專利名稱：設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)半實物仿真模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的半實物仿真模擬系統(tǒng)，包括一個設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)和一個生態(tài)大棚模擬系統(tǒng)。尤其適用于設(shè)施農(nóng)業(yè)科研信息采集和技術(shù)分析。
背景技術(shù)：
目前在設(shè)施農(nóng)業(yè)中，智能化、自動化是必然的趨勢，而國內(nèi)外差距極大，國內(nèi)技術(shù)匱乏，許多關(guān)鍵技術(shù)需要突破，因此試驗、信息采集等是必不可少的科研工作。目前設(shè)施農(nóng)業(yè)信息采集、技術(shù)分析大都通過實地勘探、試驗、考察等，周期長、耗費大，消耗大量的人力、物力。半實物仿真作為仿真技術(shù)的一個分支，涉及的領(lǐng)域極廣，包括機電技術(shù)、液壓技術(shù)、控制技術(shù)、接口技術(shù)等。從某種角度講，一個國家的半實物仿真技術(shù)的發(fā)展水平也代表其整體的科技實力。在國內(nèi)，半實物仿真技術(shù)在導(dǎo)彈制導(dǎo)、火箭控制、衛(wèi)星姿態(tài)控制等應(yīng)用研究方面已達到了較高水平。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于為設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)創(chuàng)造一個模擬實際環(huán)境的仿真環(huán)境。將半仿真技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)科研中，在條件允許的情況下盡可能在仿真系統(tǒng)中接入實物，以取代相應(yīng)部分的數(shù)學(xué)模型，這樣更接近實際情況，從而獲得更確切的信息，為科研工作提供必要的信息基礎(chǔ)。且可節(jié)省大量的人力物力。為此，本實用新型提供了一種基于設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的半實物仿真模擬系統(tǒng)，即設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)半實物仿真模擬系統(tǒng)。設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)半實物仿真模擬系統(tǒng)是一種自動化采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并進行控制的智能系統(tǒng)，融計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)和編程技術(shù)為一體，為科研人員提供了有效的研究手段。本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種基于設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的半實物仿真模擬系統(tǒng)，包括一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、一個農(nóng)業(yè)設(shè)施控制系統(tǒng)和一個生態(tài)大棚模擬系統(tǒng)。其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)設(shè)施控制系統(tǒng)置于生態(tài)大棚模擬系統(tǒng)。如圖I所示。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(3)，由主控節(jié)點(5)、匯聚節(jié)點(6)、3個信息感知節(jié)點(設(shè)施環(huán)境傳感器(7)、設(shè)施環(huán)境傳感器(8)、設(shè)施環(huán)境傳感器(9))及PC機(10)組成，如圖3所示，其中，主控節(jié)點(5)，匯聚節(jié)點出)，3個信息感知節(jié)點(設(shè)施環(huán)境傳感器(7)、設(shè)施環(huán)境傳感器(8)、設(shè)施環(huán)境傳感器(9))采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，主控節(jié)點(5)通過RS232串口與PC機(10)相連。農(nóng)業(yè)設(shè)施控制系統(tǒng)(4)，由主控節(jié)點(5)、匯聚節(jié)點(6)、3個信息感知節(jié)點一無線通訊節(jié)點(設(shè)施環(huán)境傳感器(7)、設(shè)施環(huán)境傳感器(8)、設(shè)施環(huán)境傳感器(9))、PC機(10)及3塊控制芯片(設(shè)施環(huán)境傳感器控制芯片(11)、設(shè)施環(huán)境傳感器控制芯片(12)、設(shè)施環(huán)境傳感器控制芯片(13))組成。其中，主控節(jié)點(5)，匯聚節(jié)點出)，3個無線通訊節(jié)點(設(shè)施環(huán)境傳感器(7)、設(shè)施環(huán)境傳感器(8)、設(shè)施環(huán)境傳感器(9))采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，主控節(jié)點(5)通過RS232串口與PC機(10)相連，無線通訊節(jié)點(7)置于控制芯片(11)中，通過串口與之實現(xiàn)通信，控制芯片(11)控制排氣扇，無線通訊節(jié)點⑶置于控制芯片(12)中，通過串口與之實現(xiàn)通信，控制芯片(12)控制補光燈，無線通訊節(jié)點(9)置于控制芯片(13)中，通過串口與之實現(xiàn)通信，控制芯片(13)控制滴灌設(shè)備。生態(tài)大棚模擬系統(tǒng)，如圖2所示，由塑料模擬大棚(14)、滴灌設(shè)施(15)、補光燈
(16)、排氣扇(17)、變壓器(18)及內(nèi)部線路(19)和220V外接插頭(20)組成。其中滴灌設(shè)施(15)置于塑料模擬大棚(14)中，補光燈(16)置于塑料模擬大棚(14)頂部正中處，排氣扇(17)置于塑料模擬大棚(14) 一端，變壓器(18)固定于塑料模擬大棚(14)同一端，變壓器(18)通過內(nèi)部線路(19)與滴灌設(shè)施(15)、補光燈(16)及排氣扇(17)連接，變壓器(18)通過220V外接插頭(20)與外部電源連接。本實用新型的有益效果是，可用于現(xiàn)實環(huán)境的模擬，讓農(nóng)作物處于最適合生長的 環(huán)境。為植物生長的研究提供理論和現(xiàn)實的參考依據(jù)。本實用新型投資小，系統(tǒng)故障維護方便，故可為設(shè)施農(nóng)業(yè)科研節(jié)省大量的人力物力，增大經(jīng)濟效益，加快科技產(chǎn)業(yè)化的速度。本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下的實施例及其附圖給出。

圖I為設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)不意圖；圖2為生態(tài)大棚|旲擬系統(tǒng)不意圖；圖3為采用星型拓撲結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
具體實施方式
下面結(jié)合圖I、圖2及圖3詳細說明依據(jù)本實用新型提出的具體裝置的細節(jié)及工作情況。設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)，如圖I所示，I.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)考慮到該系統(tǒng)節(jié)點數(shù)量少，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，擬采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。整個網(wǎng)絡(luò)由5個無線節(jié)點(0-4)構(gòu)成。O號節(jié)點為主控節(jié)點。I號節(jié)點為匯聚節(jié)點。2、3、4、分別是3個信息感知節(jié)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(shù)據(jù)發(fā)送到I號匯聚節(jié)點，繼而發(fā)送到O號主控節(jié)點，主控節(jié)點通過RS232串口與計算機連接。無線通信采用2. 4Ghz，通信距離在Ikm左右，采用雙向無線通訊。傳感器要采集的數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)內(nèi)部的溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度和土壤濕度。因此集成4種傳感器，通過命令將獲取的數(shù)據(jù)保存在單片機的存儲器中。通過RS232接口，可以將這些數(shù)據(jù)傳送給無線通訊節(jié)點，繼而通過無線信號發(fā)射到上位機。2.農(nóng)業(yè)設(shè)施控制系統(tǒng)農(nóng)業(yè)設(shè)施不僅可由管理員手動控制，還可由上位機給控制芯片發(fā)送命令自動進行控制?？刂菩酒褪且粋€簡單的51單片機系統(tǒng)，由貼片式STC單片機、插針式11. 0592MHz外圍晶振、貼片式MAX232、插針式220V繼電器、插針式XC105數(shù)字電位器、DHT90型溫濕度傳感、P0188SMD型光照傳感器、MG811型二氧化碳傳感器、以及SLHT5-1型土壤濕度傳感器組成。貼片式STC單片機與插針式220V繼電器、插針式XC105數(shù)字電位器相連接，而這些農(nóng)業(yè)設(shè)施包括滴灌設(shè)備，風(fēng)扇(220V)和補光燈(1001、22(^)，滴灌設(shè)備由一個型號為21160-15的電磁閥門和水箱構(gòu)成。插針式220V繼電器的作用主要是用來控制滴灌設(shè)備，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2W160-15電磁閥的開關(guān)，達到控制灌溉的目的。插針式XC105數(shù)字電位器的作用主要是用來控制風(fēng)扇(220V)和補光燈(100W、220V)。由于這兩個設(shè)備不能是簡單的開關(guān)，需要根據(jù)環(huán)境適當(dāng)?shù)恼{(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速和燈光的明暗。數(shù)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，達到控制風(fēng)扇和燈光的功能。生態(tài)大棚模擬系統(tǒng)，如圖2所示，模擬大棚主體構(gòu)架為(lm*2m，12mm高)鋁制無蓋盒，小型重力勢滴灌系統(tǒng)鋪設(shè)在盒內(nèi)，主管道置于(2m) —側(cè)，通過12V電磁閥控制其輸出水流量，補光燈(12V硅光燈)置于棚頂正中處，通過繼電器及數(shù)字電位器由MCU控制，小型排氣扇固定于盒一端，亦通過繼電器及數(shù)字電位器由MCU控制，并于該端固定一變壓器(220V——12V)，及220V外接插頭?！?br> 權(quán)利要求1.一種設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)半實物仿真模擬系統(tǒng)，由一個設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)(I)和一個生態(tài)大棚模擬系統(tǒng)(2)組成，其中，設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)(I)包括一個信息采集系統(tǒng)——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(3)和一個反饋控制系統(tǒng)——農(nóng)業(yè)設(shè)施控制系統(tǒng)(4)，其特征是，設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)(I)置于生態(tài)大棚模擬系統(tǒng)(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)半實物仿真模擬系統(tǒng)，其特征是，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(3)，由主控節(jié)點(5)、匯聚節(jié)點(6)、3個信息感知節(jié)點及PC機(10)組成，3個信息感知節(jié)點包括設(shè)施環(huán)境傳感器(7)、設(shè)施環(huán)境傳感器(8)、設(shè)施環(huán)境傳感器(9)，其中，主控節(jié)點(5)，匯聚節(jié)點(6)，3個信息感知節(jié)點采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，主控節(jié)點(5)通過RS232串口與PC機(10)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)半實物仿真模擬系統(tǒng)，其特征是，農(nóng)業(yè)設(shè)施控制系統(tǒng)⑷，由主控節(jié)點(5)、匯聚節(jié)點(6)、3個無線通訊節(jié)點、PC機(10)及3塊控制芯片組成，3塊控制芯片包括設(shè)施環(huán)境傳感器控制芯片(11)、設(shè)施環(huán)境傳感器控制芯片(12)、設(shè)施環(huán)境傳感器控制芯片(13)，其中，主控節(jié)點(5)，匯聚節(jié)點出)，3個無線通訊節(jié)點——設(shè)施環(huán)境傳感器(7)、設(shè)施環(huán)境傳感器(8)、設(shè)施環(huán)境傳感器(9)采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，主控節(jié)點(5)通過RS232串口與PC機(10)相連，無線通訊節(jié)點(7)置于控制芯片(11)中，通過串口與之實現(xiàn)通信，控制芯片(11)控制排氣扇，無線通訊節(jié)點(8)置于控制芯片(12)中，通過串口與之實現(xiàn)通信，控制芯片(12)控制補光燈，無線通訊節(jié)點(9)置于控制芯片(13)中，通過串口與之實現(xiàn)通信，控制芯片(13)控制滴灌設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)半實物仿真模擬系統(tǒng)，其特征是生態(tài)大棚模擬系統(tǒng)，由塑料模擬大棚(14)、滴灌設(shè)施(15)、補光燈(16)、排氣扇(17)、變壓器(18)及內(nèi)部線路(19)和220V外接插頭(20)組成，其中滴灌設(shè)施(15)置于塑料模擬大棚(14)中，補光燈(16)置于塑料模擬大棚(14)頂部正中處，排氣扇(17)置于塑料模擬大棚(14)一端，變壓器(18)固定于塑料模擬大棚(14)同一端，變壓器(18)通過內(nèi)部線路(19)與滴灌設(shè)施(15)、補光燈(16)及排氣扇(17)連接，變壓器(18)通過220V外接插頭(20)與外部電源連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)半實物仿真模擬系統(tǒng)，其特征是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(3)中，3個信息感知節(jié)點(設(shè)施環(huán)境傳感器(7)、設(shè)施環(huán)境傳感器(8)、設(shè)施環(huán)境傳感器(9))分別攜帶溫濕度、光照、二氧化碳和土壤濕度傳感器，并實時將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點￠)，繼而發(fā)送到主控節(jié)點(5)，主控節(jié)點(5)通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳送至PC機(10)。
專利摘要設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)半實物仿真模擬系統(tǒng)一個設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)和一個生態(tài)大棚模擬系統(tǒng)組成，其中，設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)包括一個信息采集系統(tǒng)——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和一個反饋控制系統(tǒng)——農(nóng)業(yè)設(shè)施控制系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由主控節(jié)點、匯聚節(jié)點、3個信息感知節(jié)點及PC機組成。其中，主控節(jié)點、匯聚節(jié)點、3個信息感知節(jié)點采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，主控節(jié)點通過RS232串口與PC機相連。農(nóng)業(yè)設(shè)施控制系統(tǒng)，由主控節(jié)點、匯聚節(jié)點、3個信息感知節(jié)點--無線通訊節(jié)點、PC機及3塊控制芯片組成。生態(tài)大棚模擬系統(tǒng)，由塑料模擬大棚、滴灌設(shè)施、補光燈、排氣扇、變壓器及內(nèi)部線路和220V外接插頭組成。
文檔編號G05B19/418GK202677144SQ20112035728
公開日2013年1月16日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者曹宏鑫, 楊余旺, 葛道闊, 黃西川, 劉巖, 劉利, 王磊, 張海蘭 申請人:江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 南京理工大學(xué)