技术领域
[0001] 本
发明涉及温室控制领域。具体为一种基于物联网的温室智能控制系统。
背景技术
[0002] 农业信息化和智能化已经成为当前中国新农村建设的主要建设内容和重点扶持项目。温室智能控制系统主要由作物环境监测设备、温室控制设备、控制单元、控制
软件、internet等组成。传统的控
制模式采用
现场总线的方式连接数种
传感器以及温室环境调控设备，在现场通过计算机中的控制软件进行控制。但是现场总线种类繁多，互不兼容，并且结构复杂、布线困难，很难满足用户的需求。而在现场进行控制往往成本高、不利于集约化管理，给智能温室的规模化应用造成约束。物联网是物物相连的互联网，通过它可以实现温室的智能化监控和管理，通过应用物联网等现代信息技术可以实现无障碍的远程管理、精细农业，从而
加速对传统农业的改造，提高农业生产效率和生产
水平。
[0003] 公开号为CN102566558A的
专利文献公开了一种基于Android平台的物联网智能温室管理系统及其方法，包括可以通过手机、
平板电脑等移动设备控制温室管理系统，但是需要使用专用的软件和
硬件，而通过手机短信进行
访问每次只能获取或者控制单个设备，无法对整个系统进行完整的控制。
[0004] 专利号为CN102307222A的专利文献公开了一种基于嵌入式网关的物联网温室控制系统，将作物生长环境监测单元和控制设备与嵌入式网关连接，再经过交换机连接互联网实现远程访问。由于物联网网关由嵌入式硬件模
块来完成，而规模化的温室监测以及控制的点数非常多，大量的硬件模块容易造成系统性价比过低，同时不利于系统维护。且独立的硬件网关无法完成控制功能和数据报表功能。
[0005] 另外，目前通过物联网方式远程对温室进行监测和控制时，在多种异构网络的融合、远程接入手段方面受到一些限制。例如在多网融合实现方法上容易出现成本过高，结构复杂，可移植性差的情况，或者物联网网络层通道建立的
门槛较高。
发明内容
[0006] 本发明解决的技术问题在于克服现有的温室智能控制系统要么需要使用专用的软件和硬件，要么成本高、不利于维护、可移植性差的缺点，提供一种不需要专用的软件和硬件、且成本低、易于维护的基于物联网的温室智能控制系统。
[0007] 本发明的基于物联网的温室智能控制系统包括：
[0008] 本地
服务器，运行web服务器、温室智能
控制模块和
中间层；
[0009] 远程浏览器，可通过网络访问所述本地服务器；
[0010] 检测设备，用于检测温室的环境参数；
[0011] 执行设备，用于执行所述本地服务器的控制指令；
[0012] 传输模块，与所述执行设备及检测设备通讯以接收所述执行设备和检测设备的数据并对接收的数据进行传输；
[0013] 控制模块，与所述本地服务器和所述传输模块通讯以将自所述传输模块接收的数据发送至所述本地服务器并将所述本地服务器的控制指令通过传输模块发送至所述执行设备和检测设备；
[0014] 所述中间层与所述WEB服务器为控制模块和传输模块构成的子网络赋予IP地址以建立网络通道，所述中间层还对所述本地服务器接收到的数据进行解析、识别数据对应的模块和数据类型，经过平滑和外部DLL调用后，重新打包并写入所述本地服务器的
数据库，并当使用者通过远程浏览器下达控制指令时解析指令并重新打包发送给所述控制模块；
[0015] 所述温室智能控制模块在远程浏览器的操作下展示所述温室的环境参数和所述检测设备及执行设备的状态，并下发控制指令。
[0016] 作为优选，所述控制模块包括：
[0017] Zigbee无线收发模块，接收和发送所述执行设备和检测设备的数据及所述本地服务器的控制指令；
[0018] 双路RS-485串行通讯驱动
电路，其中一路RS-485串行通讯驱动电路与所述本地服务器连接，另一路RS-485串行通讯驱动电路与所述传输模块连接以接收和发送所述执行设备和检测设备的数据及所述本地服务器的控制指令；
[0019]
单片机系统，控制所述Zigbee无线收发模块及所述双路RS-485串行通讯驱动电路，并建立收发机制确保数据和传输状态正确；
[0020]
液晶显示驱动电路，连接有液晶屏以将数据显示在所述液晶屏上；
[0021] 编号设置电路，确定所述控制模块的地址；
[0022] 稳压供电电路，对所述控制模块供电。
[0023] 作为进一步优选，所述传输模块为无线模块和/或输入输出模块。
[0024] 作为进一步优选，所述无线模块包括：
[0025]
信号采集电路，与温室的多个检测设备连接以采集检测设备的数据，所采集的数据经多路模拟转换
开关输出；
[0026] Zigbee无线收发模块，通过无线信号与所述控制模块的Zigbee无线收发模块通讯，接收和发送所述执行设备和检测设备的数据及所述本地服务器的控制指令。
[0027] 单片机系统，接收所述信号采集电路输出的数据并对所接收的数据进行数字滤波，所述单片机系统还将需要发送的数据传送给所述传输模块的Zigbee无线收发模块、处理所述传输模块的Zigbee无线收发模块接收到的数据并建立收发机制以确保数据和传输状态正确；
[0028] 输出控制电路，连接多个所述执行设备的继电器
节点，可根据所述控制模块返回的控制指令驱动执行设备的开启或关闭以完成对温室环境的调控；
[0029] 稳压供电电路，对整个所述无线模块进行供电。
[0030] 作为进一步优选，所述输入输出模块包括：
[0031] 信号采集电路，与温室的多个检测设备连接以采集检测设备的信息，所采集的信息经多路模拟转换开关输出；
[0032] RS-485串行通讯驱动电路，与所述控制模块的双路RS-485串行通讯驱动电路中与所述传输模块连接的一路通讯，接收和发送所述执行设备和检测设备的数据及所述本地服务器的控制指令；
[0033] 单片机系统，接收所述信号采集电路输出的信息并对所接收的信息进行数字滤波，所述单片机系统将需要发送的数据传送给所述输入输出模块的RS-485串行通讯驱动电路、处理所述输入输出模块的RS-485串行通讯驱动电路接收到的数据并建立收发机制以确保数据和传输状态正确；
[0034] 输出控制模块，连接多个所述执行设备的继电器节点，可根据所述控制模块返回的控制指令驱动执行设备开启或关闭以完成对温室环境的调控；
[0035] 稳压供电电路，对整个所述输入输出模块进行供电。
[0036] 作为进一步优选，所述单片机系统包括：
[0037] 微控制单元，执行单片机程序指令；
[0038] 时钟芯片，为所述微控制单元提供时钟脉冲；
[0040] 电可擦可编程只读
存储器，用于存储单片机程序指令和数据；
[0041] 复位电路，实现单片机上电复位功能；
[0042] 扩展I/O接口，为单片机提供I/O接口；
[0043] 光
电隔离电路，用于提高单片机系统的抗干扰能
力。
[0044] 作为进一步优选，所述温室智能控制模块包括用来采集并显示温室的环境参数以对温室的环境进行实时监测的信息采集模块、显示温室的检测设备和执行设备的当前状态并下达控制指令的设备控制模块和可建立多种智能控制模型的管理模型配置模块。
[0045] 作为进一步优选，所述温室智能控制模块还包括提供
农作物种植的相应
种植模式的
专家系统查询模块、进行后期
数据处理的统计报表打印模块、对系统工作中的异常情况提供远程报警的报警模块和实现
软件模块划分、用户登录和权限管理的用户管理模块。
[0046] 作为进一步优选，所述检测设备包括温
湿度传感器、
土壤水分传感器、CO2传感器、光照传感器、气象传感器和水表，所述执行设备包括
风机、遮阳机、
卷帘机、
天窗、水
泵和电磁
阀。
[0047] 本发明的基于物联网的温室智能控制系统和
现有技术相比，具有以下有益效果：
[0048] （1）本发明可以让使用者通过远程访问温室智能控制系统，将物联网
感知层和应用层平滑地与互联网连接，提供标准的网络访问接口和交互协议。使用者仅需网络接口即可进行完整地操作，降低远程管理的门槛，适合温室领域的特点。其次，本发明可同时完成大范围内多个温室环境的网络化管理与监控，另外，本发明以软件中间层建立物联网网络通道，无需为大量传感器和温室设备分别配备过多硬件即可实现物联网访问，降低系统成本，便于维护。并且当需要添加新的子网络时，可以避免硬件设备的重发开发和浪费。
[0049] （2）本发明将由Zigbee无线网络、现场总线网络组成的多层网络和Internet、3G网络平滑融合在一起。Zigbee无线网络低成本、低功耗、易于组网、易于维护，特别适合温室环境使用。同时系统也提供现场总线连接方式，使用者可以根据需要和不同的条件选择架设网络，适应结构复杂多变的温室特点，完成多种网络之间数据传输的融合与协同。
附图说明
[0050] 图1为本发明的基于物联网的温室智能控制系统的一
实施例的结构示意图。
[0051] 图2为本发明的基于物联网的温室智能控制系统的控制模块与传输模块和本地服务器进行数据传输的主程序
流程图。
具体实施方式
[0052] 图1为本发明的基于物联网的温室智能控制系统的一实施例的结构示意图。如图1所示，本发明的基于物联网的温室智能控制系统包括：本地服务器、远程浏览器、检测设备、执行设备、控制模块和传输模块。
[0053] 其中本地服务器运行web服务器、温室智能控制模块和中间层，远程浏览器可通过网络访问所述本地服务器。检测设备用于检测温室的环境参数。执行设备用于执行所述本地服务器的控制指令。传输模块与温室的执行设备及检测设备通讯以接收所述执行设备和检测设备的数据并进行传输。控制模块与所述本地服务器和所述传输模块通讯以将自所述传输模块接收的数据发送至所述本地服务器并将所述自所述本地服务器的控制指令通过传输模块发送至所述执行设备和检测设备。
[0054] 所述中间层与所述WEB服务器为控制模块和传输模块构成的子网络赋予IP地址以建立网络通道，所述中间层对所述本地服务器接收到的数据进行解析、识别数据对应的模块和数据类型，经过平滑和外部DLL调用后，重新打包并写入所述本地服务器的数据库，所述中间层从本地服务器的温室智能控制模块接收到控制指令并解析子网络接口地址，对相应接口发送控制指令。本
申请采用软件中间层建立网络通道，降低系统架设成本。同时中间层可使用标准软件环境开发，易于移植和升级。
[0055] 所述温室智能控制模块在远程浏览器的操作下展示所述温室的环境参数和所述检测设备及执行设备的状态并下发控制指令。
[0056] 在本实施例中，检测设备包括温湿度传感器、土壤水分传感器、CO2传感器、光照传感器、气象传感器和水表，当然还可包根据需要增加其他传感器。执行设备包括风机、遮阳机、卷帘机、天窗、水泵和
电磁阀，当然亦可根据需要增加其他执行设备。
[0057] 控制模块包括Zigbee无线收发模块、RS-485串行通讯驱动电路、单片机系统、液晶显示驱动电路、编号设置电路和稳压供电电路。
[0058] 其中，所述控制模块中的Zigbee无线收发模块接收和发送所述执行设备和检测设备的数据及所述本地服务器的控制指令。
[0059] 在本实施例中，采用XBEE pro作为Zigbee无线收发模块，所有的Zigbee无线收发模块通过UART接口与单片机系统连接，遵循IEEE 802.15.4标准，构建带有多个路由节点的Zigbee多跳无线网络，传送温室环境参数和控制指令。
[0060] 双路RS-485串行通讯驱动电路，其中一路RS-485串行通讯驱动电路与所述本地服务器连接，另一路RS-485串行通讯驱动电路与所述传输模块连接以接收和发送所述执行设备和检测设备的数据及所述本地服务器的控制指令。
[0061] 单片机系统，执行控制程序并控制所述Zigbee无线收发模块及所述双路RS-485串行通讯驱动电路，并建立收发机制确保数据和传输状态正确。
[0062] 液晶显示驱动电路连接有液晶屏，在本实施例中，液晶屏为640×480的液晶
触摸屏。控制模块将自传输模块接收到的数据重新标定，并通过液晶显示驱动电路显示在触摸液晶屏上，同时将数据打包通过与本地服务器连接的RS-485串行通讯驱动电路发送到本地服务器。
[0063] 编号设置电路用于确定每个控制模块的地址。稳压供电电路用于对所述控制模块供电。
[0064] 所述传输模块为无线模块和/或输入输出模块。即传输模块可采用无线模块，也可采用输入输出模块，还可同时采用无线模块与输入输出模块。
[0065] 其中，所述无线模块包括：信号采集电路、单片机系统、Zigbee无线收发模块、输出控制电路和稳压供电电路。
[0066] 其中，信号采集电路与温室的多个检测设备连接以采集检测设备的数据，所采集的数据经多路模拟转换开关输出。
[0067] 传输模块的Zigbee无线收发模块通过无线信号与控制模块的Zigbee无线收发模块通讯，接收和发送所述执行设备和检测设备的数据及所述本地服务器的控制指令。
[0068] 单片机系统接收所述信号采集电路输出的数据并对所接收的数据进行数字滤波，所述单片机系统还将需要发送的数据传送给传输模块的Zigbee无线收发模块、处理传输模块的Zigbee无线收发模块接收到的数据并建立收发机制以确保数据和传输状态正确。单片机系统为Zigbee无线网络建立的软件重发机制，在出现网络阻塞、丢包的时候确保数据正确传输或者返回正确状态。
[0069] 输出控制电路连接多个执行设备的继电器节点，可根据所述控制模块返回的控制指令驱动执行设备开启或关闭以完成对温室环境的调控。稳压供电电路对整个所述无线模块进行稳压供电。
[0070] 在本实施例中，无线模块采用C8051F410作为MCU（Micro Controller Unit微控制单元），采用Digi公司的XBEE pro作为Zigbee无线收发模块，通过UART接口与C8051F410连接。无线模块遵循IEEE 802.15.4标准，所有无线模块均以Router节点模式工作，联合以Coordinator节点模式工作的控制模块组成
无线传感器网络，在温室中实现无线网络
覆盖，完成对温室环境信息、控制指令和检测设备及执行设备的状态参数的传输。
[0071] 所述输入输出模块包括：信号采集电路、单片机系统、RS-485串行通讯驱动电路、输出控制模块和稳压供电电路。
[0072] 其中，信号采集电路与温室的多个检测设备连接以采集检测设备的信息，所采集的信息经多路模拟转换开关输出。
[0073] 传输模块的RS-485串行通讯驱动电路与所述控制模块的双路RS-485串行通讯驱动电路中与所述传输模块连接的一路通讯，接收和发送所述执行设备和检测设备的数据及所述本地服务器的控制指令。
[0074] 单片机系统接收所述信号采集电路输出的信息并对所接收的信息进行数字滤波。所述单片机系统还将需要发送的数据传送给传输模块的RS-485串行通讯驱动电路、处理传输模块的RS-485串行通讯驱动电路接收到的数据并建立收发机制以确保数据和传输状态正确。
[0075] 输出控制模块连接多个指执行设备的继电器节点，可根据所述控制模块返回的控制指令驱动执行设备开启或关闭以完成对温室环境的调控。
[0076] 稳压供电电路对整个所述输入输出模块进行供电。
[0077] 在本实施例中，输入输出模块采用C8051F410作为MCU，采用SPX485作为RS-485串行通讯驱动电路的驱动芯片，通过RS-485串行通讯驱动电路与控制模块通讯，组成主从结构的现场总线网络，完成对温室环境信息、设备控制指令和设备状态的传输。
[0078] 控制模块可同时与无线模块和输入输出模块通讯，也可单独与无线模块或输入输出模块通讯，使用时根据具体环境选择即可。无线模块与控制模块通讯时，控制模块的Zigbee无线收发模块与单片机系统的
微处理器连接，在本实施例中，单片机系统的微处理器为ATmega64L，遵循IEEE 802.15.4标准，可与若干个无线模块组成Zigbee无线网络，收发温室的环境参数和控制指令。
[0079] 在本实施例中，WEB服务器采用Apache的Tomcat，应用JSP技术和Servlet程序，完成主要事务逻辑并生成动态页面，实现温室智能控制系统的WEB页面发布。使用者经由Internet/3G网络，通过PC、手机、平板电脑的浏览器即可对本地服务器进行完整的访问与控制。
[0080] 在本实施例中，中间层软件使用VC编写，本地服务器的数据库使用MySQL。
[0081] 在上述实施例中，所述单片机系统均包括：微控制单元、时钟芯片、A/D转换器接口、EEPROM、复位电路、扩展I/O接口、电源供电模块和光电隔离电路。
[0082] 其中，微控制单元执行单片机程序指令，时钟芯片为MCU提供时钟脉冲，A/D转换器接口实现模数转换，EEPROM电可擦可编程
只读存储器，用于存储单片机程序指令和数据,在本实施例中采用Flash存储器。复位电路用于实现单片机上电复位功能，扩展I/O接口为单片机和其他设备提供I/O接口，光电隔离电路用于提高单片机系统的抗干扰能力，从而提高整个基于物联网的温室智能控制系统的抗干扰能力。
[0083] 控制模块与传输模块和本地服务器的数据传输主程序流程参见图2，如图2所示，图中的上位机为本地服务器，本机为控制模块，下位机为输出模块。本机上电自检和复位后首先进行设备初始化：扩展I/O接口初始化，时钟芯片初始化和UART接口初始化。本机读取当前设备的配置信息,即存储于控制模块的单片机系统中的电可擦可编程只读存储器的信息。时钟芯片根据显示状态定时刷新各个参数。控制模块与液晶显示屏、上位机和各个下位机按照一定优先条件进行双向通讯：当上位机呼叫本机时，本机收到上位机控制指令，按照控制指令的不同类型分别进行处理，完成数据的传输、指令解析。当本机收到上位机配置指令时，将配置信息写入电可擦可编程只读存储器，在本实施例中为Flash存储器。下发定时时间未到，则继续等待。下发定时时间到，本机将控制指令发送给下位机或者向下位机
请求数据指令，收到下位机的应答信息，即接收到温室控制设备和采集设备的数据和状态后，对不同类型的信息进行不同的处理。
[0084] 所述温室智能控制模块包括信息采集模块、设备控制模块和管理模型配置模块。所述温室智能控制模块还可进一步包括专家系统查询模块、统计报表打印模块、报警模块和用户管理模块。
[0085] 其中，信息采集模块将各个检测设备按使用者需求分门别类，按组显示检测设备的状态以及数值，实现温室环境因素的实时监测。如显示温室内空气温湿度、土壤水分含量、土壤
温度、光照强度、空气中CO2浓度、室外温湿度、降雨情况等。设备控制模块按使用者需求分组显示温室控制设备的当前状态，并下达控制指令，实现温室环境的实时控制。管理模型配置模块允许使用者选择不同的管理模式，建立不同的智能控制模型，
修改相应参数，允许使用者对温室
环境控制方案的模式、规则、参数进行添加、修改和选择。配置完成的管理模型配置模块联合设备控制模块即可按照设定的
算法实现无人参与的温室智能控制功能。专家系统查询模块综合考虑农作物种植的诸多要素，提供相应种植模式的查询功能。报表统计打印模块完成后期数据处理功能，例如数据统计、分析、绘制曲线等。报警模块对系统工作中的异常情况提供远程报警，当符合设定条件时，系统自动实施保护措施或者发送报警信息。用户管理模块实现软件模块划分，用户登录和权限管理功能。
[0086] 使用者在远程可以通过PC、手机、平板电脑中的浏览器经由Internet或3G网络访问系统子网络中的各个设备，通过交互页面实时监控温室作物生长环境信息，设定智能控制模型，改变温室设备状态，收集
整理温室数据，完成B/S架构物联网温室智能控制。
[0087] 以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由
权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。
