服务器还接收来自云服务的更新数据并对自身存储的数据进行更新；
所述云服务器用于汇集相同区域内的局域网服务器所收集数据并将收集的数据按照不同用户权限通过有线或无线通讯的方式传递至用户终端；
所述用户终端包括移动终端和非移动终端，移动终端和非移动终端能够通过有线网关、WiFi、移动通讯信号连接云服务器。
进一步地讲，本发明中所述的云服务器还包括数据采集服务器，数据采集服务器能够根据局域网服务器所处地理位置信息采集互联网信息，所述互联网信息包括大棚内所种植蔬菜的实时病虫害信息、病虫害应对策略、服务信息。
进一步地讲，本发明中所述的图像识别单元用于识别视频监控单元所拍摄的蔬菜照片是否具有病虫害，并将结果通过局域网服务器反馈至云服务器，云服务器与所存储的病虫害信息进行比较并人工判断后分别反馈至局域网服务器和控制终端。
进一步地讲，本发明中所述的温度变量监测单元采用分布于大棚底部、中部、顶部的M个温度传感器；所述湿度变量监测单元包括设置于大棚底部、中部、顶部的M个湿度传感器；所述光照变量监测单元包括设置于蔬菜上方的光照强度传感器；所述土壤水分监测单元采用人工取样的方式，将大棚平均等分后形成单元格，随机在单元格内取样。
进一步地讲，本发明中所述的供水单元包括水泵、电磁阀、供水管路，其中供水管路沿蔬菜种植方向设置，电磁阀通过与之对应的继电器实现供水管路中分支管路的通断，水泵通过与之对应的继电器实现开启与关闭；所述通风单元包括设置于大棚顶部、中部的电动通风窗，电动通风窗通过执行电机开启或关闭，执行电机通过与之对应的继电器实现开启或关闭；所述卷帘单元通过卷帘电机，卷帘电机通过对应的继电器实现开启和关闭；所述加热单元为通过继电器实现开启的制热空调或热风机。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
本发明通过将物联网所采集到的各种传感器数据与互联网技术相结合，有效提高物联网所采集数据的应用程度，进而提高温室大棚在大型化、集约化发展过程中的智能程度。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本申请所述的技术方案作进一步地描述说明。需要说明的是，在下述段落可能涉及的方位名词，包括但不限于“上、下、左、右、前、后”等，其所依据的方位均为对应的说明书附图中所展示的视觉方位，其不应当也不该被视为是对本技术方案保护范围的限定，其目的仅为方便本领域的技术人员更好地理解说明书中所述的技术方案。
在下述段落的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等类似表述应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以依据具体情况结合本领域的公知常识、设计规范、标准文献等理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚，其特征在于：包括用于获取大棚内各种环境信息的环境变量监测单元、包括用于执行控制指令的智能型控制单元、包括用于获取大棚内蔬菜生长状态的视频监控单元、包括用于汇集环境变量监测单元、智能型控制单元、视频监控单元信息并存储及转发的K个局域网服务器、汇集K个局域网信息并按照用户权限分配N个控制终端的云服务器、用于获取云服务器信息并能根据所分配用户权限发送控制指令的控制终端，其中所述环境变量监测单元用于获取单个大棚中分布的温度变量监测单元、湿度变量监测单元、光照变量监测单元、土壤水分监测单元所获取的信息，并将所获取的信息存储及通过有线或无线网络传递至局域网服务器；
所述智能型控制单元用于通过有线或无线方式接收局域网服务器转发的控制指令，并通过单片机模块转换成控制继电器动作的触点信号，通过触点信号控制继电器动作，继而实现供水单元、通风单元、卷帘单元、加热单元的开启与关闭；
所述视频监控单元用于获取大棚内所种植蔬菜生长状态的视频信息并将所采集到的图像发送至局域网服务器；所述视频监控单元根据预设时间节点或根据拍摄指令拍摄图片后发送至图像识别单元进行图像识别，所述图像识别单元将识别后的结果通过有线或无线通讯的方式发送至局域网服务器；
所述局域网服务器用于根据环境变量监测单元所采集到的数据与自身所存储的数据进行比对，并按照比对的差值将控制指令发送至智能型控制单元及云服务器；所述局域网服务器还接收来自云服务的更新数据并对自身存储的数据进行更新；
所述云服务器用于汇集相同区域内的局域网服务器所收集数据并将收集的数据按照不同用户权限通过有线或无线通讯的方式传递至用户终端；
所述用户终端包括移动终端和非移动终端，移动终端和非移动终端能够通过有线网关、WiFi、移动通讯信号连接云服务器。
实施例2
一种基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚，其中所述的云服务器还包括数据采集服务器，数据采集服务器能够根据局域网服务器所处地理位置信息采集互联网信息，所述互联网信息包括大棚内所种植蔬菜的实时病虫害信息、病虫害应对策略、服务信息；所述图像识别单元用于识别视频监控单元所拍摄的蔬菜照片是否具有病虫害，并将结果通过局域网服务器反馈至云服务器，云服务器与所存储的病虫害信息进行比较并人工判断后分别反馈至局域网服务器和控制终端；所述温度变量监测单元采用分布于大棚底部、中部、顶部的M个温度传感器；所述湿度变量监测单元包括设置于大棚底部、中部、顶部的M个湿度传感器；所述光照变量监测单元包括设置于蔬菜上方的光照强度传感器；所述土壤水分监测单元采用人工取样的方式，将大棚平均等分后形成单元格，随机在单元格内取样；所述供水单元包括水泵、电磁阀、供水管路，其中供水管路沿蔬菜种植方向设置，电磁阀通过与之对应的继电器实现供水管路中分支管路的通断，水泵通过与之对应的继电器实现开启与关闭；所述通风单元包括设置于大棚顶部、中部的电动通风窗，电动通风窗通过执行电机开启或关闭，执行电机通过与之对应的继电器实现开启或关闭；所述卷帘单元通过卷帘电机，卷帘电机通过对应的继电器实现开启和关闭；所述加热单元为通过继电器实现开启的制热空调或热风机。其余部分的结构及连接关系与上述实施例中所记载的结构及连接关系相同，为避免繁琐，此处不再进行赘述。
在上述实施例的基础上，利用下述段落继续对其中涉及到的技术特征及该技术特征在本技术方案中所起到的功能、作用进行详细的描述，以帮助本领域的技术人员充分理解技术方案并且予以重现。
在本发明中，所述的环境变量监测单元是通过设置于大棚内的各个传感器节点实现对大棚内所种植蔬菜生长条件监测的。具体来讲，这些传感器可包括土壤湿度传感器、空气湿度传感器、大棚内二氧化碳浓度传感器、温度传感器、光照传感器等，其设置于大棚的底部、中部、顶部，并且在大棚的长度方向上均布。当然，在本发明中，对于土壤湿度的检测可采用人工划分单元格随机取样的方式进行。具体来讲，由于在大棚的长度方向上分布较多的传感器，其需要对传感器所采集到的数据进行处理，剔除偏离正常值较大的节点数据，并适时对该节点的传感器数据进行校正。
在本发明中，所述的环境变量监测单元是用于获取大棚内各种与蔬菜生长密切相关的环境数据，而智能型控制单元则是执行动作命令，通过执行动作实现对各种环境参数的调节。具体来讲，所述的智能型控制单元包括能够通过有线或无线方式连接网络的网关，以及通过该网关获取控制指令的单片机，通过单片机将控制指令转换成继电器可识别的触点信号，并通过继电器的动作实现包括供水单元、通风单元、卷帘单元、加热单元的开启与关闭。本发明中所述的控制指令包括开启的单元名称及开始与关闭的时间。
在本发明中，所述的视频监控单元包括高清分辨率的摄像机以及将摄像机联网的监控器，监控器能够将摄像机所拍摄的视频信息经过压缩后传递至局域网服务器，以供用户通过控制终端经云服务器获取该局域网服务器所存储的监控信息，并进行实时查看。同时，视频监控单元还能够对所在区域的蔬菜进行高清照片的拍摄，并将所拍摄的照片经由可联网的监控器发送至图像识别单元，图像识别单元根据图像识别技术或AI人工智能实现对病虫害的分析，人工对上述分析结果复核不仅有助于提高准确率而且可训练图像识别技术或AI人工智能。
需要注意的是，本发明中的视频监控单元所获取的图像信息及识别结果需要经过互联网或局域网，以有线或者无线的方式传递至局域网服务器，局域网服务器对上述信息进行存储后转发至云服务器，并在转发信息中标注地理位置信息。同时，云服务器需要从数据采集服务器获取大数据信息，并以该病虫害为关键词获取上述地理位置信息所在周边局域网服务器是否存在类似病虫害的报告。同时，将数据采集服务器中关于该病虫害的信息以及病虫害应对信息、服务信息等推送至与该局域网服务器匹配的用户控制终端。
同时，在本发明中，所述的数据采集服务器从大数据中分析出某一区域内的蔬菜种植大棚出现病虫害后，会向云服务器发出该病虫害的预警信息，云服务器接收到该预警信息后下发至所下辖的若干局域网服务器中，局域网服务器获取上述预警信息后，通过大棚中不同位置的视频监控单元拍摄蔬菜照片并且进行图像识别或AI人工智能识别，将识别结果附加位置信息后反馈至云服务器。上述过程需要在同一天内不同的时间节点进行，以所拍摄的照片满足识别要求为准。
在本发明中，所述的控制终端需要与局域网服务器进行匹配，并按照不同的局域网服务器分配不同的用户权限。用户在自己的权限下只能够查看用户所绑定的局域网服务器内容。用户可通过手持式移动终端或者固定终端通过网络经由云服务器访问局域网服务器，并且进行远程控制指令的发送与设定。同时，用户通过控制终端可实现对局域网服务器所存储参数的设定与修改，同时云服务器会根据数据采集服务器获取的天气信息等推荐实时设定的参数范围，进行灵活调整。用户的控制终端可为安装有APP或小程序的智能手机/平板，也可以为专用的嵌入式终端，也可以为安装客户端的计算机。
最后，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚，其特征在于：包括用于获取大棚内各种环境信息的环境变量监测单元、包括用于执行控制指令的智能型控制单元、包括用于获取大棚内蔬菜生长状态的视频监控单元、包括用于汇集环境变量监测单元、智能型控制单元、视频监控单元信息并存储及转发的K个局域网服务器、汇集K个局域网信息并按照用户权限分配N个控制终端的云服务器、用于获取云服务器信息并能根据所分配用户权限发送控制指令的控制终端，其中所述环境变量监测单元用于获取单个大棚中分布的温度变量监测单元、湿度变量监测单元、光照变量监测单元、土壤水分监测单元所获取的信息，并将所获取的信息存储及通过有线或无线网络传递至局域网服务器；
所述智能型控制单元用于通过有线或无线方式接收局域网服务器转发的控制指令，并通过单片机模块转换成控制继电器动作的触点信号，通过触点信号控制继电器动作，继而实现供水单元、通风单元、卷帘单元、加热单元的开启与关闭；
所述视频监控单元用于获取大棚内所种植蔬菜生长状态的视频信息并将所采集到的图像发送至局域网服务器；所述视频监控单元根据预设时间节点或根据拍摄指令拍摄图片后发送至图像识别单元进行图像识别，所述图像识别单元将识别后的结果通过有线或无线通讯的方式发送至局域网服务器；
所述局域网服务器用于根据环境变量监测单元所采集到的数据与自身所存储的数据进行比对，并按照比对的差值将控制指令发送至智能型控制单元及云服务器；所述局域网服务器还接收来自云服务的更新数据并对自身存储的数据进行更新；
所述云服务器用于汇集相同区域内的局域网服务器所收集数据并将收集的数据按照不同用户权限通过有线或无线通讯的方式传递至用户终端；
所述用户终端包括移动终端和非移动终端，移动终端和非移动终端能够通过有线网关、WiFi、移动通讯信号连接云服务器。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚，其特征在于：所述云服务器还包括数据采集服务器，数据采集服务器能够根据局域网服务器所处地理位置信息采集互联网信息，所述互联网信息包括大棚内所种植蔬菜的实时病虫害信息、病虫害应对策略、服务信息。
3.根据权利要求2所述的基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚，其特征在于：所述图像识别单元用于识别视频监控单元所拍摄的蔬菜照片是否具有病虫害，并将结果通过局域网服务器反馈至云服务器，云服务器与所存储的病虫害信息进行比较并人工判断后分别反馈至局域网服务器和控制终端。
4.根据权利要求3所述的基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚，其特征在于：所述温度变量监测单元采用分布于大棚底部、中部、顶部的M个温度传感器；所述湿度变量监测单元包括设置于大棚底部、中部、顶部的M个湿度传感器；所述光照变量监测单元包括设置于蔬菜上方的光照强度传感器；所述土壤水分监测单元采用人工取样的方式，将大棚平均等分后形成单元格，随机在单元格内取样。
5.根据权利要求4所述的基于物联网技术的智能型蔬菜种植大棚，其特征在于：所述供水单元包括水泵、电磁阀、供水管路，其中供水管路沿蔬菜种植方向设置，电磁阀通过与之对应的继电器实现供水管路中分支管路的通断，水泵通过与之对应的继电器实现开启与关闭；所述通风单元包括设置于大棚顶部、中部的电动通风窗，电动通风窗通过执行电机开启或关闭，执行电机通过与之对应的继电器实现开启或关闭；所述卷帘单元通过卷帘电机，卷帘电机通过对应的继电器实现开启和关闭；所述加热单元为通过继电器实现开启的制热空调或热风机。
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