CN114326543A - 一种智慧大棚全周期监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智慧大棚全周期监控系统，系统结构包括大棚硬件结构、运营商基站和云服务器及移动终端微信小程序，所述大棚硬件结构包括供电模块、单片机控制模块、信息采集模块和功能模块，所述单片机控制模块与各个信息采集模块通过Zigbee通信模块连接，进行数据传输，通过5G通信网络模块与运营商基站和云服务器建立通信连接，无需大量现场布线通信，所述信息采集模块可按需要安装在任何地方，所述运营商基站和云服务器计算后将数据传送给所述设计的移动终端微信小程序，方便工作人员远程实时监控大棚的运行状态，提高智慧大棚的实时性，操作简单，在一定方面上节约了大量的人力物力资源，并且通过周期性获取保存农作物的生长状态信息，对其未来生长做预测，保证农作物的稳定生长，进而提高其产量。
Description
技术领域
本发明涉及物联网领域、农业技术领域，具体是涉及到一种智慧大棚全周期监控系统。
背景技术
我国作为世界第一农业大国，在农业领域积累着很多的经验和知识，但我国大部分地区都存在山多土地少,土质不好，土壤资源匮乏，气候条件复杂多变等劣势，这些劣势对农作物的生长极其不利；随着社会的进步，从事农业生产的人也日趋减少，而社会的对农产品的需求却日益增高，原有农作种植方式已经不能满足社会发展的需要，必须对传统的农业进行技术更新和改造。
对智慧大棚的监控主要针对二氧化碳浓度、空气温湿度、土壤温湿度、土壤酸碱度及光照强度等农作物生长必须的外在物理要素进行调节，同时通过摄像头对农作物进行全周期实时监控，通过目标检测技术观察农作物的生长状态，用做供给营养的标准，以达到作物生长的最佳条件。在对大棚供电时，都是靠传统的高压电路电压供电，若出现严重断电事故，就无法对农作物进行稳定的监控，影响人工管理。大棚种植可以避免天气因素带来的不好的影响，但是也会因为大棚薄膜、保温设备和大棚支架等一些材料造成光照严重不足的现象，尤其是在光照本来就弱的冬季，在加上雾霾天的影响，大棚里的光照会严重的不足。传统的温室大棚需要大量的人为工作，周期性地检查农作物的生长状态，是一种人力、物力资源的浪费。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种智慧大棚全周期监控的系统，提高智慧农业大棚的实时监控能力及安全性能，大大节约人力、物力资源，设计一套环境友好型的智慧大棚系统。
本发明可以通过以下技术方案实现：一种智慧大棚全周期监控系统，其结构包括大棚硬件结构、运营商基站和云服务器及移动终端微信小程序，所述大棚硬件结构包括供电模块、单片机控制模块、信息采集模块、功能模块，所述供电模块包括太阳能电池板和超级电容充放电池，分别与单片机控制模块、功能模块的用电设备连接，所述单片机控制模块接收到信息采集模块传送的信息数据，一份保存在存储模块中，一份通过5G通信网络模块与运营商基站和云服务器建立通信连接，数据计算后再发送给移动终端微信小程序，所述信息采集模块包括空间环境信息采集模块和土壤环境信息采集模块，采集到的信息通过Zigbee通信模块传送给单片机控制模块，所述的功能模块包括声光报警器、补光调节灯、通风系统和药/水一体机喷洒系统。
作为本发明的一种优选技术方案，所述单片机控制模块包括树莓派最小系统板、存储模块、5G通信模块、Zigbee通信模块、摄像头模块、按键模块、液晶显示模块和指示灯模块，所述树莓派最小系统板作为控制中心，用于处理接受、发送的数据计算，所述存储模块用于存储Zigbee通信模块接收到的各传感器发送的信息数据和摄像头模块周期性获取的农作物生长图像文件信息，所述5G通信模块用于与运营商基站和云服务器建立通信连接，将数据发送给云端，所述按键模块用于控制不同功能模块的开关状态和运行状态，所述液晶显示模块用于显示信息采集模块采集的各种数据参数和对应的设定阈值，功能模块中各机构的运行状态及其控制开关按钮，摄像头模块获取的实时图像信息，另一方面，可以根据所述摄像头周期性获取的农作物生长图像信息做图像处理，可以用来预测农作物的生长趋势和生长状态，根据科学的农作物生长环境需求，做出调节，这也是树莓派单片机相较于传统嵌入式单片机优势所在，所述指示灯模块也是用来表示各个功能模块的与运行状态。
作为本发明的一种优选技术方案，所述移动终端微信小程序界面包括显示信息采集模块采集的各种数据参数和对应的设定阈值，功能模块中各机构的运行状态及其控制开关按钮，摄像头模块获取的实时图像信息。
作为本发明的一种优选技术方案，所述空间环境信息采集模块包括二氧化碳传感器、光照强度传感器、空气温湿度传感器、Zigbee通信模块和STM32最小系统板，所述二氧化碳传感器、光照强度传感器和空气温湿度传感器连接在STM32最小系统板上，所采集的信息数据再通过Zigbee通信模块传送给单片机控制模块，并采用独立的电源供应，方便远距离布线和灵活安装。
作为本发明的一种优选技术方案，所述土壤环境信息采集模块包括土壤湿度传感器、土壤酸碱值传感器、Zigbee通信模块和STM32最小系统板，所述土壤湿度传感器和土壤酸碱值传感器连接在STM32最小系统板上，所采集的信息数据再通过Zigbee通信模块传送给单片机控制模块，同样采用独立的电源供应。
作为本发明的一种优选技术方案，所述功能模块包括声光报警器、补光调节灯、通风系统和药/水一体机喷洒系统，所述声光报警器当信息采集模块所采集的各个信息数据超过所设定的阈值时，不同的数据分别对应一种灯光闪烁报警和语音提示，以指示大棚下一步该做什么工作。
作为本发明的一种优选技术方案，所述补光调节灯当大棚光照强度低于设定阈值时，会根据不同农作物在不同时间段对应最适的生长光照强度来自动调节，在光照条件充分时，会自动关闭，从而节约资源。
作为本发明的一种优选技术方案，所述通风系统包括通风机、收卷电机和收卷帘，当大棚中二氧化碳浓度或空气温湿度超过设定阈值时，单片机控制模块根据设定好的程序控制收卷电机转动，从而带动收卷帘上下移动，所述通风机接着工作，循环排进排出大棚内的空气和调节大棚内的温度。
作为本发明的一种优选技术方案，所述药/水一体机喷洒系统包括雨水收集设备、药物自动配置设备和智能区域自选喷洒设备，所述雨水收集设备包括蓄水槽和浮物过滤净化器件，用于过滤储水槽中的悬浮物，防止排水口堵塞，进一步净化雨水的质量，排水口一端接通智能区域自选喷洒设备进水口一端，当土壤环境参数超过或低于设定阈值时，通过单片机控制模块设定好的程序便可控制排水量。
作为本发明的一种优选技术方案，所述药物自动配置设备包括不同农药储藏槽和一个药水混合槽，根据土壤环境参数和图像处理后预测信息，单片机控制模块根据设定好的程序控制打开对应的药物槽，按一定比例与水混合，药水混合槽排水口与智能区域自选喷洒设备进水口。
作为本发明的一种优选技术方案，所述智能区域自选喷洒设备包括不同区域对应的水管和喷头，根据单片机控制模块的程序控制设定好的水管喷头，精准喷洒药/水。
与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：
1、本方案通过设置在单片机控制模块和信息采集模块的Zigbee通信模块，组成小型局域网，大量减少了现场布线，方便了在大棚内部信息采集模块的安装，并且可以根据不同的农作物选择组件数量，提高大棚的适用性，通过5G通信模块与运营商基站和云服务器建立连接，与移动终端实时交互数据，根据摄像头获取的农作物图像信息进行处理，及时反映出农作物的生长状态，并作出调节控制。
2、本方案通过设计移动终端微信小程序，方便工作人员远程实时监控大棚的运行状态，提高智慧大棚的实时性，操作简单，在一定方面上节约了大量的人力物力资源，并且通过周期性获取保存农作物的生长状态信息，对其未来生长做预测，保证农作物的稳定生长，进而提高其产量。
附图说明
图1为本发明系统框图；
图2为本发明中单片机控制模块结构框图；
图3为本发明中总信息采集模块结构框图；
图4为本发明中空间信息采集模块结构框图；
图5为本发明中土壤信息采集模块结构框图；
图6为本发明中总功能模块结构框图；
图7为本发明中通风系统结构框图；
图8为本发明中药水一体机喷洒系统结构框图；
其中：1、大棚硬件结构；2、运营商基站和云服务器；3、移动终端微信小程序；4、供电模块；5、单片机控制模块；6、信息采集模块；7、功能模块；8、空间环境信息采集模块；9、土壤环境信息采集模块；10、声光报警器；11、补光调节灯；12、通风系统；13、药/水一体机喷洒系统；14、树莓派最小系统板；15、存储模块；16、5G通信模块；17、Zigbee通信模块；18摄像头模块、；19、按键模块；20、液晶显示模块；21、指示灯模块；22、二氧化碳传感器；23、光照强度传感器；24、空气温湿度传感器；25、STM32最小系统板；26、土壤湿度传感器；27、土壤酸碱值传感器；28、通风机；29、收卷电机；30、收卷帘；31、雨水收集设备；32、药物自动配置设备；33、智能区域自选喷洒设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1-8所示，一种智慧大棚全周期监控系统，包括大棚硬件结构1，运营商基站和云服务器2，移动终端微信小程序3，大棚硬件结构包括供电模块4，单片机控制模块5，信息采集模块6和功能模块7，供电模块4由太阳能电池板和超级电容充放电池组成，单片机控制模块5中,树莓派最小系统板14用来作图像处理和功能控制，存储模块15存储历史信息，5G通信模块16用作连接大棚硬件结构1和运营商基站和云服务器2的媒介，Zigbee通信模块17用于近距离数据通信，摄像头模块18用于获取农作物的图像信息，按键模块19可手动控制各功能机构的运行，液晶显示模块20用于显示图像界面，指示灯模块21表示各功能机构的状态，信息采集模块6中空间环境信息采集模块8主要收集农作物生长空间环境信息，土壤环境信息采集模块9主要收集农作物生长土壤环境信息，功能模块7中声光报警器10用于提示信息参数超过设定阈值，补光调节灯11用于自动调节农作物生长所需最适光照强度，通风系统12用于调节大棚室内二氧化碳浓度和温湿度，药/水一体机喷洒系统13药/水共用一个喷洒设备，节省空间资源。
供电模块4不仅为单片机控制模块5供电，而且还与功能模块7中各功能机构供电端连接。
单片机控制模块5通Zigbee通信模块17与空间环境信息采集模块8和土壤环境信息采集模块9组成小型局域网，实现无线近程数据通信，得到信息采集模块6中各传感器获取的环境参数信息，单片机控制模块5与功能模块7中所有机构驱动端连接，从而实时控制各功能机构，同时得到各功能机构运行状态信息，所述液晶显示模块20同时显示传感器获取的环境参数信息、摄像头模块18获取的农作物图像信息，并用作于图像检测、按键模块19和指示灯模块21的运行状态。
信息采集模块6分为空间环境信息采集模块8和土壤环境信息采集模块9，一方面测取空间环境信息，其中包括二氧化碳浓度、空气温湿度和光照强度，另一方面测取土壤环境信息，其中包括土壤温湿度和土壤酸碱值，传感器所获取的信息数据，通过近程通信模块，传送给单片机控制模块，根据获取的参数，执行对应的功能。
若空气中的二氧化碳浓度或空间温湿度超过设定阈值，通风系统12中收卷电机29接收到控制信号带动收卷帘30移动，当收卷帘打开一定宽度后，启动通风机28，循环流通大棚室内的空气，达到调节二氧化碳浓度或空间温湿度的目的。
若土壤中的温湿度或酸碱值超过设定阈值，或者单片机控制模块5通过目标检测分析农作物的生长状态所需营养，药/水一体机喷洒系统13会接收到控制信号使药物自动配置设备32调配对应的药水，并送往智能区域自选喷洒设备33进行下一步喷洒工作。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种智慧大棚全周期监控系统，其结构包括大棚硬件结构(1)、运营商基站和云服务器(2)及移动终端微信小程序(3)，其特征在于：大棚硬件结构(1)包括供电模块(4)、单片机控制模块(5)、信息采集模块(6)、功能模块(7)，所述供电模块(4)包括太阳能电池板和超级电容充放电池，分别与单片机控制模块(5)、功能模块(7)的用电设备连接，所述单片机控制模块(5)接收到信息采集模块(6)传送的信息数据，一份保存在存储模块中，一份通过5G通信网络模块与运营商基站和云服务器(2)建立通信连接，数据计算后再发送给移动终端微信小程序(3)，所述信息采集模块(6)包括空间环境信息采集模块(8)和土壤环境信息采集模块(9)，采集到的信息通过Zigbee通信模块传送给单片机控制模块(5)，所述的功能模块(7)包括声光报警器(10)、补光调节灯(11)、通风系统(12)和药/水一体机喷洒系统(13)。
2.根据权利要求1所述的一种智慧大棚全周期监控系统,其特征在于：所述的单片机控制模块(5)包括树莓派最小系统板(14)、存储模块(15)、5G通信模块(16)、Zigbee通信模块(17)、摄像头模块(18)、按键模块(19)、液晶显示模块(20)和指示灯模块(21)，所述模块都通过电性连线与树莓派最小系统板(14)连接。
3.根据权利要求1所述的一种智慧大棚全周期监控系统,其特征在于：所述的移动终端微信小程序(3)包括显示信息采集模块(6)采集的各种数据参数和对应的设定阈值，功能模块(7)中各机构的运行状态及其控制开关按钮，摄像头模块(18)获取的实时图像信息。
4.根据权利要求1所述的一种智慧大棚全周期监控系统,其特征在于：所述的空间环境信息采集模块(8)包括二氧化碳传感器(22)、光照强度传感器(23)、空气温湿度传感器(24)、Zigbee通信模块(17)和STM32最小系统板(25)。
5.根据权利要求1所述的一种智慧大棚全周期监控系统,其特征在于：所述的土壤环境信息采集模块(9)包括土壤湿度传感器(26)、土壤酸碱值传感器(27)、Zigbee通信模块(17)和STM32最小系统板(25)。
6.根据权利要求1所述的一种智慧大棚全周期监控系统,其特征在于：所述通风系统(13)包括通风机(28)、收卷电机(29)和收卷帘(30)。
7.根据权利要求1所述的一种智慧大棚全周期监控系统,其特征在于：所述药/水一体机喷洒系统(13)包括雨水收集设备(31)、药物自动配置设备(32)和智能区域自选喷洒设备(33)。
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