CN207923195U - 农业设施环境参数采集装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种农业设施环境参数采集装置及系统，所述装置包括微处理器、环境参数检测传感器、本地人机交互设备和无线收发模块，所述微处理器分别与环境参数检测传感器、本地人机交互设备、无线收发模块连接，所述本地人机交互设备用于在采集点进行输入操作以及显示采集点环境参数检测传感器所采集的环境参数数值；所述系统远程终端以及至少一个上述的农业设施环境参数采集装置。本实用新型可以实现对农业设施环境的自动监测和预警，通过分布定点采集及数值模拟，可以对农业设施环境分布特点进行研究，为农业设施结构设计和改进提供依据。

Description

农业设施环境参数采集装置及系统

技术领域

本实用新型涉及一种环境参数采集装置及系统，尤其是一种农业设施环境参数采集装置及系统，属于农业设施环境监控领域。

背景技术

设施农业包括畜禽养殖和温室设施两种，随着现代农业畜牧业和植物工厂的发展，设施农业在生产作业中，环境参数对动植物的生长、产量有重要的影响，使得对环境参数的监测要求越来越高。尤其在动物养殖中，由于饲料、排泄物、空气流动等因素的影响，使得农业设施的环境状况复杂，环境质量很差。

现代设施农业的发展，迫切需要解决设施内环境的参数实时、连续、全面的监测，现有的设施农业环境参数监测系统有无线监测、有线监测；有线监测系统，由于布线复杂、成本高，采集点被布设后，不方便变更。由于农业设施中环境因子的分布不均匀、迟滞、动态变化，使得仅仅停留在单点或固定点的环境参数的检测不能满足需求。养殖农业设施内环境空气质量因子包含：温度、湿度、有害气体(H2S、NH3、CO、CO2)浓度、粉尘浓度、气流速度等，养殖环境各因子的不同参数值，对动物的健康和生长影响程度不同，而针对农业设施内多环境因子集中采集的便捷、低成本的设备和系统，在市面上几乎没有。

因此，有必要设计一种能对农业设施内关键环境因子(温度、湿度、气流速度、氨气浓度、粉尘浓度)的参数进行集中采集的系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术的缺陷与不足，提供了一种农业设施环境参数采集装置，该装置结构简单、方便实用，可以将农业设施内的多种环境因子参数进行采集，实现对养殖环境的自动监测。

本实用新型的另一目的在于提供一种农业设施环境参数采集系统。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种农业设施环境参数采集装置，所述装置包括微处理器、环境参数检测传感器、本地人机交互设备和第一无线收发模块，所述微处理器分别与环境检测传感器、本地人机交互设备、第一无线收发模块连接，所述本地人机交互设备用于在采集点进行输入操作以及显示采集点环境参数检测传感器所采集的环境参数数值。

进一步的，所述环境参数检测传感器包括温湿度传感器、氨气传感器、粉尘传感器和风速传感器。

进一步的，所述本地人机交互设备包括电脑和串口模块，所述电脑通过串口模块与微处理器连接。

进一步的，所述本地人机交互设备包括触摸屏和串口模块，所述触摸屏通过串口模块与微处理器连接。

进一步的，所述装置还包括惯性测量单元，该装置置于移动平台上，所述移动平台上设有导航设备，所述导航设备、惯性测量单元分别与微处理器连接。

本实用新型的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种农业设施环境参数采集系统，所述系统包括远程终端以及至少一个上述的农业设施环境参数采集装置；

所述农业设施环境参数采集装置为一个时，所述系统还包括远程数据传输模块，农业设施环境参数采集装置的第一无线收发模块通过远程数据传输模块与远程终端连接；

所述农业设施环境参数采集装置为多个时，所述系统还包括汇聚节点，所述汇聚节点包括第二无线收发模块和远程数据传输模块，所述第二无线收发模块与多个农业设施环境参数采集装置的第一无线收发模块连接，并通过远程数据传输模块与远程终端连接。

进一步的，所述远程终端为远程人机交互设备。

进一步的，所述远程终端包括相连接的远程人机交互设备和云数据库服务器。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型的农业设施环境参数采集装置可以实现对农业设施内采集点的连续、实时、多参数的采集和监测，可以在没有人工的干预下，实现对农业设施的多种环境因子，如温度、湿度、氨气、粉尘、风速等环境参数的监测，通过本地人机交互终端设备，能实现本地的操作、阈值设置与显示。

2、本实用新型的农业设施环境参数采集装置还设置了惯性测量单元，作为机载移动采集装置，惯性测量单元与微处理器连接，将养殖环境参数采集装置置于移动平台时，惯性测量单元可以与移动平台设置的导航设备结合，提供对移动平台的位置计算，可以实现移动平台机载采集，移动平台机载采集方式可以实现农业设施内移动平台走过或预定路径空间连续的参数。

3、本实用新型的养殖环境参数采集系统可以实现养殖环境参数采集装置所采集的环境参数数据的远程传输，通过远程终端可以建立数据库，实现环境参数的远程监测、显示、超限阈值设置、预警，单个环境参数采集装置可以实现对农业设施内采集点的连续、实时、多参数的采集和监测，通过一个环境参数采集装置可以实现单点采集，单点采集方式可以实现对农业设施内环境多种参数的连续采集，对农业设施内环境参数的按时间规律进行分析，通过多个环境参数采集装置可以实现多点采集，多点采集方式可以实现对农业设施内环境多参数的连续、分布式采集，对农业设施内不同采集点的环境参数按时间规律和空间分布规律进行分析。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的农业设施环境参数采集装置的结构框图。

图2为本实用新型实施例1的农业设施环境参数采集装置的电路原理图。

图3为本实用新型实施例1的农业设施环境参数采集系统一种情况结构框图。

图4为本实用新型实施例1的农业设施环境参数采集系统另一种情况结构框图。

图5为本实用新型实施例1的六个农业设施环境参数采集装置布置俯视示意图。

图6为本实用新型实施例1的十个农业设施环境参数采集装置位置布置纵向示意图。

图7为本实用新型实施例1的六个农业设施环境参数采集装置布置横向示意图及设施横截面垂直方向分层采集点位置示意图。

图8为本实用新型实施例1的机载移动采集装置的结构框图。

图9为本实用新型实施例1的机载移动采集装置的电路原理图。

图10为本实用新型实施例1的农业设施环境参数采集系统采用机载移动采集装置的结构框图。

图11为本实用新型实施例1的机载移动采集装置移动采集环境参数俯视示意图。

图1～图4、图8～图11中，1-微处理器，2-环境参数检测传感器，3-本地人机交互设备，4-第一无线收发模块，5-温湿度传感器，6-氨气传感器，7-粉尘传感器，8-风速传感器，9-触摸屏，10-远程数据传输模块，11-第二无线收发模块，12-云数据库服务器，13-远程人机交互设备，14-惯性测量单元，15-移动平台。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种农业设施环境参数采集装置，该装置可以放置在农业设施内需采集环境参数的一个采集点，其包括微处理器1、环境参数检测传感器2、本地人机交互设备3和无线收发模块4，微处理器1分别与环境检测传感器2、本地人机交互设备3、无线收发模块4连接。

如图1和图2所示，所述环境参数检测传感器2采集农业设施内的多种环境因子参数，如温湿度、氨气、粉尘、风速等，相应地，环境参数检测传感器2包括温湿度传感器5、氨气传感器6、粉尘传感器7和风速传感器8。

在本实施例中，微处理器1采用STM32系列的单片机，氨气传感器6采用ZE03氨气传感器，粉尘传感器7采用ZH03激光粉尘传感器，其中温湿度传感器5的SCK端连接微处理器1的PC9端，接收微处理器1的时钟控制信号，进行时钟的同步，温湿度传感器5的DATA端连接微处理器1的PC8端，与微处理器1通信，交互数字信号，DATA端在SCK端串行时钟为低电平时配置DATA引脚数据，在SCK端串行时钟为高电平时，读DATA引脚数据；氨气传感器6与微处理器1通过串口连接，具体为氨气传感器6的TXD端与微处理器1的PB11端(串口3)连接；粉尘传感器7与微处理器1通过串口连接，具体为粉尘传感器的TXD端与微处理器1的PA3(串口2)端连接；风速传感器8与微处理器1通过信号输出端连接，具体为风速传感器8的VOUT端(信号输出端)连接微处理器1的PA1端，风速传感器8的VOUT端模拟信号输出，传输给微处理器1的PA1端。

可以理解的是，上述微处理器1和各传感器还可以采用其它型号的器件，微处理器1与各传感器连接的端口也可以采用其它的端口。

所述本地人机交互设备3可以在采集点进行输入操作以及显示采集点环境参数检测传感器2所采集的环境参数数值，具体可以对本地参数采集所采集的多种环境参数数值(温度、湿度、氨气浓度、粉尘浓度)进行实时显示，预警阈值设置，参数预警提示，数据融合计算，其包括触摸屏9和串口模块，触摸屏9通过串口模块与微处理器1连接，通过触摸屏9实现输入和输出功能。

所述第一无线收发模块4，可以与远程终端进行通讯，实现数据传输。

本实施例还提供了一种农业设施环境参数采集系统，该系统包括远程终端以及至少一个(即一个或多个)上述的农业设施环境参数采集装置。

本实施例的农业设施环境参数采集系统的其中一种情况为：如图3所示，当农业设施环境参数采集装置为一个时，实现的是单点采集，该系统还包括远程数据传输模块10，农业设施环境参数采集装置的第一无线收发模块4通过远程数据传输模块10与远程终端连接，农业设施环境参数采集装置的第一无线收发模块4将采集的环境参数发送到远程数据传输模块10，并由远程数据传输模块10传输给远程终端。

本实施例的农业设施环境参数采集系统的另一种情况为：如图4所示，当农业设施环境参数采集装置为多个时，实现的是多点采集，该系统还包括汇聚节点，汇聚节点包括第二无线收发模块11和远程数据传输模块10，第二无线收发模块11与多个农业设施环境参数采集装置的第一无线收发模块4连接，并通过远程数据传输模块10与远程终端连接，农业设施环境参数采集装置的第一无线收发模块4将采集的环境参数发送到第二无线收发模块11，由第二无线收发模块11对数据进行汇聚，然后通过远程数据传输模块10传输给远程终端。

在本实施例中，所述远程终端包括云数据库服务器12和远程人机交互设备13，所述远程数据传输模块10为GPRS模块，云数据库服务器12接收GPRS模块发送的环境参数数值，环境参数数值包括一个或多个农业设施环境参数采集装置的多种环境参数数值，还可以用于远程人机交互设备13的实时环境参数显示，阈值参数设置，数据融合计算。

本领域技术人员可以理解的是，远程终端还可以仅包括远程人机交互设备13，远程人机交互设备13接收GPRS模块发送的环境参数数值，并建立数据库进行存储，同时实现实时环境参数显示，阈值参数设置，数据融合计算。

本实施例以多个农业设施环境参数采集装置为例，将多个农业设施环境参数采集装置分别布置于鸡舍内需采集环境参数的多个采集点，布置的示意图如图5～图7所示，图5中的1-6是指六个农业设施环境参数采集装置对应的采集点，图6是指10个环境参数采集装置采集点在设施内的纵向布置，图7是指设施横向截面采集点的布置及垂直方向的采集层布置。

如图8和图9所示，为了实现移动采集，本实施例的农业设施环境参数采集装置还包括惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)14，作为机载移动采集装置，其置于一移动平台15上，移动平台15上设有导航设备，惯性测量单元14与微处理器1连接，具体为惯性测量单元14的SDA端连接微处理器1的PC11端，惯性测量单元14的SCL端连接微处理器1的PC10端，导航设备与微处理器1连接，采用机载移动采集装置的农业设施环境参数采集系统如图10所示，机载移动采集装置通过移动平台17移动采集鸡舍内环境参数的示意图如图11所示。

本实施例还提供了一种农业设施环境参数采集方法，该方法包括单点采集和多点分布采集；

S1、单点采集

S11、采用一个农业设施环境参数采集装置，将该农业设施环境参数采集装置布置于农业设施内需采集环境参数的一个采集点；

S12、农业设施环境参数采集装置通过环境参数检测传感器对农业设施内的多种环境因子进行参数采集；

S13、本地人机交互终端设备对农业设施环境参数采集装置的采集参数进行超限阈值设置，对采集点所采集的环境参数数值进行显示，以及对超限的环境参数进行报警；

S14、农业设施环境参数采集装置的第一无线收发模块将采集的环境参数发送到远程数据传输模块，并由远程数据传输模块传输给远程终端；

S15、远程终端建立环境参数数据库，显示实时环境参数、历史数据，对农业设施环境参数采集装置的采集参数进行超限阈值设置，以及对超限的环境参数进行报警。

单点采集方式，可以实现对农业设施内环境多种参数的连续采集，对农业设施内环境参数的按时间规律进行分析。

S2、多点采集

S21、采用多个农业设施环境参数采集装置，根据农业设施的结构特点，将各个农业设施环境参数采集装置分别布置于农业设施内需采集环境参数的多个采集点；其中，所述采集点包括通风口、近门口位置、纵向风位置和横向风位置；

S22、各个农业设施环境参数采集装置通过环境参数检测传感器对农业设施内各个采集点的多种环境因子进行参数采集；

S23、本地人机交互终端设备对本地环境参数采集装置的采集参数进行超限阈值设置，对各个采集点所采集的环境参数进行数值模拟，并进行显示，实现对农业设施内环境参数的分布特点进行研究和分析，以及对超限的环境参数进行报警；

S24、各个农业设施环境参数采集装置的第一无线收发模块将采集的环境参数发送到汇聚节点的第二无线收发模块，并由汇聚节点的远程数据传输模块传输给远程终端；

S25、远程终端建立环境参数数据库，显示各个农业设施环境参数采集装置的实时环境参数、历史数据，对各个农业设施环境参数采集装置的采集参数进行超限阈值设置，以及对超限的环境参数进行报警。

多点分布采集方式，可以实现对内环境多参数的连续、分布式采集，对内不同采集点的环境参数按时间规律和空间分布规律进行分析。

优选地，上述方法还可以包括移动平台机载采集；

S3、移动平台机载采集

在农业设施环境参数采集装置上设置惯性测量单元，将该农业设施环境参数采集装置置于移动平台上，该移动平台上设置导航设备，惯性检测单元采集的姿态数据，计算移动平台相对移动距离以及在农业设施内的位置坐标，与导航设备结合，检测农业设施内移动平台走过路径的空间环境连续的参数。

移动平台机载采集方式，可以实现农业设施内移动平台走过或预定路径空间连续的参数。

通过将单点采集、多点分布采集和移动平台机载采集结合，实现对设施内环境参数的时间和空间的分布规律的检测与研究，实现农业设施内环境参数的全面采集。

实施例2：

本实施例的主要特点是：本地人机交互设备包括电脑和串口模块，电脑通过串口模块与微处理器连接，电脑包括主机、键盘和显示屏，通过键盘实现输入功能，通过显示屏实现输出功能。其余同实施例1。

综上所述，本实用新型的农业设施环境参数采集装置不仅能完成对关键环境因子的数据采集和本地操作及显示，还有无线收发模块，现场一个或多个农业设施环境参数采集装置可以将数据远程发送至数据库服务器和远程人机交互设备，以完成对农业设施环境的数据实时、连续、多点分布式监测的需要。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利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专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种农业设施环境参数采集装置，其特征在于：所述装置包括微处理器、环境参数检测传感器、本地人机交互设备和第一无线收发模块，所述微处理器分别与环境检测传感器、本地人机交互设备、第一无线收发模块连接，所述本地人机交互设备用于在采集点进行输入操作以及显示采集点环境参数检测传感器所采集的环境参数数值。

2.根据权利要求1所述的一种农业设施环境参数采集装置，其特征在于：所述环境参数检测传感器包括温湿度传感器、氨气传感器、粉尘传感器和风速传感器。

3.根据权利要求1所述的一种农业设施环境参数采集装置，其特征在于：所述本地人机交互设备包括电脑和串口模块，所述电脑通过串口模块与微处理器连接。

4.根据权利要求1所述的一种农业设施环境参数采集装置，其特征在于：所述本地人机交互设备包括触摸屏和串口模块，所述触摸屏通过串口模块与微处理器连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种农业设施环境参数采集装置，其特征在于：所述装置还包括惯性测量单元，该装置置于移动平台上，所述移动平台上设有导航设备，所述导航设备、惯性测量单元分别与微处理器连接。

6.一种农业设施环境参数采集系统，其特征在于：所述系统包括远程终端以及至少一个权利要求1-5任一项所述的农业设施环境参数采集装置；

所述农业设施环境参数采集装置为一个时，所述系统还包括远程数据传输模块，农业设施环境参数采集装置的第一无线收发模块通过远程数据传输模块与远程终端连接；

所述农业设施环境参数采集装置为多个时，所述系统还包括汇聚节点，所述汇聚节点包括第二无线收发模块和远程数据传输模块，所述第二无线收发模块与多个农业设施环境参数采集装置的第一无线收发模块连接，并通过远程数据传输模块与远程终端连接。

7.根据权利要求6所述的一种农业设施环境参数采集系统，其特征在于：所述远程终端为远程人机交互设备。

8.根据权利要求6所述的一种农业设施环境参数采集系统，其特征在于：所述远程终端包括相连接的远程人机交互设备和云数据库服务器。