技术领域
[0001] 本
发明涉及
物联网技术领域，具体是一种可控环境农业评估优化装置。
背景技术
[0002] 设施农业，是在环境相对可控条件下，采用工程技术手段，进行动
植物高效生产的一种现代农业方式。设施农业涵盖设施种植、设施养殖和设施食用菌等。
[0003] 在国际的称谓上，欧洲、日本等通常使用“设施农业(Protected Agriculture)”这一概念，美国等通常使用“可控环境农业(Controlled Environmental Agriculture)”一词。
[0004] 目前我国已基本实现了各个行业的自动化控制替代了大量的人
力,将人很好的解放出来,但是农业的自动化还是实现的不好,我国是农业大国,但农场经济很少,大多都是小农户,这样使得农业自动化更难实现。目前市场上农业环境的监测系统比较单一，多数为单一环境参数监控。不能全面的采集农业环境参数。对于环境的控制局限于常见的温湿度等参数。对于
土壤的温湿度及酸
碱度的控制方面欠缺。而土壤温湿度及酸碱度对于作物的生长具有至关重要的作用。
现有技术只是做了环境部分参数的采集，对采集的数据只是做了传统意义上的简单上下
阈值的判断。
农作物的最佳生长环境是随着时间逐渐变化的，但在作物生长环境的动态掌控已有技术未能达到最佳效果。
发明内容
[0005] 为解决上述问题，本发明提供了一种可控环境农业评估优化装置，实现了对农业生长环境的动态掌控，以时间间隔为单位动态采集与调控
指定作物至最佳生长环境。针对不同作物对环境参数进行划分，以空气、土壤、
水质、光照为四大前提进行多方位参数采集评估。针对当前环境进行不同的资源调控，可有效保证资源的合理配置及农业环境的采集预估分析。通过构建专家
知识库，进行合理化的评估并给出资源分配的建议从而达到经济与生态环境的最优化，实现
能源的最大化利用，极大的提高了工作效率和环境数据的实时掌控，资源的合理配置利用。
[0006] 为达到以上目的，本发明可以通过以下技术方案实现：
[0007] 一种可控环境农业评估优化装置，包括环境可控装置和评估优化装置，所述环境可控装置包括CPU模
块、
数据采集模块、
无线通信模块、控
制模块、系统时钟模块、
液晶显示模块和电源模块，所述各个模块均与所述CPU模块连接；所述评估优化装置包括PC上位机，所述环境可控装置将检测到的环境数据通过RS485串口通信传输至PC上位机，对环境指标进行评估并优化处理；PC上位机通过远程同步实时将环境参数同步至WEB
云服务平台并反馈至手机终端；所述CPU模块选用STM32L431。
[0008] 进一步的，所述无线通信模块采用SI4432，SI4432的VDD接3.3V电源，SD0引脚接SPI1的MOSI，SDI引脚接SPI1的MISO，SCLK引脚接SPI1的SCLK。
[0009] 进一步的，所述数据串口通信模块采用MAX485芯片，MAX485芯片的引脚VCC接5V电源，引脚GND接地，TI引脚接CPU的TXD1引脚，SE和RE级联连接485DIR控制引脚，RO接CPU的RXD1引脚，A和B引脚与阻值大小为25欧姆的
电阻相连，与后级
电路构成标准的485通信
接口。
[0010] 进一步的，所述LCD显示模块选用LCD12864，其VCC和GND分别接电路的5V和GND，在VO引脚挂接一个滑动变阻器调节LCD液晶屏的
亮度，在VCC与GND之间挂接一个104电容实现均衡滤波；RS与RE分别接CPU的普通IO引脚实现对液晶的控制显示；其RW接地，对于LCD而言是写数据，DB0-DB7顺次连接CPU的PB0-PB7的I/O；BL+与BL-表示
背光的正电源与负电源依次接5V与GND。
[0011] 进一步的，数据存储模块24CL64的SCL引脚接CPU的PB10，SDA引脚接CPU的PB11，通过IIC协议对数据进行读写控制；VDD接3.3V，GND接电路的地，在SCL与SDA引脚分别挂接一个上拉电阻。
[0012] 进一步的，所述声光报警模块BUZZ接CPU的PB12，LED接CPU的PB13，通过对
二极管的通断控制实现对蜂鸣器与LED的控制。
[0013] 进一步的，所述可控环境农业评估优化装置设置在大棚
生态系统中，在所述大棚生态系统中引入土培植物、
水培植物以及鱼类，三者和可控环境农业评估优化装置形成一个互利共生的生态循环。
[0014] 进一步的，所述数据采集模块包括空气参数
监控系统，包括MQ-135、MQ-2、MQ-5、MQ-7、DHT11、GP2Y1014AU0F
传感器。
[0015] 进一步的，所述数据采集模块包括水质参数监控系统，包括E-201-C、XKC-Y25-MC、电导率传感器、水温传感器、
浊度传感器、溶
氧量传感器。
[0016] 进一步的，所述数据采集模块包括土壤参数监控系统，包括酸碱度传感器，土壤温
湿度传感器。
[0017] 与现有技术相比，本发明的优点是：
[0018] 1、本装置包含了四大监测功能，可通过对空气、水、土壤、光照的参数采集及分析预估，实现整个“生态系统”的监测；环境可控装置采集到的数据自动汇总并传输到上位机，与最优数据对比分析，进而得到系统内动植物生长状态曲线，通过构建的专家知识库，从而更为合理的改变人工生态环境的组成成分，优化环境使系统效益最大化，减少农业中产生的各种污染(
农药、化肥等)。
[0019] 2、本装置可实现分类采集：本发明可通过设备装置同时监测多种环境参数，采用无线自组网的方式实现多
节点的同时掌控；可有效的将当前
温室环境参数实时掌控，便于预估处理。
[0020] 3、本装置可实现预估处理：本发明可通过研发的PC上位机对前端采集的数据进行分析，将控制命令传输给下位机自动控制装置，进行自动控制；同时用户手机也可收到来自各传感器的数据；因此，用户可以根据当前的数据实况，通过手机APP发送控制命令进行半自动控制。
[0021] 4、本装置可实现优化决策：本发明可通过研发的PC上位机实现进行数据分析之后，将结果通过短信的形式发送到用户手机或上传至WEB云服务平台，实现评估功能；提醒用户作物的实时生长状态，对分析后的各组数据再次进行比较分析，与理论实际值作对比，得到更为优化的参数，用户在下次种植过程中对生态系统内部结构进行调整以得到最大的经济效益，实现优化功能。
[0022] 本发明与现有技术相比较，本发明的可控环境农业评估优化装置，将物联网与智能控制技术相结合，实现多分类采集、专家知识的评估优化处理，从而达到资源的最大化利用，经济效益的最大化。为可控环境农业提供有力的发挥空间。
附图说明
[0023] 图1为本发明
实施例提供的一种可控环境农业评估优化装置及方法整体实现
框图；
[0024] 图2为图1中无线模块的电路连接图；
[0025] 图3为图1中RS485串口通信模块的电路连接图；
[0026] 图4为图1中液晶显示模块的电路连接图；
[0027] 图5为图1中存储模块的电路连接图；
[0028] 图6为图1中声光报警模块的电路连接图；
[0029] 图7为图1中评估优化系统
软件设计框图；
[0030] 图8为图1中评估优化系统的空气参数监控设计架构图；
[0031] 图9为图1中评估优化系统的水质参数监控设计架构图；
[0032] 图10为图1中评估优化系统的土壤参数监控设计架构图。
具体实施方式
[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 参照图1，本发明实施例中提供了一种可控环境农业评估优化装置，旨在改善资源的最大化利用，极大的提高了工作效率。该装置由可控环境农业采集装置、PC上位机软件优化装置、WEB云服务平台、手机APP等一整套完备的服务装置。
[0035] 本实例中说的“生态系统”，是指
温室大棚的小型生长环境。
[0036] 本发明设计的一种可控环境农业评估优化装置主要实现对“生态系统”的监测、预估、优化。以保障控制与预估优化为一体的农业管理。主要包括可控环境农业分类采集装置、预估处理装置、优化决策装置组成。
[0037] 所述的可控环境农业采集装置主要通过图1中的CPU模块作为可控环境农业评估优化装置的环境参数监控采集主控器，选用STM32L431作为CPU模块的核心，STM32L431低功耗、运行速率方面的突出优势也提高了
数据处理速度，提高了整个系统的传输速率。同时可嵌入多任务管理机制的小型轻量级RT-Thread物联网
操作系统，承担“采集”+“通信”+“显示”+“低功耗”等几大任务，实现整个系统安全稳定地运行。通过图1中的拨码
开关为各个节点设定ID，实现各节点的编码功能，监测节点主要针对不同应用领域有不同的传感器及连接方式。
[0038] 参考图2，所述无线通信模块采用SI4432，SI4432的VDD接3.3V电源，SD0引脚接SPI1的MOSI，SDI引脚接SPI1的MISO，SCLK引脚接SPI1的SCLK。通过SPI1配置SI4432模块实现各个节点与协调器之间的正常通信；
[0039] 参照图3，所述数据串口通信模块采用MAX485芯片，MAX485芯片的引脚VCC接5V电源，引脚GND接地，TI引脚接CPU的TXD1引脚，SE和RE级联连接485DIR控制引脚，RO接CPU的RXD1引脚，A和B引脚与阻值大小为25欧姆的电阻相连，与后级电路构成标准的485
通信接口。实现监测数据与PC上位机软件的数据交互；
[0040] 参照图4，所述LCD显示模块实现LCD12864能够占据更少的I/O端口，其中VCC和GND分别接电路的5V和GND，在VO引脚挂接一个滑动变阻器调节LCD液晶屏的亮度，在VCC与GND之间挂接一个104电容实现均衡滤波。RS与RE分别接CPU的普通IO引脚实现对液晶的控制显示。其中RW接地，对于LCD而言是写数据，DB0-DB7顺次连接CPU的PB0-PB7的I/O。BL+与BL-表示背光的正电源与负电源依次接5V与GND；
[0041] 参照图5，数据存储模块24CL64的SCL引脚接CPU的PB10，SDA引脚接CPU的PB11，通过IIC协议对数据进行读写控制。VDD接3.3V，GND接电路的地，在SCL与SDA引脚分别挂接一个上拉电阻，便于将电平拉高；主要用于报警阈值等相关参数；
[0042] 参照图6，所述声光报警模块BUZZ接CPU的PB12，LED接CPU的PB13，通过对二极管的通断控制实现对蜂鸣器与LED的控制；
[0043] 参照图7，所述一种可控环境农业评估优化装置及方法的软件设计：首先是通过各个传感器进行数据的采集，将采集到的数据通过无线收发模块传递给上位机，同时通过LCD显示屏进行显示，上位机对数据进行分析，将控制命令传输给下位机自动控制系统，进行自动控制，用户手机也可收到来自各传感器的数据，因此，用户可以根据数据的情况通过手机APP发送控制命令进行半自动控制。进行数据分析之后，将通过短信的形式发送到用户手机，实现评估功能，提醒用户作物的生长状态，对分析后的各组数据再次进行比较分析，与理论实际值作对比就可得到更为优化的参数，用户在下次种植过程中对生态环境内部结构进行调整以得到最大的经济效益；
[0044] 参照图8，所述可控环境农业评估优化装置的空气参数监控设计架构：大棚内部空气环境的所有数据，由MQ-135、MQ-2、MQ-5、MQ-7、DHT11、GP2Y1014AU0F等传感器采集大棚内部环境的数据，传输到系统主机，系统经过分析处理后将
信号传输至上位机然后控制相关设备做出相应措施，并且将数据保存来进行评估、优化功能。通过这一套系统让大棚内部环境的各项参数都达到种植者想要的数据；
[0045] 参照图9，所述可控环境农业评估优化装置的水质参数监控设计架构：要求水要进行循环使用，系统中养殖鱼，带有鱼粪的池水接着被引用
灌溉蔬菜，之后的
废水净化后再用来养鱼。那么在废水净化环节和开始的水养殖就要需要E-201-C、XKC-Y25-MC、电导率传感器、水温传感器、浊度传感器、溶氧量传感器等来测量水中各种参数的数据，然后发送到装置CPU，CPU分析处理后将
信号传输至上位机然后控制相关设备做出相应措施，并且将数据保存来进行评估、优化功能；
[0046] 参照图10，所述可控环境农业评估优化装置的土壤参数监控设计架构：土壤检测模块中，采用酸碱度传感器，土壤温湿度传感器等来对土壤各种参数进行数据采集，然后传输装置CPU，CPU分析处理后将信号传输至上位机然后控制相关设备做出相应措施，并且将数据保存来进行评估、优化功能。
[0047] 通过实验测试，极大的提高了农业工作人员的工作效率和环境数据的实时掌控，为实现设备的自动调控，保证为农业工作人员提供便捷人性化数据服务，保障农作物良好适宜的生长环境，达到增产增收、提高品质提供了可行性
基础范例。
[0048] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些
修改和变型属于本发明
权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
