CN115454176A - 一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，涉及智慧农业技术领域，解决了现有技术没有综合考虑温室大棚内外环境对农作物的影响程度，导致温室大棚的通风控制不够精准，影响农作物健康生长的技术问题；本发明结合外部环境数据获取通风评估系数，并基于通风评估系数确定适合通风的设定周期；对内部环境数据和外部环境数据进行联合评估，判断是否能够进行智能通风，有效避免外部恶劣环境对农作物生长的影响；本发明根据温室大棚的通风评估系数来确定是否进行智能通风，能够避免在进行通风时外部恶劣环境对内部农作物的影响；而且可以根据通风评估系数的大小来进行实时反馈，进而控制通风时长和通风强度。
Description
技术领域
本发明属于智慧农业领域，涉及一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制技术，具体是一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统。
背景技术
温室大棚内的温度会随着外界温度的升高而升高，在天气晴朗的时候，温室大棚内的温度设置比外界温度高6-15℃。因此温室大棚在农作物种植过程中需要经常通风，保证里面的温度适宜作物生长以及排出多余二氧化碳。
现有技术(公开号为CN111165221A的发明专利申请)公开了一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法，将采集的气象参数值与设定限值进行比对分析判断，进而实现通风换气的智能化控制。现有技术在进行温室大棚通风控制过程中，仅将温室大棚内部和外部环境进行比较，当比较结果符合通风条件之后则立即进行通风控制，没有综合考虑环境对温室大棚中农作物的影响，导致温室大棚的通风控制不够精准，影响农作物健康生长；因此，亟须一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，用于解决现有技术没有综合考虑温室大棚内外环境对农作物的影响程度，导致温室大棚的通风控制不够精准，影响农作物健康生长的技术问题。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，包括中枢分析模块，以及与之相连接的数据采集模块、智能终端和执行控制模块，数据采集模块与各类型数据传感器或者数据库相连接；
数据采集模块：在智能通风阶段，通过数据传感器采集温室大棚的内部环境数据，以及通过数据库提取温室大棚的外部环境数据；
中枢分析模块：结合农作物类型分析内部环境数据，确定内部环境数据是否符合农作物生长条件；是，则不进行处理，否，则获取分析外部环境数据；以及
在内部环境数据不符合农作物生长条件时，分析内部环境数据和外部环境数据对农作物生长的影响程度，执行控制模块根据影响程度进行智能通风。
优选的，所述中枢分析模块分别与数据采集模块、智能终端和执行控制模块通信和/或电气连接；且智能终端包括手机和电脑；
所述数据采集模块与数据传感器或者数据库通信和/或电气连接；所述执行控制模块用于控制智能通风设备进行智能通风。
优选的，工作人员通过所述智能终端设置通风模式，当处于智能通风阶段时，则所述数据采集模块自动采集温室大棚的内部环境数据，包括：
当通风模式处于智能通风阶段时，则激活均匀分布在温室大棚中的数据传感器；其中，数据传感器包括温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器；
通过所述数据传感器采集原始数据，并按照采集时刻对齐原始数据，生成所述内部环境数据。
优选的，所述中枢分析模块分析所述内部环境数据是否符合农作物生长条件，包括：
提取所述内部环境数据中的内部环境要素，并标记为NHYi；以及通过公式YPXi＝|NHYi-NHBi|获取要素偏离系数YPXi；其中，i为正整数，NHBi为NHYi对应的最佳数值；
当要素偏离系数YPXi≥YPYi时，则判定内部环境要素NHYi不符合农作物生长条件；其中，YPYi为NHYi对应的要素偏离阈值。
优选的，当所述内部环境数据中任一内部环境要素不符合农作物生长条件时，则通过所述数据采集模块采集所述外部环境数据；以及
从数据库中获取外部环境数据，且外部环境数据包括当前环境数据和预测环境数据；其中，预测环境数据通过第三方气象平台获取并存储在数据库中。
优选的，在所述内部环境数据不符合农作物生长条件时，所述中枢分析模块分别分析内部环境数据以及外部环境数据对农作物的影响程度；以及
基于内外环境数据对农作物的影响程度获取通风评估系数，根据通风评估系数与通风评估阈值的比较结果确定智能通风强度以及智能通风时间。
优选的，所述中枢分析模块基于内部环境数据和外部环境数据获取所述通风评估系数，包括：
提取所述外部环境数据中的外部环境要素，并标记为WHYi；其中，内部环境要素和外部环境要素的编号i一致时表示相同的环境要素；
通过公式TPX＝α1×|WHY1-NHY1|+α2×|WHY2-NHY2|+…+αi×|WHYi-NHYi|获取通风评估系数TPX；其中，αi为根据经验设置的权重。
优选的，在计算所述通风评估系数时，按照设定周期对所述外部环境进行划分，并获取对应的所述通风评估系数；以及
当前设定周期的所述通风评估系数大于通风评估阈值时，则判断当前设定周期不适合进行智能通风，并计算下一设定周期的所述通风评估系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明采集了温室大棚的内部环境数据和外部环境数据，分析判断内部环境数据是否异常，若是则结合外部环境数据获取通风评估系数，并基于通风评估系数确定对应设定周期是否适合通风，若适合则通过执行控制模块控制智能通风设备进行智能通风；对内部环境数据和外部环境数据进行联合评估，判断是否能够进行智能通风，有效避免外部恶劣环境对农作物生长的影响。
2.本发明根据温室大棚内部环境数据和外部环境数据对农作物生长的影响程度，也就是通风评估系数来确定是否进行智能通风，能够避免在进行通风时外部恶劣环境对内部农作物的影响；而且可以根据通风评估系数的大小来进行实时反馈，进而控制通风时长和通风强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出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为本发明的工作步骤示意图；
图2为本发明的系统原理示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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做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。
请参阅图1-图2，本发明第一方面实施例提供了一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，包括中枢分析模块，以及与之相连接的数据采集模块、智能终端和执行控制模块，数据采集模块与各类型数据传感器或者数据库相连接；
数据采集模块：在智能通风阶段，通过数据传感器采集温室大棚的内部环境数据，以及通过数据库提取温室大棚的外部环境数据；
中枢分析模块：结合农作物类型分析内部环境数据，确定内部环境数据是否符合农作物生长条件；是，则不进行处理，否，则获取分析外部环境数据；以及在内部环境数据不符合农作物生长条件时，分析内部环境数据和外部环境数据对农作物生长的影响程度，执行控制模块根据影响程度进行智能通风。
现有技术在对温室大棚进行通风控制时，一般是检测到温室大棚内部的环境不符合农作物生长条件时即开启通风，而没有对温室大棚的外部环境进行检测评估；一旦外部环境较为恶劣，现有技术的通风控制方式会导致温室大棚内部环境骤变，对农作物生长不利。
本发明申请采集了温室大棚的内部环境数据和外部环境数据，分析判断内部环境数据是否异常，若是则结合外部环境数据获取通风评估系数，并基于通风评估系数确定对应设定周期是否适合通风，若适合则通过执行控制模块控制智能通风设备进行智能通风；对内部环境数据和外部环境数据进行联合评估，判断是否能够进行智能通风，有效避免外部恶劣环境对农作物生长的影响。
本发明申请中中枢分析模块分别与数据采集模块、智能终端和执行控制模块通信和/或电气连接；数据采集模块与数据传感器或者数据库通信和/或电气连接；执行控制模块用于控制智能通风设备进行智能通风。
中枢分析模块用于数据处理以及控制与之相连接的设备，主要与数据采集模块、智能终端以及执行控制模块进行数据交互；智能终端主要用于设置通风模式，以及实时展示智能通风状态；数据采集模块主要根据中枢分析模块的处理进度进行数据采集，与各类型数据传感器或者数据库进行数据交互。数据传感器主要是设置在温室大棚内部或者外部的温度传感器、湿度传感器以及气体传感器(主要为二氧化碳传感器)，当温室大棚外部没有设置数据传感器时，则可以通过第三方气象平台提取外部环境数据并存储在数据库中。需要注意的是，智能通风设备主要包括薄膜自动卷起设备、通风扇、通风窗等。
本发明申请中工作人员通过智能终端设置通风模式，当处于智能通风阶段时，则数据采集模块自动采集温室大棚的内部环境数据，包括：
当通风模式处于智能通风阶段时，则激活均匀分布在温室大棚中的数据传感器；通过数据传感器采集原始数据，并按照采集时刻对齐原始数据，生成内部环境数据。
温室大棚的通风模式包括智能通风阶段、手动通风阶段等，智能通风模式就是将温室大棚的通风控制全权交由中枢分析模块来控制。在智能通风阶段时，自动激活数据传感器，通过数据传感器实时采集原始数据。理论上采集的原始数据包括温度、湿度、二氧化碳浓度等，但考虑到各数据传感器的采集时间不一致，则原始数据中温度、湿度、二氧化碳浓度等的采集时刻是混乱的，为了保证在对内部环境分析的准确性，按照采集时刻对齐数据，进而生成内部环境数据。
本发明申请中中枢分析模块分析内部环境数据是否符合农作物生长条件，包括：
提取内部环境数据中的内部环境要素，并标记为NHYi；以及通过公式YPXi＝|NHYi-NHBi|获取要素偏离系数YPXi；当要素偏离系数YPXi≥YPYi时，则判定内部环境要素NHYi不符合农作物生长条件。
i为正整数，主要对环境要素进行编号，如温度标记为1、湿度标记为2、二氧化碳浓度标记为3。NHBi为NHYi对应的最佳数值，如i＝1时，NHB1表示农作物对应的温室大棚中最合适的温度值。YPYi为NHYi对应的要素偏离阈值，根据经验设定。
假设温室大棚内部温度为30℃，农作物对应的最佳生长温度为25℃，且温度偏离阈值(要素偏离阈值)为3℃；则此时温室大棚内部的温度不适合农作物生长，理论上需要对温室大棚进行通风。
本发明申请中当内部环境数据中任一内部环境要素不符合农作物生长条件时，则通过数据采集模块采集外部环境数据；以及从数据库中获取外部环境数据，且外部环境数据包括当前环境数据和预测环境数据；其中，预测环境数据通过第三方气象平台获取并存储在数据库中。
当内部环境数据中的任意内部环境要素，如温度、湿度、二氧化碳浓度任意一个异常时，则判定需要进行通风处理。但外部环境数据是否符合通风要求，还需要进一步分析。因此需要通过数据采集模块来获取外部环境数据，外部环境数据中不仅包括当前环境数据，用于判断当前外部环境是否符合通风要求，而且还包括预测环境数据，用于判断未来哪个设定周期符合通风要求。
本发明申请中在内部环境数据不符合农作物生长条件时，中枢分析模块分别分析内部环境数据以及外部环境数据对农作物的影响程度；以及基于内外环境数据对农作物的影响程度获取通风评估系数，根据通风评估系数与通风评估阈值的比较结果确定智能通风强度以及智能通风时间。
在确定是否需要进行通风时，需要综合考虑温室大棚内部环境对农作物的影响程度，当内部环境数据对农作物生长的影响程度大于外部环境数据时，应该通风；当外部环境数据对农作物生长的影响程度大于等于内部环境数据时，则不应该进行通风。
本发明申请中枢分析模块基于内部环境数据和外部环境数据获取通风评估系数，包括：
提取外部环境数据中的外部环境要素，并标记为WHYi；通过公式TPX＝α1×|WHY1-NHY1|+α2×|WHY2-NHY2|+…+αi×|WHYi-NHYi|获取通风评估系数TPX。
内部环境要素和外部环境要素的编号i一致时表示相同的环境要素，即WHYi和NHY1可以都表示温度值，只是一个表示外部温度值，一个表示内部温度值。αi为根据经验设置的权重，温度、湿度和二氧化碳浓度的权重值均是根据实际经验设置的。本发明申请的主要思想是在内部环境数据变化不至于过度偏离的基础上，计算各内部环境要素与外部环境要素的差值来确定通风评估系数；内部环境数据在智能调节状态下，一般不会偏离最佳值太多，如当|WHY1-NHY1|较大时，说明外部温度数据偏离最佳温度较多。
在另外一些优选的实施例中，还可以进行多阶判断，当内部环境要素与外部环境要素的差值过大，且内部环境要素更加贴近最佳值时，则说明通风后外部环境要素会对农作物生长产生不利影响，因此不适合进行通风。
本发明申请中在计算通风评估系数时，按照设定周期对外部环境进行划分，并获取对应的通风评估系数；以及当前设定周期的通风评估系数大于通风评估阈值时，则判断当前设定周期不适合进行智能通风，并计算下一设定周期的通风评估系数。
在当前设定周期不适合进行通风操作时，则通过预测环境数据判断未来哪个设定周期适合通风操作，可以通过定时处理来控制智能通风。至于通风时长以及通风强度可以通过实时反馈来调节。
上述公式中的部分数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。
本发明的工作原理：
在智能通风阶段，通过数据采集模块采集温室大棚的内部环境数据；中枢分析模块结合农作物类型分析内部环境数据，确定是否需要异常。
当内部环境数据异常时，则数据采集模块通过数据库获取外部环境数据；中枢分析模块分析部环境数据和外部环境数据对农作物生长的影响程度。
执行控制模块根据内外环境数据对农作物生长的影响程度进行智能通风，并在通风过程中根据反馈结果实时调节通风时长以及通风强度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，包括中枢分析模块，以及与之相连接的数据采集模块、智能终端和执行控制模块，数据采集模块与各类型数据传感器或者数据库相连接，其特征在于：
数据采集模块：在智能通风阶段，通过数据传感器采集温室大棚的内部环境数据，以及通过数据库提取温室大棚的外部环境数据；
中枢分析模块：结合农作物类型分析内部环境数据，确定内部环境数据是否符合农作物生长条件；是，则不进行处理，否，则获取分析外部环境数据；以及
在内部环境数据不符合农作物生长条件时，分析内部环境数据和外部环境数据对农作物生长的影响程度，执行控制模块根据影响程度进行智能通风。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，其特征在于，所述中枢分析模块分别与数据采集模块、智能终端和执行控制模块通信和/或电气连接；且智能终端包括手机和电脑；
所述数据采集模块与数据传感器或者数据库通信和/或电气连接；所述执行控制模块用于控制智能通风设备进行智能通风。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，其特征在于，工作人员通过所述智能终端设置通风模式，当处于智能通风阶段时，则所述数据采集模块自动采集温室大棚的内部环境数据，包括：
当通风模式处于智能通风阶段时，则激活均匀分布在温室大棚中的数据传感器；其中，数据传感器包括温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器；
通过所述数据传感器采集原始数据，并按照采集时刻对齐原始数据，生成所述内部环境数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，其特征在于，所述中枢分析模块分析所述内部环境数据是否符合农作物生长条件，包括：
提取所述内部环境数据中的内部环境要素，并标记为NHYi；以及通过公式YPXi＝|NHYi-NHBi|获取要素偏离系数YPXi；其中，i为正整数，NHBi为NHYi对应的最佳数值；
当要素偏离系数YPXi≥YPYi时，则判定内部环境要素NHYi不符合农作物生长条件；其中，YPYi为NHYi对应的要素偏离阈值。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，其特征在于，当所述内部环境数据中任一内部环境要素不符合农作物生长条件时，则通过所述数据采集模块采集所述外部环境数据；以及
从数据库中获取外部环境数据，且外部环境数据包括当前环境数据和预测环境数据；其中，预测环境数据通过第三方气象平台获取并存储在数据库中。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，其特征在于，在所述内部环境数据不符合农作物生长条件时，所述中枢分析模块分别分析内部环境数据以及外部环境数据对农作物的影响程度；以及
基于内外环境数据对农作物的影响程度获取通风评估系数，根据通风评估系数与通风评估阈值的比较结果确定智能通风强度以及智能通风时间。
7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，其特征在于，所述中枢分析模块基于内部环境数据和外部环境数据获取所述通风评估系数，包括：
提取所述外部环境数据中的外部环境要素，并标记为WHYi；其中，内部环境要素和外部环境要素的编号i一致时表示相同的环境要素；
通过公式TPX＝α1×|WHY1-NHY1|+α2×|WHY2-NHY2|+…+αi×|WHYi-NHYi|获取通风评估系数TPX；其中，αi为根据经验设置的权重。
8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的智慧农业大棚通风控制系统，其特征在于，在计算所述通风评估系数时，按照设定周期对所述外部环境进行划分，并获取对应的所述通风评估系数；以及
当前设定周期的所述通风评估系数大于通风评估阈值时，则判断当前设定周期不适合进行智能通风，并计算下一设定周期的所述通风评估系数。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN116449898A (zh) * | 2023-06-20 | 2023-07-18 | 江苏中盟电气设备有限公司 | 一种开关柜温湿度远程控制系统 |
| CN117519354A (zh) * | 2024-01-08 | 2024-02-06 | 山西省农业机械发展中心 | 一种设施农业智能信息远程监控系统 |
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2022
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Cited By (4)
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