一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚智能控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域和自動(dòng)化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)技 術(shù)的溫室大棚智能控制系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法，適用于溫室作物或花卉的培育和種植。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，目前溫室面積居世界之首。但在種植方式上，我國(guó)大 部分溫室大棚仍采用的是純?nèi)斯ご址攀焦芾矸绞?，不僅浪費(fèi)人力、物力，而且農(nóng)作物的產(chǎn)量 低、質(zhì)量差。因此，改變溫室大棚低效率的管理經(jīng)營(yíng)狀況，研制開發(fā)用于管理溫室大棚的新 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)溫室大棚大型化、集約化、智能化、產(chǎn)業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化管理刻不容緩。
[0003] 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一門新興技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到溫室大棚中，通過物聯(lián)網(wǎng)中傳 感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚內(nèi)土壤濕度、溫度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等進(jìn)行測(cè)量，然后經(jīng) 過模型分析，自動(dòng)調(diào)控溫室環(huán)境，控制灌溉和施肥作業(yè)，使農(nóng)作物獲得最佳的生長(zhǎng)條件。
[0004] 而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚管理是一種新的農(nóng)業(yè)管理模式，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)化建 設(shè)具有十分重要的意義。
[0005] 然而現(xiàn)階段智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)存在以下不足之處：一是有線通信在環(huán)境潮濕高 溫，土壤和空氣具有較強(qiáng)的酸堿性，通信電纜容易出現(xiàn)故障，降低系統(tǒng)的可靠性；二是溫室 大棚的面積較大，需要布置較多的傳感器節(jié)點(diǎn)采集信息，需要鋪設(shè)縱橫交錯(cuò)的線路，這樣維 護(hù)起來有一定難度，同時(shí)靈活性較差，功能擴(kuò)展也受到限制，三是檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用較多，缺少 智能控制部分。四是現(xiàn)有的自動(dòng)配置方式的缺點(diǎn)較多，如有線網(wǎng)絡(luò)配置方式、USB或串口配 置方式的硬件成本較大。藍(lán)牙配置方式的缺點(diǎn)是速度慢、配置過程復(fù)雜。WPS配置方式需要 提供具有支持WPS的路由器，并且這種配置方式受環(huán)境的干擾較大。五是現(xiàn)有的智能控制 系統(tǒng)的對(duì)于多傳感器數(shù)據(jù)的處理不夠精確，導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差較大。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫 室大棚智能控制系統(tǒng)，以期能實(shí)現(xiàn)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、云端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶實(shí)時(shí)查詢的數(shù)據(jù)流 程，以及遠(yuǎn)程/本地人為控制、智能定時(shí)控制和狀態(tài)聯(lián)動(dòng)控制的多種設(shè)備控制策略，從而提 高溫室智能控制系統(tǒng)的集約化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。
[0007] 本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0008] 本實(shí)用新型一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚智能控制系統(tǒng)，是應(yīng)用于包含局域網(wǎng) 路由器、遠(yuǎn)程服務(wù)器的溫室大棚網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，其特點(diǎn)是，所述智能控制系統(tǒng)包括智能控制器 單元、1個(gè)無線傳感器監(jiān)測(cè)單元、包含控制與監(jiān)控app單元的手機(jī)終端和云端服務(wù)器端；所 述云端服務(wù)器端搭載在所述遠(yuǎn)程服務(wù)器上；
[0009] 所述智能控制器單元包括單片機(jī)模塊、WIFI模塊、Zigbee模塊、GSM模塊和插座機(jī) 構(gòu)以及繼電器；
[0010] 智能控制器單元通過所述GSM模塊與控制與監(jiān)控app單元使所述WIFI模塊自動(dòng) 配置并接入所述的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，從而與所述云端服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接；
[0011] 第k個(gè)無線傳感器監(jiān)測(cè)單元包括由第k個(gè)傳感器Zigbee模塊和第k個(gè)MCU構(gòu)成 的第k個(gè)傳感器主控模塊以及第k個(gè)外設(shè)傳感器組；所述第k個(gè)外設(shè)傳感器組設(shè)置在所述 溫室大棚環(huán)境中，并通過自身的Zigbee節(jié)點(diǎn)向所述第k個(gè)傳感器主控模塊的第k個(gè)傳感器 Zigbee模塊傳輸所采集的第k組環(huán)境數(shù)據(jù)；1 <k< 1 ;
[0012] 所述傳感器主控模塊的MCU通過所述傳感器Zigbee模塊將所述第k組環(huán)境數(shù)據(jù) 發(fā)送給所述智能控制器單元；
[0013] 所述智能控制器單元通過所述Zigbee模塊獲取所述第k組環(huán)境數(shù)據(jù)并發(fā)送給所 述單片機(jī)模塊用于存儲(chǔ)和處理；
[0014] 所述單片機(jī)模塊通過所述WIFI模塊將所述第k組環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給所述云端服務(wù) 器用于存儲(chǔ)，和/或發(fā)送給所述手機(jī)終端；
[0015] 所述云端服務(wù)器用于實(shí)時(shí)接收所述智能控制器發(fā)來的1組環(huán)境數(shù)據(jù)并進(jìn)行保存 作為歷史數(shù)據(jù)；
[0016] 所述手機(jī)終端的控制與監(jiān)控app單元接收所述第k組環(huán)境數(shù)據(jù)及其他k_l組環(huán)境 數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，獲得融合后的環(huán)境數(shù)據(jù)；
[0017] 所述控制與監(jiān)控app單元能直接發(fā)送控制命令給所述單片機(jī)模塊或發(fā)送給所述 云端服務(wù)器并通過所述云端服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)所述控制命令給所述單片機(jī)模塊；
[0018] 所述單片機(jī)模塊通過其10 口獲得所述繼電器觸點(diǎn)的反饋信號(hào)，從而獲得所述繼 電器的開關(guān)狀態(tài)，并根據(jù)所接收到的控制命令，改變所述繼電器觸點(diǎn)的高低電平來控制所 述繼電器的開關(guān)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述16/24位插座機(jī)構(gòu)以及連接在所述16/24位插座機(jī) 構(gòu)上的外部農(nóng)業(yè)設(shè)備的供電；
[0019] 所述單片機(jī)模塊通過所述WIFI模塊將所述繼電器的開關(guān)狀態(tài)發(fā)送給所述云端服 務(wù)器用于存儲(chǔ)，和/或發(fā)送給所述手機(jī)終端；
[0020] 所述控制與監(jiān)控app單元能利用GPRS網(wǎng)絡(luò)訪問所述云端服務(wù)器來查詢所述融合 后的環(huán)境數(shù)據(jù)和/或所述智能控制器的繼電器開關(guān)狀態(tài)，或是通過所述局域網(wǎng)路由器查看 所述融合后的環(huán)境數(shù)據(jù)和/或所述智能控制器的繼電器開關(guān)狀態(tài)；
[0021] 所述控制與監(jiān)控app單元根據(jù)所述融合后的環(huán)境數(shù)據(jù)和所設(shè)定的閾值來控制外 部農(nóng)業(yè)設(shè)備的啟閉；所述控制與監(jiān)控app單元還能設(shè)定定時(shí)命令并發(fā)送給所述單片機(jī)模塊 用于定時(shí)控制外部農(nóng)業(yè)設(shè)備的啟閉。
[0022] 本實(shí)用新型所述的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)也在于，
[0023] 在所述傳感器主控模塊上還設(shè)置有光照傳感器，所述光照傳感器用于獲取光照強(qiáng) 度并提供給所述MCU;所述MCU通過所述傳感器Zigbee模塊將所述光照強(qiáng)度發(fā)送給所述智 能控制器單元的單片機(jī)模塊用于控制所述外部農(nóng)業(yè)設(shè)備。
[0024] 在所述智能控制器單元上內(nèi)嵌機(jī)械定時(shí)器，用于對(duì)所述插座結(jié)構(gòu)進(jìn)行定時(shí)控制， 還設(shè)置有三檔選擇開關(guān)用于手動(dòng)選擇所述智能控制器單元的工作模式。
[0025] 與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在：
[0026] 1、本實(shí)用新型通過物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，將無土栽培溫室大棚、用戶、云端服務(wù)器 三者有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)推送、云端存儲(chǔ)歷史有效數(shù)據(jù)、用戶實(shí)時(shí)查詢、傳感器數(shù)據(jù) 融合的數(shù)據(jù)流程，以及遠(yuǎn)程/本地人為控制、智能定時(shí)控制和狀態(tài)聯(lián)動(dòng)控制的多種設(shè)備控 制策略，從而提高了溫室智能控制系統(tǒng)的集約化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化；進(jìn)而推進(jìn)農(nóng)業(yè)信息服務(wù) 技術(shù)發(fā)展，重點(diǎn)開發(fā)信息采集、精準(zhǔn)作業(yè)和管理信息。
[0027] 2、與有線網(wǎng)絡(luò)配置方式、USB或串口配置方式相比，本實(shí)用新型采用自動(dòng)配置方 式具有硬件成本小，整個(gè)配置過程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，與藍(lán)牙自動(dòng)配置方式相比，本實(shí)用新型采用 自動(dòng)配置方式具有配置簡(jiǎn)單、速度快的優(yōu)點(diǎn)，且不需要增加藍(lán)牙模塊，減少了硬件成本；與 WPS自動(dòng)配置方式相比，本實(shí)用新型不支持WPS的路由器，因此受環(huán)境干擾小，提高了配置 成功率；從而使得本實(shí)用新型不需要額外增加硬件，配置簡(jiǎn)單，成功率高，體驗(yàn)效果好，兼容 性強(qiáng)，不挑路由器，開發(fā)簡(jiǎn)單，一次能配置多個(gè)設(shè)備。
[0028] 3、本實(shí)用新型對(duì)采用的多傳感器數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)把分布在不同位置的多個(gè)同 類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析，消除 多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補(bǔ)，降低其不確實(shí)性，獲得被測(cè)對(duì)象的一 致性解釋與描述，使系統(tǒng)獲得更充分的信息，從而具有容錯(cuò)性、互補(bǔ)性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性。
[0029] 4、本實(shí)用新型的手機(jī)終端的控制與監(jiān)控app單元與智能控制器以及云端服務(wù)器 三者配合的工作方式可全自動(dòng)監(jiān)控植物種植的環(huán)境，并按照用戶要求設(shè)定環(huán)境參數(shù)自動(dòng)控 制所連接的農(nóng)業(yè)設(shè)備開關(guān)，從而對(duì)溫室環(huán)境做出調(diào)整，使溫室的環(huán)境保持適合植物生長(zhǎng)的 最佳狀態(tài)。用戶可在全球任何一個(gè)有網(wǎng)絡(luò)的地方，通過Internet網(wǎng)絡(luò)或者3G網(wǎng)絡(luò)查看控 制植物種植環(huán)境。真正實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)管，遠(yuǎn)程監(jiān)控，智能工作的功能，使溫室管理人員的工作 量大幅降低，同時(shí)降低了人力需求，大大降低了溫室種植的成本。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2為本實(shí)用新型智能控制器單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖3為本實(shí)用新型無線傳感器監(jiān)測(cè)單元結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 本實(shí)施例中，如圖1所示，一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫室大棚智能控制系統(tǒng)適用于 在種植業(yè)溫室上應(yīng)用，是應(yīng)用于包含局域網(wǎng)路由器、遠(yuǎn)程服務(wù)器的溫室大棚網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中， 其特征是，智能控制系統(tǒng)包括智能控制器單元、1個(gè)無線傳感器監(jiān)測(cè)單元、包含控制與監(jiān)控 app單元的手機(jī)終端和云端服務(wù)器端；云端服務(wù)器端搭載在遠(yuǎn)程服務(wù)器上；
[0034] 如圖2所示，智能控制器單元包括單片機(jī)模塊、WIFI模塊、Zigbee模塊、GSM模塊 和插座機(jī)構(gòu)以及繼電器；
[0035] 智能控制器的單片機(jī)模塊包括MCU、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、LED指示電路，RTC電路，智 能控制器單元的每個(gè)繼電器并聯(lián)一個(gè)LED，指示其通斷。
[0036] 智能控制器單元通過GSM模塊與控制與監(jiān)控app單元使WIFI模塊自動(dòng)配置并接 入的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，從而與云端服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接；
[0037] 如圖3所示，第k個(gè)無線傳感器監(jiān)測(cè)單元包括由第k個(gè)傳感器Zigbee模塊和第k 個(gè)MCU構(gòu)成的第k個(gè)傳感器主控模塊以及第k個(gè)外設(shè)傳感器組；第k個(gè)外設(shè)傳感器組設(shè)置 在溫室大棚環(huán)境中，并通過自身的Zigbee節(jié)點(diǎn)向第k個(gè)傳感器主控模塊的第k個(gè)傳感器 Zigbee模塊傳輸所采集的第k組環(huán)境數(shù)據(jù)；1<k<1 ;無線傳感器監(jiān)測(cè)單元可以擴(kuò)展不同 種類的外設(shè)傳感器，包括二氧化碳傳感器、溫濕度傳感器、光照度傳感器、土壤酸堿度傳感 器，這些傳感器都位于溫室內(nèi)。在傳感器主控模塊上還設(shè)置有光照傳感器，光照傳感器用于 獲取光照強(qiáng)度并提供給MCU ;MCU通過傳感器Zigbee模塊將光照強(qiáng)度發(fā)送給智能控制器單 元的單片機(jī)模塊用于控制外部農(nóng)業(yè)設(shè)備。
[0038] 傳感器主控模塊的MCU通過傳感器Zigbee模塊將第k組環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給智能控 制器單元；
[0039] 智能控制器單元通過Zigbee模塊獲取第k組環(huán)境數(shù)據(jù)并發(fā)送給單片機(jī)模塊用于 存儲(chǔ)和處理；
[0040] 單片機(jī)模塊通過WIFI模塊將第k組環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給云端服務(wù)器用于存儲(chǔ)，和/或 發(fā)送給手機(jī)終端；
[0041] 云端服務(wù)器用于實(shí)時(shí)接收智能控制器發(fā)來的1組環(huán)境數(shù)據(jù)并進(jìn)行保存作為歷史 數(shù)據(jù)；
[0042] 手機(jī)終端的控制與監(jiān)控app單元接收第k組環(huán)境數(shù)據(jù)及其他k-1組環(huán)境數(shù)據(jù)并進(jìn) 行數(shù)據(jù)融合處理，獲得融合后的環(huán)境數(shù)據(jù)；
[0043] 控制與監(jiān)控app單元能直接發(fā)送控制命令給單片機(jī)模塊或發(fā)送給云端服務(wù)器并 通過云端服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)控制命令給單片