CN201974687U - 农林环境智能控制装置 - Google Patents

农林环境智能控制装置 Download PDF

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李云鹏
唐享华
李智浩
李兵
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Sichuan Wellcrop Agricultural Technology Co., Ltd.
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Abstract

本实用新型涉及农作物生长环境控制技术。本实用新型公开了一种农林环境智能控制装置,结合微电子技术、通讯技术、人工智能控制技术对农作物生长环境进行控制。本实用新型的技术方案是,农林环境智能控制装置,包括控制单元、通信模块、人机交互模块、存储模块、时钟模块、执行器控制模块和电源模块;所述通信模块与控制单元和探测装置连接,所述人机交互模块与控制单元连接,所述数据存储模块与控制单元连接,所述时钟模块与控制单元连接,所述执行器模块与控制单元和执行机构连接。本实用新型的有益效果是,功能强大,能实时采集所需信号,可按不同农作物要求并考虑各环境因子间相互关系进行自动调节与控制。

Description

农林环境智能控制装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及农作物生长环境控制技术,特别涉及农林环境智能控制装置。 背景技术
[0002] 当前,智能测控技术在国外已经取得突破性进展,应用领域不断拓宽。一些发达国家从七十年代就将智能测控技术应用于农业生产。但在我国尚属起步阶段。
[0003] 当前国内可控农业主要是依赖人工进行检测,然后手动控制调控设备,使得劳动者的劳动强度加大,不易统筹管理和控制,控制精准度较低,容易出现控制失误,对农作物生长极为不利。目前,国内还没有一种从空气环境到土壤环境,实现对农作物生长条件进行多因子综合智能控制的装置。
实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题,就是提供一种农林环境智能控制装置,结合微电子技术、通讯技术、人工智能控制技术对农作物生长环境进行控制。
[0005] 本实用新型解决所述技术问题,采用的技术方案是,农林环境智能控制装置,其特征在于,包括控制单元、通信模块、人机交互模块、存储模块、时钟模块、执行器控制模块和电源模块;所述通信模块与控制单元和探测装置连接,所述人机交互模块与控制单元连接, 所述数据存储模块与控制单元连接,所述时钟模块与控制单元连接,所述执行器模块与控制单元和执行机构连接。本实用新型将农作物动态生长过程进行静态数据化处理,并将数据存储在数据存储单元,通过探测装置自动检测和判断农作物生长环境参数是否适合农作物生长条件的因素,然后对收集的数据进行处理和判断,按不同作物要求并考虑各环境因子间相互关系进行自动调节与控制。
[0006] 具体的,所述通信模块包括RS485接口和SPI接口。所述RS485接口与探测装置连接,所述SPI接口用于控制单元与执行机构的通信。RS485接口,易扩展性突出,可连接 2个以上探测装置的传感器及控制器,配置灵活,安装简便,支持各种功能模块的任意组合、 搭配。在控制范围扩大时不需对整个系统进行改动,只需增加相应的前端设备即可。
[0007] 具体的,所述探测装置探测数据包括空气温湿度、CO2浓度、光照度、土壤温度、土壤湿度、土壤PH值。这些数据基本上包含了农作物生长过程比较重要参数,基本上反映了农作物的生长环境。
[0008] 与上述技术方案相应的,所述执行机构包括空气调节装置、换气装置、照明装置、 灌溉装置、CO2气肥共气装置。
[0009] 能够根据探测数据决定是否通风、是否需要降温或升温、是否喷灌、喷灌时间、是否施肥等控制,以保证农作物的最佳生长环境,改进传统的人工种植养护工作,在解放劳动生产力,节省宝贵的水资源和其他资源的情况下,有效提高农作物品质和产量。
[0010] 本实用新型的有益效果是,功能强大,能实时采集所需信号,可按不同农作物要求并考虑各环境因子间相互关系进行自动调节与控制。可有效降低人工对栽培环境的控制,减轻劳动强度,能自动调整各种农作物、各种生长期生长的最佳环境条件,提高栽培环境控制的自动化水平,独立的环境智能控制装置,提高了栽培环境控制系统的稳定性并节省资源。
附图说明
[0011] 图1是实施例的结构框图。 具体实施方式
[0012] 下面结合附图及实施例,详细描述本实用新型的技术方案。
[0013] 本实用新型的农林环境智能控制装置以控制单元为中心,由人机接口(键盘、显示屏)、通信模块、存储模块、时钟模块组成。控制单元将收集到的各类数据(温度、湿度、 CO2浓度等)进行综合分析和处理,并根据农作物的需求操作执行机构(喷灌、施肥、补co2、 空调等等)工作。
[0014] 实施例
[0015] 如图1所示,本例农林环境智能控制装置包括控制单元1、通信模块3、人机交互模块6、存储模块7、时钟模块5、执行器控制模块4和电源模块2。通信模块3与控制单元 1和探测装置(图1中未示出)连接,探测装置可以包括各种传感器,其探测数据包括空气温湿度、CO2浓度、光照度、土壤温度、土壤湿度、土壤PH值等农作物生长的重要参数。本例中,通信模块3包括RS485接口和SPI接口,RS485接口可以连接2台及以上探测装置中的各种传感器数据,SPI接口用于控制器单元与执行机构之间的通信,完成执行机构动作的控制。人机交互模块6与控制单元1连接,用于完成操作指令输入及显示输出等,本例人机交互模块6组成包括键盘、液晶显示屏。存储模块7与控制单元1连接,用于存储相关操作指令和数据。时钟模块5与控制单元1连接,用于产生本装置工作的时钟信号。执行器控制模块4与控制单元1和执行机构(图1中未示出)连接,本例中,执行器控制模块4连接的执行机构包括空气调节装置、换气装置、照明装置、灌溉装置、CO2气肥共气装置,能够根据控制单元1发出的指令,实施相应个控制,如空气温度、湿度控制;CO2浓度控制;土壤湿度、 温度控制;光照度控制;土壤PH值控制;CO2气肥供给控制等农作物生长的重要参数控制。 图1中还示出了为本例装置供电的电源模块2,与其他电子设备一样,图1中的电源模块2 既可以是本例装置的组成部分,也可以是一个外置的独立系统。
[0016] 本实用新型的农林环境智能控制装置,通过通信模块读取传感器采集到的环境参量,参照该区域所种植的作物需求梯度表,对所有这些数据进行汇总、分析和决策,最终形成适合农作物生长的控制方案,来控制相关执行机构的动作。并且本实用新型具有远程通信功能,可方便组网远程监控,通过互联网传输到用户家中,使用户能坐在家中就可以知道大棚的现场情况,节省人力资源。
[0017] 农林环境智能控制装置的任务主要有:种植区域管理、各种农作物的生长需求梯度管理、农作物的成长周期及时间的计量、传感器注册及管理、执行机构分配及管理、控制方式管理、运行参数及现场数据的存储备份和还原、用户管理、人工控制接口,以及最核心的任务:农作物生长环境的分析和决策。
[0018] 1)种植区域管理:[0019] 可根据需要通过人机交互模块,灵活配置区域的数量、每个区域中种植的农作物、 每种农作物当前所处的生长周期(幼苗、生长、开花、结果)、当前周期剩余的时间、每个区域的白天/晚上时间。
[0020] 2)农作物的生长需求梯度管理、农作物的成长周期的计量:
[0021] 不同的农作物对温度、湿度、光照等参数的要求是不同的,将每一农种作物的要求总结成一个梯度表(经验数据表格),存储到存储模块中供自动控制决策使用。由于农作物的种类太多,生长需求表格的数据量非常庞大,因此事先只存储一定数量的比较常见的作物生长需求梯度表,如果用户需要种植不太常见的作物,可通过电脑端软件来导入和下载所对应的农作物梯度表到存储模块中。
[0022] 农作物的生长梯度值在不同的生长周期、白天和晚上都是不同的,在自动控制时需要考虑到各个周期中白天、晚上的不同情况来做出正确的决策。
[0023] 3)传感器注册及管理
[0024] 通信模块上,连接了很多探测装置的传感器,控制单元需要知道每个传感器具体被安装的区域,这需要人工把每个传感器通过人机交互模块进行登记。登记完成后,控制模块将按区域分别管理传感器,主要是定时从传感器读取检测的数据、把采集到的一段时间的数据经过运算存储到所属区域的数据队列中,供决策使用。
[0025] 4)执行机构分配及管理、控制方式管理
[0026] 执行器控制模块管理着很多个不同区域,不同类型的执行机构,控制模块在逻辑上并不能识别每个执行器所属的区域,也不能识别每个执行机构的属性(加温、减温、加湿、加CO2等),因此需要人工进行分配和定义,首先把不同的执行机构按区域进行分配,并定义每个执行机构的属性和功能,还需要执行机构的工作方式(控制方式)。完成后,执行机构才会按预定的要求工作。
[0027] 在上述技术方案中,执行机构的工作方式是这样实现的:
[0028] ①在自动工作模式下,按农作物梯度表的设定值,把土壤和空气等相关参数控制到最适合农作物生长的范围内。
[0029] ②在时钟工作模式下,是PWM(脉冲宽度调制)模式的自动控制,当执行机构需要工作时,并不是连续开启,而是按PWM设定的脉宽比例不断地在开启/关闭状态切换,达到精确控制的要求,这种控制方式适合于(X)2气肥共气装置等执行机构的控制。
[0030] ③在定时工作模式下,每天在指定的时间段执行机构工作,其它时间段不工作,每天可指定三个工作时间段。
[0031] ④在手动工作模式下,即人工控制,如喷药等,只有人工才能准确判断和控制其动作。
[0032] 5)设备运行参数及现场数据的存储、用户管理
[0033] 存储模块主要用来存储以下内容:当前整个系统的工作状态、配置状态;每个区域种植的农作物对温度、湿度、(X)2等的需求梯度表;执行器的工作状态。另外,存储模块还和时钟模块协同工作,来计算和记录每种农作物的生长进度。农作物被分成四个生长周期: 幼苗、开花、生长、结果,每个周期持续的时间长度,根据不同的农作物特性都有不同,这些都需要数据存储和时钟模块来计算和管理。
[0034] 6)农作物生长环境的分析和决策[0035] 控制模块最核心的任务是提取每个区域的传感器采集到的数据,参照该区域所种植的农作物需求梯度表,对所有这些数据进行汇总、分析和决策,最终形成适合农作物生长的控制方案,来控制相关执行机构的动作。
[0036] 根据所种植农作物的不同,提供不同的控制方案,使得所控制对象的空气,土壤等参量保持在最合适的范围内,满足特定的作物生长需求。
[0037] 每个执行机构的动作需要参照各种相关的因素。比如要考虑单个执行机构工作时,影响多个参量改变的情况,如换气装置开启时,会同时改变空气的温度和湿度以及CO2 浓度。

Claims (5)

1.农林环境智能控制装置,其特征在于,包括控制单元、通信模块、人机交互模块、存储模块、时钟模块、执行器控制模块和电源模块;所述通信模块与控制单元和探测装置连接, 所述人机交互模块与控制单元连接,所述数据存储模块与控制单元连接,所述时钟模块与控制单元连接,所述执行器模块与控制单元和执行机构连接。
2.根据权利要求1所述的农林环境智能控制装置,其特征在于,所述通信模块包括 RS485 接口和 SPI 接口。
3.根据权利要求2所述的农林环境智能控制装置,其特征在于,所述RS485接口连接的探测装置数量> 2。
4.根据权利要求1〜3任意一项所述的农林环境智能控制装置,其特征在于,所述探测装置探测数据包括空气温湿度、CO2浓度、光照度、土壤温度、土壤湿度、土壤PH值。
5.根据权利要求4所述的农林环境智能控制装置,其特征在于,所述执行机构包括空气调节装置、换气装置、照明装置、灌溉装置、CO2气肥共气装置。
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