CN206833234U - 一种温室环境综测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种温室环境综测仪，包括：温室环境数据采集模块、中央处理单元和服务器；中央处理单元包括：数据同步采集模块、GPS定位模块，人机交互模块，GPRS远传模块、USB设备接口、DSP核心处理模块；温室环境数据采集模块的输出端连接数据同步采集模块的输入端，数据同步采集模块的输出端连接DSP核心处理模块的输入端，GPS定位模块通过串行通信口连接DSP核心处理模块，GPRS远传模块通过串行通信口连接DSP核心处理模块，USB设备接口与DSP核心处理模块的输入端相连，人机交互模块的输入端连接DSP核心处理模块的输出端，GPRS远传模块通过网络与服务器相连；该***将同步数据采集、数据处理、位置定位和数据远传功能集于一体，完成多种功能，并具有远程数据采集终端的功能。
Description
技术领域
本实用新型属于设施农业技术领域，具体涉及一种温室环境综测仪。
背景技术
温室环境的控制属于智慧农业的一部分，在满足城市消费群需求、减轻种植业风险、充分利用自然光源、推广农业先进技术方面具有重要的作用。为了保证温室环境满足作物生长的要求，对温室环境进行在线或离线检测，并根据专家经验进行温室环境质量评估，指导农业生产就具有非常重要的意义。
目前市场的仪器普遍存在以下缺点：
(1)现有的温室环境综合测试仪，不能同时对多种环境数据进行同步测量，更缺少根据测量数据对温室环境的评估，对于使用者缺少指导意义；
(2)现有的温室环境综合测试仪，缺少检测数据远方传送功能，因此检测的数据无法长期保存；同时，由于综测仪是流动性测量，因此缺少测量地点的定位功能；
(3)由于传感器测量的数据不准确，如果要基于这些测量的非精确数据完成温室环境的质量评估，就需要基于非精确数据的评估技术，而这一技术目前在理论和实际上是缺乏的。
针对上述问题，本实用新型设计一种新型的温室环境综合数据测量仪器，基于多种传感器完成对温室环境多因素的同步测量；增加GPS定位功能，完成对测量地点的定位和测量时间的记录；采用区间随机向量函数连接RVFL(Random Vector Functional Link)神经网络模型，开发基于非精确数据的温室环境评估模型，实现温室环境的质量评估，并给出评估的可靠度，供使用者参考。目前基于区间RVFL神经网络评估模型的温室环境综合测试仪，在国内外的研究和应用中尚未见到。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提出一种温室环境综测仪。
一种温室环境综测仪，包括：温室环境数据采集单元、中央处理单元和服务器；
所述中央处理单元，包括：数据同步采集模块、GPS定位模块、人机交互模块、GPRS远传模块、USB设备接口、DSP核心处理模块；
所述温室环境采集单元的输出端连接数据同步采集模块的输入端，所述数据同步采集模块的输出端连接DSP核心处理模块的输入端，所述GPS定位模块通过串行通信口连接DSP核心处理模块，所述GPRS远传模块通过串行通信口连接DSP核心处理模块，所述USB设备接口与DSP核心处理模块的输入端相连，所述人机交互模块的输入端连接DSP核心处理模块的输出端，所述GPRS远传模块通过网络与服务器相连；
所述温室环境采集单元，用于实时采集温室环境参数；
所述数据同步采集模块，用于将同步采集的温室环境参数实时传输至DSP核心处理模块；
所述GPS定位模块，用于采集当前温室环境参数的采集时间、地点，并将此时间、地点传输至DSP核心处理模块；
所述人机交互模块，用于与DSP核心处理模块进行信息交互，显示实时采集的温室环境参数，选择工作状态、选定采集的温室环境参数；所述工作状态包括：在线状态和离线状态；
所述GPRS远传模块，用于实现DSP核心处理模块与服务器之间的通讯，将实时采集的温室环境参数传输至服务器；
所述USB设备接口，用于提供USB存储设备接入的通道；
所述DSP核心处理模块，用于建立区间RVFL网络模型，将温室环境参数区间值和对应的温室环境质量等级的区间值作为训练样本，训练该区间RVFL网络模型，确定训练后的区间RVFL网络模型；根据实时采集当前环境下的温室环境参数作为训练后的区间RVFL网络的输入，得到当前环境下的温室环境质量等级及其可信度。
所述温室环境参数，包括：空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤温度、土壤湿度。
所述温室环境采集单元，包括：空气温度传感器、土壤温度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳传感器。
本实用新型的有益效果：
本实用新型提出基于一种温室环境综测仪，该***将同步数据采集、数据处理、位置定位和数据远传功能集于一体，完成多种功能，起到使用者的助手功能，以及远程数据采集终端的功能；本实用新型实现了在温室环境综测仪处于在线状态时，温室环境综测仪直接将温室环境监测数据和评价结果上传到远方服务器上；当温室环境综测仪处于离线状态时，温室环境综测仪把温室环境监测数据信息和评价结果，按照时间、地点序列顺序存储在本地的USB存储设备中，在温室环境综测仪联网之后，再把温室环境监测数据信息和评价结果同步到服务器中。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式中温室环境综测仪的结构框图；
图2为本实用新型具体实施方式中温室环境综测仪的电路原理图；
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型具体实施方式加以详细的说明。
一种温室环境综测仪，如图1所示，包括：温室环境数据采集单元、中央处理单元和服务器。
所述中央处理单元，包括：数据同步采集模块、GPS定位模块、人机交互模块、GPRS远传模块、USB设备接口、DSP核心处理模块。
如图2所示，所述温室环境采集单元的输出端连接数据同步采集模块的输入端，所述数据同步采集模块的输出端连接DSP核心处理模块的输入端，所述GPS定位模块通过串行通信口连接DSP核心处理模块，所述GPRS远传模块通过串行通信口连接DSP核心处理模块，所述USB设备接口与DSP核心处理模块的输入端相连，所述人机交互模块的输入端连接DSP核心处理模块的输出端，所述GPRS远传模块通过网络与服务器相连。
所述温室环境采集单元，用于实时采集温室环境参数。
所述温室环境采集单元，包括：空气温度传感器、土壤温度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳传感器。
本实施方式中，空气温度传感器和土壤温度传感器均为热电偶温度传感器，辅以冷端补偿电路连接数据同步采集模块的输入端，输出模拟电压信号传送给DSP核心处理模块。
本实施方式中，热电偶温度传感器探头带有长30mm、底面直径为3m的圆柱形金属外壳以及3m长的数据线。测量空气温度时，直接将空气温度传感器置于空气之中；测量土壤温度时，将土壤温度传感器探头埋于土壤表层以下植物根部处。所采用的热电偶温度传感器为压簧式感温元件，具有抗振性能好、测温精度高、机械强度高、耐压性能好、性能可靠稳定等优点。
本实施方式中，空气湿度传感器型号为SHT10。SHT10通过串行类IIC接口将数字信号传送给DSP核心处理模块。将SHT10制作成探头状，SHT10的独特封装表面令其在结露环境下使用。
本实施方式中，土壤湿度传感器为CSF11土壤水分传感器。CSF11土壤水分传感器输出模拟电压信号通过数据同步采集模块传送给DSP核心处理模块。CSF11土壤水分传感器为圆柱封装，长109mm，直径40mm，底部带有4根长60mm、直径3mm的金属探针。将土壤湿度传感器垂直***被测土壤，保证金属探针全部***土壤之中即可测量量温室环境中的土壤水分。
本实施方式中，光照强度传感器的型号为BH1750FVI，BH1750FVI光照强度传感器输出数字信号通过IIC总线传送至DSP核心处理模块。BH1750FVI光照强度传感器为半球封装，尺寸为内径22mm、外径26mm、外缘直径28.5mm、高18mm。用绝缘硅胶将传感器密封在温室环境综测仪表面，令半球封装裸露在温室环境中即可测量温室环境中的光照强度。
本实施方式中，二氧化碳传感器所选用的为S-100二氧化碳传感器。S-100二氧化碳传感器输出数字信号通过IIC总线传送至DSP核心处理模块。S-100二氧化碳传感器的外形尺寸为32mm(长)×12mm(宽)×38mm(高)。S-100二氧化碳传感器外部附着一层透析膜贴敷于温室环境综测仪外壳表面即可测量温室环境中的二氧化碳浓度。
所述温室环境参数，包括：空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤温度、土壤湿度。
所述数据同步采集模块，用于将同步采集的温室环境参数实时传输至DSP核心处理模块。
所述GPS定位模块，用于采集当前温室环境参数的采集时间、地点，并将此时间、地点传输至DSP核心处理模块。
本实施方式中，GPS定位模块，其主要功能是给温室环境综测仪提供时间、地点的参考，GPS定位模块通过串行通信口与DSP核心处理模块进行信息交互。在处于在线状态时，利用GPS定位模块得到时间、地点序列，记录采集当前温室环境数据的采集时间、地点，并将此时间、地点作为此次温室环境监测数据信息的一部分，将该信息作为判断本次上传的温室环境监测数据和评价结果是否有效的参考；处于离线状态时，GPS定位模块获得的时间、地点信息顺序存储在本地的USB存储设备中。
所述人机交互模块，用于与DSP核心处理模块进行信息交互，显示实时采集的温室环境参数，选择工作状态、选定采集的温室环境参数；所述工作状态包括：在线状态和离线状态。
本实施方式中，人机交互模块，采用LCD彩屏与按键相结合作为人机交互的接口，LCD彩屏的作用是与DSP核心处理模块进行信息交互，显示实时采集的温室环境参数，选择工作状态、选定采集的温室环境参数。LCD彩屏、按键通过数据信号线与DSP核心处理模块相连进行信息的交互。按键相比于触摸屏更符合于实际温室环境的应用，触摸屏暴露在空气中才能正常使用，在结露环境中，露珠会令触摸屏出现误触发的情况，而按键可密封在功能面板之下，避免了误操作提高可靠性。
本实施方式中，人机交互模块显示方式分两种。方式一、数字的形式显示在屏幕上，每采集一组温室环境数据立即刷新在屏幕上；方式二、以不同颜色的曲线把每一种传感器采集的温室环境数据显示在直角坐标系中，根据每一种传感器采集的温室环境数据描绘其对应的种温室环境参数一段时间内的变化趋势。
所述GPRS远传模块，用于实现DSP核心处理模块与服务器之间的通讯，将实时采集的温室环境参数传输至服务器。
本实施方式中，GPRS远传模块，使用的是GPRS DTU无线串口数传模块，通过串行通信口与DSP核心处理模块相连。此模块内置GPRS无线模块，提供标准RS232/485数据接口。实现温室环境综测仪与服务器之间数据的可靠高效传输。
所述USB设备接口，用于提供USB存储设备接入的通道。
本实施方式中，当温室环境综测仪处于需要自行记录温室环境监测数据的离线状态时，温室环境综测仪把GPS定位模块产生时间、地点序列加入把温室环境监测数据信息序列，并按照时间顺序存储在本地的USB存储设备中，方便后续对数据的进一步分析、处理工作。
所述DSP核心处理模块，用于建立区间RVFL网络模型，将温室环境参数区间值和对应的温室环境质量等级的区间值作为训练样本，训练该区间RVFL网络模型，确定训练后的区间RVFL网络模型；根据实时采集当前环境下的温室环境参数作为训练后的区间RVFL网络的输入，得到当前环境下的温室环境质量等级及其可信度。
本实施方式中，DSP核心处理模块采用的DSP数字处理芯片为TMS320F28335。DSP核心处理模块的主要任务协调各模块之间配合工作，将数据同步采集与人际交互***采集的温室数据通过模拟量接口和数字量接口发至DSP，利用区间RVFL神经网络评估模型算法给出评价结果，将记录的温室环境数据和评价结果发送至LCD彩屏，方便使用人员及时了解当前温室环境。
本实施方式中，电源部分采用外部24V直流电源与24V蓄电池搭配的供电方案，保证温室环境综测仪可长期稳定工作。二者中只有一种处于工作状态，默认采用24V直流电源供电。处于外部24V直流电源供电时，温室环境综测仪的充电电路根据24V蓄电池当前状态选择是否通过充电路给蓄电池充电。经过DC-DC变换输出电压12V，12V-5V稳压电路选用的芯片为LM1084低压差线性稳压器；12V-3.3V稳压电路选用的芯片为AMS1117低压差线性稳压器；12V-2.5V稳压电路选用的芯片为LM1084低压差线性稳压器。
本实施方式中，外壳为长方体塑料盒子，局部开孔、带有提手，在塑料外壳内部装入温室环境综测仪各部分电路模块之后，进行贴膜、密封等处理工作。局部开孔是给人机交互接口、传感器探出提供空间，带有提手可方便操作人员携带，贴膜、密封保证温室环境综测仪内部不进入水汽或直接进水，继而保证温室环境综测仪各部分电路模块不因受潮、进水而无法正常工作。塑料外壳外部带有水银温度计的插槽，便于操作人员使用水银温度计校订温度。
使用上述温室环境综测仪进行温室环境综测的过程如下所示：
通过人机交互模块选择工作状态、选定采集的温室环境参数；
开启温室环境数据采集模块进行温室环境参数的采集；
通过数据同步采集模块将同步采集的温室环境参数实时传输至DSP核心处理模块；
通过人机交互模块显示实时采集的温室环境参数；
通过GPS定位模块采集当前温室环境数据的采集时间、地点，并将此时间、地点传输至DSP核心处理模块；
通过DSP核心处理模块建立区间RVFL网络模型，将温室环境参数区间值和对应的温室环境质量等级的区间值作为训练样本，训练该区间RVFL网络模型，确定训练后的区间RVFL网络模型；根据实时采集当前环境下的温室环境参数作为训练后的区间RVFL网络的输入，得到当前环境下的温室环境质量等级及其可信度；
本实施方式中，温室环境参数，包括：空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤温度、土壤湿度。
将所采集的空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、二氧化碳浓度和光照强度值转为区间值，用表示第i个检测量，其中，zi 表示第i个区间参数值的下限，表示第i个区间参数值的上限，i∈[1，l]，l为检测量的总个数。
本实施方式中，同时将4个温室环境质量等级用向量重新标识并作为每组采集信号的期望输出值，环境质量等级为I时，其所对应的表示为[1 0 0 0]；环境质量评估等级为II时，其所对应的表示为[0 1 0 0]；环境质量评估等级为III时，其所对应的表示为[0 0 10]；环境质量评估等级为IV时，其所对应的表示为[0 0 0 1]。
本实施方式中，将温室环境质量进行等级划分为四类：I(优)、II(良)、III(中)、IV(差)，该等级评定依据是专家经验。
当工作状态为在线工作状态时，通过GPRS远传模块将采集到的温室环境参数、当前环境下的温室环境质量等级及其可信度上传到服务器数据库中，工作结束；
当工作状态为离线工作状态时，将采集到的温室环境参数、当前环境下的温室环境质量等级及其可信度存储在本地USB存储设备中，当网络状态良好时通过GPRS远传模块传至服务器数据库中，工作结束。
Claims (3)
1.一种温室环境综测仪，其特征在于，包括：温室环境数据采集单元、中央处理单元和服务器；
所述中央处理单元，包括：数据同步采集模块、GPS定位模块、人机交互模块、GPRS远传模块、USB设备接口、DSP核心处理模块；
所述温室环境数据采集单元的输出端连接数据同步采集模块的输入端，所述数据同步采集模块的输出端连接DSP核心处理模块的输入端，所述GPS定位模块通过串行通信口连接DSP核心处理模块，所述GPRS远传模块通过串行通信口连接DSP核心处理模块，所述USB设备接口与DSP核心处理模块的输入端相连，所述人机交互模块的输入端连接DSP核心处理模块的输出端，所述GPRS远传模块通过网络与服务器相连；
所述温室环境数据采集单元，用于实时采集温室环境参数；
所述数据同步采集模块，用于将同步采集的温室环境参数实时传输至DSP核心处理模块；
所述GPS定位模块，用于采集当前温室环境参数的采集时间、地点，并将此时间、地点传输至DSP核心处理模块；
所述人机交互模块，用于与DSP核心处理模块进行信息交互，显示实时采集的温室环境参数，选择工作状态、选定采集的温室环境参数；所述工作状态包括：在线状态和离线状态；
所述GPRS远传模块，用于实现DSP核心处理模块与服务器之间的通讯，将实时采集的温室环境参数传输至服务器；
所述USB设备接口，用于提供USB存储设备接入的通道；
所述DSP核心处理模块，用于建立区间RVFL网络模型，将温室环境参数区间值和对应的温室环境质量等级的区间值作为训练样本，训练该区间RVFL网络模型，确定训练后的区间RVFL网络模型；根据实时采集当前环境下的温室环境参数作为训练后的区间RVFL网络的输入，得到当前环境下的温室环境质量等级及其可信度。
2.根据权利要求1所述的温室环境综测仪，其特征在于，所述温室环境参数，包括：空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤温度、土壤湿度。
3.根据权利要求1所述的温室环境综测仪，其特征在于，所述温室环境数据采集单元，包括：空气温度传感器、土壤温度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳传感器。
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|---|---|---|---|---|
| CN110262443A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-09-20 | 陕西工业职业技术学院 | 一种基于移动互联网的温室大棚环境监测*** |
| CN113884138A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-01-04 | 一鼎(福建)生态园林建设有限公司 | 基于大数据的种植智能监控*** |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180102 Termination date: 20200608 |