CN207151342U - 一种基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚 - Google Patents

一种基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于温室大棚技术领域。为了解决传统温室大棚对大棚内部环境的数据采集、监测控制不准确,而对植物的营养质量和商业价值造成影响的问题,本实用新型公开了一种基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚。该温室大棚设有大棚环境参数监控系统包括检测单元、控制单元以及执行单元;检测单元通过传感器对大棚内部的环境进行监测,形成数据参数传输至控制单元;控制单元对检测单元检测的数据参数进行分析处理,并发送控制指令至执行单元;执行单元根据控制指令对大棚内部的环境进行动态实时调整。本实用新型的温室大棚,通过对棚内环境的实时监测以及对环境变化的快速调整,实现对植物生长环境的准确控制,从而获得更高营养质量和商业价值的植物。

Description

一种基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚
技术领域
本实用新型属于温室大棚技术领域,具体涉及一种基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚。
背景技术
经过几十年的不断发展,目前我国已经成为世界上温室大棚面积最大的国家之一,但是与发达国家相比,我国的传统温室大棚在管理、农作物生长质量、环境污染和能耗方面仍存在一些不足。
其中,我国的传统温室大棚虽然通过人工管理控制,可以在很大程度上改善农作物不受外界环境因素的影响而正常生长。但是,在植物生长的整个周期中,对于温室大棚内部的温度、光照强度和时间、通风性以及湿度等环境的控制和调整还无法做到真正的准确和及时。因此,无法保证植物在整个生长过程中,始终处于最佳生长环境状态,最终使植物的营养质量和商业价值受到一定的影响。
实用新型内容
为了解决由于传统温室大棚对大棚内部环境的数据采集、监测控制不准确,而对植物的营养质量和商业价值造成一定影响的问题,本实用新型提出了一种基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚。该温室大棚设有大棚环境参数监控系统,所述大棚环境参数监控系统包括检测单元、控制单元以及执行单元;所述检测单元,通过传感器对大棚内部的环境进行监测,并形成数据参数传输至所述控制单元;所述控制单元,对所述检测单元采集的数据参数进行分析处理,并发送控制指令至执行单元;所述执行单元,根据控制指令对大棚内部的环境进行调整。
优选的,该温室大棚还设有光伏发电系统,并且所述光伏发电系统向所述大棚环境参数监控系统提供电能。
进一步优选的,所述光伏发电系统包括光伏电池板和电能储存部件。
优选的,该温室大棚还设有废弃物处理系统,用于对温室大棚中的植物废弃物进行资源化处理和利用。
进一步优选的,所述废弃物处理系统包括青贮系统和沼气发酵系统。
进一步优选的,所述废弃物处理系统还包括太阳能热水器系统,用于向所述沼气发酵系统提供热量,形成沼气恒温厌氧发酵系统。
优选的,所述检测单元中的传感器包括温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器以及光照强度传感器中的一种或多种。
优选的,所述执行单元中包括沼气灯、喷淋水泵、CO2施放器、遮阴帘以及通风窗中的一种或多种。
优选的,选用CC2530无线模块作为支撑ZigBee技术的核心芯片。
本实用新型提出的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚,具有以下有益效果:
1、在本实用新型中,通过在温室大棚中设置基于ZigBee网络控制的大棚环境参数监控系统,即通过CC2530芯片,将传感器与单片机连接,构成ZigBee数据采集节点,形成控制单元;将控制器与单片机相连接,构成ZigBee控制节点,形成执行单元。从而,利用大棚环境参数监控系统中的检测单元对大棚内部的环境进行实时监测,利用控制单元对检测单元采集到的环境参数数据进行分析处理,并根据分析结果控制执行单元对大棚内部的环境参数进行调整。这样,就可以通过大棚环境参数监控系统对大棚内部环境的自动检测和分析,从而实现对大棚内部环境的变化做出及时快速的准确调整,使大棚内部的环境始终满足植物的生长需求,保证植物最终获得更好的营养质量和商业价值。
2、在本实用新型中,通过在温室大棚中设置光伏发电系统,利用光伏电池板将太阳能转换为电能,并将其储存在电能储存部件中,从而用于大棚环境参数监控系统中设备的使用。这样,不仅可以通过光伏发电系统获得大量的清洁能源,用于整个温室大棚的正常运转,而且可以减少常规煤炭电能的使用,实现对环境和资源的保护。
3、在本实用新型中,在温室大棚中还设有包括青贮系统和沼气发酵系统的废弃物处理系统。通过青贮系统对温室大棚中产生的新鲜植物废弃物进行青贮降解处理,并且将青贮系统中产生的有机废弃物用于沼气发酵系统中的发酵原料,最终产生温室大棚中植物生长所需用的沼渣和沼液等有机肥料,以及产生用于沼气灯燃烧的沼气,从而在冬季给温室大棚增温。这样,就可以实现对温室大棚产生的植物废弃物的循环再利用,不仅避免了直接抛弃植物废弃物时对农业生产环境产生的污染,实现了对环境生态的保护,而且减少了对化肥和农药的使用量,提高了对土地的保护和温室中植物产品的营养质量和商业价值。
附图说明
图1为本实用新型基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚的结构体系示意图;
图2为本实用新型基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚中大棚环境参数监控系统的硬件连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细介绍。
结合图1所示,在本实用新型的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚中设有大棚环境参数监控系统1。通过大棚环境参数监控系统1,可以实现对温室大棚内部环境参数的实时监测,并且经过对环境参数的收集、处理以及调整,可以对大棚内的植物生长环境进行改善,从而提高植物的营养质量和商业价值。
大棚环境参数监控系统1,包括检测单元11、控制单元12以及执行单元13。其中,检测单元11,通过传感器对大棚内部的环境进行检测,并形成数据参数传输至控制单元12。控制单元12,用于对检测单元11采集到的数据参数进行分析处理,并发送相关控制指令至执行单元13。执行单元13,则根据控制指令对大棚内部的环境进行调整。
优选的,在本实用新型的检测单元11中设有温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器以及光照强度传感器。在执行单元13中设有用于同时增加棚内温度、亮度以及CO2浓度的沼气灯、用于增加棚内湿度的喷淋水泵、用于增加棚内CO2浓度的CO2施放器、用于调节棚内光照强度的遮阴帘以及用于增加棚内空气流动的通风窗。
结合图2所示,在本实用新型中,检测单元11中选用CC2530芯片,将各种传感器和单片机相连,构成一个个ZigBee数据采集节点,用于对温室大棚中的温度、湿度、CO2浓度以及光照强度等环境参数数据进行收集,并且将收集结果以无线的方式发送至网关。同时,网关将接收到的数据通过网络传至互联网,转发给到控制单元12中,例如计算机中。其中,选用CC2530芯片不仅能以非常低的总材料成本建立强大的网络节点,而且可以保持运行过程中的超低功耗,降低能源消耗。
控制单元12接收到数据后,对相关数据进行分析处理。如果分析结果显示,当前环境中的某项检测数据结果超出管理员预先设定的范围要求时,则通过报警设备发出提醒,例如通过蜂鸣器发出警报,通过发光二极管进行闪烁,甚至通过网络向远程设备发送提醒,例如向手机发送相关信息,以提示管理员进行操作控制。此外,也可以预先在控制单元12中设置相关的控制指令,这样控制单元12就可以直接根据分析结果,发送相关的控制指令至执行单元13,进行相应的控制动作。例如,当控制单元12分析结果显示CO2浓度低于设定值时,则控制单元12直接发送增加CO2含量的控制指令至执行单元13,再由执行单元13控制CO2施放器施放CO2,从而提升棚内的CO2浓度。
在执行单元13中同样借助CC2530芯片,将单片机和控制器相连,构成一个个ZigBee控制节点,进而控制执行单元13中的沼气灯、喷淋水泵、CO2施放器、通风窗、遮阴帘的动作,实现对温室大棚内各项参数的调整和控制。
此外,在本实施例中,在大棚环境参数监控系统1中还可以设置一个前端计算机,用于对单片机中的各种数据进行存储,以便于实现数据的统一管理。
结合图1所示,本实用新型的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚还包括光伏发电系统2。通过光伏发电系统2可以将太阳能转换电能,从而向大棚环境参数监控系统1提供电能。其中,光伏发电系统2包括光伏电池板21和电能储存部件22,通过光伏电池板21将太阳能转换为电能,通过电能储存部件22对电能进行储存,储存的电能既可以用于控制单元12的电能使用,也可以作为驱动执行单元13中各个控制部件动作的电能使用。在本实施例中,光伏电池板21选用以先进的薄膜制造技术为基础第三代太阳能电池板,以提高光电转换效率。电能储存部件22选用太阳能专用胶体电池,提高电池的使用寿命,进而延长整个光伏发电系统2的使用时间。
结合图1所示,本实用新型的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚还包括废弃物处理系统3,用于对温室大棚中产生的植物废弃物,例如新鲜植物废弃物和植物的秸秆,进行资源化处理和利用,从而再次获得有机肥料用于提高温室大棚中植物的生长。
在本实用新型中,废弃物处理系统3包括青贮系统31和沼气发酵系统32。青贮系统31可以将季节性特征明显的新鲜植物废弃物和植物秸秆,进行规模化青贮处理以及快速降解。这样,不仅可以实现对新鲜植物废弃物和秸秆中水分的规模存储和循环利用,而且在青贮处理过程中生成的CO2和有机废弃物可以作为气肥、有机肥以及沼气发酵系统32中的原料和禽畜养殖饲料,从而实现对温室大棚中产生的植物废弃物的高效循环利用。
此外,在废弃物处理系统3中还设有太阳能热水器33,用于对沼气发酵系统32中提供热量,使其成为太阳能恒温厌氧沼气发酵系统。这样,发酵系统32中的沼气发酵池可以在恒温的厌氧密闭条件下,利用在青贮系统31中产生的青贮原料以及温室大棚中产生的植物废弃物和秸秆进行发酵处理,从而获得沼渣、沼液和沼气。其中,沼渣可以作为有机肥料,用于促进温室大棚中植物的生长。沼液具有杀虫作用,通过与灌溉用水混合灌溉,可以提高对虫害的预防和消灭。沼气可以作为沼气灯的气源,通过沼气灯对温室大棚进行冬季增温操作,而且在沼气燃烧过程中产生的CO2又可以补充气肥,直接释放在温室大棚中。
另外,结合图2所示,检测单元11中还设有沼气发酵池循环水温度传感器,对沼气发酵系统32中发酵池周围循环水的温度进行检测,进而对太阳能热水器33的热水温度进行辅助控制,保证沼气发酵池的恒定温度。

Claims (9)

1.一种基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚,其特征在于,该温室大棚内部设有大棚环境参数监控系统,所述大棚环境参数监控系统包括检测单元、控制单元以及执行单元;所述检测单元,通过传感器对大棚内部的环境进行检测,并形成数据参数传输至所述控制单元;所述控制单元,对所述检测单元采集的数据参数进行分析处理,并发送控制指令至执行单元;所述执行单元,根据控制指令对大棚内部的环境进行调整。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚,其特征在于,该温室大棚还设有光伏发电系统,并且所述光伏发电系统向所述大棚环境参数监控系统提供电能。
3.根据权利要求2所述的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚,其特征在于,所述光伏发电系统包括光伏电池板和电能储存部件。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚,其特征在于,该温室大棚还设有废弃物处理系统,用于对温室大棚中的植物废弃物进行资源化处理和利用。
5.根据权利要求4所述的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚,其特征在于,所述废弃物处理系统包括青贮系统和沼气发酵系统。
6.根据权利要求5所述的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚,其特征在于,所述废弃物处理系统还包括太阳能热水器系统,用于向所述沼气发酵系统提供热量,形成沼气恒温厌氧发酵系统。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚,其特征在于,所述检测单元中的传感器包括温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器以及光照强度传感器中的一种或多种。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚,其特征在于,所述执行单元中包括沼气灯、喷淋水泵、CO2施放器、遮阴帘以及通风窗中的一种或多种。
9.根据权利要求1-6中任意一项所述的基于ZigBee网络控制系统的智能温室大棚,其特征在于,选用CC2530无线模块作为支撑ZigBee技术的核心芯片。
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