CN208805745U - 智慧大棚环境巡检系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智慧大棚环境巡检系统，其包括：移动巡检装置、固定检测装置和反向控制装置，所述移动巡检装置包括移动小车、移动小车上安装的检测装置以及地面上铺设的运行线路标识，所述检测装置包括单片机和与单片机连接的土壤温湿度传感器、CO₂浓度传感器、烟雾传感器；所述固定检测装置包括空气温湿度传感模块、光照传感器模块；反向控制装置包括加热模块、喷雾加湿模块、灯光模块。本实用新型将检测地面参数的传感器放置在移动巡检装置上，将检测地面以上参数的传感器定点设置，所有检测传感器与云平台连接，适用于大棚定点环境巡检，实现了自动检测作物生长环境和远程控制环境参数，为智能化农业种植提供了一个很好的解决方案。

Description

智慧大棚环境巡检系统

技术领域

本实用新型属于智能化农业种植技术领域，具体涉及一种动静搭配的智慧大棚环境巡检系统。

背景技术

近年来，在农业种植技术领域，我国的农业现代化持续推进，同时也暴露了一些问题。大部分中小农户分散经营，农技、农法相对落后，灌溉、施肥、喷药全凭农民经验而缺乏科学指导；农业相对收益逐年下降，农民劳动积极性受挫，间接影响了农业向更智能、更高产、更高效的方向发展；生活水平的快速提高使人们对农作物的卫生安全、品质的要求越来越严格，传统的农耕模式已逐渐不能满足市场需求。温室大棚由其高精度、高产量、高质量的特点在农业种植上更加普遍，越来越多的农产品在大棚中培育。

经对现有技术的公开文献检索及实地探访调查，我国的温室监控系统还停留在单因子控制阶段，大多数的花卉大棚的温度、湿度、二氧化碳、光照的采集都是通过分立的、简单的仪器测量，这样不仅精度低，而且工作量很大；目前的温室大棚系统大多还停留在静态数据采集及数据处理水平上，在对大棚的远程管控上还有很大的发展空间。

目前的大棚检测装置是人为随意放置，没有科学安排合理位置和数量。我们希望研发一种自动巡检装置，能够实现定时定点自动巡检，既可以检测所需位置参数，又可以减少传感器数目，并且在不工作状态对农业活动不产生影响。

发明内容

本实用新型设计一种智慧大棚环境巡检系统，弥补现有技术中仅使用固定传感器占用空间资源、检测精度低的缺点，将检测地面参数的传感器放置在移动巡检装置上，将检测地面以上参数的传感器定点设置，所有检测传感器与云平台连接，方便农户管理。

本实用新型的智慧大棚环境巡检系统包括：移动巡检装置、固定检测装置和反向控制装置，所述移动巡检装置包括移动小车、移动小车上安装的检测装置以及地面上铺设的运行线路标识，所述移动小车的控制核心为车载的第一单片机，所述检测装置包括与第二单片机连接的土壤温湿度传感器、CO₂浓度传感器、烟雾传感器；第一单片机与第二单片机相连；

所述固定检测装置包括空气温湿度传感模块、光照传感器模块，空气温湿度传感器模块包括固定在大棚壁面上的数字温湿度传感器本体及其相连的第三单片机；光照传感器模块包括光照传感器本体及其相连的第三单片机，沿棚长方向每隔固定距离在大棚棚壁的90度圆弧范围内安装一组光照传感器本体；

所述反向控制装置包括加热模块、喷雾加湿模块、灯光模块，所述加热模块包括连接第一继电器的加热板；喷雾加湿模块包括进水口、喷雾口和喷雾电机，喷雾电机连接第二继电器，进水口通过导管连接水箱；所述灯光控制模块包括连接第三继电器的照明灯；第一继电器、第二继电器、第三继电器均连接独立的第三单片机；所述第二单片机、第三单片机通过无线路由器连接至OneNet平台。

具体的，所述移动小车上安装有摄像头、舵机模块、电源模块、驱动电路模块，所述摄像头位于车体前部，固定在碳素杆上；舵机模块通过转向器与前轮相连；第一单片机位于车体中部，分别连接摄像头、舵机模块、电源模块、驱动电路模块；驱动电路模块位于车体后部，与后轮驱动电机相连。

具体的，所述土壤温湿度传感器安装于移动小车的机械臂上，机械臂的控制端连接第一单片机，当小车运行到设定位置，进行停留检测，机械臂将土壤温湿度传感器插入土壤表面采集数据。

具体的，所述的空气温湿度传感器模块本体固定在大棚壁面上1.5-2米高度处。

具体的，每隔固定距离在大棚棚壁朝阳面的90度圆弧上安装两个光照传感器本体，分别位于90度圆弧的1/3及2/3处。

具体的，所述加热板设置在距离大棚棚壁1.5~2m，距离地面高度0.2~0.5m处。

具体的，所述喷雾加湿模块设置在大棚薄膜一边的底部。

具体的，所述灯光模块设置在距离大棚顶部0.2~0.3m处。

具体的，所述第三单片机均连接有独立的电源模块，且自身具有WiFi模块；所述第二单片机连接移动小车电源，且自身具有WiFi模块。

本实用新型的优点是：将移动巡检装置和固定检测装置结合，综合动态的检测环境参数，极大的减少了传感器使用数量，并实现多点检测，提高了检测精度，配合网络配置与OneNET中国移动物联网开放平台，对环境数据进行管理，再结合反向控制装置对大棚现场环境进行自动干预。匍匐于地面的摄像头智能巡检车与地面之上合适位置的固定传感器检测有机结合，适用于大棚定点环境巡检，实现了自动检测作物生长环境和远程控制环境参数，为智能化农业种植提供了一个很好的解决方案。

附图说明

图1是移动巡检装置结构示意图。

图2是智能大棚中固定检测装置和反向控制装置的具体位置示意图。

图3是移动巡检装置隔离电路图。

图4是移动巡检装置摄像头电路图。

图5是移动巡检装置稳压电路图。

图6是移动巡检装置驱动电机电路图。

图7是大棚环境巡检系统结构框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的解释说明。

本实用新型的系统包括：移动巡检装置、固定检测装置和反向控制装置。

所述移动巡检装置包括移动小车、移动小车上安装的检测装置以及地面上铺设的运行线路标识。移动小车如图1所示，移动小车8上装有摄像头2、舵机模块3、第一单片机4、电源模块5、驱动电路模块6，所述摄像头2位于车体前部，固定在碳素杆上；舵机模块3通过转向器与前轮相连。检测装置1包括第二单片机和与第二单片机连接的土壤温湿度传感器、CO₂浓度传感器及烟雾传感器1。其中土壤温湿度传感器安装于移动小车8的机械臂上，机械臂的控制端连接第一单片机4。

第一单片机4位于车体中部，分别连接摄像头2、舵机模块3、电源模块5、驱动电路模块6以及第二单片机；驱动电路模块6位于车体后部，分别与左、右后轮驱动电机7.1、7.2相连。

实施例中，适应大棚尺寸为长度不限，宽度5~6m，高度3~4m。采用摄像头2型号为OV7725，距离车上表面25cm，摄像头电路如图4所示；CO₂浓度传感器型号为HDC1080，烟雾传感器型号为MQ2，空气温湿度传感器型号为AM2302，光照传感器型号为BH1750。智能巡检小车采用第一单片机为控制核心，第一单片机4的型号可以采用MK60DN512、MK66FX，此类型号单片机具有良好的图像处理能力，Flash容量更加大，运算速度更快。第二单片机、第三单片机采用ESP8266型号，此种单片机可以处理少量传感器数据并能够通过自带WIFI模块连接云平台，价格低廉。ESP8266单片机用于处理数据和上传数据，通过自身的WiFi模块经过EDP协议将数据实时上传云平台。

所述第一单片机4为一个集成电路板，包含K60主芯片和74LS244隔离芯片（以MK60DN512为例），通过隔离芯片与舵机3、驱动电路模块6连接。隔离芯片电路如图3所示。

电源模块5为LM2940芯片稳压，将7.2V电池稳压到5V和3V供单片机4、驱动电机7.1、7.2以及传感器使用。稳压电路如图5所示。电源模块5位于单片机集成电路板下方。

如图6所示，所述驱动电路6为双电机驱动，驱动后轮左右两个电机7.1、7.2，方便控制智能车运动速度和运动方向。

固定检测装置具体位置如图2所示，包括空气温湿度传感模块、光照传感器模块。空气温湿度传感器模块1.1、1.2、1.3包括AM2302数字温湿度传感器本体及由LM2940芯片组成的电源模块、第三单片机。数字温湿度传感器本体固定在大棚棚壁面上1.5-2米高度处。其中，相邻的数字温湿度传感器本体平行间隔5米。

光照传感器模块2.1、2.2、2.3、2.4包括BH1750光照传感器本体及对应的电源模块、第三单片机组成。光照传感器本体安装在大棚朝阳面的90度圆弧上，其中每90度圆弧上安装两个光照传感器本体，分别位于90度圆弧的1/3及2/3处。相邻的装有光照传感器本体的弧圈沿棚长方向间隔6米。

所述反向控制装置包括加热模块、喷雾加湿模块、灯光模块。反向控制装置为继电器控制，继电器均连接一个第三单片机，通过第三单片机接收控制信号。加热模块3.1、3.2为第一继电器控制加热板。加热板具体放置在距离大棚棚壁1.5~2m，距离地面高度0.2~0.5m，相邻加热板沿棚长方向水平间距3m。当棚内温度过低，可手动或自动控制加热装置开关。

喷雾加湿模块4.1、4.2、4.3为第二继电器控制喷雾电机。由进水口、喷雾口组成，进水口通过导管连接水箱。喷雾加湿模块放置在大棚薄膜一边的底部，相邻喷雾加湿模块沿棚长方向水平间距为2.5m。当棚内湿度过低，可手动或者自动控制进行喷灌加湿。

灯光控制模块5.1、5.2为第三继电器控制照明电灯。照明电灯具体安装在大棚棚壁顶端的两头，距离顶部0.2~0.3m，距离两边0.2~0.3m。当持续阴天光照不强时，控制灯光开关。

如图7所示，所述第二单片机（图示单片机二）、第三单片机（图示单片机三～七）均通过无线路由器连接至OneNet平台，采集的环境数据上传至OneNet平台后，在用户的网页终端或移动智能终端进行图表化显示，用户能够通过网页终端或移动智能终端发出指令，控制第一继电器、第二继电器、第三继电器，进而控制所述加热模块、喷雾加湿模块、灯光模块的工作；用户亦可设置阈值，让软件系统根据采集的数据自动发出指令。

本实用新型实施例的工作过程如下：

移动巡检装置由摄像头作为小车运行巡线传感器，摄像头将采集大棚内铺好的黑线（即运行线路标识）转化为二值化数据传给单片机集成电路板，第一单片机据此形成PWM1波形输入给舵机模块，舵机带动前轮进行转向，形成PWM2、PWM3经过隔离芯片传给后轮电机驱动，后轮辅佐转向与前进。

移动巡检装置在设定好的路线按照设定好的时间周期运行一次，在设定的位置停留20s，此时机械臂将土壤温湿度传感器插入土壤表面，车载传感器一起检测环境参数并同时通过第二单片机上传。

大棚内每个固定传感器单独供电，通过第三单片机独立上传数据到云平台系统。当农户远程发现大棚参数需要调节时，通过网页终端或手机APP可以发出指令操作现场的继电器开关。加热模块、喷雾加湿模块、灯光控制模块都是由继电器作为开关控制。

第二单片机实现采集数据的处理，通过路由器将处理后的数据上传到云平台。该云平台为中国移动开发的OneNET云平台，设备云终端将上传的数据在网页和手机App图表化处理显示，人们还可以在移动智能终端设定相应的报警数据范围，当数据处于此范围时，系统将通过电子邮件或软件界面进行报警提示。

Claims (9)

1.智慧大棚环境巡检系统，其特征是，包括：移动巡检装置、固定检测装置和反向控制装置，所述移动巡检装置包括移动小车、移动小车上安装的检测装置以及地面上铺设的运行线路标识，所述移动小车的控制核心为车载的第一单片机，所述检测装置包括与第二单片机连接的土壤温湿度传感器、CO₂浓度传感器、烟雾传感器；第一单片机与第二单片机相连；

所述固定检测装置包括空气温湿度传感模块、光照传感器模块，空气温湿度传感器模块包括固定在大棚壁面上的数字温湿度传感器本体及其相连的第三单片机；光照传感器模块包括光照传感器本体及其相连的第三单片机，沿棚长方向每隔固定距离在大棚棚壁的90度圆弧范围内安装一组光照传感器本体；

所述反向控制装置包括加热模块、喷雾加湿模块、灯光模块，所述加热模块包括连接第一继电器的加热板；喷雾加湿模块包括进水口、喷雾口和喷雾电机，喷雾电机连接第二继电器，进水口通过导管连接水箱；所述灯光控制模块包括连接第三继电器的照明灯；第一继电器、第二继电器、第三继电器均连接独立的第三单片机；所述第二单片机、第三单片机通过无线路由器连接至OneNet平台。

2.如权利要求1所述的智慧大棚环境巡检系统，其特征是，所述移动小车上安装有摄像头、舵机模块、电源模块、驱动电路模块，所述摄像头位于车体前部，固定在碳素杆上；舵机模块通过转向器与前轮相连；第一单片机位于车体中部，分别连接摄像头、舵机模块、电源模块、驱动电路模块；驱动电路模块位于车体后部，与后轮驱动电机相连。

3.如权利要求1所述的智慧大棚环境巡检系统，其特征是，所述土壤温湿度传感器安装于移动小车的机械臂上，机械臂的控制端连接第一单片机。

4.如权利要求1所述的智慧大棚环境巡检系统，其特征是，所述的空气温湿度传感器模块本体固定在大棚壁面上1.5-2米高度处。

5.如权利要求1所述的智慧大棚环境巡检系统，其特征是，每隔固定距离在大棚棚壁朝阳面的90度圆弧上安装两个光照传感器本体，分别位于90度圆弧的1/3及2/3处。

6.如权利要求1所述的智慧大棚环境巡检系统，其特征是，所述加热板设置在距离大棚棚壁1.5~2m，距离地面高度0.2~0.5m处。

7.如权利要求1所述的智慧大棚环境巡检系统，其特征是，所述喷雾加湿模块设置在大棚薄膜一边的底部。

8.如权利要求1所述的智慧大棚环境巡检系统，其特征是，所述灯光模块设置在距离大棚顶部0.2~0.3m处。

9.如权利要求1所述的智慧大棚环境巡检系统，其特征是，所述第三单片机均连接有独立的电源模块，且自身具有WiFi模块；所述第二单片机连接移动小车电源，且自身具有WiFi模块。