CN204731617U - 一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及大棚种植技术领域，尤其是一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，包括现场监控模块、计算机控制中心、传感器节点、智能采集控制终端和控制节点，通过现场监控模块和传感器节点采集现场信息，通过计算机控制中心和智能采集控制终端发送控制指令，控制节点执行控制指令来调整现场环境参数，从而达到智能化监控和操作，大大节约了人力物力，减低了投资成本，提高了效率。

Description

一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统

技术领域

本实用新型涉及大棚种植技术领域，尤其是一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统。

背景技术

“精确农业”是当今世界农业发展的新潮流，指的是利用全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、连续数据采集传感器(CDS)、遥感(RS)、变率处理设备(VRT)和决策支持系统(DSS)等现代高新技术，获取农田小区有机植物产量和影响有机植物生长的环境因素(如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等)实际存在的空间及时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，并采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区域对待，按需实施定位调控的“处方农业”。

随着农业技术的不断发展，温室大棚已经相当普及，随之而来的温室大棚智能监控管理平台搭建的需求愈发强烈。传统的温室大棚多为人工通过简单的温湿度计量设备或者简单的仪器仪表获取环境状态参数，并根据经验手动控制各个调节阀。此种方式效率低下，控制效果也无法达到智能自动的要求，因此传统的监控管理方式已显示出诸多局限性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决传统的温室大棚多为人工通过简单的温湿度计量设备或者简单的仪器仪表获取环境状态参数，并根据经验手动控制各个调节阀，耗时耗力、成本投入大等问题，本实用新型提供了一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，通过设置传感器节点、现场监 控模块、智能采集控制终端以及控制节点，有效的解决了传统的温室大棚多为人工通过简单的温湿度计量设备或者简单的仪器仪表获取环境状态参数，并根据经验手动控制各个调节阀，耗时耗力、成本投入大等问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，包括现场监控模块、计算机控制中心、传感器节点、智能采集控制终端和控制节点，其中：

现场监控模块,用于实时采集温室大棚的环境参数，并将采集的环境参数转换为数字信号；

计算机控制中心，采用无线通讯方式接受现场监控模块发送的数字信号，分析处理数字信号并向智能采集控制终端发送控制指令；

传感器节点，用于温室大棚环境信息采集单元，负责采集监测区域的温度、湿度、土壤的含水量以及二氧化碳浓度信息并完成数据转换；

智能采集控制终端，采用无线通讯方式接收传感器节点和计算机控制中心的数据信号，分析处理接收的数据信号并向控制节点发送控制指令；

控制节点，用于接收智能采集控制终端的控制指令，并执行控制指令，从而达到调整环境参数的目的。

进一步地，还包括智能手机控制单元，采用无线通讯方式获取智能采集控制终端的数据，并能够随时向智能采集控制终端发送调整和控制指令，从而达到调整环境参数的目的。

进一步地，还包括中间节点路由器，所述中间节点路由器设置在传感器节点和智能采集控制终端，并采用无线通讯方式传输数据，用于提供数据的存储和转发，同时根据当前的路由表所保持的路由信息情况，选择最好的路径传送数据。

优选地，所述传感器节点包括温湿度传感器、土壤水分传感器、光照度传感器和二氧化碳传感器。

优选地，所述控制节点包括继电器终端以及与继电器终端电连接的加热设备、降温设备、给水设备、补光设备和二氧化碳发生器。

具体地，所述智能采集控制终端与LED显示屏和声光报警器电连接。

具体地，所述无线通讯方式采用ZigBee协议，优点：该系统利用ZigBee技术实现对采集的数据及信息无线收发，对比传统的系统它有如下优点：

1、布线简单温室中有大量分散的传感器和执行机构，这些设备可能随着有机植物的改变而进行调整，同时错综复杂的线缆也需要重新铺设，工作量较大。为了科学、合理地实现大面积温室环境参数的自动检测与控制，电子检测装置和执行机构的设置不仅数量大而且分布广，传统的控制系统无疑需要有错综复杂的配线电缆。当温室内生产的有机植物更替时，相应的电子检测装置和执行机构的位置常常需要调整，连接着各个装置与机构的线缆有时也需要重新布置。另外，温室的利用结构也会经常根据用户需要而不断改变，这就要求系统中各个节点能根据需要随意变换位置而不影响系统工作。这不仅增大了温室的额外投资成本和安装与维护的难度，有时也影响了有机植物的良好生长。ZigBee技术只需对具有中转功能的设备和协调器接线供电，其它无线传感器和无线控制器只需电池供电，位置也可在有效范围内随意摆放。

2、组网简单，节点数目可随意增减有机植物生长阶段不同，环境因子对有机植物的影响可能也不同，生长初期可能对温度比较敏感，而后期可能对光照比较敏感，这就要求系统可以随意改变节点的类型和数量。除此以外，随着有机植物的生长，用户可能还需要对植物的生理参数进行监测而需要不断增加传感器节点。在某些科研温室中，也经常需要改变传感器节点的类型和数量，以 达到精确监测与控制。上述这些情况都需要所用的监控系统的节点能随意增减。ZIGBEE采用动态路由的方式自组织网，灵活简单，可有多种网络结构，如星形、网状网络结构等，增减节点后也无需布线等复杂操作，上位机按网络ID号自动识别。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，能够准备的检测出环境参数，方便人们科学的去调整，而且大大节约了劳动力，减少了成本投入，而且系统在设计过程中除满足当前需求外，还需为日后的系统扩展留有足够的接口，所有功能模块均为可组态化设计，可以灵活的增加或者删除；系统可对远程数据采集终端执行相应的远程操作，包括远程参数设置、远程控制、远程数据采集等；系统建成后，要求对温室中的温度、湿度、光照强度、喷灌装置等设备可实现远程自动、手动监测控制，保证温室有机植物处于最优的生长环境中；并且此系统还包括如下优点：1、系统可实现对温室大棚的空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度、光照强度等数据的采集、汇总和分析，以直观的图表和曲线显示，并可根据有机植物的生长需求提供各种声光报警信息、手机信息报警；

2、系统可实现对温室大棚的智能控制，需配套合适的控制方案实现对风机、喷淋灌溉、遮阳调光、二氧化碳发生器等设备的远程控制。并可配置专用摄像装置，实现对现场有机植物和现场环境真实状况实时呈现；

3、系统可提供有机植物属性、日照要求、温湿度要求、氧气和二氧化碳浓度要求等最佳生长环境参数。根据有机植物生命周期不同阶段的生长情况和环境参数，细化阶段性的数据，汇总分析，输出精确化的有机植物生命周期特性，自动存储到数据库中。以后只需提前选好方案，整个系统根据方案自动进行环境调节，为有机植物的高产、优质、高效、安全创造条件；

4、系统数据除了满足汇总归纳分析的需求，还可实现远程监控，可通过计算机、智能手机等终端远程实时对现场环境实现监控管理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1的结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1

如图1和图2所示，一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，包括现场监控模块、计算机控制中心、传感器节点、智能采集控制终端、控制节点、智能手机控制单元和中间节点路由器，其中：

现场监控模块,用于实时采集温室大棚的环境参数，并将采集的环境参数转换为数字信号；

计算机控制中心，采用无线通讯方式接受现场监控模块发送的数字信号，分析处理数字信号并向智能采集控制终端发送控制指令；

传感器节点，用于温室大棚环境信息采集单元，负责采集监测区域的温度、湿度、土壤的含水量以及二氧化碳浓度信息并完成数据转换，其中传感器节点包括温湿度传感器、土壤水分传感器、光照度传感器和二氧化碳传感器；

智能采集控制终端，采用无线通讯方式接收传感器节点和计算机控制中心的数据信号，分析处理接收的数据信号并向控制节点发送控制指令；

控制节点，用于接收智能采集控制终端的控制指令，并执行控制指令，从而达到调整环境参数的目的，其中控制节点包括继电器终端以及与继电器终端电连接的加热设备、降温设备、给水设备、补光设备和二氧化碳发生器；

智能手机控制单元，采用无线通讯方式获取智能采集控制终端的数据，并能够随时向智能采集控制终端发送调整和控制指令，从而达到调整环境参数的目的；

中间节点路由器，所述中间节点路由器设置在传感器节点和智能采集控制终端，并采用无线通讯方式传输数据，用于提供数据的存储和转发，同时根据当前的路由表所保持的路由信息情况，选择最好的路径传送数据。

与实施例1基本相同，不同之处在于智能采集控制终端与LED显示屏和声光报警器电连接。

与实施例1基本相同，不同之处在于无线通讯方式采用ZigBee协议，ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

为了实现系统的远程采集控制功能，每个温室大棚标配智能采集控制终端。其标准化、系列化、模块化的设计，使得用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

根据需求定制智能监控软件,可显示、存储、下载、生成报表、曲线图、报警、远程无线传输等丰富的功能。

环境参数采集：智能采集控制终端能实时采集和显示环境参数，并可以将 环境参数通过LED屏幕显示。

设备控制：系统可以通过触摸屏自动或手动控制温室内的所有环境调节机构，将温室内的环境参数调节到操作人员设定的参数值或有机植物最适宜的生长参数范围内，管理人员可以根据不同的季节、地区和有机植物，来设置不同的控制参数。

温度控制：当温室大棚内温度高于设定上限值时，控制终端发出指令关闭加热器，之后开启通风设备；当温室大棚内温度低于设定下限值时，控制终端发出指令关闭通风设备，之后开启加热器，从而保证温室大棚内的温度动态平衡。

空气/土壤湿度控制：当温室大棚内空气/土壤湿度高于设定上限值时，控制终端发出指令关闭喷淋灌溉设备，之后开启通风设备；当温室大棚内空气/土壤湿度低于设定下限值时，控制终端发出指令关闭通风设备，之后开启喷淋灌溉设备，保证空气和土壤的恒定湿度。

光照强度控制：当温室大棚内光照强度高于设定上限值时，控制终端发出指令关闭光照器；当温室大棚内光照强度低于设定下限值时，控制终端发出指令开启光照器，使得有机植物达到最佳的光合作用状态。

二氧化碳浓度控制：当温室大棚内二氧化碳浓度高于设定上限值时，控制终端发出指令关闭气体发生器；当温室大棚内二氧化碳浓度低于设定下限值时，控制终端发出指令开启气体发生器，使得空气中二氧化碳浓度达到最佳含量。

设备状态监测：除了对温室大棚内的有机植物生长环境进行控制外，控制终端还负责实时监控现场传感终端和环境调节设备的状态监测，一旦出现设备故障会及时产生报警，通知监控中心操作人员。

计算机控制中心使用自主开发的管理软件，主要由数据库管理和通信管理等功能模块组成，实现温室大棚系统的整体智能管理。监控中心系统平台可实 时获取各个温室大棚的环境参数，使得管理人员随时了解棚内有机植物的生长环境。建立温室有机植物生命周期特性数据库，包括设计温室环境历史记录数据表，存储每天温室的各种环境参数；设计温室控制信息状态表，存储每天温室设备的开启及停止时间和运行状态；设计温室有机植物生命周期状态表，存储有机植物的生长状态，以便根据不同状态采取不同的控制参数；设计专家数据表，存储专家数据为有机植物的控制决策提供依据。系统可以将各个设备的工作状态、系统报警信息、系统操作记录等情况反馈给管理人员，同时可显示在监控中心配备的大屏幕中，使得整个系统的运行状况尽在掌握中。软件人性化的模块化设计，便于各个功能模块的修改、增删，减少了系统维护的成本，加强了系统的时效性。

智能手机客户端的应用：

随着智能手机的普及，管理人员通过智能手机上的管理软件，随时随地获取温室大棚的环境参数，使得管理人员及时了解棚内有机植物生长环境，随时随地调整和控制环境参数，它就是一个移动的监控中心，不受时间和地域限制。智能农业基于软件平台的大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，结合当前新兴的物联网技术实现高效利用各类农业资源和改善环境这一可持续发展目标，不但可以最大限度提高农业现实生产力，而且是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，包括现场监控模块、计算机控制中心、传感器节点、智能采集控制终端和控制节点，其中：

现场监控模块,用于实时采集温室大棚的环境参数，并将采集的环境参数转换为数字信号；

计算机控制中心，采用无线通讯方式接受现场监控模块发送的数字信号，分析处理数字信号并向智能采集控制终端发送控制指令；

传感器节点，用于温室大棚环境信息采集单元，负责采集监测区域的温度、湿度、土壤的含水量以及二氧化碳浓度信息并完成数据转换；

智能采集控制终端，采用无线通讯方式接收传感器节点和计算机控制中心的数据信号，分析处理接收的数据信号并向控制节点发送控制指令；

控制节点，用于接收智能采集控制终端的控制指令，并执行控制指令，从而达到调整环境参数的目的。

2.如权利要求1所述的一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，其特征在于：还包括智能手机控制单元，采用无线通讯方式获取智能采集控制终端的数据，并能够随时向智能采集控制终端发送调整和控制指令，从而达到调整环境参数的目的。

3.如权利要求1或2所述的一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，其特征在于：还包括中间节点路由器，所述中间节点路由器设置在传感器节点和智能采集控制终端，并采用无线通讯方式传输数据，用于提供数据的存储和转发，同时根据当前的路由表所保持的路由信息情况，选择最好的路径传送数据。

4.如权利要求1或2所述的一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，其特征在于：所述传感器节点包括温湿度传感器、土壤水分传感器、 光照度传感器和二氧化碳传感器。

5.如权利要求1或2所述的一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，其特征在于：所述控制节点包括继电器终端以及与继电器终端电连接的加热设备、降温设备、给水设备、补光设备和二氧化碳发生器。

6.如权利要求1或2所述的一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，其特征在于：所述智能采集控制终端与LED显示屏和声光报警器电连接。

7.如权利要求1或2所述的一种基于大棚种植有机植物的生命周期特性分析系统，其特征在于：所述无线通讯方式采用ZigBee协议。