CN113280859B - 温室植物生长环境参数的在线式监测***及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***及其操作方法,涉及以使用电装置为特征的非电变量的控制或调节***，包括电源、控制器、光照温湿度变送器、标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器、数据传输单元、云端监测与控制平台、水泵、二氧化碳浓度变送器、RS485总线、TTL转RS485模块，该***适时采集温室的环境温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤湿度和土壤温度，并能够在云端进行监测；其中对于土壤湿度来说，能够对其进行在线校准，在云端能够监测到校准前后的土壤湿度数据，克服了现有技术的温室植物生长自动监测***存在的监测的参数不够全面，而且不能够进行远程在线式监测的缺陷。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及以使用电装置为特征的非电变量的控制或调节***，具体地说是温室植物生长环境参数的在线式监测***及其操作方法。
背景技术
植物生长的环境直接影响着植物的生长状态及其产量，而如今随着温室培育植物的兴起，在温室中传感器不容易受到风雨等其他环境的破坏，使得在温室中监测植物的生长环境变得更加容易实行。如今随着传感器技术、微控制器技术、物联网技术的发展，使在线式进行温室参数监测变得可行。
在温室中监测的参数主要包括温度、湿度、光照强度、土壤湿度和土壤温度，由于在温室中温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度都是可以直接将传感器放置于温室中进行监测，但是若要监测土壤湿度则需要将土壤湿度传感器放置于土壤之中进行测量。在土壤中各种侵蚀元素等可能会破坏土壤温湿度传感器测量的准确度，因此对于土壤传感器来说需要对其加入校准技术。
CN201820682964.2公开了温室植物生长远程监测与补偿控制装置，该装置只监测到了温室内的温度、湿度、光照强度，其监测的参数不够全面，而且不能够进行远程在线式监测。CN201611120795.5公开了一种温室植物生长自动监测***，该装置不能够实现人们远程进行监测和控制，监测的参数也不够全面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供温室植物生长环境参数的在线式监测***及其操作方法，适时采集该温室的环境温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤湿度和土壤温度，并能够在云端进行监测；其中对于土壤湿度来说，能够对其进行在线校准，在云端能够监测到校准前后的土壤湿度数据，克服了现有技术的温室植物生长自动监测***存在的监测的参数不够全面，而且不能够进行远程在线式监测的缺陷。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：温室植物生长环境参数的在线式监测***，包括电源、控制器、光照温湿度变送器、标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器、数据传输单元、云端监测与控制平台、水泵、二氧化碳浓度变送器、RS485总线、TTL转RS485模块，上述各个部分的连接方式是：电源通过导线分别连接控制器、光照温湿度变送器、标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器、数据传输单元、水泵、二氧化碳浓度变送器，并为控制器、光照温湿度变送器、标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器、数据传输单元、水泵、二氧化碳浓度变送器供电；控制器通过RS485总线与光照温湿度变送器、标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器和数据传输单元、二氧化碳浓度变送器连接；控制器通过导线与水泵连接；数据传输单元通过SIM卡与云监测与控制平连接；TTL转RS485模块内置于控制器内。
上述温室植物生长环境参数的在线式监测***，所述RS485总线采用Modbus协议，总线上最多能够挂载32个设备，除去STM32F103开发板所占用的一个设备地址，能够挂载15组光照温湿度变送器和FDR-100传感器。
上述温室植物生长环境参数的在线式监测***，所述电源的作用是供给***中其他各个构成部分所需电能；所述云监测与控制平台的作用是在线实时监测温室的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度、非标准土壤温湿度传感器测得的土壤湿度和校准后的标准土壤温湿度传感器测得的土壤湿度，形成查询帧,并向下发控制的命令；所述数据传输单元的作用是接收来自云检测与控制平台的查询帧，并将查询帧下发，并接收来自标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器和控制器的应答帧，并将该应答帧上传；所述控制器的作用是接收来自数据传输单元的查询帧，并对其进行解析，查看是否采到集标准土壤温湿度传感器和非标准土壤温湿度传感器的数据信息，进行土壤湿度的分析和校准；所述非标准土壤温湿度传感器的作用是测得校准前的土壤湿度数据；所述光照温湿度变送器的作用是测得温室中的空气湿度、空气温度、光照强度三个数据；所述标准土壤温湿度传感器的作用是测得校准后的土壤湿度数据；所述水泵的作用是按指令对土壤浇水；所述二氧化碳浓度变送器的作用是测得温室中的空气中的二氧化碳浓度数据；所述TTL转RS485模块起到的作用是：它一端连接控制器另一端连接RS485总线，将控制器能识别的电平与RS485总线上的电平进行转换，使控制器发出的数据电平能在RS485总线上进行传输，也能使RS485总线上传输的数据能被控制器所识别。
上述温室植物生长环境参数的在线式监测***，其中电源、控制器、光照温湿度变送器、标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器、数据传输单元、水泵和二氧化碳浓度变送器均通过商购获得；云端监测和控制平台采用“有人云控制台”云平台。
上述在线式温室参数监测及土壤温湿度传感器校准***，所述构成部分的元器件均通过公知途径获得。
上述温室植物生长环境参数的在线式监测***的操作方法,具体操作如下：在该***的云端监测和控制平台设置一个定时任务，该定时任务为每隔三个月对土壤湿度进行一次校准的校准指令；云端监测和控制平台还设置向下发送的指令，这些指令有：读取光照温湿度变送器的数据的指令、读取二氧化碳浓度变送器的二氧化碳浓度数据的指令、读取非标准土壤温湿度传感器测得的校准前的土壤湿度数据和标准土壤温湿度传感器测得的校准后的土壤湿度数据的指令；在该***的控制器内预先编写好识别数据传输单元查询帧的计算机程序，之后连接好该***的各个构成部分并打开电源启动该***，首先进行控制器的初始化，然后根据控制器是否在RS485总线接收到数据传输单元传输来的云端监测和控制平台设置的定时任务，决定是否执行对土壤湿度进行一次校准的校准指令，当决定进行该校准指令时，启动定时浇水功能，即定时启动水泵，每隔一分钟对插有标准土壤温湿度传感器和非标准土壤温湿度传感器的土壤同时进行一次5秒时长的浇水，直至两种土壤温湿度传感器连续三次测得的土壤湿度都不再上升为止，控制器将这一段时间标准土壤温湿度传感器和非标准土壤温湿度传感器这两种土壤温湿度传感器测得的所有湿度数据存于控制器内存中的数组中，并采用插值法对标准土壤温湿度传感器和非标准土壤温湿度传感器这两个传感器测得的数据分别做三次样条拟合，即将两组数据分别拟合成湿度与浇水次数的三次函数曲线，其中，将标准土壤温湿度传感器连续三次测得的数据拟合成湿度与浇水量的三次函数曲线称为标准曲线，将非标准土壤温湿度传感器连续三次测得的数据拟合成湿度与浇水量的三次函数曲线称为非标准曲线，将标准曲线与非标准曲线相减得到土壤湿度的中间差值曲线图，依据土壤湿度的中间差值曲线对非标准土壤温湿度传感器采集到的土壤湿度数据进行补偿，至此完成上述接收到的校准指令；当云端监测与控制平台发出读取光照温湿度变送器中数据的指令时，由数据传输单元接收到该指令，然后将该指令发送至RS485总线，RS485总线上连接的光照温湿度变送器会将其测得的温室中的空气湿度、环境温度、光照强度三个数据返回至RS485总线，数据传输单元在RS485总线上读到空气湿度、环境温度、光照强度、土壤温度四个数据，再将这些数据返回给云端监测与控制平台并在该平台上显示；当云端监测与控制平台发出读取二氧化碳浓度变送器所测得到的温室中的二氧化碳浓度数据的指令时，由数据传输单元接收到该指令，然后将该指令发送至RS485总线，RS485总线上连接的二氧化碳浓度变送器会将空气中二氧化碳浓度数据发送返回至RS485总线，数据传输单元在RS485总线上读到二氧化碳浓度数据，再将该数据返回给云端监测与控制平台并在平台上显示；当云端监测与控制平台发出读取校准前土壤湿度数据指令时，数据传输单元接收到该指令后，将其发送至RS485总线上，非标准土壤温湿度传感器接收到该指令后，会将非标准土壤温湿度传感器测得的土壤湿度数据、土壤温度数据返回至RS485总线，此时数据传输单元和控制器都会在RS485总线上读到非标准土壤温湿度传感器测得的土壤湿度数据、土壤温度数据，这些数据由数据传输单元返回给云端监测与控制平台并在平台上显示，此时显示的土壤湿度为校准之前的土壤湿度，同时控制器在RS485总线上接收到校准之前的土壤湿度数据和土壤温度数据后，将校准之前的土壤湿度数值加上中间差值曲线中该土壤湿度数值对应的差值，即得到校准之后的土壤湿度数据；当云端监测与控制平台发送读取校准后土壤湿度数据指令时，数据传输单元将该指令发送到RS485总线上，控制器接收到该指令后，会将校准后的准确土壤湿度数据发送至RS485总线上，此时数据传输单元会在RS485总线上读到校准后的准确土壤湿度数据，并将其返回至云端监测与控制平台并在该平台上显示出校准后的准确土壤湿度数据。
上述温室植物生长环境参数的在线式监测***的操作方法，所述拟合三次函数曲线的方法是本技术领域公知的方法，其它操作方法也是本领域技术人员能够掌握的。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有以下突出的实质性特点：
(1)本发明发明人从农业物联网采集数据的总体结构出发，在物联网采集数据的基础上，找出了测量土壤湿度的改进方法。基于上述理念，本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***及其操作方法采用两种土壤温湿度传感器，分别是标准土壤温湿度传感器和非标准土壤温湿度传感器，在校准模式下，对两种传感器所在的相同种类的土壤分别进行等量的浇水，并每隔一分钟使两种传感器分别采集土壤湿度，将散点拟合成土壤湿度与浇水次数之间的三次函数曲线，两条曲线相比较，得出中间差值曲线；当云端监测与控制平台发出读取土壤数据指令时，温室植物生长环境参数的在线式监测***根据中间差值曲线对采集到的土壤湿度数据进行补偿校准，能够在云端监测与控制平台实时地获取准确的土壤湿度信息。
(2)本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***的操作方法，采用预先编写好的计算机程序指令，当云监测与控制平台发出校准指令时，控制器接收到该指令，对不同传感器所在的相同种类的土壤进行间隔1分钟时长5秒的浇水，这段时间内控制器会记录两种土壤温湿度传感器测得的土壤湿度数据，并对其校准。
与现有技术相比，本发明的显著进步如下：
(1)本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***能够在云端显示采集到的温室各项参数数据，数据的显示方式更加灵活。
(2)本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***及其操作方法能够随时随地通过云端对非标准土壤温湿度传感器进行校。
(3)本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***的操作方法克服了传统的在实验室对土壤温湿度传感器进行校准的弊端，解放了更多的人力，节约了更多的物力。
(4)本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***的操作方法克服了传统土壤温湿度传感器校准方法一次只能校准一个传感器的弊端，能够同时至多校准14个土壤温湿度传感器。
(5)本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***使用的RS485总线采用Modbus协议，总线上最多可以挂载32个设备，除去STM32F103开发板所占用的一个设备地址，能够挂载15组光照温湿度变送器和FDR-100传感器，即使用一个标准土壤温湿度传感器可以同时校准14个非标准土壤温湿度传感器，大大地节约了成本。
(6)与CN201820682964.2公开的温室植物生长远程监测与补偿控制装置相比，本发明不仅可以监测到温室的温度、湿度、光照强度，还能够监测土壤湿度、土壤温度，而且能够对采集土壤湿度数据的土壤温湿度传感器进行校准，即便使用不太准确的土壤温湿度传感器也能够得到准确的土壤湿度数据，本发明将监测数据发送至云端，人们通过远程在线式地对温室环境进行监测。
(7)与CN201611120795.5公开的一种温室植物生长自动监测***相比，本发明能够实现随时随地远程对温室植物生长环境的监测，并且监测的环境参数更多，还能够对采集土壤湿度数据的土壤温湿度传感器进行校准。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***构成示意框图。
图2为本发明中的标准土壤温湿度传感器实测得土壤湿度-浇水次数的二维曲线及其拟合成的标准曲线图。
图3为本发明中的非标准土壤温湿度传感器实测得土壤湿度-浇水次数的二维曲线及其拟合成的非标准曲线图。
图4为本发明中的中间差值-非标准土壤温湿度传感器测得土壤湿度值曲线及其拟合成的中间差值曲线图。
图5为本发明中的非标准土壤温湿度传感器测得土壤湿度-标准土壤温湿度传感器测得的准确土壤湿度的二维曲线以及采集到的数据在控制器中的补偿校准效果曲线图。
图6为本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中在一周内光照温湿度变送器测得的空气湿度-天数的曲线图。
图7为本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中在一周内光照温湿度变送器测得的环境温度-天数的曲线图。
图8为本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中在一周内光照温湿度变送器测得的光照强度-天数的曲线图。
图9为本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中在一周内二氧化碳浓度变送器测得的二氧化碳浓度-天数的曲线图。
图10为本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中在一周内测得的土壤温度-天数的曲线图。
图11为在本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***中的控制器内预先编写好识别数据传输单元的查询帧的计算机程序示意图。
图中，1.电源，2.云端监测与控制平台，3.数据传输单元，4.控制器，5.非标准土壤温湿度传感器，6.光照温湿度变送器，7.标准土壤温湿度传感器，8.水泵，9.二氧化碳浓度变送器。
具体实施方式
实施例1
本实施例的发明温室植物生长环境参数的在线式监测***的构成如图1所示，包括电源1、控制器4、光照温湿度变送器6、标准土壤温湿度传感器7、非标准土壤温湿度传感器5、数据传输单元3、云端监测与控制平台2、水泵8、二氧化碳浓度变送器9、RS485总线、TTL转RS485模块，上述各个部分的连接方式是：图1中箭头线连接表示电源1通过导线分别连接控制器4、光照温湿度变送器6、标准土壤温湿度传感器7、非标准土壤温湿度传感器5、数据传输单元3、水泵8和二氧化碳浓度变送器9，并为控制器4、光照温湿度变送器6、标准土壤温湿度传感器7、非标准土壤温湿度传感器5、数据传输单元3、水泵8和二氧化碳浓度变送器9供电；图1中双线连接表示控制器4通过RS485总线，其中一根是RS485A，另一根是RS485B与光照温湿度变送器6、标准土壤温湿度传感器7、非标准土壤温湿度传感器5和数据传输单元3、二氧化碳浓度变送器9连接；图1中单线表示控制器4通过导线与水泵8连接；图中虚线连接表示数据传输单元3通过SIM卡与云监测与控制平台2连接；TTL转RS485模块内置于控制器4内。
上述本实施例的温室植物生长环境参数的在线式监测***，使用的RS485总线采用Modbus协议。
上述本实施例的温室植物生长环境参数的在线式监测***中，电源1的作用是供给***中其他各个构成部分所需电能；云监测与控制平台2的作用是在线实时监测温室的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度、非标准土壤温湿度传感器5测得的土壤湿度及土壤温度和校准后的标准土壤温湿度传感器7测得的土壤湿度及土壤温度，形成查询帧,并向下发控制的命令；数据传输单元3的作用是接收来自云检测与控制平台2的查询帧，并将查询帧下发，并接收来自标准土壤温湿度传感器7、非标准土壤温湿度传感器5和控制器4的应答帧，并将该应答帧上传；控制器4的作用是接收来自数据传输单元3的查询帧，并对其进行解析，查看是否采到集标准土壤温湿度传感器7和非标准土壤温湿度传感器5的数据信息，进行土壤湿度的分析和校准；非标准土壤温湿度传感器5的作用是测得校准前的土壤湿度数据；光照温湿度变送器6的作用是测得温室中的空气湿度、空气温度、光照强度三个数据；标准土壤温湿度传感器7的作用是测得校准后的土壤湿度数据；水泵8的作用是按指令对土壤浇水；二氧化碳浓度变送器9的作用是测得温室中的空气中的二氧化碳浓度数据；所述TTL转RS485模块起到的作用是：它一端连接控制器4另一端连接RS485总线，将控制器4能识别的电平与RS485总线上的电平进行转换，使控制器4发出的数据电平能在RS485总线上进行传输，也使RS485总线上传输的数据能被控制器4所识别。
上述温室植物生长环境参数的在线式监测***，其中电源1、控制器4、光照温湿度变送器6、标准土壤温湿度传感器7、非标准土壤温湿度传感器5、数据传输单元3、水泵8和二氧化碳浓度变送器9均通过商购获得；控制器4采用商购的STM32F103，光照温湿度传感器6采用商购的建大仁科的光照温湿度变送器，标准土壤温湿度传感器7采用商购的普瑞森社的FDR土壤温湿度传感器,非标准土壤温湿度传感器5采用商购的使用两年的威海精训畅通的FDR土壤温湿度传感器，数据传输单元2采用商购的USR-G781型号云端监测和控制平台2采用“有人云控制台”云平台。
实施例2
本实施例的温室植物生长环境参数的在线式监测***的操作方法,具体操作如下：在该***的云端监测和控制平台2设置一个定时任务，该定时任务为每隔三个月对土壤温湿度传感器进行一次校准的校准指令；云端监测和控制平台2还设置向下发送的指令，这些指令有：读取光照温湿度变送器6的数据的指令、读取二氧化碳浓度变送器9的二氧化碳浓度数据的指令、读取非标准土壤温湿度传感器5测得的校准前的土壤湿度数据和标准土壤温湿度传感器7测得的校准后的土壤湿度数据的指令；在该***的控制器4内预先编写好识别数据传输单元3查询帧的计算机程序，之后连接好该***的各个构成部分并打开电源启动该***，首先进行控制器4的初始化，然后根据控制器4是否在RS485总线接收到数据传输单元3传输来的云端监测和控制平台2设置的定时任务，决定是否执行对土壤湿度进行一次校准的校准指令；当控制器4在RS485总线接收到数据传输单元3传输来的云端监测和控制平台2设置的定时任务，决定执行对土壤湿度进行一次校准的校准指令时，启动定时浇水功能，即定时启动水泵8，每隔一分钟对插有标准土壤温湿度传感器7和非标准土壤温湿度传感器5的土壤同时进行一次5秒时长的浇水，直至两种土壤温湿度传感器连续三次测得的土壤湿度都不再上升为止，控制器4将这一段时间标准土壤温湿度传感器7和非标准土壤温湿度传感器5这两种土壤温湿度传感器测得的所有湿度数据存于控制器4内存中的数组中，并采用插值法对标准土壤温湿度传感器7和非标准土壤温湿度传感器5这两个传感器测得的数据分别做三次样条拟合，将两组数据分别拟合成湿度与浇水次数的三次函数曲线，即将标准土壤温湿度传感器7连续三次测得的数据拟合成湿度与浇水量的三次函数曲线称为标准曲线(如图2所示)，将非标准土壤温湿度传感器5连续三次测得的数据拟合成湿度与浇水量的三次函数曲线称为非标准曲线(如图3所示)，将标准曲线与非标准曲线相减得到土壤湿度的中间差值曲线(如图4所示)，依据土壤湿度的中间差值曲线对非标准土壤温湿度传感器5采集到的土壤湿度数据进行补偿(如图5所示)，至此完成上述接收到的校准指令；当云端监测与控制平台2发出读取光照温湿度变送器6中数据的指令时，由数据传输单元3接收到该指令，然后将该指令发送至RS485总线，RS485总线上连接的光照温湿度变送器6会将其测得的温室中的空气湿度、环境温度、光照强度三个数据返回至RS485总线，数据传输单元3在RS485总线上读到空气湿度、空气温度、光照强度、土壤温度四个数据，再将这些数据返回给云端监测与控制平台2并在该平台上显示(分别如图6、图7、图8、图10所示)；当云端监测与控制平台2发出读取二氧化碳浓度变送器9所测得到的温室中的二氧化碳浓度数据的指令时，由数据传输单元3接收到该指令，然后将该指令发送至RS485总线，RS485总线上连接的二氧化碳浓度变送器9会将空气中二氧化碳浓度数据发送返回至RS485总线，数据传输单元3在RS485总线上读到二氧化碳浓度数据，再将该数据返回给云端监测与控制平台2并在平台上显示(如图9所示)；当云端监测与控制平台2发出读取校准前土壤湿度数据指令时，数据传输单元3接收到该指令后，将其发送至RS485总线上，非标准土壤温湿度传感器5接收到该指令后，会将非标准土壤温湿度传感器5测得的土壤湿度数据、土壤温度数据返回至RS485总线，此时数据传输单元3和控制器4都会在RS485总线上读到非标准土壤温湿度传感器5测得的土壤湿度数据、土壤温度数据，这些数据由数据传输单元3返回给云端监测与控制平台2并在平台上显示，此时显示的土壤湿度为校准之前的土壤湿度，同时控制器4在RS485总线上接收到校准之前的土壤湿度数据和土壤温度数据后，将校准之前的土壤湿度数值加上中间差值曲线中该土壤湿度数值对应的差值，即得到校准之后的土壤湿度数据；当云端监测与控制平台2发送读取校准后土壤湿度数据指令时，数据传输单元3将该指令发送到RS485总线上，控制器4接收到该指令后，会将校准后的准确土壤湿度数据发送至RS485总线上，此时数据传输单元3会在RS485总线上读到校准后的准确土壤湿度数据，并将其返回至云端监测与控制平台2并在该平台上显示出校准后的准确土壤湿度数据。
图2标准土壤温湿度传感器实测得土壤湿度-浇水次数的二维曲线及其拟合成的标准曲线图显示本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***中的控制器4在RS485总线接收到数据传输单元3传输来的云端监测和控制平台2设置的定时任务，决定执行对土壤湿度进行一次校准的校准指令后生成的标准土壤温湿度传感器7实测得土壤湿度-浇水次数的二维曲线及其拟合成的标准曲线图，其中测得值离散点是标准土壤温湿度传感器7实际测到的土壤湿度，拟合曲线实线是对离散点做三次样条拟合形成的土壤湿度与浇水次数的三次函数曲线。
图3非标准土壤温湿度传感器实测得土壤湿度-浇水次数的二维曲线及其拟合成的非标准曲线图本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***中的控制器4在RS485总线接收到数据传输单元3传输来的云端监测和控制平台2设置的定时任务，决定执行对土壤湿度进行一次校准的校准指令后生成的非标准土壤温湿度传感器5实测得土壤湿度-浇水次数的二维曲线及其拟合成的非标准曲线图。其中测得值离散点是非标准土壤温湿度传感器5实际测到的土壤湿度，拟合曲线实线是对这些离散点做三次样条拟合形成的土壤湿度与浇水次数的三次函数曲线。
图4中间差值-非标准土壤温湿度传感器测得土壤湿度值曲线及其拟合成的标准曲线图，图中，离散点为实际差值，实线为拟合曲线，该图显示了本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***中的控制器4接收到校准指令后生成的中间差值曲线图。标准曲线与非标准曲线相减得到中间差值曲线，依据中间差值曲线对非标准土壤温湿度传感器采集到的土壤湿度数据进行补偿。
图5标准土壤温湿度传感器测得的准确土壤湿度-非标准土壤温湿度传感器测得土壤湿度的二维曲线以及采集到的数据在控制器中的补偿校准效果曲线图显示了本发明***中标准土壤温湿度传感器7测得的准确土壤湿度和非标准土壤温湿度传感器5的测得土壤湿度以及控制器4补偿校准效果曲线示意图。
该图是在15天之内做的本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***的操作中使用15天时间的测试，图中三条曲线分别是校准前的土壤湿度曲线、准确土壤湿度曲线、校准后的土壤湿度曲线，横坐标为标准土壤温湿度传感器7测得的准确土壤湿度以便更好对比，图中可见校准前的土壤湿度曲线严重偏离准确土壤湿度曲线，而校准后的土壤湿度曲线与准确土壤湿度曲线接近。
图6本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中在一周内光照温湿度变送器测得的空气湿度-天数的曲线图，具体地说是显示一周时间内温室的空气湿度随时间的变化情况；空气湿度数据的起始时间为第一天的下午两点，终点时间为第七天的上午九点。
图7本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中在一周内光照温湿度变送器测得的环境温度-天数的曲线图，具体地说是显示一周时间内温室的环境温度随时间的变化情况；环境温度数据的起始时间为第一天的下午两点，终点时间为第七天的上午九点。
图8本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中在一周内光照温湿度变送器测得的光照强度-天数的曲线图，具体地说是显示一周时间内温室的光照强度随时间的变化情况；光照强度数据的起始时间为第一天的下午两点，终点时间为第七天的上午九点。
图9本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中在一周内二氧化碳浓度变送器测得的二氧化碳浓度-天数的曲线图，具体地说是显示一周时间内温室内的二氧化碳浓度随时间的变化情况；二氧化碳浓度数据起始时间为第一天的下午两点，终点时间为第七天的上午九点。
图10本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中在一周内测得的土壤温度-天数的曲线图，具体地说是显示在一周时间内测得的土壤温度随时间的变化情况；土壤温度数据起始时间为第一天的下午两点，终点时间为第七天的上午九点。
图11显示在本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***中的控制器4内预先编写好识别数据传输单元3查询帧的计算机程序示如下：
开始→***初始化→更新中间差值曲线→接收到读取校准前土壤湿度指令→从RS485总线上读取非标准土壤温湿度传感器采集的土壤湿度数据→采集到的土壤湿度数据加上中间差值曲线中该湿度对应的差值，记为校准后湿度→是否读取校准后土壤湿度→否，返回从RS485总线上读取非标准土壤温湿度传感器采集的土壤湿度数据；是，将校准后湿度数据发送到RS485总线→是否接收到校准指令→否，返回从RS485总线上读取非标准土壤温湿度传感器采集的土壤湿度数据；是，开启水泵→开启水泵，每隔1分钟对两种土壤温湿度传感器所在的土壤进行5秒时长的浇水，并保存湿度→拟合标准曲线和非标准曲线，二者相减得中间差值曲线→是否更新中间差值曲线→是，返回更新中间差值曲线；否，结束。
本实施例的温室植物生长环境参数的在线式监测***的操作方法的实测校准结果数据如下表1～5所示：
表1.校准数据列表a
表2.校准数据列表b
表3.校准数据列表c
表4.校准数据列表d
表5.校准数据列表e
表1～5是本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***操作中得到的土壤湿度校准数据列表，准确湿度是标准土壤温湿度传感器7测得的准确土壤湿度，校准前湿度是非标准土壤温湿度传感器5测得的土壤湿度，其与准确湿度偏差较大，校准后湿度是经过本发明温室植物生长环境参数的在线式监测***的操作校准后的数据，其与准确湿度接近。
上述实施例中，所述拟合三次函数曲线的方法是本技术领域公知的方法，其它操作方法也是本领域技术人员能够掌握的。
Claims (2)
1.温室植物生长环境参数的在线式监测***，其特征在于：包括电源、控制器、光照温湿度变送器、标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器、数据传输单元、云端监测与控制平台、水泵、二氧化碳浓度变送器、RS485总线、TTL转RS485模块，上述各个部分的连接方式是：电源通过导线分别连接控制器、光照温湿度变送器、标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器、数据传输单元、水泵、二氧化碳浓度变送器，并为控制器、光照温湿度变送器、标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器、数据传输单元、水泵、二氧化碳浓度变送器供电；控制器通过RS485总线与光照温湿度变送器、标准土壤温湿度传感器、非标准土壤温湿度传感器和数据传输单元、二氧化碳浓度变送器连接；控制器通过导线与水泵连接；数据传输单元通过SIM卡与云监测与控制平连接；TTL转RS485模块内置于控制器内；
上述控制器内有预先编写好识别数据传输单元查询帧的计算机程序如下：
开始→***初始化→更新中间差值曲线→接收到读取校准前土壤湿度指令→从RS485总线上读取非标准土壤温湿度传感器采集的土壤湿度数据→采集到的土壤湿度数据加上中间差值曲线中该湿度对应的差值，记为校准后湿度→是否读取校准后土壤湿度→否，返回从RS485总线上读取非标准土壤温湿度传感器采集的土壤湿度数据；是，将校准后湿度数据发送到RS485总线→是否接收到校准指令→否，返回从RS485总线上读取非标准土壤温湿度传感器采集的土壤湿度数据；是，开启水泵→开启水泵，每隔1分钟对两种土壤温湿度传感器所在的土壤进行5秒时长的浇水，并保存湿度→拟合标准曲线和非标准曲线，二者相减得中间差值曲线→是否更新中间差值曲线→是，返回更新中间差值曲线；否，结束；
上述RS485总线采用Modbus协议，总线上最多可以挂载32个设备，除去STM32F103开发板所占用的一个设备地址，能够挂载15组光照温湿度变送器和FDR-100传感器，即使用一个标准土壤温湿度传感器可以同时校准14个非标准土壤温湿度传感器。
2.权利要求1所述温室植物生长环境参数的在线式监测***的操作方法,其特征在于具体操作如下：在该***的云端监测和控制平台设置一个定时任务，该定时任务为每隔三个月对土壤湿度进行一次校准的校准指令；云端监测和控制平台还设置向下发送的指令，这些指令有：读取光照温湿度变送器的数据的指令、读取二氧化碳浓度变送器的二氧化碳浓度数据的指令、读取非标准土壤温湿度传感器测得的校准前的土壤湿度数据和标准土壤温湿度传感器测得的校准后的土壤湿度数据的指令；在该***的控制器内预先编写好识别数据传输单元查询帧的计算机程序，之后连接好该***的各个构成部分并打开电源启动该***，首先进行控制器的初始化，然后根据控制器是否在RS485总线接收到数据传输单元传输来的云端监测和控制平台设置的定时任务，决定是否执行对土壤湿度进行一次校准的校准指令，当决定进行该校准指令时，启动定时浇水功能，即定时启动水泵，每隔一分钟对插有标准土壤温湿度传感器和非标准土壤温湿度传感器的土壤同时进行一次5秒时长的浇水，直至两种土壤温湿度传感器连续三次测得的土壤湿度都不再上升为止，控制器将这一段时间标准土壤温湿度传感器和非标准土壤温湿度传感器这两种土壤温湿度传感器测得的所有湿度数据存于控制器内存中的数组中，并采用插值法对标准土壤温湿度传感器和非标准土壤温湿度传感器这两个传感器测得的数据分别做三次样条拟合，即将两组数据分别拟合成湿度与浇水次数的三次函数曲线，其中，将标准土壤温湿度传感器连续三次测得的数据拟合成湿度与浇水量的三次函数曲线称为标准曲线，将非标准土壤温湿度传感器连续三次测得的数据拟合成湿度与浇水量的三次函数曲线称为非标准曲线，将标准曲线与非标准曲线相减得到土壤湿度的中间差值曲线图，依据土壤湿度的中间差值曲线对非标准土壤温湿度传感器采集到的土壤湿度数据进行补偿，至此完成上述接收到的校准指令；当云端监测与控制平台发出读取光照温湿度变送器中数据的指令时，由数据传输单元接收到该指令，然后将该指令发送至RS485总线，RS485总线上连接的光照温湿度变送器会将其测得的温室中的空气湿度、环境温度、光照强度三个数据返回至RS485总线，数据传输单元在RS485总线上读到空气湿度、环境温度、光照强度、土壤温度四个数据，再将这些数据返回给云端监测与控制平台并在该平台上显示；当云端监测与控制平台发出读取二氧化碳浓度变送器所测得到的温室中的二氧化碳浓度数据的指令时，由数据传输单元接收到该指令，然后将该指令发送至RS485总线，RS485总线上连接的二氧化碳浓度变送器会将空气中二氧化碳浓度数据发送返回至RS485总线，数据传输单元在RS485总线上读到二氧化碳浓度数据，再将该数据返回给云端监测与控制平台并在平台上显示；当云端监测与控制平台发出读取校准前土壤湿度数据指令时，数据传输单元接收到该指令后，将其发送至RS485总线上，非标准土壤温湿度传感器接收到该指令后，会将非标准土壤温湿度传感器测得的土壤湿度数据、土壤温度数据返回至RS485总线，此时数据传输单元和控制器都会在RS485总线上读到非标准土壤温湿度传感器测得的土壤湿度数据、土壤温度数据，这些数据由数据传输单元返回给云端监测与控制平台并在平台上显示，此时显示的土壤湿度为校准之前的土壤湿度，同时控制器在RS485总线上接收到校准之前的土壤湿度数据和土壤温度数据后，将校准之前的土壤湿度数值加上中间差值曲线中该土壤湿度数值对应的差值，即得到校准之后的土壤湿度数据；当云端监测与控制平台发送读取校准后土壤湿度数据指令时，数据传输单元将该指令发送到RS485总线上，控制器接收到该指令后，会将校准后的准确土壤湿度数据发送至RS485总线上，此时数据传输单元会在RS485总线上读到校准后的准确土壤湿度数据，并将其返回至云端监测与控制平台并在该平台上显示出校准后的准确土壤湿度数据。
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