CN105700588A - 一种连栋蔬菜温棚环境监测*** - Google Patents
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Abstract
一种连栋蔬菜温棚环境监测***。本发明可以对温室内的多种环境参数进行有效的监测，满足实际农业生产要求。本发明包括信息感知主板模块；其结构要点是：还包括与所述信息感知主板模块相互连接的环境信息感知模块、设备控制模块、液晶显示模块、无线传输模块；所述环境信息感知模块由空气温度、空气湿度和二氧化碳浓度三大信息感知模块组成，所述设备控制模块由卷帘机、灌溉***、通风***和加热设备组成；所述无线传输模块与上位机相互连接，通过GPRS网络与上位机进行通信。
Description
技术领域
本发明属于农业技术领域，特别地涉及一种连栋蔬菜温棚环境监测***。
背景技术
根据环境特点，大棚蔬菜的研究与推广应用已有30多年的历史。内陆温带大陆性半干旱气候区域，具有冬寒漫长，夏日酷暑，春秋短暂，日照充足，气候干燥，风大沙多的特点，年平均气温为5℃～10℃。昼夜温差大，全年的日照达3000小时，是中国日照和太阳辐射最充足的地区。
目前，标准集约化的连栋日光温棚已在现代蔬菜园区广泛使用，为了进一步提高蔬菜精准生产技术，提升生产效率，全面降低劳动成本，对温棚环境信息进行实时、有效、可靠地监测与调控，可以有效增加蔬菜的产量与品质，带来农业的经济效益和社会效益。
近年来，我国农业信息化技术的快速发展为精准农业的推广与实施奠定了基础，而物联网技术的应用于发展为农业生产环境信息的获取与调控提供了有力的工具与可靠的保证。“感知农业”通过在温室内部署的传感器及无线采集、控制节点，将传感器采集到的实时环境信息发送到传感节点，然后通过有线或无线方式传输到上位机进行解析处理，并给予相应的调控，控制通风、灌溉、施肥等方式以改善农作物的生长环境。智能、精确的“感知”在农业物联网中发挥了巨大优势。因此，充分利用物联网感知技术引领宁夏现代农业，对转变农业发展方式、增强农业竞争力、保障民生等都具有重要意义。
发明内容
本发明就是针对传统连栋温棚监测***存在的成本较高、控制粗略、布线复杂等问题，提供一种连栋蔬菜温棚环境监测***；本发明可以对温室内的多种环境参数进行有效的监测，满足实际农业生产要求。
为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明一种连栋蔬菜温棚环境监测***，包括信息感知主板模块；其结构要点是：还包括与所述信息感知主板模块相互连接的环境信息感知模块、设备控制模块、液晶显示模块、无线传输模块；所述环境信息感知模块由空气温度、空气湿度和二氧化碳浓度三大信息感知模块组成，所述设备控制模块由卷帘机、灌溉***、通风***和加热设备组成；所述无线传输模块与上位机相互连接，通过GPRS网络与上位机进行通信。
作为本发明的一种优选方案，所述信息感知主板模块采用C8051F410单片机为中心控制模块，所述C8051F410单片机包括输入输出口（I/O）的扩展、键盘、LED显示电路的扩展、硬件时钟电路；所述C8051F410单片机还带有12位的24通道ADC，4个通用16位定时器，24个I/O接口。
作为本发明的另一种优选方案，所述空气温湿度信息感知模块采用SHT15数字温湿度传感器，其内部与1个14位的A/D转换器相连，还有1个I2C总线串行接口电路。
进一步地，所述SHT15数字温湿度传感器的湿度测量范围是0～100%RH，测量精度为±2%RH，响应时间为4S；温度测量范围是-40～123.8℃，测量精度为±0.4℃，响应时间为5S。
作为本发明的另一种优选方案，所述二氧化碳浓度信息感知模块采用TGS4161二氧化碳传感器。
本发明的有益效果是。
1、本发明提供了一种连栋蔬菜温棚环境监测***。该***基于物联网的精确感知、高效传输及智能监控的特点，由无线感知网络、传输节点、GPRS无线传输网络、上位机管理等多个部分组成。温棚中的监测节点以C8051F410单片机为控制核心，通过无线传感网络进行通信，上位机以WEB服务器为平台。***能实时感知作物生长环境信息，并将参数传输到上位机管理***，经专家***判别后进行相应反馈调控。该***可以对温室内的多种环境参数进行有效的监测，满足实际农业生产要求。
2、本发明设计了一种基于物联网的连栋蔬菜温棚环境监测***。该***实现了对作物生长环境信息的精确感知，为连栋温棚环境中的蔬菜营造了适宜生长的人工环境，管理者还可以通过多种方式对温棚内的设备和数据实施远程、实时监控与管理。以信息感知技术为基础的“精准”农业是一种重要的现代农业生产形式和管理模式，是当今农业发展的潮流，也是未来农业发展的趋势。因此，本发明所设计的基于物联网的连栋蔬菜温棚环境监测***不仅可以为目前连栋蔬菜温棚环境信息的监测提供了一种可行、可靠的应用模式，还可以为物联网技术在其他农业生产中的应用提供借鉴。
附图说明
图1是本发明一种连栋蔬菜温棚环境监测***的硬件结构图。
图2是本发明一种连栋蔬菜温棚环境监测***的SHT15数字温湿度传感器电路连接图。
图3是本发明一种连栋蔬菜温棚环境监测***的TGS4161二氧化碳传感器
电路连接图。
图4是本发明一种连栋蔬菜温棚环境监测***的上位机软件功能流程图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明一种连栋蔬菜温棚环境监测***的硬件结构图。图中，包括信息感知主板模块；其结构要点是：还包括与所述信息感知主板模块相互连接的环境信息感知模块、设备控制模块、液晶显示模块、无线传输模块；所述环境信息感知模块由空气温度、空气湿度和二氧化碳浓度三大信息感知模块组成，所述设备控制模块由卷帘机、灌溉***、通风***和加热设备组成；所述无线传输模块与上位机相互连接，通过GPRS网络与上位机进行通信。
结合附图1说明本发明硬件模块的功能：所述信息感知主板是实现监测***功能的核心；环境信息感知模块实现环境信息的监控；无线传输模块通过GPRS方式与上位机进行通信；设备控制模块实现对环境信息的精确调控。另外，附加的液晶显示模块实时显示环境信息参数。
所述信息感知主板模块采用C8051F410单片机为中心控制模块，C8051F410单片机包括输入输出口（I/O）的扩展、键盘、LED显示电路的扩展、硬件时钟电路等。单片机内部的程序存储器用来存放监控程序、采集程序、显示程序、通信程序、自动控制设备程序等，外部数据存储器SRAM用来存放***连续监测所采集的数据。C8051F410单片机功耗低、单片机资源丰富、指令执行速度快，同时还兼容8051单片机，具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时
钟振荡器，是能够独立工作的片上***。另外，该微处理器还带有12位的24通道ADC，4个通用16位定时器，24个I/O接口，完全可以满足连栋蔬菜温棚内环境信息监测***。
所述空气温湿度信息感知模块采用SHT15数字温湿度传感器，SHT15传感器是一款由多个传感器模块组成的全校准、数字输出相对湿温度的传感器，采用了工业级CMOS技术，工作可靠、稳定。芯片包括校准的相对温度和湿度传感器，内部与1个14位的A/D转换器相连，传感器还有1个I2C总线串行接口电路。SHT15传感器的特点如下：耐温、耐压，工作电压为2.4V～5.5V，可全量程标定；湿度测量范围是0～100%RH，测量精度为±2%RH，响应时间为4S；温度测量范围是-40～123.8℃，测量精度为±0.4℃，响应时间为5S。所述SHT15传感器通过与C8051F410单片机I2C总线的连接，便可获取实时的空气温湿度信息参数。
如图2所示，为本发明一种连栋蔬菜温棚环境监测***的SHT15数字温湿度传感器电路连接图。图中，P1.0连接数据线DATA，P1.1连接时钟线，并在DATA端接入10kΩ的上拉电阻，在VDD及GND端接入0.1μF的去耦电容。
所述二氧化碳浓度信息感知模块采用TGS4161二氧化碳传感器它是一种固态电化学型气体敏感元件，具有体积小、长寿命、低成本、低功耗等特点，检测范围为350～10000ppm，工作电压为5V。TGS4161在探测二氧化碳浓度时，内部的电化学反应到达平衡的时间大约为12小时，正负两极间的电压与温度有关，需要对温度进行补偿，传感器的响应时间约1.5min。
如图3所示，为本发明一种连栋蔬菜温棚环境监测***的TGS4161二氧化碳传感器电路连接图。图中，包括TGS4161二氧化碳传感器和放大器TLC272，所述TGS4161二氧化碳传感器的S+（2）端口与放大器TLC272的1IN+端口相连接；在信号调理电路中，加入一个高阻抗带偏置电流的放大器TLC272，然后将获取的信息通过PC1端口传送到单片机进行A/D转换，所述C8051F410单片机需要对采集到的信号经过相应计算与变换，以实现对二氧化碳浓度真实值的准确检测。
本发明感知层的信息通过GPRS与上位机通信，实现数据的无线远程传输。上位机数据的接收和处理是由运行在监控中心的WEB服务器的一系列配套软件构成的。该模块主要包括数据接收、数据存储，以及基于WEB的数据管理和诊断分析软件。其中，部分程序基于微软公司的.net平台开发，以C#语言进行编程，并结合了MSSQLServer数据库对数据管理。对设备和数据的监控、管理采用了多种模式：监控中心的服务器、网络中的个人计算机、手机等移动设备、LED电子屏幕等，通过用户与服务器的交互操作和自动分析，将数据列表、曲线、图像等形式展示给用户。另外，信息采集WEB端结合了专家***，通过对获取信息的判断，指导环境调控设备进行相应的参数设置，实现设备的开启和关闭，以及高温和低温的自动预警和报警，从而达到有效的远程监控和智能管理。
Claims (5)
1.一种连栋蔬菜温棚环境监测***，包括信息感知主板模块；其特征在于：还包括与所述信息感知主板模块相互连接的环境信息感知模块、设备控制模块、液晶显示模块、无线传输模块；所述环境信息感知模块由空气温度、空气湿度和二氧化碳浓度三大信息感知模块组成，所述设备控制模块由卷帘机、灌溉***、通风***和加热设备组成；所述无线传输模块与上位机相互连接，通过GPRS网络与上位机进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种连栋蔬菜温棚环境监测***，其特征在于：所述信息感知主板模块采用C8051F410单片机为中心控制模块，所述C8051F410单片机包括输入输出口（I/O）的扩展、键盘、LED显示电路的扩展、硬件时钟电路；所述C8051F410单片机还带有12位的24通道ADC，4个通用16位定时器，24个I/O接口。
3.根据权利要求1所述的一种连栋蔬菜温棚环境监测***，其特征在于：所述空气温湿度信息感知模块采用SHT15数字温湿度传感器，其内部与1个14位的A/D转换器相连，还有1个I2C总线串行接口电路。
4.根据权利要求3所述的一种连栋蔬菜温棚环境监测***，其特征在于：所述SHT15数字温湿度传感器的湿度测量范围是0～100%RH，测量精度为±2%RH，响应时间为4S；温度测量范围是-40～123.8℃，测量精度为±0.4℃，响应时间为5S。
5.根据权利要求1所述的一种连栋蔬菜温棚环境监测***，其特征在于：所述二氧化碳浓度信息感知模块采用TGS4161二氧化碳传感器。
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Publications (1)
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| CN105700588A true CN105700588A (zh) | 2016-06-22 |
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| CN201410672719.XA Pending CN105700588A (zh) | 2014-11-23 | 2014-11-23 | 一种连栋蔬菜温棚环境监测*** |
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