專利名稱：溫室黃瓜生長環(huán)境智能監(jiān)測模型及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用無線監(jiān)測方法進行溫室黃瓜生長環(huán)境的無線監(jiān)測節(jié)點裝置，
安裝在溫室大棚的無線測控網(wǎng)絡(luò)中。
背景技術(shù)：
黃瓜喜溫，要求的環(huán)境條件嚴格，由于生長環(huán)境的監(jiān)測不及時和不準確，所以生產(chǎn) 中發(fā)生了大量的問題。另一方面，黃瓜有時會有苦味產(chǎn)生，多因環(huán)境條件、植株營養(yǎng)狀況、生 活力強弱均可以影響苦味的產(chǎn)生，因此，精確控制生長環(huán)境是提高黃瓜質(zhì)量的關(guān)鍵所在。目 前溫室環(huán)境以人工控制為主或者以有線控制設(shè)備為主，且控制方式多以人為主觀判斷的方 式為主，具有不精確、不實時的缺點。因此，針對溫室黃瓜的生長發(fā)育周期建立完整的環(huán)境 模型，是實現(xiàn)精準作業(yè)的技術(shù)核心。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于監(jiān)測溫室黃瓜生長環(huán)境的無線監(jiān)測節(jié)點裝置，解 決了溫室黃瓜生長環(huán)境全過程的記錄監(jiān)測的難題。 為了實現(xiàn)以上目的，針對于鮮葉測溫，本項發(fā)明提供了利用紅外測量葉片溫度，給 出了數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系，解決了原位測量難題；本發(fā)明可以同時監(jiān)測大棚室內(nèi)溫度，土壤基質(zhì)溫 度、濕度，葉片溫度，光照值，實現(xiàn)黃瓜生長全過程環(huán)境監(jiān)測；本發(fā)明嵌入了專家知識庫，可 以對溫室黃瓜生長發(fā)育全過程的環(huán)境要求實現(xiàn)監(jiān)測。 本發(fā)明的有益效果為發(fā)明提供了一種利用葉片表面溫度、土壤溫度和大棚室內(nèi) 溫度建立黃瓜生長全過程的積溫量化模型，根據(jù)葉片表面溫度、土壤溫濕度、光照值建立光 合參考模型。利用本裝置可以較為客觀反映出溫室黃瓜生長全過程的環(huán)境數(shù)據(jù)，為研究外 部環(huán)境對黃瓜生長影響提供依據(jù)。


圖1為本發(fā)明的組成模塊示意圖。
圖2為本發(fā)明的硬件設(shè)計示意圖。
圖3為本發(fā)明的功能示意圖。
圖4為本發(fā)明的軟件流程圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖及實例對本發(fā)明作進一步描述。 溫室黃瓜生長環(huán)境智能裝置，其組成模塊由顯示模塊、存儲模塊、無線傳輸模塊及 測量模塊構(gòu)成。微處理的10 口 P0. 10-P0. 17用來作為液晶屏的8位數(shù)據(jù)線PI. 20、P1. 21、 PI. 22、P1. 23作為控制信號；PO. 5、P0. 6、P0. 7、P0. 8作為輸入信號端，連接葉片溫度、室溫、 土壤溫濕度和光照強度環(huán)境信息，TX1、RX1用來與無線傳輸模塊之間進行通信；PO. 2、P0. 3用來實現(xiàn)與存儲模塊之間進行時鐘和串口數(shù)據(jù)的連接。 首先，裝置上電自檢后，進入"設(shè)置"界面，主要完成采樣周期、種植黃瓜品種、溫室 類型等選項；系統(tǒng)會根據(jù)種植黃瓜的品種和溫室類型和季節(jié)等數(shù)據(jù)，給出黃瓜的四個生長 階段的對應(yīng)的天數(shù)，以及每個階段的環(huán)境要求.按下"開始"按鈕，監(jiān)測系統(tǒng)開始監(jiān)測工作， 根據(jù)采樣周期進行環(huán)境監(jiān)測，先進行葉片溫度的測量，如果所測得的葉片溫度在適宜范圍 內(nèi)，寫入數(shù)據(jù)并繼續(xù)下一個測量，否則報警；接下來，進行土壤溫濕度的測量，如果所測得的 土壤溫濕度在適宜范圍內(nèi)，寫入數(shù)據(jù)并繼續(xù)下一個測量，否則報警；接下來，進行室溫的測 量，如果所測得的室溫在適宜范圍內(nèi)，寫入數(shù)據(jù)并繼續(xù)下一個測量，否則報警；最后，進行光 照強度的測量，如果所測得的光照強度在適宜范圍內(nèi)，寫入數(shù)據(jù)并繼續(xù)，否則報警；然后，裝 置將所測得所有的數(shù)據(jù)處理成為一條信息，通過GPRS傳送至數(shù)據(jù)中心，同時寫入屏幕并顯 示，以及寫入現(xiàn)場存儲單元中. 在數(shù)據(jù)中心，根據(jù)專家知識，把黃瓜的生長環(huán)境劃分為非常適宜、適宜、較適宜、不 適宜四個生長區(qū)域，為每一個生長模式定義一系列運行操作.為了體現(xiàn)生長環(huán)境是一個" 整體"的概念，它與溫度、濕度、氣壓、光照強度等多種因素有關(guān)，它們之間相互耦合作用，我 們引入"影響系數(shù)"來定量它們之間的相互耦合作用.我們根據(jù)專家知識，對黃瓜的各個生 長時期對環(huán)境各因子要求依賴不同，確定了各個生長階段對各種環(huán)境因子的影響系數(shù).生 長環(huán)境模式是由特征向量的取值范圍所決定，采用積分進行環(huán)境信息融合.利用現(xiàn)場裝置 將現(xiàn)場測量的環(huán)境參數(shù)(葉片表面溫度、室溫、土壤溫度、土壤濕度、光照強度)的值經(jīng)過信 息融合計算得到一個精確的結(jié)果，這個結(jié)果反映距離四個生長模式(非常適宜、適宜、較適 宜、不適宜)樣本重心點的距離值，其中的最大值即表明距離該模式最近，根據(jù)這個結(jié)果就 可以識別當前屬于哪一個具體的生長環(huán)境模式.
確定各參數(shù)規(guī)則 溫室黃瓜環(huán)境參數(shù)( 一般20到25天) 黃瓜的生長發(fā)育周期可分為發(fā)芽期、幼苗期、甩條期和結(jié)果期四個時期。 Day :天數(shù)；Dtmp :白天溫度(°C ) ;Ntmp :夜間溫度(°C ) ;Ttmp :土壤溫度(°C );
ill咖光照(單位萬勒克斯)；humidity :濕度(單位土壤持水量的百分比)發(fā)芽期:5-10天。Day =HOthen Dtmp > 25 & Dtmp < 30 ;Day =1-lOthen Ntmp = 15 ;Day =HOthen Ttmp > 32 & Ttmp < 38 ;Day =HOthen ilium > 2 & ilium < 6 ;Day =1-lOthen humidity > 60% & humidity < 70% ;幼苗期:30-40天。Day =ll-40then Dtmp > 24 & Dtmp < 28 ;Day =1 HOthen Ntmp = 15 ;Day =ll-40then Ttmp > 32 & Ttmp < 38 ;Day =ll-40then ilium > 2 & ilium < 6 ;Day =ll-40then humidity > 60% & humidity < 70%甩條期:20-25天。
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Day = 41-65then Dtmp > 25 & Dtmp < 32 ; Day = 41-65then Ntmp = 14 ; Day = 41-65then Ttmp > 20 & Ttmp < 25 ; Day = 41_65then ilium > 2 & ilium < 6 ;Day = 41_65then humidity > 80% & humidity < 90% ;; 結(jié)果期40天。 Day = 66-llOthen Dtmp > 25 & Dtmp < 32 ; Day = 66-llOthen Ntmp = 14 ; Day = 66-llOthen Ttmp > 32 & Ttmp < 38 ; Day = 66-llOthen ilium > 2 & ilium < 6 ;Day = 66-llOthen humidity > 80% & humidity < 90% ;; 本發(fā)明裝置采用的主要技術(shù)如下 1、嵌入式技術(shù) 對于裝置的設(shè)計，是基于嵌入式技術(shù)進行的，嵌入式技術(shù)的優(yōu)點是可處理大量 采集信號，主控制器采用PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核、單電源供電、LQFP64封裝的 LPC2131，它具有RS232轉(zhuǎn)換電路，可與通訊模塊進行方便的串口數(shù)據(jù)通訊，具有IIC接口 ， 可用于與存儲設(shè)備間的數(shù)據(jù)存取，具有看門狗功能，在長時間未獲得正確反饋信息的情況 下，可以自動重啟，防止程序跑飛、死機的情況發(fā)生
2、GPRS技術(shù) GPRS(General Packet Radio Service)-通用無線分組業(yè)務(wù)，是在GSM網(wǎng)絡(luò)
的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的承載業(yè)務(wù)，其基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，同時引入了一些新模塊 GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN (Gateway GPRS Support Node) 、GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN (Serving GatewaySupport Node)、點X寸多點月艮務(wù)中心(Point—To—Multipoint Service Center, PTM-SC)、邊界網(wǎng)關(guān)(Boarder Gateway,BG)、改進基站子系統(tǒng)BSS等。GPRS網(wǎng)絡(luò)通過Gi參考 點接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)， 一般采用IP協(xié)議和基于PPP協(xié)議的連接方式?；贗P協(xié)議連接時， GGSN需要支持IP協(xié)議，并作為路由器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的連接?；赑PP協(xié)議連接時，GGSN除 了需要支持IP協(xié)議外，還需要支持PPP協(xié)議和其它基于NCP的應(yīng)用協(xié)議，GGSN終結(jié)到匪S 的PPP連接或?qū)PP幀傳送到PDN， PPP幀可通過L2TP隧道進行封裝。
3、數(shù)據(jù)融合技術(shù) 數(shù)據(jù)融合技術(shù)是指利用計算機對按時序獲得的若干觀測信息，在一定準則下加以 自動分析、綜合，以完成所需的決策和評估任務(wù)而進行的信息處理技術(shù)。數(shù)據(jù)融合技術(shù)，包 括對各種信息源給出的有用信息的采集、傳輸、綜合、過濾、相關(guān)及合成，以便輔助人們進行 態(tài)勢/環(huán)境判定、規(guī)劃、探測、驗證、診斷。在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)融合技術(shù)主要用于數(shù)據(jù)在不同 條件下對數(shù)據(jù)進行融合存儲，從而實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的綜合判斷，在不損失有用數(shù)據(jù)的情況下， 無損壓縮原始數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
用于溫室大棚無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的作物生長環(huán)境監(jiān)測節(jié)點裝置。裝置硬件包括微處理器、GPRS通訊模塊、顯示模塊、存儲模塊及各器件間的電信號連接。所述的裝置硬件由基于LPC2131的控制器分別與液晶屏和外置存儲設(shè)備構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室大棚無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的作物生長環(huán)境監(jiān)測節(jié)點裝置，其 特征在于所述微控制器采用PHILIPS公司基于ARM7T匿I-S核、單電源供電、LQFP64封裝的 LPC2131，用于處理黃瓜生長環(huán)境的數(shù)據(jù)分析；所述生長環(huán)境主要包括葉片溫度、溫室溫度、 土壤溫度、土壤濕度、光照強度及融合算法；葉片溫度采用上海輝格科技公司的VTIR3816 紅外傳感器測量，土壤溫濕度采用國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研制的STH-01 土壤 溫濕度傳感器測量，光照強度采用國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研制的光照強度傳 感器測量，溫室溫度采用單總線溫度傳感器DS18B20測量；所述液晶屏采用T0PWAY公司 的LM3033，可同時顯示四排共計32個漢字的顯示；所述的GPRS模塊采用西門子公司的 Siemens MC39i的模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合算法，其特征在于提出了基于多源信息融合技術(shù)完成生 長環(huán)境的數(shù)學描述，將處理后的環(huán)境結(jié)果連同時間點一同存儲在EEPROM中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用無線監(jiān)測方法進行溫室黃瓜生長環(huán)境的無線監(jiān)測節(jié)點裝置，安裝在溫室大棚的無線測控網(wǎng)絡(luò)中。部署在溫室作物生產(chǎn)現(xiàn)場，通過傳感器節(jié)點采集環(huán)境數(shù)據(jù)，將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)(葉片溫度、室溫、土壤溫度、土壤濕度、光照值)發(fā)送給監(jiān)控中心，可以根據(jù)黃瓜生長發(fā)育的不同周期按照專家知識庫進行分析數(shù)據(jù)，給出適宜的環(huán)境參數(shù)。模型通過融合算法對黃瓜生長發(fā)育的發(fā)芽期、幼苗期、甩條期和結(jié)果期的環(huán)境參數(shù)進行權(quán)重定義，形成一個數(shù)字化表達方式，便于計算機直接計算和使用。本發(fā)明為無線傳感網(wǎng)絡(luò)的無線監(jiān)測設(shè)備，高效、可靠、操作方便，用于采用無線傳感方法進行溫室生產(chǎn)全過程的環(huán)境監(jiān)測難題。
文檔編號G05B19/048GK101793560SQ200910054848
公開日2010年8月4日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者劉慧芳, 朱文婷, 池濤, 陳明, 陳湘芳 申請人:上海海洋大學