一种多功能温室种植智能监控系统
阅读：66发布：2022-10-01
专利汇可以提供一种多功能温室种植智能监控系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种多功能 温室 种植智能 监控系统 ，包括用于实时检测温室中环境参数的 传感器 系统，用于实现控制系统、 传感器系统 和执行设备系统之间数据通讯的无线网络传输系统，用于对所述环境参数进行分析处理的控制系统，用于执行所述控制系统发出的控制指令的执行设备系统。本发明还可以通过上位机实现远程的监控和 数据处理 功能，保证温室环境处于最佳状态。本发明具有远程 访问 与控制功能，使整个温室的环境监测系统一体化、自动化，从而实现了对温室种植过程的智能控制。，下面是一种多功能温室种植智能监控系统专利的具体信息内容。
1.一种多功能温室种植智能监控系统，其特征在于：包括
一用于实时检测温室中环境参数的传感器系统；
一用于实现控制系统、传感器系统和执行设备系统之间数据通讯的的无线网络传输系统；
一用于对所述环境参数进行分析处理的控制系统；
一用于执行所述控制系统发出的控制指令的执行设备系统；
以及一用于存储、记录、显示上述设备运行状况的远程客户端。
2.根据权利要求1所述的多功能温室种植智能监控系统，其特征在于：所述传感器系统通过通讯电路与控制系统通讯连接，其包括空气温湿度传感器、土壤湿度传感器、光敏传感器、有害气体传感器、人体红外传感器。
3.根据权利要求1所述的多功能温室种植智能监控系统，其特征在于：所述无线网络传输系包括Zigbee和GPRS模块；Zigbee模块用于实现传感器系统与控制系统的数据通讯，GPRS模块用于实现控制系统与远程客户端通讯。
4.根据权利要求1所述的多功能温室种植智能监控系统，其特征在于：所述控制系统通过继电器模块连接控制执行设备系统。
5.根据权利要求1所述的多功能温室种植智能监控系统，其特征在于：所述执行设备系统包括蜂鸣器、抽水泵、通风机和卷帘。
6.根据权利要求1所述的多功能温室种植智能监控系统，其特征在于：所述远程客户端包括用于数据存储、记录、显示的数据库系统。
7.根据权利要求1所述的多功能温室种植智能监控系统，其特征在于：所述传感器系统、无线网络传输系统、控制系统和执行设备系统具有可更换的电源组件。
8.一种多功能温室种植智能监控方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)安装于温室中的传感器系统实时检测温室中的各项环境参数，并将获取到的环境参数通过Zigbee模块发送至控制系统；
2)实时控制系统接收到上述环境参数后，对环境参数进行分析和处理，并将控制指令反馈至执行设备系统的继电器，打开或关闭对应的设备；
3)上述各项环境参数和处理过程中的数据，发送并存储于远程客户端的数据库系统内，以供调用。
一种多功能温室种植智能监控系统
技术领域
背景技术
[0002] 我国的农业种植正在从粗放模式向现代化、智能化模式转变，其中，温室种植中的环境参数调节成为现代化温室种植中最为关键的一环。在以往的温室环境监控中通常采用手工检测和记录，环境监控的随机性大，不能根据环境的变化做出及时、有效的反应，容易对大事故漏报、错报，从而造成农作物大面积死亡或病害发生。
[0003] 随着自动化技术的发展，温室参数的自动监控技术得到了发展和应用，其中，RS485和CAN总线方式与下位机相连实现监控的系统较常见，但存在布线麻烦、成本高、维护量大的缺点。随着无线通信技术的发展，无线监控方式也越来越多地应用于种植环境监控中，可利用Zigbee、GPRS等无线方式实现数据采集，通常采用PC作为监控终端，但是由于其成本高、监控方式单一，不宜在农户中推广。农业领域逐步引入物联网技术实现智能化远程监控和服务，该技术在现代农业中将发挥重要作用。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种多功能温室种植智能监控系统，以解决现有技术中存在的问题。
[0005] 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
[0006] 一种多功能温室种植智能监控系统，包括
[0009] 一用于对所述环境参数进行分析处理的控制系统；
[0010] 一用于执行所述控制系统发出的控制指令的执行设备系统；
[0011] 以及一用于存储、记录、显示上述设备运行状况的远程客户端。
[0013] 进一步的，所述无线网络传输系包括Zigbee和GPRS模块；Zigbee模块用于实现传感器系统与控制系统的数据通讯，GPRS模块用于实现控制系统与远程客户端通讯。
[0014] 进一步的，所述控制系统通过继电器模块连接控制执行设备系统。
[0016] 进一步的，所述远程客户端包括用于数据存储、记录、显示的数据库系统。
[0017] 进一步的，所述传感器系统、无线网络传输系统、控制系统和执行设备系统具有可更换的电源组件。
[0018] 一种多功能温室种植智能监控方法，包括如下步骤：
[0019] 1)安装于温室中的传感器系统实时检测温室中的各项环境参数，并将获取到的环境参数通过Zigbee模块发送至控制系统；
[0020] 2)实时控制系统接收到上述环境参数后，对环境参数进行分析和处理，并将控制指令反馈至执行设备系统的继电器，打开或关闭对应的设备；
[0021] 3)上述各项环境参数和处理过程中的数据，发送并存储于远程客户端的数据库系统内，以供调用。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0023] 将物联网技术应用于温室种植环境自动监控中，采用服务器模式，通过传感器系统实时监测温室环境状况，可有效解决农户不便监控、成本高的问题，实现随时随地的种植监控；同时根据种植数据库指导进行温室种植环境自动化控制，实现智能化温室种植。附图说明
[0024] 图1为本发明中实施方式的系统结构示意图。
[0025] 图2为传感器系统及执行设备系统结构示意图。
[0026] 图3为控制系统结构示意图。
[0027] 图4为上位机程序设计图。
[0028] 图5为上位机结构功能图。
[0029] 图6为电源电路设计图。
[0030] 图7为系统电路原理图。
[0031] 图8为系统试验测试结果图。
具体实施方式
[0032] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0033] 本发明主要研究的是一种多功能温室种植智能监控系统。如图1所示，系统主要包括传感器系统、执行设备系统、无线网络通讯系统、控制系统、上位机等远程监控终端五个模块。传感器系统检测温室种植环境中各项参数信息；通过无线网络通讯系统对检测到的数据进行传输；控制系统(协调器)分析处理显示相应数据，并调节执行设备系统内各设备的开关，从而对温室种植环境中各项因素进行控制；上位机监控终端包含上位机监控界面及温室种植数据库，可存储系统各项数据，并调用相应数据库内容实现对系统的实时智能监控。
[0035] 本发明中，设有通风机、抽水泵、卷帘、蜂鸣器等环境执行设备，与继电器模块连接，控制系统通过分析处理传感器系统检测的数据，控制相应执行设备的启停工作。
[0036] 本发明中，各传感器节点均采用无线方式，省去布线麻烦的工作，各传感器终端可任意放置。
[0037] 本发明中，控制中心采用增强型单片机CC2530作为核心处理器，通过接收传感器系统对温室种植过程中的环境参数检测数据，对数据进行分析处理，通过LCD12864液晶屏显示环境参数，并将控制指令传送给执行设备终端，实现调节温室种植环境的效果。另外，控制系统通过GPRS无线传输技术将检测数据传送到远程监控终端。
[0039] 本发明中，执行设备系统采用上位机远程控制与自动调节相结合的方法，自动调节是通过设定不同农作物最佳种植环境参数值，根据检测到的数据自动调节到最优种植状态，能够实现对土壤湿度、光照强度、氧气二氧化碳浓度等种植条件的控制，实现系统的智能化。同时可在上位机等远程监控终端观察并调节相应执行设备的启停工作。
[0040] 本发明中，所述的无限传输部分采用GPRS和Zigbee模块。通过Zigbee模块实现传感器系统与控制系统的近距离数据传输，通过GPRS模块实现控制系统与远程监控终端远距离数据通讯。
[0042] 本发明中，所述的系统包括供电模块，即可通过电池组供电，又可通过5v电源适配器供电。
[0043] 本发明的系统各部分描述如下。
[0044] (1)传感器系统及执行设备系统：本系统通过选择基于Zigbee无线传感技术在农作物温室种植环境下布置大量的检测节点和继电器控制节点，分别完成对空气温湿度、土壤湿度、光照强度、有害污染气体、外来人员入侵等温室种植环境参数的采集和对抽水泵、卷帘、通风机、报警器等执行设备的控制。在本系统中，该部分结构示意图如图2所示。传感器系统采用CC2530芯片作为Zigbee技术的片上解决方案，建立农作物温室种植监测现场的无线传感网络。
[0045] 本系统在传感器选型方面，考虑到传感器的性能在本发明中起着很大的作用，它直接影响到了所采集数据的精准度，实用度和完善度，因此空气温湿度、土壤湿度、光照强度、有害污染气体、外来人员入侵检测选择采用带有Zigbee无线传输功能的传感器模块。
[0046] 空气温湿度采用DHT11数字式温湿度传感器，该传感器的突出特点是：可靠性高，稳定性强，响应快、价格便宜。主要由一个感湿原件和一个NTC测温原件组成。测量范围：湿度20-90％RH，温度0～50℃。测量精度：湿度+-5％RH温度+-2℃。分辨率:湿度1％RH，温度1℃。
[0047] 土壤湿度检测采用土壤湿度传感器，主要根据土壤中存在许多矿物质离子，然而这些离子很容易溶解在水中，土壤湿度检测利用这些矿物质离子，通过电机两端的导电性的强弱也就是两端电压的大小来判断土壤湿度的大小。该传感器可直接数字量输出高低电平信号，方便操作。
[0048] 光照强度采用光敏传感器，由光敏电阻和滑动变阻器组成，光敏电阻常用一些特殊的材料来制作。这些材料的共同点是在特定波长的光照条件下，其电阻阻值快速变小的特性。滑动变阻器的作用主要是用来设定光敏传感器的阈值，根据需要不同光照强度，系统可设定不同的阈值。当光敏电阻检测到光照时线路导通信号采集节点的电平信号发生变化，从而实现光照强度的检测。该传感器可直接数字量输出高低电平信号，方便操作。
[0049] 有害污染气体采用烟雾传感器。通过检测烟雾的浓度，来实现报警或火灾防范的。本发明采用气敏式烟雾传感器MQ-2，所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种有害气体，可直接数字量输出高低电平信号，方便操作，符合设计要求。
[0050] 外来人员入侵检测采用热释电红外传感器，主要是利用高热电系数的材料来制作的，主要材料有硫酸三甘钛、钽酸锂、锆钛酸铅系陶瓷，利用它们来制作成非常微小的毫米级别探测原件，每个探测器大多数装有两个反极性串联的探测原件，这样连接主要是用于抑制因工作时本身温度升高带来的干扰。由于红外线副射的距离不是特别远，因此接受收到的电压转变信号很小，为了使探测器的性能更好，探测的距离更远，因此经过许多专业人士的研究安装了一个菲涅尔透镜来改变转换电压小的弊端，透镜主要是用白色的透明塑料组成，最后变成一种具有特殊功能的透镜，在把它连接到放大电路中，信号可以被放大60分贝到70分贝，这样很大范围内的人的行动都可以被探测，功能变得很强大。红外热释电传感器正常工作时，检测到有人时输出端口输出一个高电平信号，方便操作。
[0051] (2)控制系统：监控主机是控制系统的核心，本发明监控主机包括CC2530协调器、液晶屏及电源，完成温室环境检测数据的接收、处理、显示、无线发送和控制数据的无线下载。CC2530作为Zigbee协调器完成无线接收、发送检测及控制信息，并通过标准串口传送给微处理器单片机。其硬件系统结构如图3所示。
[0052] 本系统设计采用CC2530作为Zigbee技术的片上解决方案，建立温室监测现场的无线传感器网络，实现监控数据的接收、处理显示和发送的功能。CC2530芯片内部集成一个高性能兼容IEEE802.15.4无线局域网标准的2.4GHz DSSS射频收发器核心和一个增强型的8051控制器。它具备2个支持多种串行通信协议的串口、8路输入的12位转换器、5通道DMA、电池监视器以及温度传感器等丰富的外设资源，使得硬件更为节省、性能更为稳定。
[0053] 本系统显示部分采用液晶显示屏LCD12864，液晶显示屏主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面，不同的显示屏幕有不同的命名方法，LCD12864可以显示8×4行16×16点阵的字符，而且能显示中文字符，由于本发明仅需显示温室种植相关参数，选择英文显示方式即可。
[0054] (3)无线传输网络系统：本发明无线传输网络系统采用Zigbee和GPRS无线通讯技术。
[0055] Zigbee部分实现传感器系统与控制系统近距离数据通讯功能。Zigbee是一种近距离、低功耗、低成本并具备高可靠性的双向无线通信技术，且媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。基于Zigbee的无线传感网络通过部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点，形成一个多跳的自组织网络，具有省电、节点安装灵活方便、覆盖范围大、传输可靠等特点。可见，Zigbee无线传感网络适合温室种植远程监控的需求。
[0056] Zigbee网络节点分为协调器、路由器和终端节点。由于温室种植监控系统节点数目较少，区域较小，因此本发明采用星型网络组建Zigbee无线传感网络，节点仅有协调器和终端节点。其中协调器节点负责建立、维护网络，并控制终端节点加入网络，同时承担整个无线传感网络数据的汇总与处理，包括对无线数据的接收、解码及发送。终端节点包括检测节点完成检测数据的发送；继电控制器节点完成控制信息的接收。这类节点可以随时加入和退出无线传感网络。
[0057] GPRS部分实现控制系统与远程监控终端的通讯功能，GPRS网络是分组无线业务，它采用分组交换技术，具有网络速度快、实时性好、传输距离远、可以和Internet互联等优点。本系统通过构建GPRS网络，与用户服务器终端相连，可以实现数据的快速、实时及长距离的传输。
[0058] (4)上位机等远程监控终端：本发明采用LABVIEW软件设计上位机监控界面，主要是用来接收串口传输来的数据，把数据分离处理显示。通过了解上位机的编程语言，选择上位机的基本框架，由简单到复杂，一层层叠加，完成最终的设计，上位机设计的部分流程图如图4所示。此外本发明基于Microsoft SQLServer 2008建立数据库，可存储、发布监测数据，内容包括多种农作物种植条件和方法。为方便用户随时随地监控农作物种植环境，获取相关农作物种植信息，上位机等远程监控终端主要包括系统登录、参数配置、环境监控、远程控制、温室种植数据库等功能。上位机功能结构图如图5所示。
[0059] 系统登录：为了保证系统访问安全，上位机软件通过用户账户和数字签名进行登录验证，只有通过验证的用户才能进行系统访问。
[0061] 环境监控：实现电脑远程及时查看展示各类监控参数的当前数值，对数据异常及时调控处理，同时提供相应报警信息，使种植户能及时掌握温室种植现场状况。
[0062] 远程控制：实现通风机、抽水泵、卷帘等设备的远程启停控制，以及这些设备的运行状态显示。为保证设备控制的安全可靠，所有的控制操作均需签名验证，操作指令需两次确认。
[0063] 温室种植数据库：电脑客户端实现对农作物相关种植文档的检索、浏览、查看功能，实现客户端数据库与后台网络数据的同步更新。
[0064] (5)供电系统：本发明的供电由5v电源适配器供电，由于CC2530单片机需要3.3v供电，故要采取5v降压处理，所述的电源模块电路图如图6所示。由于传感器系统的设计自身带有电池槽，且电压为3.7V，电量为650mA，所以给传感器系统配备3.7V的可充电铝电池。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种对开三门冰箱的风路系统 | 2020-05-08 | 944 |
| 负载型催化剂前体及其制备方法以及α-烯烃的生产方法 | 2020-05-11 | 555 |
| 一种venlo型温室环境的高分辨率降阶建模方法 | 2020-05-08 | 538 |
| 一种防治番茄黄化曲叶病毒的方法 | 2020-05-11 | 447 |
| 一种新能源利用重量自动控制车载空调换气装置 | 2020-05-08 | 478 |
| 一种以水为制冷剂的新型环保冷暖机 | 2020-05-08 | 741 |
| 一种包装膜制备专用废气回收装置 | 2020-05-08 | 537 |
| 一种小胡杨良种的温室调控系统 | 2020-05-08 | 286 |
| 用于温室大棚移动苗床的改进型组合式育苗托盘 | 2020-05-08 | 528 |
| 一种温室大棚智能温控系统 | 2020-05-08 | 564 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
温室热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈