基于作物生長模型的設施農業傳感器節點控制技術，是涉及設施農業中傳感器節點的關鍵控制方法，以及該控制方法的具體操作。本發明專利技術的目的是對設施農業傳感器各種節點(主控端節點，中繼節點，感知節點)的控制做出實際的解決方法。本發明專利技術主要包括三個基本模塊：控制端節點(匯點)控制、終端節點控制和感知節點控制，這三種不同用途的節點操作方法的可行性好，過程簡單，在基于作物生長模型的設施農業方面具有廣闊的應用前景。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及設施農業中傳感器節點的關鍵控制方法，以及該控制方法的具體實踐。
技術介紹
作物生長模型是作物科學中引進系統分析方法和應用計算機后興起的新型研究領域。它將作物、環境和栽培技術作為一個整體系統，應用系統分析的原理和方法，綜合多個學科的理論和研究成果，對作物生長發育、光合生長、器官建成和產量形成等生理過程及其與環境和技術的關系加以理論概括和數量分析，建立相應的數學模型，然后在計算機上進行動態的定量分析和作物生長過程的模擬研究。 作物模型的建成有利于科學研究成果的綜合集成利用，同時也是作物種植管理決策現代化的基礎，對農業生產和作物管理具有重要意義，而在農業監測方面，無線傳感器網絡則具有卓越的技術優勢。它可用于實時監視農作物生產環境情況，比如土壤溫度、濕度、空氣二氧化碳含量等環境因素，并可以迅速的將所獲得的信息傳輸給中央控制系統。控制系統再根據預先設置的農作物生產環境參數做出恰當的環境控制。2002年，Intel公司利用無線傳感器網絡在俄勒網建立了世界上第一個無線葡萄園，將傳感器節點部署在葡萄園內的監測點，每隔一分鐘采集一次土壤濕度、溫度等數據，以確保葡萄健康成長。北京市科委計劃項目“蔬菜生產智能網絡傳感器體系研究與應用”正式把無線傳感器網絡示范應用于溫室農作物生產中。Digital Sun公司開發了無線傳感器網絡自動灑水系統，傳感器感應土壤的水分，并在設定條件下與接收器通信，控制灌溉系統的閥門打開、關閉，從而達到自動節水灌溉的目的。本專利技術根據以上論述，在綜合前人工作的基礎上，提出了基于作物生長模型的傳感器結點控制技術并且通過建立實驗模型，采用無線傳感器網絡達到實時監控，實時處理的任務。
技術實現思路
本專利技術的目的是對設施農業傳感器網絡各種節點(主控端節點，中繼節點，感知節點)的控制做出實際的解決方法，并且基于該方法建立實驗模型來檢驗本專利技術的實際工作效果。本專利技術的基礎是基于農作物生長的設施農業傳感器網絡。設施農業傳感器網絡本專利技術中采用的是星型拓撲結構，如附圖說明圖1所示。圖中矩形方框表示一個大棚模型。尺寸為(lm*2m)。3個終端節點布置其中，分別攜帶溫度、濕度、光照、二氧化碳以及土壤濕度傳感器，實時的獲取環境參數，通過匯聚節點轉送到監控中心，供管理員查看。管理員可以手動或者通過程序設定預值來控制環境。例如當土壤濕度傳感器探測到土壤較干燥時，可以通過控制芯片發出信號來打開滴灌設備的閥門，灌溉多長時間，需要根據土壤的干燥程度和作物的生長環境來調節。下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細描述。一、系統主要模塊功能下面分模塊的具體說明本專利技術的內容。本專利技術可以分為控制端節點(匯點)控制、終端節點控制和感知節點控制三個方面。①于采用星型拓撲結構網絡，所以控制端節點(匯點)在本專利技術中只有一個，通過串口(RS-232)與PC機連接，其主要功能有 (I)始終處于監聽狀態，當監聽到終端節點的信號時通過串口發給PC機。(2)接收到PC機的命令，并且轉發給終端節點。 ②終端節點本專利技術中有三個，可根據實際應用的需要添加，其主要功能有 (I)接收來自控制端節點的信號，發出控制信號給感知節點，達到傳輸信號目的。(2)當需要獲得傳感器的數據，如土壤溫濕度等信息，終端節點從感知端獲得到并且通過無線信道發送給控制端節點。(3)當接收到控制端節點的命令時，可以打開繼電器，這樣與繼電器相連接的閥門等設備就處于導通狀態達到各種控制目的。終端節點操作流程圖如圖2所示。③感知端節點主要是一些傳感器，它們可以通過接口如I2C直接與終端控制節點的微控制單元(MCU)相連。當某些環境參數超過預定值時，自動報警，并向信息感知節點發出控制信號，感知節點收到控制信號后，將命令傳送給與它連接的控制芯片。無線環境監測網絡的主要功能就是為設施農業信息控制提供通訊載體。通訊頻率2.4Ghz。整個網絡由5個無線節點(0-4)構成。0號節點為主控節點。I號節點為匯聚節點。2、3、4、分別是3個信息感知節點。分別攜帶溫濕度、光照、二氧化碳和土壤濕度傳感器，并實時的將這些數據發送到I號匯聚節點，繼而發送到0號主控節點。主控節點通過RS232串口與計算機連接。PC機軟件對接收到的數據包進行有效性檢查、存儲等一系列操作，實時顯示監測區域的環境參數。農業信息獲取以及設備的控制主要是通過一塊集成芯片。片上系統主要靠MCU控制與協調。集成4種傳感器，通過命令將獲取的數據保存在MCU的存儲器中。通過RS232接口，可以將這些數據傳送給無線通訊節點，繼而通過無線信號發射到上位機。繼電器的作用主要是用來控制滴灌設備，當控制芯片接收到打開水閥的命令時，就會通過繼電器來控制一個電磁閥的開關，達到控制灌溉的目的。數字電位器的作用主要是用來控制燈光和風扇。由于這兩個設備不能是簡單的開關，需要根據環境適當的調整燈光的明暗和風扇的轉速。數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。達到控制燈光和風扇的功能。二、系統硬件控制部分 系統的硬件結構主要包括3個方面。無線通信節點的硬件設計、控制芯片的硬件設計、模型的架構。無線通信節點通信節點的硬件有以下幾個主要部分組成FREESCALE公司MC13213控制芯片、信號放大器、天線、串口通信模塊等。無線傳感器通信模塊圖如圖2所示。其通信節點如圖3所示，控制芯片用來控制和協調整個片上系統，信號放大器將控制芯片輸出的信息放大轉化通過射頻天線發射出去，串口通信模塊用來連接輻射傳感器與上位機。控制芯片就是一個簡單的51單片機系統，結構圖如圖3所示。主要分為MCU控制芯片(51芯片)、RS232通信口(與無線通信節點相連)、傳感器、控制器件(繼電器、數字電位器)。表I是控制芯片中各種電子元器件的型號及描述。權利要求1.一種基于作物生長模型的設施農業傳感器節點控制方法，以及該方法的具體實施。2.硬件上主要有無線通信節點、控制感知芯片和物理模型組成。3.軟件上主要有控制感知芯片嵌入式程序以及無線節點自組網程序。4.其中無線通信節點，其中主控芯片為Freescale生產的MC13213，配合外圍電路(RS232電平轉換、射頻模塊)。5.按照權利要求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，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字電位器。6.無線節點自組網程序，其特征在于設計了適合無線傳感器網絡的動態路由路由，可以更好的適合無線傳感器網絡，在微型傳感器系統中可以很好的正常工作，提高了網絡性倉泛。全文摘要基于作物生長模型的設施農業傳感器節點控制技術，是涉及設施農業中傳感器節點的關鍵控制方法，以及該控制方法的具體操作。本專利技術的目的是對設施農業傳感器各種節點(主控端節點，中繼節點，感知節點)的控制做出實際的解決方法。本專利技術主要包括三個基本模塊控制端節點(匯點)控制、終端節點控制和感知節點控制，這三種不同用途的節點操作方法的可行性好，過程簡單，在基于作物生長模型的設施農業方面具有廣闊的應用前景。文檔編號A01G9/00GK103002596SQ20111028174公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月14日 優先權日2011年9月14日專利技術者曹宏鑫, 楊余旺, 葛道闊, 黃西川, 劉巖, 陳本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于作物生長模型的設施農業傳感器節點控制方法，以及該方法的具體實施。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：曹宏鑫，楊余旺，葛道闊，黃西川，劉巖，陳超，趙煒，田磊，劉利，張智優，陳煜利，
申請(專利權)人：江蘇省農業科學院，南京理工大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。