CN114415767A - 一种智能大棚控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种智能大棚控制系统与方法，所述系统包括数据采集模块、智能控制模块与执行设备模块，数据采集模块包含多种传感器，能够采集影响植物生长的多项棚内环境数据并传输至智能控制模块，智能控制模块通过预装的参数进行分析、对比与处理，并输出控制信号给执行设备模块进行环境调控，致力于将棚内环境调整至最适宜植物生长的状态；同时，所述系统包含多个辅助模块，系统的功能也能通过增加外围设备进行扩展；该智能大棚控制系统对智能大棚中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制，实现智能大棚的控制智能化、信息化，且系统的操作界面简洁，便于一般农户进行操作。

Description

一种智能大棚控制系统与方法

技术领域

本申请涉及温室控制领域，特别涉及一种智能大棚控制系统与方法。

背景技术

温室环境控制技术在国内得到了较快的发展，但由于一般采用单片机嵌入式测控系统作为控制系统，形成的是单片机系统，所以人机界面很不友好，非专业人员使用困难，难以操控，所以自动控制模式一般处于闲置状态，造成资源的浪费，同时我国温室农业的自动化水平及智能化技术程度与发达国家相比，还处于落后水平，智能化、信息化水平均与发达国家相比还存在着较大的差距。因此，迫切需要研制出适合我国农业发展国情的智能温室控制系统，实现多因子智能化温室控制，并广泛的推广应用在农业生产中。

发明内容

本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种智能大棚控制系统与方法，以实现多因子智能化温室控制。

为了解决上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种智能大棚控制系统，所述系统包括：

数据采集模块、智能控制模块以及执行设备模块；所述数据采集模块和所述执行设备模块分别与所述智能控制模块连接；

由所述数据采集模块采集棚内实时环境数据并传输至所述智能控制模块，所述智能控制模块依据预装参数发出控制信号，所述执行设备模块根据所述控制信号进行棚内环境调控；

进一步地，所述数据采集模块包括：布置于棚内的温度传感器、土壤湿度传感器、光照传感器、氧气浓度传感器以及二氧化碳浓度传感器；

所述温度传感器、所述土壤湿度传感器、所述光照传感器、所述氧气浓度传感器以及所述二氧化碳浓度传感器分别与所述智能控制模块连接；

进一步地，所述智能控制模块包括多个子处理器，每个所述子处理器独立工作；

进一步地，所述预装参数为通过实验获得的至少一种植物的最适宜生长环境参数；

进一步地，所述执行设备模块包括：加热器、水泵、遮阳组件、风机、通风组件、灯光组件以及水帘中的一种或多种组合；

进一步地，所述子处理器包括可编程逻辑控制器，由所述可编程逻辑控制器接收所述数据采集模块采集到的棚内实时环境数据，进行处理判断，并通过可编程逻辑控制器接口向所述执行模块设备发出控制信号；

进一步地，所述智能大棚控制系统还包括远程访问管理模块、配方管理模块、视频监控模块以及智能识别模块；

进一步地，所述智能大棚控制系统可通过增加所述执行模块中的设备进行功能扩展；

进一步地，所述智能大棚控制系统以分区节点为单位运行；

本申请实施例第二方面提供了一种智能大棚控制方法，包括步骤：

由数据采集模块采集棚内实时环境数据，并传输至智能控制模块；

所述智能控制模块依据预装参数发出控制信号；

执行设备模块根据所述控制信号进行棚内环境调控。

有益效果：与现有技术相比，本申请提供了本申请公开了一种智能大棚控制系统与方法，所述系统包括数据采集模块、智能控制模块与执行设备模块，数据采集模块包含多种传感器，能够采集影响植物生长的多项棚内环境数据并传输至智能控制模块，智能控制模块通过预装的参数进行分析、对比与处理，并输出控制信号给执行设备模块进行环境调控，致力于将棚内环境调整至最适宜植物生长的状态；同时，所述系统包含多个辅助模块，系统的功能也能通过增加外围设备进行扩展；该智能大棚控制系统对智能大棚中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制，实现智能大棚的控制智能化、信息化，且系统的操作界面简洁，便于一般农户进行操作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不符创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的智能大棚控制系统总体结构功能框图。

图2为本申请实施例提供的智能大棚控制系统的一种系统功能框架图。

图3为本申请实施例提供的智能大棚控制系统的一种使用界面图。

图4为本申请实施例提供的智能大棚控制方法的流程图。

图5为本申请实施例提供的智能大棚的灯光组件的一种结构示意图。

图6为本申请实施例提供的智能大棚的整体布置的一种布局示意图。

图中：100、智能控制模块；200、执行设备模块；300、数据采集模块；500、苗床；600、内部排水管；201、照明灯；202、生长灯。

具体实施方式

本申请提供一种网络切换方法、存储介质及电子设备，为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

发明人经过研究发现，温室环境控制技术在国内得到了较快的发展，但由于一般采用单片机嵌入式测控系统作为控制系统，形成的是单片机系统，所以人机界面很不友好，非专业人员使用困难，难以操控，所以自动控制模式一般处于闲置状态，造成资源的浪费，同时我国温室农业的自动化水平及智能化技术程度与发达国家相比，还处于落后水平，智能化、信息化水平均与发达国家相比还存在着较大的差距。因此，迫切需要研制出适合我国农业发展国情的初能温室控制系统，并广泛的推广应用在农业生产中。

为了解决上述问题，在本申请实施例中，智能大棚控制系统包括数据采集模块、智能控制模块与执行设备模块，数据采集模块包含多种传感器，能够采集影响植物生长的多项棚内环境数据并传输至智能控制模块，智能控制模块通过预装的参数进行分析、对比与处理，并输出控制信号给执行设备模块进行环境调控，致力于将棚内环境调整至最适宜植物生长的状态；同时，所述系统包含多个辅助模块，系统的功能也能通过增加外围设备进行扩展；该智能大棚控制系统对智能大棚中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制，实现智能大棚的控制智能化、信息化，且系统的操作界面简洁，便于一般农户进行操作。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对申请内容作进一步说明。

智能温室大棚是现代化的一种集数据采集，中心计算和设备自动控制为一体的现代化种植环境，给予农业物联网温室环境监控的高科技，本实施例所提供的智能大棚利用生物模拟技术，模拟出最适合棚内植物生长的环境，采用温度、湿度、CO2、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过智能控制模块进行数据分析，由智能控制模块对棚内的加热器、水泵、遮阳组件、风机、通风组件、灯光组件以及水帘等设施监控调整，从而改变大棚内部的生物生长环境；

具体的，在本实施例的一种实现方式中，如图6所示，智能大棚采用文洛氏结构，棚面采用温室专用铝合金及8毫米厚的PC中空板覆盖；可选的，智能大棚中的苗床500中设有多组内部排水管600，可选的，本实施例所提供的智能大棚顶部加装光电和热电透明薄膜太阳能电池与逆变器，太阳能电池充分利用太阳光将其转化为电能，逆变器将直流电转化成交流电，供控制系统使用，以实现智能大棚用电方面的绿色环保。

本实施例提供了一种智能大棚控制系统，如图1所示，所述系统包括：

数据采集模块300、智能控制模块100及执行设备模块200；

数据采集模块300包括设置于棚内的多种环境因素传感器，在本实施例的一种实现方式中，其检测的环境因素为能影响植物生长的温度、土壤湿度、光照度、氧气与二氧化碳浓度，传感器实时对此类环境因素进行监测，并将监测所得的数据发送至智能控制模块100；

具体的，智能控制模块100包括多个子处理器，每个子处理器之间相互独立，即整个系统的控制功能不是由控制中心的计算机完成的，而是由系统中的每一个子处理器处理所采集的数据并进行控制，每个子处理器不受控制中心的影响而独立工作，保证了单独的子处理器之间不会相互影响，稳定性强；

如图2所示，在本实施例的一种实现方式中，子处理器包括可编程逻辑控制器(PLC)，数据采集模块300中的传感器采集的数据通过可编程逻辑控制器的对应接口上传至该子处理器，子处理器根据预装的参数与获得实时环境因素的数据进行对比，发出控制信号给相应的执行设备进行调整，控制信号同样由可编程逻辑控制器的对应接口发出；例如，环境湿度(土壤湿度)数据通过环境湿度控制数据接口上传至控制环境湿度(土壤湿度)这一环境因素的子处理器，其中的可编程逻辑控制器经过与预装参数比对处理后，通过水泵控制接口发出控制信号，控制水泵进行环境湿度(土壤湿度)的调整；与此类似的，执行设备模块200中的遮阳组件、灯光组件可通过控制信号调节棚内的光照度，加热器、水帘与风机可通过控制信号调节棚内的温度，通风组件可通过控制信号调节棚内的氧气与二氧化碳浓度，即智能大棚通过控制系统能实现无人自动操作，自动控制棚内环境维持最适宜状态，保障作物生长；

具体的，预装参数为事先由大量实验所得到的各种植物生长最适宜的环境因素数据，在具体使用场景下，农户只需输入植物的名字，系统即可对应调动处该种植物最适宜的生长环境因素数据，子处理器在在比对处理时即以此为比对参照；例如，农户选择的种植植物为茶树，在输入茶树的植物名后，系统即会利用执行模块200中的设备将智能大棚的各种环境因素控制在预装参数中记录的茶树最适宜的状态，比如茶树最适宜生长的温度为18-25摄氏度，当温度传感器检测到棚内温度超过25摄氏度后，对应的子处理器将会控制执行设备模块200中的对应设备及时调整棚内温度；在本实施例的一种实现方式中，由实验所得到的各种植物生长最适宜的环境因素数据通过表格的形式导入智能大棚控制系统，系统进行更新记录并存储在本地，农户可快捷方便地进行数据查询；在本实施例的一种实现方式中，农户使用与本实施例所提供的智能控制大棚所配套的应用软件，根据植物类型，直接选择对应植物，即可实现植物生长环境最适宜环境因素的自动调配，即利用一配套的应用程序可以实现傻瓜式的一键操作；

在本实施例的一种实现方式中，遮阳组件包括设置在智能大棚侧墙上或外侧的导轨、与导轨滚动连接的辊轴、驱动辊轴转动的伺服电机、与伺服电机的输出端连接的转动杆、以及卷曲在转动杆上的遮阳布或遮阳网；伺服电机为双伸出杆驱动电机，一端连接辊轴，另一端连接转动杆，在工作过程中，可以是伺服电机在控制器的控制下，进行驱动辊轴在导轨上转动，同时转动杆将遮阳布或者遮阳网在大棚本体的顶面上转动；可选的，为了便于驱动，可以设置多段遮阳布，以及多个用于卷曲遮阳布的转动杆、辊轴、伺服电机；当光照传感器所采集到的光照数据不符合预装参数中的要求时，对应遮阳组件的子处理器发出控制信号，控制遮阳布或遮阳网进行一定距离的滑动以增加或减小棚内光照；

在本实施例的一种实现方式中，请参阅图5，灯光组件包括呈矩阵状排列的照明灯201与生长灯202，其中照明灯201用于温室的普通照明，生长灯202模拟植物光合作用所需的各种波长的光，对智能大棚的光照进行补偿；当光照传感器所采集到的光照数据不符合预装参数中的要求时，对应灯光组件的子处理器发出控制信号，控制生长灯202开闭或亮度增减以增加或减小棚内光照；可选的，所述灯光组件还可以包括灭虫灯，消灭害虫，保障植物的生长；

在本实施例的一种实现方式中，水泵设置于蓄水池内，水泵与抽水管连接，可选的，水泵与抽水管连接后分为两路，一路为喷洒主管，一路为滴灌主管，喷洒主管和滴灌主管均设有电磁阀，喷洒主管连接多个喷淋头，滴灌主管上连接多个滴灌器；当土壤湿度传感器所采集到的湿度数据不符合预装参数中的要求时，对应水泵的子处理器发出控制信号，控制水泵抽水量的大小以升高或降低棚内土壤湿度；

在本实施例的一种实现方式中，加热器布置于智能大棚内，水帘与风机布置于智能大棚壁上，当温度传感器所采集到的温度数据不符合预装参数中的要求时，对应加热器的子处理器或对应水帘的子处理器或对应风机的子处理器发出控制信号，控制加热器的开闭或温度升降、控制水帘的开闭、控制风机的开闭以提升或降低棚内温度；

在本实施例的一种实现方式中，通风组件包括通风口、扇叶、驱动电机、主动轮和链条，通风口设置于在智能大棚四壁上，所述扇叶安装在通风口的中央，所述驱动电机固定在通风口的下方，所述主动轮安装在驱动电机的输出端，所述主动轮通过链条链接扇叶；当二氧化碳浓度传感器与氧气浓度传感器所采集到的二氧化碳浓度数据或氧气浓度数据不符合预装参数中的要求时，对应通风组件的子处理器发出控制信号，控制通风组件的开闭以调节棚内二氧化碳浓度或氧气浓度；可选的，为了更好地控制二氧化碳浓度可于执行设备模块200中添加二氧化碳发生器，即本实施例提供的智能大棚控制系统可通过添加外围设备进行功能扩展；

进一步的，系统通过对当前气候参数的分析，可以预测控制设备的运行情况，提高设备的利用率，降低能耗；

在本实施例的一种实现方式中，上述执行设备模块200中的所有设备可通过手动的方式开关调整，为农户的操作提供充分的自主性；

同时，本申请所提供的智能大棚控制系统中的执行设备模块200可根据需求添加多种外围设备，并获取相应的可编程逻辑控制器的控制原理，建立相应的可编程逻辑控制器接口，实现系统的功能扩展；

如图3所示，在本实施例的一种实现方式中，本申请提供的智能大棚控制系统还包括配方管理模块、视频监控模块和智能识别模块，其中，配方管理模块中的配方信息包含植物简介、不同的生长周期、生长环境、害虫信息、肥料农药等，根据农棚所种植的农作物，可以在系统的进行农作物与其对应配方的增加，同时配方管理模块可以进行相应的管理工作，设定不同的配方名称以及对配方内容的增、删、改、查等操作；

视频监控模块通过视频监控摄像机对大棚内的农作物以及环境进行监控，可以在系统程序中直接调用查看不同点位的监控画面；

智能识别模块则包括病虫害识别、生长周期识别与营养状况识别，识别植物的病虫害情况、判断植物在生长周期中所处的阶段以及植物的营养供给情况(分为三个等级：缺少营养，正常生长，良性生长)；

除上述的辅助功能外，本申请提供的智能大棚控制系统还包括远程访问管理模块，在同一局域网内登录系统的账户地址，可进行访问与操作以及实时查看视频画面；

另外，本申请提供的智能大棚控制系统同样包含有一般操作系统皆具备的系统管理模块与历史数据查询模块，便于农户进行权限管理、新增或修改账户以及日志记录、查询或导出历史数据等；

在本实施例的一种实现方式中，智能大棚控制系统以分区节点为单位运行，农户可新建节点管理一个单独的区域，每个节点所管理的单独区域可自由创建由不同执行设备组成的执行设备模块200，实现不同的区域间单独管理，相互隔离，在具体的使用场景中，每个账户都可以自建节点，管理员有权限使用如图所示界面中的“节点切换”选择不同的节点，节点切换后，其执行设备模块200所含有的执行设备所匹配的功能点随之自动切换，同时管理员可编辑、管理全部的节点内容；

在本实施例的一种实现方式中，智能大棚控制系统采用局域网模式进行数据传输；其网络架构为多层组网，第一层：子处理器中的可编程逻辑控制器与棚内传感器以RS485协议进行通讯，第二层是子处理器中的可编程逻辑控制器与上位机及客户端组成的局域网，数据通过局域网传输，实现多维数据关联；子处理器中的可编程逻辑控制器通过RS485协议进行与传感器、执行设备进行通信，应用可编程逻辑控制器开放接口方法，将各类设备检测到的数据进行采集、入库，同时通过接口，对执行模块200中的各类设备进行控制操作；在本实施例的一种实现方式中，可编程逻辑控制器对传感器的每项检测数据写入与对每项设备控制的写入均有对应的指令码，如，灯光组件写入：40051，风机写入：40052，遮阳组件写入：40053，水泵写入：40054，光照度数据写入：40055，二氧化碳浓度数据写入：40056，土壤湿度数据写入：40057，温度数据写入：40058；同时，上位机软件能过Modbus TCP协议与子处理器中的可编程逻辑控制器通讯；

可见，本申请提供的智能大棚控制系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术与专家系统于一体，通过预装多种作物生长所需的适宜环境参数，搭建温室智能化软硬件平台，实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制，实现智能温室大棚种植节本增效，实现反季种植，降低人力成本，实现提质增效，该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用；同时，本申请提供的智能大棚控制系统还具有以下优势：

预测性：通过对气候参数的分析，可以预测控制设备的运行情况，提高设备的利用率，降低能耗；

强大的扩展功能：通过选用不同的外围设备加入执行设备模块200，可以控制温室环境及灌溉、施肥等；

完善的资料处理功能：通过中央控制软件，可以不问断地记录各种传感器的信息以及各种设备的动作记录等；

远程监控功能：即使工作人员不在现场，也可以通过远程监控系统对棚内的设备参数进行监视和控制，在本实施例的一种实现方式中，远程监控可通过与本实施例所提供的智能大棚所配套的应用程序完成。

数据联网功能：通过GPRS，可将各种数据联入局域网或INTERNET，真正实现数据共享。

基于上述智能大棚控制系统，本实施例提供了一种智能大棚控制方法，如图4所示，包括步骤：

S100、由所述数据采集模块300采集棚内实时环境数据，并传输至所述智能控制模块100；

S200、所述智能控制模块100依据预装参数发出控制信号；

S300、所述执行设备模块200根据所述控制信号进行棚内环境调控。

具体实施时，本实施例中，农户在系统中选择所种植的植物，系统调出对应的预装参数作为比对标准，同时数据采集模块300中的多种环境因素传感器监测所得的数据发送至智能控制模块100，智能控制模块100中的子处理器根据预装参数与获得实时环境因素的数据进行对比，发出控制信号给相应的执行设备进行调整，自动控制棚内环境维持最适宜状态，保障作物生长。

综上所述，本实施例提供了一种智能大棚控制系统与方法，所述系统包括数据采集模块、智能控制模块与执行设备模块，数据采集模块包含多种传感器，能够采集影响植物生长的多项棚内环境数据并传输至智能控制模块，智能控制模块通过预装的参数进行分析、对比与处理，并输出控制信号给执行设备模块进行环境调控，致力于将棚内环境调整至最适宜植物生长的状态；同时，所述系统包含多个辅助模块，系统的功能也能通过增加外围设备进行扩展；该智能大棚控制系统对智能大棚中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制，实现智能大棚的控制智能化、信息化，且系统的操作界面简洁，便于一般农户进行操作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种智能大棚控制系统，其特征在于，包括：数据采集模块、智能控制模块以及执行设备模块；所述数据采集模块和所述执行设备模块分别与所述智能控制模块连接；

由所述数据采集模块采集棚内实时环境数据并传输至所述智能控制模块，所述智能控制模块依据预装参数发出控制信号，所述执行设备模块根据所述控制信号进行棚内环境调控。

2.根据权利要求1所述的智能大棚控制系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：布置于棚内的温度传感器、土壤湿度传感器、光照传感器、氧气浓度传感器以及二氧化碳浓度传感器；

所述温度传感器、所述土壤湿度传感器、所述光照传感器、所述氧气浓度传感器以及所述二氧化碳浓度传感器分别与所述智能控制模块连接。

3.根据权利要求1所述的智能大棚控制系统，其特征在于，所述智能控制模块包括多个子处理器，每个所述子处理器独立工作。

4.根据权利要求1所述的智能大棚控制系统，其特征在于，所述预装参数为通过实验获得的至少一种植物的最适宜生长环境参数。

5.根据权利要求4所述的智能大棚控制系统，其特征在于，所述执行设备模块包括：加热器、水泵、遮阳组件、风机、通风组件、灯光组件以及水帘中的一种或多种组合。

6.根据权利要求3所述的智能大棚控制系统，其特征在于，所述子处理器包括可编程逻辑控制器，由所述可编程逻辑控制器接收所述数据采集模块采集到的棚内实时环境数据，进行处理判断，并通过可编程逻辑控制器接口向所述执行模块设备发出控制信号。

7.根据权利要求1所述的智能大棚控制系统，其特征在于，所述智能大棚控制系统还包括远程访问管理模块、配方管理模块、视频监控模块以及智能识别模块。

8.根据权利要求1所述的智能大棚控制系统，其特征在于，所述智能大棚控制系统可通过增加所述执行模块中的设备进行功能扩展。

9.根据权利要求1所述的智能大棚控制系统，其特征在于，所述智能大棚控制系统以分区节点为单位运行。

10.一种智能大棚控制方法，其特征在于，包括步骤：

由数据采集模块采集棚内实时环境数据，并传输至智能控制模块；

所述智能控制模块依据预装参数发出控制信号；

执行设备模块根据所述控制信号进行棚内环境调控。

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