一種定時循環溫室供溫農業控制裝置的制作方法

本發明涉及一種農業系統設計領域，涉及一種通過使用智能調整的方式來實現智能室內供溫的領域。

背景技術：

實際中，目前中國已成為世界設施作物栽培第一大國，設施作物栽培面積已超過210萬畝。提高中國溫室溫度控制水平是提高中國溫室生產國際競爭力的關鍵之一。這也是中國近年來一直關注的問題之一，但隨著市場的千變萬化，生產規模的擴大，物聯網技術的滲透，對溫室生產全過程的監測、調控技術的需求日益增加，不但要規劃作物種植面積品種，還要能預測市場使得生產系統處于良好運行狀態。在過去的“十一五”期間，國內研發了一系列溫室監控系統，但是，這些產品過多的關注局域環境調控，側重單體溫室研究，局域環境與局域環境之間缺少信息交換，而國內溫室建設恰恰是以多棟溫室構成的溫室群為主。因此迫切需要一種新的方法來解決多種類型不同構造的溫室集群的溫室調控問題。

本發明的主要目的是通過對多種類型不同構造的溫室集群的溫室調控情況，采用智能化的方法，從而減少了對溫度測量次數的操作，減少了判斷時間，并且通過采用更智能化的方法去實現。因此，可以說通過這種實現方式是很有必要的。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明要解決的技術問題是提供一種通過使用智能調整的方式來實現定時循環多室內供溫農業控制裝置，用于解決無法對多個多種類型不同構造的溫室集群的溫室調控問題。

1.為達到上述技術方案的效果，本發明的技術方案為：一種定時循環溫室供溫農業控制裝置，其特征在于：包括：包括：監測系統、重定向系統、發送系統、交換機、溫度循環調度平臺、溫度循環調度平臺、遠程管理平臺、溫度監測平臺、作物溫度曲線控制平臺；

監測系統，用于監測重定向系統、發送系統、交換機、溫度監測平臺與溫度循環調度平臺的連接情況，并具有接收功能，用于接收用戶終端發送的請求；

重定向系統包括：規則處理子系統，用于當監測系統的請求是超級文本傳送協議請求，并且，發送系統與溫度循環調度平臺的溫度監控功能的連接斷開時，在發送系統防火墻的轉發鏈中添加一條轉發規則，轉發規則指定在發送系統與溫度循環調度平臺的溫度監控功能的連接斷開時要訪問的通道；并在發送系統與溫度循環調度平臺的溫度監控功能的連接建立時，刪除轉發規則；

重定向系統，用于當監測系統在發送系統與溫度循環調度平臺的溫度監控功能的連接斷開的情況下收到溫度監測平臺發送的溫室監控功能請求時，將該溫度監控功能請求重定向到指定溫室監控功能，指定溫室監控功能包含呈現發送系統的狀態和/或發送系統與溫室連接狀態的溫室監控功能；

發送系統，用于將指定溫室監控功能返回給溫度監測平臺；溫度監測平臺實現溫室的溫度監控功能；

溫度循環調度平臺的溫室監控功能請求為超級文本傳送協議請求時；溫度循環調度平臺包括：第一溫度循環調度子系統，用于當遠程管理平臺在發送系統與溫度循環調度平臺的溫度監控功能的連接斷開的情況下收到超級文本傳送協議請求時，將該超級文本傳送協議請求循環調度到轉發規則中的指定溫室監控功能；

溫度循環調度平臺的溫室監控功能請求為域名服務器請求時；溫度循環調度平臺包括：第二溫度循環調度子系統，用于當遠程管理平臺在發送系統與溫度循環調度平臺的溫度監控功能的連接斷開的情況下收到域名服務器請求時，將域名服務器請求的域名替換為指定溫室監控功能的域名，將域名服務器請求重定向到指定溫室監控功能；

作物溫度曲線控制平臺整合溫室環境因子監測、視頻監控、控制、實時數據曲線顯示、預測決策分析、網上調查、閾值報警、歷史報表、基于歷史數據的決策系統功能；對整個溫室群環境內各項因素進行綜合考量，將社會管理因素考慮進遠程管理平臺中，遠程管理平臺根據溫度監測平臺提供的農作物基本生長參數將簡單農作物生長模型預置進作物溫度曲線控制平臺，并優化溫度監測平臺的控制算法，提高溫度監測平臺執行的響應速度和靈敏度。

附圖說明

圖1是本發明一種定時循環溫室供溫農業控制裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行詳細的說明。應當說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明，能實現同樣功能的產品屬于等同替換和改進，均包含在本發明的保護范圍之內。具體方法如下：

實施例一：如圖1所示。這種新形勢要求當前作物溫度曲線控制平臺建設在硬件上，采用當前熱門的物聯網與無線傳感器網絡技術，研制基于無線通信技術的智能傳感器節點、視頻采集節點、執行節點；研究基于大系統理論的過程管理與控制算法，構建出自學習可優化的農作物生長模型，可視化虛擬整個生產過程。同時，研發出作物溫度曲線控制平臺，實現對溫室群農作物的動態監測、智能控制、在線決策。溫度循環調度平臺是核心技術之一。使用該技術的節點設備能耗特別低，自組網無需人工干預，成本低廉，設備復雜度低且網絡容量大。該技術可以很好地應用于農田、溫室中作物生長環境監測控制，減少人為因素影響作物生長。系統基于Internet實現監控遠程化，采用了遠程管理平臺實現了各溫室環境內的視頻監控，農戶足不出戶即可對溫室進行調控，所見即所得。基于溫度監測平臺的多輸入多輸出的宏觀控制思想設計管理軟件，擺脫了以往溫室調控孤立地、靜止地調溫控濕通風，建立作物溫度曲線控制平臺的作物生長模型對作物產量進行預估。以往“智能農業”過多地關注了“計算智能”，大系統理論突破了這一束縛，將智能農業的內涵大大拓展，使整個溫室群變成可靠的環境控制系統，最優化生產條件達到最佳產出。遠程管理平臺在溫度監測平臺的邏輯上層添加一臺總服務器，匯總各溫室溫度循環調度平臺數據，然后進行Internet遠程發布。系統底層通訊協議為無線通信技術協議，節點搭載不同類型傳感器和執行機構，自組網，將環境信息上傳至無線通信技術協調器節點。重定向系統將接收到的數據經交換機轉換成RJ45格式上傳至監測系統，同時遠程管理平臺通過IEEE 802.11協議采用不同端口將視頻數據發送至監測系統。最后由路由器將數據共享至溫度循環調度平臺。溫度循環調度平臺將數據匯總整理存儲，通過交換機向遠程管理平臺進行匯總。為方便現場工作人員進行數據采集控制，引入ARM手持式直接接入發送系統，獲得底層監控數據。溫度循環調度平臺設計無線通信技術節點搭載相應傳感器和繼電器組成傳感控制節點。系統在線監測溫室內空氣溫度和光照度，通過遠程管理平臺控制風機運轉實現環境調控。現場溫控系統采用高精度兩線串口數字溫度傳感器，溫度值輸出分辨率為12位，濕度值輸出分辨率為14位。傳感器電源電壓范圍2.4～5.5V。測量時電流消耗約為550μA，平均28μA，休眠時為3μA。節點可以設置為定時采集，采集完成后關閉傳感器電源進一步降低功耗。光照傳感器采用硅光電池，光敏探頭輸出電壓為10～1100mV，經運算放大器放大3倍，提供給AD采樣電壓30～3300mV。通過兩線串口直接讀取溫度數據，通過AD間接讀取光照數據。執行機構主要由繼電器實現，上位機下達控制指令后，由擴展芯片PCA9554驅動相關I/O口使三極管導通或斷開驅動繼電器閉合或斷開，最終溫度循環調度平臺通斷控制溫室風機的運轉。遠程管理平臺設計采用電源管理芯片為系統提供3.3和5.0V電壓。系統設計成2節AA5號干電池供電或USB供電方式，預留鋰電池接口。供電電源之間可無縫切換。溫度循環調度平臺的嵌入式處理器用的是PDA。其具有256MRAM，256M Flash集成圖形引擎，網口，3個串口，4個USB接口，音頻口和7寸觸摸屏。視頻節點采用無線版IP攝像頭，支持802.11b/g，視頻采用M-JPEG壓縮格式，自帶云臺，支持水平270°、上下120°范圍轉動，內置麥克風，實現語音采集，自帶紅外燈，支持5m夜視范圍，內置WEB SERVER，支持多種溫室監控功能瀏覽器觀看視頻和參數設置。發送系統上電后向監測系統發送設備識別消息，在得到應答后進入循環等待狀態，直到溫度循環調度平臺發出對某個節點操作指令，接到指令后發送系統進入消息處理循環，處理完畢接到溫度循環調度平臺應用連接斷開命令后斷開。重定向系統去掉與遠程管理平臺的通信流程，加入監測系統網絡后循環等待是否有無線接收信息。發送系統負責測控事件以及循環等待無線接收信息指令，溫度循環調度平臺基于系統化設計，預留接口。這種設計方便系統Debug和后期軟件的進一步升級。溫度監測平臺軟件設計基于大系統理論思想，對整個溫室群環境內各項因素進行綜合考量，將社會管理因素等考慮進系統設計，根據作物專家提供的農作物基本生長參數將簡單農作物生長模型預置進客戶端。優化控制算法，提高執行機構的響應速度和靈敏度。整合了溫室環境因子監測、控制、視頻監控、實時數據曲線顯示、歷史報表、閾值報警、遠程發布、數據庫管理、基于歷史數據的決策系統等多種功能，擺脫國內眾多溫室監控系統功能較為單一，或缺乏相應管理系統支持，或缺乏遠程訪問支持，或缺乏視頻監控的弊端。遠程管理平臺主要基于B(Browser)/S(Server)構架。現場控制平臺擔當子Server角色，管理單溫室。遠程服務器作為總Server。遠程終端機通過Internet接入總Server，使用Browser瀏覽器進行遠程管控。瀏覽器客戶端開發主要基于Java技術，調用相關無線傳感網API完成設計。溫度循環調度平臺系統基于Tomcat6.0和MyEclipse 6.5M1編寫。溫度循環調度平臺系統測試與分析整個系統在設施園藝工程中心玻璃溫室實地測試。試驗條件及軟件設定如下：設施園藝工程中心玻璃日光溫室規模為80m×80m，芯片發送功率為-3dBm；溫室內種植觀賞性盆栽，整體環境較空曠，無大型障礙物。單次測試數據包總量為1000個；數據包發送速度為5個/s，經預試驗知當數據包發送速度大于10個/s時，溫度循環調度平臺無法及時處理堆棧中的數據而造成數據包大量丟失，故實際測試留有余量，設定為5個/s，此速度完全滿足實際工程需要；為驗證通信丟包率與節點距離關系，采用2個無線通信技術節點在不同間距下進行數據對傳并計算丟包率的方法，用以驗證在較近距離下節點間的通信性能；IEEE802.15.4規定2.4G有11～26共16個發射信道，覆蓋頻率為2405～2480MHz，經預試驗測得該溫室環境下各頻道信號強度幾乎無差異，本試驗固定為第2信道：2410MHz；節點距地面高度為10cm，節點天線與地面垂直。每隔10m確定1個測試點(10和20m)，在1～20m范圍內，驗證普通應用距離下節點間的通信性能；在20～50m范圍內，由于溫室內盆栽擺放情況略微復雜，有少量支架障礙物，選擇每隔15m確定1個測試點(35和50m)節點通信鏈路質量分為有效區、過渡區和空白區。35m處可能處于信號過渡區，通信信號不穩定造成數據丟包率增加。而52m左右由于環境因素造成無線信號的折散射，信號疊加，反而增強了通信效果，70m以后逐漸進入信號空白區丟包率增加。通過測試，即便是在最大丟包率情況下，數據包有效接收率也為95.1％，滿足工程設計需要。

實施例二：設計了一種定時循環溫室供溫農業控制裝置，能對溫室內空氣溫度、光照進行實時采集，對風機等實時控制，效果良好。溫室內節點通信試驗表明，正常工作條件下，80m通信丟包率僅為0.049，20m以內為0.005，完全滿足工程設計需求，節點自組網，最大可完成20跳。傳感器外圍電路和電源系統需要進一步優化，減小節點體積、降低節點功耗、改進安裝工藝提高系統的可靠性與實用性。可以采取以下的實施例進行實現：一種定時循環溫室供溫農業控制裝置包括監測系統、重定向系統、發送系統、交換機、溫度循環調度平臺、溫度循環調度平臺、遠程管理平臺、溫度監測平臺、作物溫度曲線控制平臺；

溫度循環調度平臺通過重定向系統、發送系統發送裝置發送溫度信號到遠程管理平臺，溫度循環調度平臺計算出的標志信息通過重定向系統、發送系統發送作物溫度曲線控制平臺；溫度循環調度平臺，用于接收每個溫室的溫度的各種參數信息，并且發送給溫度監測平臺；監測系統，用于根據每個溫室從已存儲的所述參數匹配系統中查詢每個溫室區域的位置標志信息；溫度循環調度平臺，用于通過所述查詢裝置對每個溫室的溫度信息進行收集；達到通過溫度循環調度平臺對每個溫室通過溫度差關系；并通過信息控制的方式發送控制信號給作物溫度曲線控制平臺；從而達到標準溫度相等的效果；如果不能相等，則通過重定向系統對每個溫室發送控制要求；調度上電后向監測系統發送溫度識別消息，在得到應答后通過交換機進入循環等待狀態，直到監測系統發出對某個節點操作指令，接到指令后溫度循環調度平臺進入消息處理循環，處理完畢接到監測系統連接斷開命令后斷開。監測系統負責測控事件以及循環等待無線接收信息指令，結構較簡單。監測系統監控軟件基于系統化設計，預留接口。這種設計方便和后期軟件的進一步升級。軟件設計基于大系統理論思想，對整個溫室群環境內各項因素進行綜合考量，將社會管理因素等考慮進系統設計，根據作物溫度曲線控制平臺的農作物基本生長參數將簡單農作物生長模型預置進客戶端。優化控制算法，提高執行機構的響應速度和靈敏度。完全滿足工程設計需求，節點自組網，最大可完成20跳。交換機電路和電源系統進一步優化，減小節點體積、降低節點功耗、提高系統的可靠性與實用性。

本發明能有多種不同形式的具體實施方式，上面以圖1為例結合附圖對本發明的技術方案作舉例說明，對本發明進行詳細的說明。應當說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明，能實現同樣功能的產品屬于等同替換和改進，均包含在本發明的保護范圍之內。

本發明的有益效果是：通過這種定時循環溫室供溫農業控制裝置研制基于無線通信技術的智能傳感器節點、視頻采集節點、執行節點；研究基于大系統理論的過程管理與控制算法，構建出自學習可優化的農作物生長模型，可視化虛擬整個生產過程。同時，研發出作物溫度曲線控制平臺，實現對溫室群農作物的動態監測、智能控制、在線決策。因此，可以說通過這種實現方式是很有必要的。