CN207623815U - 基于物联网的智能温室系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于物联网的智能温室系统，包括服务器、智能网关、执行节点和多个数据采集节点；执行节点和多个数据采集节点均与智能网关无线连接，智能网关通过互联网与服务器通信连接；数据采集节点包括传感器单元、处理器单元和无线传输单元；传感器单元将采集的数据传输至处理器单元，处理器单元通过无线传输单元将数据发送到智能网关；执行节点接收智能网关发送的控制信号，并启动灌溉装置、通风装置和遮阳装置进行工作。本实用新型利用传感器实时监测温室中的空气温度湿度、CO₂浓度、光照度及土壤水分等信息，并通过ZigBee网络汇集到智能网关；智能网关将采集的信息通过互联网上传到服务器，便于远程监控温室内的状态。

Description

基于物联网的智能温室系统

技术领域

本实用新型属于物联网技术领域，具体涉及一种基于物联网的智能温室系统。

背景技术

目前，我国大部分的农业种植还是采用依靠化肥、农药来提高产量的粗放型种植方式，这种种植方式会导致生态环境严重恶化，同时，农产品的农药残留也会严重影响食品安全问题。温室大棚种植模式能够充分利用有限的土地资源实现精耕细作，改变了农业对环境和气候的依赖性，是种植反季节、高品质、高附加值蔬果的重要技术手段。然而，目前的温室大棚规模有限，管理混乱，而且温室大棚种植还停留于靠人工耕作和经验管理，造成极大资源浪费，也消耗了大量人力物力。

随着信息技术的迅速发展，物联网技术在各行业内得以普遍应用。将物联网技术应用到温室大棚中，利用精准的农业传感器进行实时监测，可以监测温室大棚中空气温度湿度、CO₂浓度、光照度及土壤水分等参量；然后据此提供与种植、施肥相关的解决方案，通过控制开关的开合改变农作物的生长环境，实现农作物生长过程的自动化管理，促进农作物的生长和提高作物产量。

物联网技术能够提升农业生产效率，而且利用智能机械代替人进行农业劳作，不仅解决了农业劳动力日益紧缺的问题，还实现了农业生产的高度规模化、集约化、工厂化，提高了农业生产对自然环境风险的应对能力。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于物联网的智能温室系统。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于物联网的智能温室系统，包括服务器、智能网关、执行节点和多个数据采集节点；所述执行节点和多个所述数据采集节点均与所述智能网关无线连接，所述智能网关通过互联网与所述服务器通信连接；

所述数据采集节点包括传感器单元、处理器单元和无线传输单元；所述传感器单元将采集的数据传输至所述处理器单元，所述处理器单元通过所述无线传输单元将数据发送到所述智能网关；

所述执行节点包括灌溉装置、通风装置和遮阳装置；所述执行节点接收所述智能网关发送的控制信号，并启动所述灌溉装置、通风装置和遮阳装置进行工作。

所述数据采集节点还包括多路选择器、A/D转换器和供电模块；

所述传感器单元、多路选择器、A/D转换器和处理器单元依次电连接，所述供电模块给所述多路选择器、A/D转换器和处理器单元供电；

所述处理器单元和所述无线传输单元采用一枚ZigBee芯片实现。

所述传感器单元包括温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器、土壤水分传感器和昆虫计数器。

所述执行节点还包括控制单元、电源模块、无线通信单元和多个继电器电路；

所述灌溉装置、通风装置和遮阳装置均通过所述继电器电路与所述控制单元电连接；所述无线通信单元与所述控制单元电连接；所述电源模块给所述控制单元、无线通信单元和继电器电路供电。

所述控制单元采用MCU芯片，所述无线通信单元采用ZigBee芯片。

所述灌溉装置包括电磁阀；所述控制单元通过所述继电器电路接通或切断所述电磁阀的电源。

所述通风装置采用排风扇；所述控制单元通过所述继电器电路接通或切断所述排风扇的电源。

所述遮阳装置采用温室大棚遮阳系统；所述控制单元通过所述继电器电路接通或切断所述遮阳装置的电源。

所述智能网关包括ZigBee网关和无线网络模块；所述ZigBee网关与所述无线网络模块电连接；

所述数据采集节点和所述执行节点均与所述ZigBee网关通信连接；所述无线网络模块用于接入互联网，与所述服务器通信连接。

所述无线网络模块为WiFi模块、3G模块、4G模块或5G模块。

本实用新型采用以上技术方案，利用传感器实时监测温室中的空气温度湿度、CO₂浓度、光照度及土壤水分等信息，并通过ZigBee网络汇集到智能网关；智能网关将采集的信息通过互联网上传到服务器，便于远程监控温室内的状态。此外，用户可以通过智能手机、计算机等设备登录服务器，实时查询温室的现场状态，并对温室内的灌溉、通风等设备进行控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是本实用新型基于物联网的智能温室系统结构示意图；

图2是本实用新型基于物联网的智能温室系统中数据采集节点的电路结构示意图；

图3是本实用新型基于物联网的智能温室系统中执行节点的电路结构示意图；

图4是图3中继电器电路的示意图。

图中：1-服务器；2-智能网关；3-数据采集节点；31-传感器单元；32-处理器单元；33-无线传输单元；34-多路选择器；35-A/D转换器；36-供电模块；4-执行节点；41-灌溉装置；42-通风装置；43-遮阳装置；44-控制单元；45-电源模块；46-无线通信单元；47-继电器电路。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种基于物联网的智能温室系统，包括服务器1、智能网关2、执行节点4和多个数据采集节点3；所述执行节点4和多个所述数据采集节点3均与所述智能网关2无线连接，所述智能网关2通过互联网与所述服务器1通信连接。

多个数据采集节点3分布在温室内的多个不同的位置，用于采集温室中的空气温度湿度、CO₂浓度、光照度及土壤水分等信息，并将采集的信息通过ZigBee网络发送到智能网关2。智能网关2将的信息通过互联网上传到服务器1，使用户可以通过智能手机、计算机等设备登录服务器1，实时查询温室的现场状态，并对温室内的灌溉、通风等设备进行控制。

智能网关2还通过WiFi模块直接与智能手机通信连接。在智能网关2的WiFi信号覆盖范围之内，智能手机能够直接与智能网关2通信连接，查询相应信息并控制执行节点4进行工作。

如图2所示，所述数据采集节点3包括传感器单元31、处理器单元32和无线传输单元33；所述传感器单元31将采集的数据传输至所述处理器单元32，所述处理器单元32通过所述无线传输单元33将数据发送到所述智能网关2。

所述数据采集节点3还包括多路选择器34、A/D转换器35和供电模块36；所述传感器单元31、多路选择器34、A/D转换器35和处理器单元32依次电连接，所述供电模块36给所述多路选择器34、A/D转换器35和处理器单元32供电。

进一步地，所述处理器单元32和所述无线传输单元33采用一枚ZigBee芯片实现。本方案采用CC2530芯片，该芯片集成了低功耗8051微控制器内核及2.4GHz的射频收发器。

所述传感器单元31包括温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器、土壤水分传感器和昆虫计数器。

空气温湿度传感器定期对周围环境的温度和空气湿度含量进行采样，本方案选用H-THZF传感器。

光照传感器用于检测温室内的光照情况，本方案选用SC-GZ光照传感器。

土壤水分传感器用于监测土壤中的水分含量，本方案选用FDS100水分传感器。

如图3所示，所述执行节点4包括灌溉装置41、通风装置42和遮阳装置43；所述执行节点4接收所述智能网关2发送的控制信号，并启动所述灌溉装置41、通风装置42和遮阳装置43进行工作。

所述执行节点4还包括控制单元44、电源模块45、无线通信单元46和多个继电器电路47。所述灌溉装置41、通风装置42和遮阳装置43均通过所述继电器电路47与所述控制单元44电连接；所述无线通信单元46与所述控制单元44电连接；所述电源模块45给所述控制单元44、无线通信单元46和继电器电路47供电。

所述控制单元44采用MCU芯片，所述无线通信单元46采用ZigBee芯片。ZigBee芯片与智能网关2通信连接，接收控制信号；MCU芯片根据控制信号进行相应的动作，通过继电器电路47控制灌溉装置41、通风装置42和遮阳装置43。

所述灌溉装置41包括电磁阀；所述控制单元44通过所述继电器电路47接通或切断所述电磁阀的电源。

所述通风装置42采用排风扇；所述控制单元44通过所述继电器电路47接通或切断所述排风扇的电源。

所述遮阳装置43采用温室大棚遮阳系统；所述控制单元44通过所述继电器电路47接通或切断所述遮阳装置43的电源。温室大棚的自动遮阳系统，一方面可避免强光的直射对植物幼苗的伤害；另一方面，在一定程度上可以达到降低温度的效果，冬天或夜晚能起到隔热保温作用，有效地阻止热量的散发，从而实现对温室大棚中温度的节能控制。

如图4所示，继电器电路47包括光耦U1、三极管Q1和继电器KV；其中光耦U1采用PC817光耦隔离芯片，实现信号地和电源地之间的有效隔离。光耦U1的输入端IN接控制单元44，输出端接三极管Q1的基极；继电器KV的输入端接在直流电源和三极管Q1的集电极之间，继电器KV的输出端接入灌溉装置41(通风装置42、遮阳装置43)的供电回路。

继电器电路47工作原理如下：控制单元44输出低电平，即端点IN为低电平，则光耦U1的输出端导通，三极管Q1的基极有正电压，三极管Q1导通，继电器KV得电；控制单元44输出高电平，即端点IN为高电平，则光耦U1的输出端为断开状态，三极管Q1不导通，继电器KV失电。

所述智能网关2包括ZigBee网关和无线网络模块；所述ZigBee网关与所述无线网络模块电连接。所述数据采集节点3和所述执行节点4均与所述ZigBee网关通信连接；所述无线网络模块用于接入互联网，与所述服务器1通信连接。

其中，所述无线网络模块为WiFi模块、3G模块、4G模块或5G模块。

ZigBee网关型号为ZBNET-300C-U，它是一款工业级标准设计的网关设备，采用大功率ZigBee射频发射器，具有很高的接收灵敏度，视距覆盖半径可达2.5km。该网关针采用增强型无线射频功放和外接天线，即使在复杂恶劣的环境中也能有效加强信号的强度及穿透力，保障信号质量。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.基于物联网的智能温室系统，其特征在于：包括服务器、智能网关、执行节点和多个数据采集节点；所述执行节点和多个所述数据采集节点均与所述智能网关无线连接，所述智能网关通过互联网与所述服务器通信连接；

所述数据采集节点包括传感器单元、处理器单元和无线传输单元；所述传感器单元将采集的数据传输至所述处理器单元，所述处理器单元通过所述无线传输单元将数据发送到所述智能网关；

所述执行节点包括灌溉装置、通风装置和遮阳装置；所述执行节点接收所述智能网关发送的控制信号，并启动所述灌溉装置、通风装置和遮阳装置进行工作。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能温室系统，其特征在于：所述数据采集节点还包括多路选择器、A/D转换器和供电模块；

所述传感器单元、多路选择器、A/D转换器和处理器单元依次电连接，所述供电模块给所述多路选择器、A/D转换器和处理器单元供电；

所述处理器单元和所述无线传输单元采用一枚ZigBee芯片实现。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能温室系统，其特征在于：所述传感器单元包括温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、CO₂浓度传感器、土壤水分传感器和昆虫计数器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于物联网的智能温室系统，其特征在于：所述执行节点还包括控制单元、电源模块、无线通信单元和多个继电器电路；

所述灌溉装置、通风装置和遮阳装置均通过所述继电器电路与所述控制单元电连接；所述无线通信单元与所述控制单元电连接；所述电源模块给所述控制单元、无线通信单元和继电器电路供电。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的智能温室系统，其特征在于：所述控制单元采用MCU芯片，所述无线通信单元采用ZigBee芯片。

6.根据权利要求4所述的基于物联网的智能温室系统，其特征在于：所述灌溉装置包括电磁阀；所述控制单元通过所述继电器电路接通或切断所述电磁阀的电源。

7.根据权利要求4所述的基于物联网的智能温室系统，其特征在于：所述通风装置采用排风扇；所述控制单元通过所述继电器电路接通或切断所述排风扇的电源。

8.根据权利要求4所述的基于物联网的智能温室系统，其特征在于：所述遮阳装置采用温室大棚遮阳系统；所述控制单元通过所述继电器电路接通或切断所述遮阳装置的电源。

9.根据权利要求4所述的基于物联网的智能温室系统，其特征在于：所述智能网关包括ZigBee网关和无线网络模块；所述ZigBee网关与所述无线网络模块电连接；

所述数据采集节点和所述执行节点均与所述ZigBee网关通信连接；所述无线网络模块用于接入互联网，与所述服务器通信连接。

10.根据权利要求9所述的基于物联网的智能温室系统，其特征在于：所述无线网络模块为WiFi模块、3G模块、4G模块或5G模块。