CN110432040A - 一种基于物联网的日光温室通风回热控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于日光温室控制技术领域，公开了一种基于物联网的日光温室通风回热控制***及方法，包括：空气质量传感模块、数据库、中枢控制模块、参数设置模块、LCD显示模块、通信电路模块、通风模块、加热加湿模块、报警模块。所示空气温质量传感模块包括：二氧化碳浓度感应单元、空气温湿度感应单元；所述LCD显示模块包括：图像数字化模块、图像编码模块、图像压缩模块、图像增强模块、图像复原模块。本发明将数据传输到数据库而后传递到显示模块，最后通过中枢控制模块处理数据控制通风模块、加热模块协调运作从而调节大棚中的二氧化碳浓度、空气湿度和温度。本发明可以实现数据的共享，提高对农作物室内的环境控制的精度。

Description

一种基于物联网的日光温室通风回热控制***及方法
技术领域
本发明属于日光温室控制技术领域，尤其涉及一种基于物联网的日光温室通风回热控制***及方法。
背景技术
目前，最接近的现有技术：现代农业科学技术的研究结果表明，建立温室可以建立适合植物生长的生态环境，实现作物的高产、高效。随着通信技术的飞速发展，人们已经不再满足人与人之间的通信方式以及需要人参与交互的通信方式，目前的农业技术普遍依靠农民个体进行监管及调节，既不能将农民从繁重的劳动中解放出来，也不利于农业生产的精细化管理。物联网时基于传感技术的新型网络技术，在现代农业中，大量的传感器节点构成了一张功能各异的监控网络，通过各种传感器采集与作物生产相关的各种生产信息和环境参数，可以及时帮助农民发现问题，准确地捕捉发生问题地位置，对耕作、播种、施肥灌溉等田间作业进行数字化控制时农业投入品的资源利用精准化、资源最大化。
综上所述，现有技术存在的问题是：
现有的农作物温室内中只设置相应的环境检测模块，不能与云服务器连接，造成不能实现数据的共享，降低了对农作物室内的环境控制的精度。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于物联网的日光温室通风回热控制***及方法。
本发明是这样实现的，一种基于物联网的日光温室通风回热控制***，所述基于物联网的日光温室通风回热控制***包括：
中枢控制模块，分别与通信电路模块和空气质量传感模块连接，用以协调各个部分的运行；
空气质量传感模块，与中枢控制模块连接，对空气中的温度度进行检测，并将所测数据传递至数据库；
参数设置模块，与空气质量传感模块连接，对空气质量传感模块2中的相关参数进行更改设定；
通信电路模块，分别与报警模块、加热加湿模块、LCD显示模块、通风模块，用以信号的传输转换；
报警模块，与通信电路模块连接，检测***参数长时间超出合理的上下限范围时，报警***启动；
加热加湿模块，与通信电路模块连接，通过利用加热加湿设备进行加热和加湿操作；
LCD显示模块，与通信电路模块连接，通过利用LCD显示屏显示整个***信息；
通风模块，与通信电路模块连接，通过对散热器进行控制，进行通风操作。
所示空气温质量传感模块包括：
二氧化碳浓度感应单元，通过利用相应的二氧化碳传感器检测室内的二氧化碳浓度；
空气温湿度感应单元，通过利用温湿度传感器检测室内的温湿度。
所述LCD显示模块包括：
图像数字化模块，对所获取的图像以自然形式存在的图像变换为适合计算机处理的数字形式；
图像编码模块，对图像转化成的数字形式的图像，采用模拟处理技术，再经过模数转换得到编码；
图像压缩模块，对编码完成的图像信息进行压缩；
图像增强模块，利用灰度等级直方图处理方法、干扰抑制方法、边缘锐化处理方法和伪色彩处理方法对图像进行增强；
图像复原模块，除去或者减少在获取图像过程中因各种原因产生的退化。
进一步，分别与报警模块、加热加湿模块、LCD显示模块、通风模块，用以信号的传输转换的通信电路模块内部设置有无线信号传输模块，无线信号传输模块与云服务器连接。
进一步，所述无线信号传输模块包括：
频域分析模块，对传输的无线信号进行分析处理；
噪声估计模块，对传输的无线信号中的杂质信号进行估计；
频带能量估算模块，对整个频带中的无线信号传输能量进行估计；
频带信噪比估算模块，对信噪比的估计为在某一帧某一频点分别进行估计；
信噪比修正模块，根据频带信噪比估算的值对信噪比进行修正；
增强方法的动态选择模块，将信号划分为互不交叠的多个子带，计算每个子带的信噪比；
增益函数计算模块，利用增益函数对信号进行增强。
本发明的另一目的在于提供一种运行所述基于物联网的日光温室通风回热控制***的基于物联网的日光温室通风回热控制方法，所述基于物联网的日光温室通风回热控制方法包括以下步骤：
第一步，利用相关的控制质量检测设备对空气中的温度度进行检测，并将所测数据传递至数据库；同时对空气质量传感模块中的相关参数进行更改设定；利用温湿度传感器检测室内的温湿度，通过利用相应的二氧化碳传感器检测室内的二氧化碳浓度；
第二步，整个控制***通过通信电路，分别对各个运行模块进行控制协调；
第三步，当检测***参数长时间超出合理的上下限范围时，报警***启动；
第四步，通过利用加热加湿设备进行加热和加湿操作，利用LCD显示屏显示整个***信息；通风模块通过对散热器进行控制，进行通风操作。
进一步，根据M个温湿度传感器在N个时间点内的数据进行融合，建立如下方程：
[S][A]＝[T]；
其中：
[A]＝[a0,a1,…,aP-1]T，[T]＝[TM-1(tN-1),…,T1(tN-1),T0(tN-1),…,TM-1(t0),…,T1(t0),T0(t0)]T；
其中，为第i个温湿度传感器所测量的温度点和湿度点的位置，Ti(tj)为第i个温湿度传感器在第j个时刻的温度值和湿度值。
本发明的另一目的在于提供一种搭载所述基于物联网的日光温室通风回热控制方法的基于物联网的日光温室通风回热控制方法控制***。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明通信电路模块：内部设置有无线信号传输模块，无线信号传输模块与云服务器连接，可以实现数据的共享，提高对农作物室内的环境控制的精度。
本发明设置有空气质量传感模块对空气中的温度度进行检测，并将所测数据传递至数据库。参数设置模块对空气质量传感模块中的相关参数进行更改设定。报警模块连接检测***参数长时间超出合理的上下限范围时，报警***启动。加热加湿模块通过利用加热加湿设备进行加热和加湿操作。LCD显示模块通过利用LCD显示屏显示整个***信息。通风模块通过对散热器进行控制，进行通风操作。其中空气温质量传感模块包含：空气温湿度感应单元通过利用温湿度传感器检测室内的温湿度；二氧化碳浓度感应单元，通过利用相应的二氧化碳传感器检测室内的二氧化碳浓度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于物联网的日光温室通风回热控制***的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的空气质量传感模块的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的无线信号传输模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的LCD显示模块的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的基于物联网的日光温室通风回热控制方法流程图；
图中：1、中枢控制模块；2、空气质量传感模块；3、参数设置模块；4、通信电路模块；5、报警模块；6、加热加湿模块；7、LCD显示模块；8、通风模块；9、二氧化碳浓度感应单元；10、空气温湿度感应模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于物联网的日光温室通风回热控制***，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于物联网的日光温室通风回热控制***包括：
中枢控制模块1，分别与通信电路模块4和空气质量传感模块2连接，用以协调各个部分的运行。
空气质量传感模块2，与中枢控制模块1连接，对空气中的温度度进行检测，并将所测数据传递至数据库。
参数设置模块3，与空气质量传感模块2连接，对空气质量传感模块2中的相关参数进行更改设定。
通信电路模块4，分别与报警模块5、加热加湿模块6、LCD显示模块7、通风模块8，用以信号的传输转换。
报警模块5，与通信电路模块4连接，检测***参数长时间超出合理的上下限范围时，报警***启动。
加热加湿模块6，与通信电路模块4连接，通过利用加热加湿设备进行加热和加湿操作。
LCD显示模块7，与通信电路模块4连接，通过利用LCD显示屏显示整个***信息。
通风模块8，与通信电路模块4连接，通过对散热器进行控制，进行通风操作。
如图2所示，空气温质量传感模块2包括：
二氧化碳浓度感应单元9，通过利用相应的二氧化碳传感器检测室内的二氧化碳浓度。
空气温湿度感应单元10，通过利用温湿度传感器检测室内的温湿度。
所述分别与报警模块5、加热加湿模块6、LCD显示模块7、通风模块8，用以信号的传输转换的通信电路模块4包括：
通信电路模块4内部设置有无线信号传输模块，无线信号传输模块与云服务器连接。
其中，无线信号传输模块对信号处理的过程为：
频域分析模块，对传输的无线信号进行分析处理。
噪声估计模块，对传输的无线信号中的杂质信号进行估计。
频带能量估算模块，对整个频带中的无线信号传输能量进行估计。
频带信噪比估算模块，对信噪比的估计为在某一帧某一频点分别进行估计。
信噪比修正模块，根据频带信噪比估算的值对信噪比进行修正。
增强方法的动态选择模块，将信号划分为互不交叠的多个子带，计算每个子带的信噪比。
增益函数计算模块，利用增益函数对信号进行增强。
所述通过利用LCD显示屏显示整个***信息的LCD显示模块7对图像的***包括：
图像数字化模块，对所获取的图像以自然形式存在的图像变换为适合计算机处理的数字形式。
图像编码模块，对图像转化成的数字形式的图像，采用模拟处理技术，再经过模数转换得到编码。
图像压缩模块，对编码完成的图像信息进行压缩。
图像增强模块，利用灰度等级直方图处理方法、干扰抑制方法、边缘锐化处理方法和伪色彩处理方法对图像进行增强。
图像复原模块，除去或者减少在获取图像过程中因各种原因产生的退化。
如图5所示，本发明实施例提供的基于物联网的日光温室通风回热控制方法包括以下步骤：
S501：利用相关的控制质量检测设备对空气中的温度度进行检测，并将所测数据传递至数据库；同时对空气质量传感模块中的相关参数进行更改设定；利用温湿度传感器检测室内的温湿度，通过利用相应的二氧化碳传感器检测室内的二氧化碳浓度。
S502：整个控制***通过通信电路，分别对各个运行模块进行控制协调。
S503：当检测***参数长时间超出合理的上下限范围时，报警***启动。
S504：通过利用加热加湿设备进行加热和加湿操作，利用LCD显示屏显示整个***信息；通风模块通过对散热器进行控制，进行通风操作。
根据M个温湿度传感器在N个时间点内的数据进行融合，建立如下方程：
[S][A]＝[T]；
其中：
[A]＝[a0,a1,…,aP-1]T，[T]＝[TM-1(tN-1),…,T1(tN-1),T0(tN-1),…,TM-1(t0),…,T1(t0),T0(t0)]T；
其中，为第i个温湿度传感器所测量的温度点和湿度点的位置，Ti(tj)为第i个温湿度传感器在第j个时刻的温度值和湿度值。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例1
本发明的通信电路模块分为主机和从机之间的无线通信和单片机与上位机之间的串口通信。主机和从机之间的无线通信主要是通过主机吧采集到的空气温湿度、二氧化碳浓度的数据通过一对配置的nRF905无线收发模块发送到从机，从机接收数据接收数据并控制加热加湿模块、通风模块和报警模块的运行，本***的单片机和上位机之间的串口通讯采用符合RS-485电器标准的MAX485芯片。
实施例2
本发明的空气温质量传感模块：包含空气温湿度感应单元和二氧化碳浓度感应单元，根据权利要求1所述的空气温湿度传感模块与中枢控制模块相连，并将所测数据传递至数据库，设计选择SHT10数字温湿度传感器检测温室大棚中空气的温湿度，SHT10数字式温湿传感器是由Sensiron公司推出的一种可以同时测量湿度、温度的传感器，不需***元件直接输出经过标定了的相对湿度、温度的数字信号，可以有效解决传统温、湿度传感器的不足。其特点为：温湿度传感器、信号放大、A/D转换、IC总线接口全部集成于一个芯片上、全校准相对湿度及温度值的输出。其使用电压设置为2.4～5.5V，SHT10数字式温湿度传感器来检测温室大棚中空气的温湿度，并将检测到的信号传递给单片机来处理，涉及选择SH-300-DH二氧化碳检测单元检测大棚内的二氧化碳含量，该模块具有模拟量输出和数字量输出两种方式，在***设计上，采用的数字通信方式，该传感器数字输出脚直接连到单片机的RXD管脚上。
实施例3
本发的中枢控制模块中的控制器模块选用的是AT89S52，本***的控制电路选用继电器作为控制***的开关，从机从主机接受指令控制继电器开关，从而使各类执行器件起到了对温室环境调节的作用。
LCD显示模块采用LCD1602作为输出器件负责输出数据库中储存的各项数据。
报警模块由晶体管和蜂鸣器组成。由单片机I/O口输出信号控制晶体管的导通或截至，晶体管导通，则蜂鸣器报警，晶体管截至，则蜂鸣器静默a昂某个检测***参数长时间(具体时间在参数设置模块中设置)超出合理的上下限范围时，报警***启动。
本发明中空气质量传感模块2通过利用相关的控制质量检测设备对空气中的温度度进行检测，并将所测数据传递至数据库；同时参数设置模块3对空气质量传感模块2中的相关参数进行更改设定。报警模块5检测***参数长时间超出合理的上下限范围时，报警***启动；加热加湿模块6通过利用加热加湿设备进行加热和加湿操作。LCD显示模块7通过利用LCD显示屏显示整个***信息；通风模块8通过对散热器进行控制，进行通风操作。
中枢控制模块1，分别与通信电路模块4和空气质量传感模块2连接，用以协调各个部分的运行。中枢控制模块1通过通信电路模块4，分别对报警模块5、加热加湿模块6、LCD显示模块7、通风模块8传输相应的转化信号。其中空气温质量传感模块2中空气温湿度感应单元10，通过利用温湿度传感器检测室内的温湿度。二氧化碳浓度感应单元9，通过利用相应的二氧化碳传感器检测室内的二氧化碳浓度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于物联网的日光温室通风回热控制***，其特征在于，所述基于物联网的日光温室通风回热控制***包括：
中枢控制模块，分别与通信电路模块和空气质量传感模块连接，用以协调各个部分的运行；
空气质量传感模块，与中枢控制模块连接，对空气中的温度度进行检测，并将所测数据传递至数据库；
参数设置模块，与空气质量传感模块连接，对空气质量传感模块2中的相关参数进行更改设定；
通信电路模块，分别与报警模块、加热加湿模块、LCD显示模块、通风模块，用以信号的传输转换；
报警模块，与通信电路模块连接，检测***参数长时间超出合理的上下限范围时，报警***启动；
加热加湿模块，与通信电路模块连接，通过利用加热加湿设备进行加热和加湿操作；
LCD显示模块，与通信电路模块连接，通过利用LCD显示屏显示整个***信息；
通风模块，与通信电路模块连接，通过对散热器进行控制，进行通风操作；
所示空气温质量传感模块包括：
二氧化碳浓度感应单元，通过利用相应的二氧化碳传感器检测室内的二氧化碳浓度；
空气温湿度感应单元，通过利用温湿度传感器检测室内的温湿度；
所述LCD显示模块包括：
图像数字化模块，对所获取的图像以自然形式存在的图像变换为适合计算机处理的数字形式；
图像编码模块，对图像转化成的数字形式的图像，采用模拟处理技术，再经过模数转换得到编码；
图像压缩模块，对编码完成的图像信息进行压缩；
图像增强模块，利用灰度等级直方图处理方法、干扰抑制方法、边缘锐化处理方法和伪色彩处理方法对图像进行增强；
图像复原模块，除去或者减少在获取图像过程中因各种原因产生的退化。
2.如权利要求1所述的基于物联网的日光温室通风回热控制***，其特征在于，分别与报警模块、加热加湿模块、LCD显示模块、通风模块，用以信号的传输转换的通信电路模块内部设置有无线信号传输模块，无线信号传输模块与云服务器连接。
3.如权利要求2所述的基于物联网的日光温室通风回热控制***，其特征在于，所述无线信号传输模块包括：
频域分析模块，对传输的无线信号进行分析处理；
噪声估计模块，对传输的无线信号中的杂质信号进行估计；
频带能量估算模块，对整个频带中的无线信号传输能量进行估计；
频带信噪比估算模块，对信噪比的估计为在某一帧某一频点分别进行估计；
信噪比修正模块，根据频带信噪比估算的值对信噪比进行修正；
增强方法的动态选择模块，将信号划分为互不交叠的多个子带，计算每个子带的信噪比；
增益函数计算模块，利用增益函数对信号进行增强。
4.一种运行权利要求1所述基于物联网的日光温室通风回热控制***的基于物联网的日光温室通风回热控制方法，其特征在于，所述基于物联网的日光温室通风回热控制方法包括以下步骤：
第一步，利用相关的控制质量检测设备对空气中的温度度进行检测，并将所测数据传递至数据库；同时对空气质量传感模块中的相关参数进行更改设定；利用温湿度传感器检测室内的温湿度，通过利用相应的二氧化碳传感器检测室内的二氧化碳浓度；
第二步，整个控制***通过通信电路，分别对各个运行模块进行控制协调；
第三步，当检测***参数长时间超出合理的上下限范围时，报警***启动；
第四步，通过利用加热加湿设备进行加热和加湿操作，利用LCD显示屏显示整个***信息；通风模块通过对散热器进行控制，进行通风操作。
5.如权利要求4所述的基于物联网的日光温室通风回热控制方法，其特征在于，根据M个温湿度传感器在N个时间点内的数据进行融合，建立如下方程：
[S][A]＝[T]；
其中：
[A]＝[a0,a1,...,aP-1]T，[T]＝[TM-1(tN-1),...,T1(tN-1),T0(tN-1),…,TM-1(t0),…,T1(t0),T0(t0)]T；
其中，为第i个温湿度传感器所测量的温度点和湿度点的位置，Ti(tj)为第i个温湿度传感器在第j个时刻的温度值和湿度值。
6.一种搭载权利要求1～4任意一项所述基于物联网的日光温室通风回热控制方法的基于物联网的日光温室通风回热控制方法控制***。
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