本發(fā)明專利技術(shù)涉及設(shè)施農(nóng)業(yè)中關(guān)鍵環(huán)境因子的控制方法，以及模型的制作和在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。設(shè)施農(nóng)業(yè)智能閉環(huán)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一種自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行控制的智能系統(tǒng)。可用于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬，讓農(nóng)作物處于最適合生長的環(huán)境。能夠?yàn)橹参锷L的研究提供理論和現(xiàn)實(shí)的參考依據(jù)。由傳感器采集的環(huán)境參數(shù)(空氣溫度、空氣濕度、光照、二氧化碳濃度、土壤濕度)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)送到主控端，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行加工處理，首先能夠?qū)崟r(shí)的顯示環(huán)境參數(shù)，其次能根據(jù)程序設(shè)定或手動(dòng)控制來調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)是融計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)和編程技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，為科研人員提供有效的研究手段。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及設(shè)施農(nóng)業(yè)中關(guān)鍵環(huán)境因子的控制方法，以及模型的制作和在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
國外對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境控制技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，先是采用模擬式的組合儀表采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制，80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正在開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、控制的多因子綜合控制系統(tǒng)。現(xiàn)在世界各國設(shè)施農(nóng)業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展都非常快，一些國家的控制技術(shù)在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化得基礎(chǔ)上，正朝著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。我國對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)控制技術(shù)的研究較晚，20世紀(jì)80年代，我國先后從歐美和日本等發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了大量的連棟溫室，揭開了我國現(xiàn)代化溫室生產(chǎn)、研究和普及的序幕。從國內(nèi)外對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境控制的研究來看，目前基于有線的測量控制系統(tǒng)相對(duì)比較成熟，但是有線通信方式導(dǎo)致溫室內(nèi)的信號(hào)線、動(dòng)力線錯(cuò)綜復(fù)雜，安裝維護(hù)難度大，而且溫室環(huán)境易導(dǎo)致線纜老化，使系統(tǒng)可靠性降低。本專利技術(shù)根據(jù)以上論述，在綜合前人工作的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性的提出了設(shè)施農(nóng)業(yè)智能閉環(huán)控制傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及一套控制技術(shù)和解決方案。針對(duì)有線方式的缺點(diǎn)，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有無需布線、組網(wǎng)靈活、易升級(jí)等相對(duì)明顯的優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是制作一個(gè)設(shè)施農(nóng)業(yè)的微模型，用來模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的一些關(guān)鍵因子(溫度、濕度、光照、二氧化碳、土壤濕度)，并研究這些環(huán)境因子的變化對(duì)作物生長的影響。本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是一種環(huán)境因子的控制方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，使用本專利技術(shù)的這種方法可以有效的調(diào)控環(huán)境因子，使作物處于最適合生長的環(huán)境，從而提高產(chǎn)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。本專利技術(shù)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中矩形方框表示一個(gè)大棚模型。尺寸為(lm*2m)。3個(gè)終端節(jié)點(diǎn)布置其中，分別攜帶溫度、濕度、光照、二氧化碳以及土壤濕度傳感器，實(shí)時(shí)的獲取環(huán)境參數(shù)，通過匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)送到監(jiān)控中心，供管理員查看。管理員可以手動(dòng)或者通過程序設(shè)定預(yù)值來控制環(huán)境。例如當(dāng)土壤濕度傳感器探測到土壤較干燥時(shí)，可以通過控制芯片發(fā)出信號(hào)來打開滴灌設(shè)備的閥門，灌溉多長時(shí)間，需要根據(jù)土壤的干燥程度和作物的生長環(huán)境來調(diào)節(jié)。附圖說明 圖1是設(shè)施農(nóng)業(yè)模型總體圖 圖2是無線通信節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖 圖3是控制芯片總體結(jié)構(gòu)圖 圖4是設(shè)施農(nóng)業(yè)模型架構(gòu)概略圖 圖5是上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施例方式系統(tǒng)主要模塊功能 下面分模塊的具體說明本專利技術(shù)的內(nèi)容。本專利技術(shù)可以分為上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、無線環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、農(nóng)業(yè)信息獲取以及設(shè)備控制三個(gè)方面。上位機(jī)軟件的主要功能有 (I)環(huán)境數(shù)據(jù)以及各種農(nóng)業(yè)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示。(2)對(duì)一些重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并能夠隨時(shí)查看歷史數(shù)據(jù)以屏幕顯示，打印等方式。(3)當(dāng)某些環(huán)境參數(shù)超過預(yù)定值時(shí)，自動(dòng)報(bào)警，并向信息感知節(jié)點(diǎn)發(fā)出控制信號(hào)，感知節(jié)點(diǎn)收到控制信號(hào)后，將命令傳送給與它連接的控制芯片，通過控制芯片來控制農(nóng)業(yè)設(shè)備的狀態(tài)，如水閥的閉合，燈光的強(qiáng)弱等。無線環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的主要功能就是為設(shè)施農(nóng)業(yè)信息控制提供通訊載體。通訊頻率2.4Ghz。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由5個(gè)無線節(jié)點(diǎn)(0-4)構(gòu)成。0號(hào)節(jié)點(diǎn)為主控節(jié)點(diǎn)。I號(hào)節(jié)點(diǎn)為匯聚節(jié)點(diǎn)。2、3、4、分別是3個(gè)信息信息感知節(jié)點(diǎn)。分別攜帶溫濕度、光照、二氧化碳和土壤濕度傳感器，并實(shí)時(shí)的將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到I號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)，繼而發(fā)送到0號(hào)主控節(jié)點(diǎn)。主控節(jié)點(diǎn)通過RS232串口與計(jì)算機(jī)連接。上位機(jī)軟件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行有效性檢查、存儲(chǔ)等一系列操作，實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境參數(shù)。農(nóng)業(yè)信息獲取以及設(shè)備的控制主要是通過一塊集成芯片。片上系統(tǒng)主要靠MCU控制與協(xié)調(diào)。集成4種傳感器，通過命令將獲取的數(shù)據(jù)保存在MCU的存儲(chǔ)器中。通過RS232接口，可以將這些數(shù)據(jù)傳送給無線通訊節(jié)點(diǎn)，繼而通過無線信號(hào)發(fā)射到上位機(jī)。繼電器的作用主要是用來控制滴灌設(shè)備，當(dāng)控制芯片接收到打開水閥的命令時(shí)，就會(huì)通過繼電器來控制一個(gè)電磁閥的開關(guān)，達(dá)到控制灌溉的目的。數(shù)字電位器的作用主要是用來控制燈光和風(fēng)扇。由于這兩個(gè)設(shè)備不能是簡單的開關(guān)，需要根據(jù)環(huán)境適當(dāng)?shù)恼{(diào)整燈光的明暗和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。數(shù)字電位器就是可以通過命令改變其電阻大小來控制電路中電流的大小。達(dá)到控制燈光和風(fēng)扇的功能。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括3個(gè)方面。無線通信節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)、控制芯片的硬件設(shè)計(jì)、模型的架構(gòu)。無線通信節(jié)點(diǎn)通信節(jié)點(diǎn)的硬件有以下幾個(gè)主要部分組成MC13213控制芯片、信號(hào)放大器、天線、串口通信模塊等。如圖2所示，控制芯片用來控制和協(xié)調(diào)整個(gè)片上系統(tǒng)，信號(hào)放大器將控制芯片輸出的信息放大轉(zhuǎn)化通過射頻天線發(fā)射出去，串口通信模塊用來連接輻射傳感器與上位機(jī)。控制芯片就是一個(gè)簡單的51單片機(jī)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。主要分為MCU控制芯片(51芯片)、RS232通信口(與無線通信節(jié)點(diǎn)相連)、傳感器、控制器件(繼電器、數(shù)字電位器)。表I是控制芯片中各種電子元器件的型號(hào)及描述。權(quán)利要求1.一種及設(shè)施農(nóng)業(yè)中關(guān)鍵環(huán)境因子的控制方法，以及模型的制作和在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。2.硬件上主要有無線通信節(jié)點(diǎn)、控制感知芯片和物理模型組成。3.軟件上主要有上位機(jī)軟件、控制感知芯片嵌入式程序以及無線節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)程序。4.按照權(quán)利要求1所述的無線通信節(jié)點(diǎn)，其中主控芯片為Freescale產(chǎn)的MC13213，配合外圍電路(232電平轉(zhuǎn)換、射頻模塊)。5.按照權(quán)利要求1所述的控制感知芯片，其特征在于主控芯片采用51系列單片機(jī)，集成溫度、濕度、光照、二氧化碳、土壤濕度傳感器，控制器件采用繼電器和數(shù)字電位器。6.按照權(quán)利要求1所述無線節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)程序，其特征在于設(shè)計(jì)了適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)路由路由，可以更好的適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在微型傳感器系統(tǒng)中可以很好的正常工作，提高了網(wǎng)絡(luò)性能。全文摘要本專利技術(shù)涉及設(shè)施農(nóng)業(yè)中關(guān)鍵環(huán)境因子的控制方法，以及模型的制作和在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。設(shè)施農(nóng)業(yè)智能閉環(huán)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一種自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行控制的智能系統(tǒng)。可用于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬，讓農(nóng)作物處于最適合生長的環(huán)境。能夠?yàn)橹参锷L的研究提供理論和現(xiàn)實(shí)的參考依據(jù)。由傳感器采集的環(huán)境參數(shù)(空氣溫度、空氣濕度、光照、二氧化碳濃度、土壤濕度)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)送到主控端，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行加工處理，首先能夠?qū)崟r(shí)的顯示環(huán)境參數(shù)，其次能根據(jù)程序設(shè)定或手動(dòng)控制來調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)是融計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)和編程技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，為科研人員提供有效的研究手段。文檔編號(hào)G05B19/418GK102999017SQ20111028174公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日專利技術(shù)者楊余旺, 曹宏鑫, 葛道闊, 陳超, 劉巖, 田磊, 趙煒, 王磊, 胡小霞, 儲(chǔ)波 申請人:南京理工大學(xué), 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種及設(shè)施農(nóng)業(yè)中關(guān)鍵環(huán)境因子的控制方法，以及模型的制作和在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊余旺，曹宏鑫，葛道闊，陳超，劉巖，田磊，趙煒，王磊，胡小霞，儲(chǔ)波，
申請(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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