一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng).pdf

19 中華人民共和國 國家知識產(chǎn)權(quán)局 12 發(fā)明專利申請 10 申請公布號 43 申請公布日 21 申請?zhí)?201811182027 1 22 申請日 2018 10 10 71 申請人 江西農(nóng)業(yè)大 學 地址 330045 江西省南昌市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)志 敏 大道1 101號江西農(nóng)業(yè)大 學 72 發(fā)明人 趙進輝 胡圍 劉木華 袁海 超 黃雙根 陳健 徐寧 王婷 51 Int Cl G05D 27 02 2006 01 54 發(fā)明名稱 一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚 監(jiān)控系統(tǒng) 57 摘要 本發(fā)明屬于溫室大棚技術(shù)領(lǐng)域 具體涉及一 種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系 統(tǒng) 包括太陽能供電或市交流電供電模塊 數(shù)據(jù) 采 集模 塊 MCU微控處理器 一系列用于室內(nèi)環(huán)境 調(diào)節(jié)的控制器 WIFI無線網(wǎng)絡(luò)模塊 主控中心機 房 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫 監(jiān)控報警系統(tǒng) 所述數(shù)據(jù)采 集 模 塊將 采 集到的數(shù)據(jù)傳輸至MCU微控處理器 MCU 分析處理后將指令發(fā)送給控制器 并將 采集到的 數(shù)據(jù)通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至主控中心 主控中 心實時監(jiān)控 并將數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫 本發(fā)明采 用太陽能供電 節(jié)能環(huán)保 通過專家系統(tǒng)減少人 工成本 將大量數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫 可用于將來 建立大 數(shù)據(jù)模型 權(quán)利要求書1頁 說明書4頁 附圖2頁 CN 111026198 A 2020 04 17 CN 111026198 A 1 一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 其特征在于 該大棚內(nèi)部具有 多個小型環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng) 20 和一個主控中心機房 21 所述環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù) 據(jù)采集部分 1 微控單元部分 8 和控制執(zhí)行部分 18 所述數(shù)據(jù)采集部分 1 包括光照 強度傳感器 2 土壤濕度傳感器 3 空氣溫濕度傳感器 4 CO 2濃度傳感器 5 所述數(shù)據(jù) 采集部分 1 通過一系列的傳感器對花卉溫室大棚的內(nèi)部環(huán)境參數(shù)進行檢測 并形成各種 數(shù)據(jù)流傳輸至微控單元部分 8 所述微控單元部分 8 對傳輸而來的數(shù)據(jù)進行分析處理 在處理好后通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)打包發(fā)送至主控中心機房 21 并發(fā)送反饋指令給控制執(zhí)行 部分 18 所述控制執(zhí)行部分 18 包括繼電器控制器 11 繼電器 12 遮光棚 13 灌溉 噴頭 14 補光燈 15 冷熱風機 16 CO 2發(fā)生器 17 所述控制執(zhí)行部分 18 根據(jù)控制指 令對大棚內(nèi)部的環(huán)境進行適當調(diào)整 所述主控機房 21 對收到的數(shù)據(jù)進行分析整理 分別 上傳至云服務(wù)器 22 和保存至本地服務(wù)器 23 上搭建的數(shù)據(jù)庫 方便將來建立大數(shù)據(jù)模型 為大棚的長遠發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ) 對大棚內(nèi)某些位置生成不可自主調(diào)節(jié)的異常時 會觸 發(fā)警報器 25 提醒控制人員調(diào)用網(wǎng)絡(luò)攝像槍 24 對異常處進行遠程監(jiān)控并判斷是否需要 人為處理 2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 其特征在于 該溫室大棚設(shè)有太陽能與市交流電供電系統(tǒng) 6 所述供電系統(tǒng)采用三個部分的供電模塊 分別為太陽能電池板部分 市交流電部分和蓄電池部分 監(jiān)控系統(tǒng)中大部分是強電供電 3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 其特征在于 所述WIFI網(wǎng)絡(luò) 9 為各個小型環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng) 20 和主控中心機房 21 提供無線通信網(wǎng) 絡(luò) 選用ESP8266無線模塊作為支撐WIFI網(wǎng)絡(luò)的核心芯片 4 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 其特征在于 所述WIFI無線網(wǎng)絡(luò) 9 可將傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過微控單元 8 傳到主控中心機房 21 并 通過網(wǎng)絡(luò)上傳到云服務(wù)器 22 并且保存到本地服務(wù)器 23 中的數(shù)據(jù)庫中 5 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 其特征在于 所述小型環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng) 20 中的檢測部分的傳感器包括空氣溫濕度傳感器 4 土壤 濕度傳感器 3 CO 2濃度傳感器 5 以及光照強度傳感器 2 6 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 其特征在于 所述小型環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中的控制執(zhí)行部分包括遮光棚 13 灌溉噴頭 14 補光燈 15 冷熱風機 16 和CO 2發(fā)生器 17 7 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 其特征在于 所述遠程報警監(jiān)控系統(tǒng)主要包括主控室的報警器 25 控制區(qū)域中的蜂鳴器 23 和大棚內(nèi) 的高清網(wǎng)絡(luò)攝像槍 24 在機房電腦屏幕上會顯示發(fā)生異常區(qū)域的數(shù)據(jù)情況 權(quán) 利 要 求 書 1 1 頁 2 CN 111026198 A 一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 技術(shù)領(lǐng)域 0001 本發(fā)明屬于溫室大棚技術(shù)領(lǐng)域 具體涉及一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大 棚監(jiān)控系統(tǒng) 背景技術(shù) 0002 我國從古代到現(xiàn)代都是一個以農(nóng)業(yè)為本的農(nóng)耕國家 不管是從農(nóng)業(yè)耕種面積還是 歷史發(fā)展過程來看 我們國家始終非常重視農(nóng)業(yè)的發(fā)展 但是與農(nóng)業(yè)強國相比 我國的傳統(tǒng) 溫室大棚在作物質(zhì)量 品質(zhì)管理 環(huán)境控制和節(jié)能環(huán)保方面仍存在一些不足之處 0003 我國很多地方都處于山多地少 土壤質(zhì)量不佳 氣候較為復(fù)雜 這些不利因素對花 卉的生長起到及其嚴重的影響 何況現(xiàn)在從事農(nóng)業(yè)的人越來越少 但社會對花卉質(zhì)量的要 求卻日益增高 原有的傳統(tǒng)種植方式早已不能滿足社會需求 對傳統(tǒng)種植技術(shù)我們必須進 行創(chuàng)新與突破 0004 為了解決傳統(tǒng)溫室大棚的花卉種植主要由農(nóng)民經(jīng)驗培育 導致花卉的花瓣數(shù)量 顏色豐富程度和商業(yè)價值都受到了一定程度的影響 本發(fā)明通過數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)達到一 種自動化控制大棚的效果 使得大棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)化 信息化 用精確化農(nóng)業(yè)技術(shù)來培育 花卉 可有效提高花卉的產(chǎn)量和商業(yè)價值 0005 傳統(tǒng)溫室大棚的作物種植往往對產(chǎn)物收益的情況只有總量 宏觀上的大體把握 為了實現(xiàn)溫室大棚內(nèi)的具體區(qū)域的小范圍監(jiān)控 本發(fā)明采用了小區(qū)域環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與主控 中心的部分到整體的控制模式 即控制了整個大棚的宏觀情況 也不會忽視任何一塊小區(qū) 域的微觀方面 可做出具體問題具體分析 實際情況實際處理的針對性解決方案 發(fā)明內(nèi)容 0006 本發(fā)明提出了一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 該花卉溫室大 棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)有多個小型環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和一個主控中心機房 所述環(huán)境數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng) 包括數(shù)據(jù)采集部分 微控單元部分和控制執(zhí)行部分 所述數(shù)據(jù)采集部分 通過傳感器對大棚 內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集 監(jiān)測 并將數(shù)據(jù)傳輸至所述微控單元部分 所述微控單元部分 對采集 到的數(shù)據(jù)進行分析處理 當數(shù)據(jù)值超出程序的設(shè)定值時 微控單元會自主發(fā)出指令給控制 執(zhí)行部分 執(zhí)行相應(yīng)的操作 所述控制執(zhí)行部分 根據(jù)收到的指令進行相應(yīng)的操作 0007 該溫室大棚設(shè)有太陽能發(fā)電與市交流電的供電系統(tǒng) 該供電系統(tǒng)采用三個部分的 供電模塊 分別為太陽能電池板部分 市交流電部分和蓄電池部分 0008 所述太陽能電池板可在天氣好 陽光充足的時候為小型環(huán)境數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)供 電并為蓄電池模塊充電 當系統(tǒng)檢測到太陽能供電電壓不足時 采用蓄電池模塊供電 蓄電 池為常閉支路 填補支路切換瞬間的供電 并作為系統(tǒng)的備用電源 市交流電設(shè)置為常開支 路 當太陽能和蓄電池模塊都處于電壓不足時 采用市交流電供電 當交流電給微控單元供 電時 采用電源適配器的方式供電 以確保電壓不會把控制芯片燒壞 0009 優(yōu)選的 所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集部分中的傳感器包括空氣溫濕度傳感器 土壤濕度傳 說 明 書 1 4 頁 3 CN 111026198 A 感器 CO 2濃度傳感器以及光照強度傳感器 0010 進一步優(yōu)選的 所述空氣溫濕度傳感器為DHT22復(fù)合型數(shù)字傳感器 0011 進一步優(yōu)選的 所述土壤濕度傳感器為TM 100等系列傳感器 0012 進一步優(yōu)選的 所述CO 2濃度傳感器為BM2000 CO2模塊 0013 進一步優(yōu)選的 所述光照強度傳感器為HA2003模塊 0014 優(yōu)選的 所述微控單元部分選用STM32f103作為微控芯片 0015 優(yōu)選的 所述控制執(zhí)行部分選用繼電器控制器來控制繼電器的通斷 來啟用補光 燈 冷熱風機 灌溉噴頭 遮光棚 CO 2發(fā)生器等器件來調(diào)控溫室環(huán)境 0016 優(yōu)選的 選用ESP8266無線模塊作為支撐WIFI網(wǎng)絡(luò)的核心芯片 0017 優(yōu)選的 所述主控機房中電腦作為數(shù)據(jù)顯示的上位機 實時顯示溫室大棚中的各 個位置的環(huán)境參數(shù) 0018 進一步優(yōu)選的 所述主控機房將采集到的數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器上并保存到本地服 務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫中 方便將來建立大數(shù)據(jù)模型為大棚的長遠發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ) 0019 本發(fā)明提出的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng) 具有以下有益效 果 0020 1 在本發(fā)明中 通過在溫室大棚中設(shè)置基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控 系統(tǒng) 即通過多種傳感器采集數(shù)據(jù) 傳感器連接單片機 形成數(shù)據(jù)采集部分 并將數(shù)據(jù)發(fā)送 到單片機 單片機分析處理并判斷收到的數(shù)據(jù)是否超出程序設(shè)定的閾值范圍 并將數(shù)據(jù)通 過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)實時傳輸至主控中心方便管理人員查看 控制器連接單片機形成控制執(zhí)行 部分 當單片機判斷收到的數(shù)據(jù)超出程序設(shè)定的范圍值時 自動發(fā)送指令給執(zhí)行部分 達到 一個自動控制的效果 從而這些部分構(gòu)成小型環(huán)境數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng) 這樣 可以通過系統(tǒng) 對大棚內(nèi)部環(huán)境的自動檢測和分析判斷 從而實現(xiàn)對大棚的內(nèi)部環(huán)境達到自動化控制的效 果 使得大棚內(nèi)部環(huán)境參數(shù)始終保持在一個適合花卉良好生長的水平 保證了花卉最終的 品質(zhì)質(zhì)量與商業(yè)價值 0021 2 在本發(fā)明中 通過在溫室大棚中安裝供電系統(tǒng)分為太陽能電池板 市交流電和 蓄電池模塊三個部分 所述太陽能電池板可在天氣好 陽光充足的時候為小型環(huán)境數(shù)據(jù)檢 測控制系統(tǒng)供電 當系統(tǒng)檢測到太陽能供電電壓不足時 采用蓄電池模塊供電 蓄電池為常 閉支路 填補支路切換瞬間的供電 并作為系統(tǒng)的備用電源 市交流電設(shè)置為常開支路 當 太陽能和蓄電池模塊都處于電壓不足時 采用市交流電供電 當交流電給微控單元供電時 采用電源適配器的方式供電 以確保電壓不會把控制芯片燒壞 這樣的方式可以獲得較多 太陽能清潔能源 并且減少了對火力發(fā)電電能的使用 節(jié)能減排 減少能源消耗保護環(huán)境 0022 3 在本發(fā)明中 在該溫室大棚中的各個關(guān)鍵樞紐都裝有網(wǎng)絡(luò)攝像槍 網(wǎng)絡(luò)攝像槍 連接網(wǎng)線以POE供電 既可以保證攝像槍的正常工作 又可以通過網(wǎng)線傳輸圖像數(shù)據(jù)至主控 中心 小型環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò) 將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至主控中心 若有異 常則立即發(fā)出警報 此時顯示器上顯示出當前產(chǎn)生異常的具體地點 方便管理人員及時查 調(diào)監(jiān)控設(shè)備或執(zhí)行緊急操作 若無異常 則主控中心將收到的數(shù)據(jù)保存至本地服務(wù)器 服務(wù) 器上載有Oracle數(shù)據(jù)庫 同時也將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器 為將來的智能大棚的大數(shù)據(jù)模型 打下堅實的基礎(chǔ) 說 明 書 2 4 頁 4 CN 111026198 A 附圖說明 0023 圖1為本發(fā)明基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)中的小型環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān) 控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 0024 圖2為本發(fā)明基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的太陽能花卉溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖 0025 圖中 1 數(shù)據(jù)采集部分 2 光照強度傳感器 3 土壤濕度傳感器 4 空氣溫濕度傳 感器 5 CO 2濃度傳感器 6 太陽能 市交流電供電系統(tǒng) 7 電源適配器 8 MCU微控單元 9 WIFI無線網(wǎng)絡(luò) 10 蜂鳴器 11 繼電器控制器 12 繼電器 13 遮光棚 14 灌溉噴頭 15 補光燈 16 冷熱風機 17 CO 2發(fā)生器 18 控制執(zhí)行部分 19 小型環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)集群 20 小 型環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 21 主控中心 22 云服務(wù)器 23 本地服務(wù)器 24 網(wǎng)絡(luò)攝像槍 25 報警器 具體實施方法 0026 現(xiàn)結(jié)合圖1 圖2詳細描述本發(fā)明的實施例程方案 對本發(fā)明進一步詳細說明 0027 在本發(fā)明的小型環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)20中設(shè)有數(shù)據(jù)采集部分1 通過小型環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 20的數(shù)據(jù)采集部分1 可以實現(xiàn)對溫室大棚的環(huán)境進行實時檢測 并通過對環(huán)境數(shù)據(jù)的采 集 判斷 處理和調(diào)整 可以對整個溫室大棚的環(huán)境進行宏觀調(diào)控 提高花卉的觀賞性和價 值性 0028 小型環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)20 包括數(shù)據(jù)采集部分1 微控單元部分8和控制執(zhí)行部分 18 其中 數(shù)據(jù)采集部分 通過傳感器對大棚內(nèi)部的環(huán)境數(shù)據(jù)進行檢測 形成數(shù)據(jù)流傳輸至 微控單元部分8 微控單元部分 針對數(shù)據(jù)采集部分1采集到的數(shù)據(jù)參數(shù)進行分析判斷 若 超出程序設(shè)定的閾值范圍 程序會爆出一個異常 微控單元部分8會自動發(fā)出指令至控制執(zhí) 行部分18 控制執(zhí)行部分則根據(jù)指令做出相應(yīng)的調(diào)整 0029 優(yōu)選的 在本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集部分1中包括光照強度傳感器2 土壤濕度傳感器3 空氣溫濕度傳感器4和CO 2濃度傳感器5 在控制執(zhí)行部分18中設(shè)有繼電器控制器11和繼電 器12 增強光照強度的補光燈15與防止陽光太強損害植物的遮光棚13 調(diào)節(jié)大棚室溫的冷 熱風機16 用于增加土壤與空氣濕度的灌溉噴頭14以及增加CO 2濃度的CO 2發(fā)生器17 若溫室 大棚內(nèi)CO 2濃度過高 則打開冷風機16通風即可 0030 太陽能 交流電供電系統(tǒng)6 該供電系統(tǒng)采用三種供電模塊 分別為太陽能電池板 部分 市交流電部分和蓄電池部分 所述太陽能電池板可在天氣好 陽光充足的時候為小型 環(huán)境數(shù)據(jù)檢測控制系統(tǒng)供電 當系統(tǒng)檢測到太陽能供電電壓不足時 采用蓄電池模塊供電 蓄電池為常閉支路 填補支路切換瞬間的供電 并作為系統(tǒng)的備用電源 市交流電設(shè)置為常 開支路 當太陽能和蓄電池模塊都處于電壓不足時 采用市交流電供電 當交流電給微控單 元8供電時 采用電源適配器7的方式供電 以確保電壓不會把控制芯片燒壞 0031 在本發(fā)明中 MCU微控單元8選用STM32f103芯片 通過GPIO連接數(shù)據(jù)檢測部分1中 的各種傳感器 構(gòu)成數(shù)據(jù)采集分析單元 MCU微控單元8將收到的溫度 濕度 光照強度以及 CO2濃度進行分析 再根據(jù)程序設(shè)定值來判斷是否使用控制執(zhí)行模塊 若溫度 濕度 光照強 度以及CO 2濃度超出程序的閾值范圍 則MCU微控單元8給蜂鳴器10發(fā)送一個指令 蜂鳴器10 報警 MCU微控單元8發(fā)送控制信號給繼電器控制器11來啟用繼電器12以驅(qū)動特定的功能部 件 使得小型環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)達到一個自動調(diào)節(jié)控制的效果 0032 在本發(fā)明中 小型環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)20在采集數(shù)據(jù) 分析處理 執(zhí)行控制之余 同時還 會將采集到的環(huán)境參數(shù) 是否有異常情況以及異常區(qū)域位置等信息通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)9傳 說 明 書 3 4 頁 5 CN 111026198 A 輸至主控中心21 WIFI無線網(wǎng)絡(luò)選用ESP8266無線模塊作為核心芯片 一個個的小型環(huán)境監(jiān) 控系統(tǒng)20構(gòu)成了一個個的數(shù)據(jù)采集節(jié)點 通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)9連接 形成了一片數(shù)據(jù)物聯(lián) 網(wǎng) 0033 在主控中心21中 管理人員可通過顯示器觀察大棚內(nèi)各個位置的環(huán)境數(shù)據(jù)情況 通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)攝像槍24可觀察異常區(qū)域的當前特殊情況 監(jiān)控畫面可通過網(wǎng)線實時傳輸至 主控中心21 管理人員可通過報警器25的異常警報以及網(wǎng)絡(luò)攝像槍24的實時監(jiān)控畫面來進 行對溫室大棚的管理 只有當出現(xiàn)系統(tǒng)無法自行處理的異常情況時 才需要管理人員前往 實地查看 0034 另外 小型環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)20將采集處理后的數(shù)據(jù)通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)9傳輸至主控 中心21 主控中心21通過上位機將數(shù)據(jù)實時顯示在電腦屏幕上讓管理人員實時查看 并通 過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)9上傳至云服務(wù)器22和本地服務(wù)器23 在本地服務(wù)器23上搭建了Oracle數(shù) 據(jù)庫來保存溫室大棚的一系列環(huán)境數(shù)據(jù) 為將來的智能化溫室大棚做好大數(shù)據(jù)模型的基 礎(chǔ) 說 明 書 4 4 頁 6 CN 111026198 A 圖1 說 明 書 附 圖 1 2 頁 7 CN 111026198 A 圖2 說 明 書 附 圖 2 2 頁 8 CN 111026198 A