CN208937957U - 一种大棚环境实时监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种大棚环境实时监控装置，包括：主节点和子节点；主节点包括：第一控制器、第一无线通信模块和监视模块；第一无线通信模块的信号输出端与第一控制器的信号接收端相连接；第一控制器与监视模块相连接；每个子节点均包括：第二控制器、第二无线通信模块、环境调控执行模块和多种数据采集传感器；各数据采集传感器的信号输出端分别与第二控制器的信号接收端相连接；第二控制器分别与第二无线通信模块和环境调控执行模块相连接。本实用新型的监控装置，基于多节点局域网技术，能够对大棚环境进行多节点实时监测，具有较强的实时性，且能够一定程度上提高工作效率。

Description

一种大棚环境实时监控装置

技术领域

本实用新型属于多节点局域网设计技术领域以及环境智能监控技术领域，特别涉及一种大棚环境实时监控装置。

背景技术

目前，新兴农业物联网技术在政府和市场的推动下在全国各地开始逐步普及应用，尤其是农业智能大棚环境监控发展方向就是做到实用、易用、人性化。现有大棚环境监测装置存在一些问题，具体包括：需要人为实地采集数据，过程比较繁琐；现有的大棚环境采集装置能够采集的参数较为单一，不能多参数联合采集；在采集时通常为单节点模式，不能实时反应整个大棚环境的实际情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种大棚环境实时监控装置，以解决上述存在的技术问题。本实用新型的监控装置，基于多节点局域网技术，能够对大棚环境进行多节点实时监测，具有较强的实时性，且能够一定程度上提高工作效率。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种大棚环境实时监控装置，包括：主节点和子节点；主节点包括：第一控制器、第一无线通信模块和监视模块；第一无线通信模块的信号输出端与第一控制器的信号接收端相连接；第一控制器与监视模块相连接；

子节点的数量为多个，子节点用于设置在大棚内的监测点；每个子节点均包括：第二控制器、第二无线通信模块、环境调控执行模块和多种数据采集传感器；各数据采集传感器的信号输出端分别与第二控制器的信号接收端相连接；第二控制器分别与第二无线通信模块和环境调控执行模块相连接；其中，第一无线通信模块配置为服务器模式，第二无线通信模块配置为客户端模式，第一无线通信模块与第二无线通信模块能够实现通信。

进一步的，第一控制器和第二控制器均为嵌入式控制器STM32。

进一步的，第一无线通信模块和第二无线通信模块均为无线通信模块ESP-01。

进一步的，数据采集传感器包括：温度传感器、光照传感器、烟雾传感器、土壤湿度传感器、CO₂浓度传感器和人体释热红外传感器。

进一步的，温度传感器、光照传感器和烟雾传感器为DS18B20，通过单总线与子节点的第二控制器连接；土壤湿度传感器为YL69模拟量输出传感器；CO₂浓度传感器为CCS811数字型传感器；人体释热红外传感器为HC-SR501开关量传感器。

进一步的，监视模块包括：服务器和上位机；第一控制器与服务器相连接；服务器与上位机相连接；上位机包括监视屏幕和控制按键。

进一步的，上位机与服务器串口通信方式连接；上位机采用LabVIEW。

进一步的，监视模块包括：报警装置；报警装置的信号接收端与第一控制器的信号输出端相连接。

进一步的，子节点的环境调控执行模块为风机；风机的信号接收端与第二控制器的信号输出端相连接。

进一步的，还包括：供电模块；供电模块用于为主节点和子节点供电。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的大棚环境实时监控装置，大棚内环境重要监测位置分散设置监测子节点，各监测子节点与主节点采用无线组网方式连接，主节点与子节点之间采用一对多组网连接；监测子节点通过数据传感器采集大棚不同位置的各环境信息。子节点的第二控制器内设置有预设阈值，通过将采集的信息与预设阈值进行比较，控制子节点的环境调控执行模块对大棚环境进行实时调节控制，具有较强的实时性。子节点采集的信息通过无线传输的通信形式传递给主节点，通过监视模块可以进行远程实时监控。本实用新型的监控装置，基于多节点局域网技术，能够对大棚环境进行多节点实时监测，具有较强的实时性，且能够一定程度上提高工作效率。

进一步的，各个监测子节点通过温度传感器、光照传感器、烟雾传感器、土壤湿度传感器、CO₂浓度传感器和人体释热红外传感器实时采集大棚的温度、光照、烟雾、土壤湿度、CO₂浓度和人体释热红外信息，根据大棚温度、光照、烟雾、土壤湿度、CO₂浓度和人体释热红外感应信息与预设阈值比较，进而通过子节点的控制器控制环境调控执行模块动作。具体的，温度、光照和烟雾传感器模块用于检测大棚环境温度、光照和烟雾值，土壤湿度传感器用于测出大棚土壤湿度值，CO₂浓度传感器用于测量大棚空气环境CO₂值，人体释热红外传感器用于检测大棚内是否有其他他人员入侵。人体释热红外传感器是利用人体所发射的红外光监测是否存在人体，本实用新型中此传感器安装于大棚内各个入口位置，若有其他人员侵入时，会触发主节点报警装置，可以起到防止大棚入侵以及防盗作用。各传感器将检测的环境信息以数据总线的传输到控制器。

进一步的，主节点与上位机串口通信方式，经主节点统一打包后上传到PC上位机LabVIEW集中显示处理，上位机可实时存储、显示监测子节点大棚环境信息，绘制各个环境参数的历史变化曲线，并且可以通过控制按键实现手动控制，提高了设备的可靠性。另外，采用LabVIEW数据可视化处理以及无线组网方式，能够提高环境监控***设备的可扩展性、便捷性。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的一种大棚环境实时监控装置的结构示意框图；

图2是本实用新型的一种大棚环境实时监控装置中上位机界面示意图；

图3是本实用新型的一种大棚环境实时监控装置中各模块供电情况示意框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术优点和方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型的一种大棚环境实时监控装置，包括：主节点和子节点。

主节点包括：第一控制器、第一无线通信模块和监视模块；第一无线通信模块的信号输出端与第一控制器的信号接收端相连接；第一控制器与监视模块相连接。子节点的数量为多个，子节点用于设置在大棚内的监测点；每个子节点均包括：第二控制器、第二无线通信模块、环境调控执行模块和多种数据采集传感器；各数据采集传感器的信号输出端分别与第二控制器的信号接收端相连接；第二控制器分别与第二无线通信模块和环境调控执行模块相连接；其中，第一无线通信模块配置为服务器模式，第二无线通信模块配置为客户端模式，第一无线通信模块与第二无线通信模块能够实现通信。大棚环境监控***通信方式为无线WIFI通信，主节点与子节点的无线模块分别配置为服务器与模式客户端模式，单服务器可以连接多个客户端。服务器与客户端之间采用TCP协议通信，确保通信方式的可靠性和安全性。监视模块包括：服务器、上位机和报警装置；第一控制器与服务器相连接；服务器与上位机相连接；上位机包括监视屏幕和控制按键。报警装置的信号接收端与第一控制器的信号输出端相连接。上位机与服务器串口通信方式连接；上位机采用LabVIEW。主节点和子节点均设置有供电模块；供电模块用于为主节点和子节点供电；***包含有12V、24V直流电源模块，并且可以通过降压模块和稳压模块将电压扩展为5V和3.3V，为传感器模块、继电器模块、嵌入式控制器供电。主节点控制器包含微型LCD，子节点监测信息通过无线通信方式发送至主节点，经主节点控制器处理集中显示在微型LCD，在没有服务器主机开机的情况下，可以设置相应传感器数值的阈值，提高设备的灵活性和可靠性。

具体的，第一控制器和第二控制器均为嵌入式控制器STM32。第一无线通信模块和第二无线通信模块均为无线通信模块ESP-01。数据采集传感器包括：温度传感器、光照传感器、烟雾传感器、土壤湿度传感器、CO₂浓度传感器和人体释热红外传感器。温度传感器、光照传感器和烟雾传感器为DS18B20，通过单总线与子节点的第二控制器连接；土壤湿度传感器为YL69模拟量输出传感器；CO₂浓度传感器为CCS811数字型传感器；人体释热红外传感器为HC-SR501开关量传感器。子节点的环境调控执行模块为风机；风机的信号接收端与第二控制器的信号输出端相连接

本实用新型的装置同时包括自动控制方式和手动控制方式，自动控制方式为***可根据自身的监测信息自动调节抽风风机；手动控制方式为通过上位机LabVIEW虚拟仪器按键控制大棚内的抽风风机，进而提高空气质量。具体的，当大棚内温度、光照、烟雾、土壤湿度、CO₂浓度任一值超出设定阈值时，***自动开启抽风风机，同时将给主节点发送报警信号，使主节点启动报警装置。当所有值低于设定阈值时，***自动关闭抽风风机，同时关闭报警装置。需要人为控制该***时，可通过上位机LabVIEW发送命令对抽风风机控制。

另外，传统大棚环境采集，均不可实现智能化存储，本实用新型基于多节点局域网设计，是基于无线传输技术、无线组网技术、嵌入式控制技术和可视化技术相结合，***可将传感器监测的数据上传到本地数据库保存，以备后期的查询。

上位机存储的历史数据保存至本地数据库MySQL，以便后期查询使用，实施步骤为：

第一步：连接MySQL,mysql-h主机地址-u用户名－p用户密码；

第二步：连接到本地MySQL，打开DOS窗口，然后进入目录mysql\bin，再键入命令mysql-u root-p，回车后输密码；

第三步：使用当前数据库：use work；

第四步：创建一个表格：create table work,查看表格详情：desc worl；

第五步：完成之后添加每个列的数据：insert into work(time,name,value,remarks)values(’2018.6.18’'温度、光照、烟雾',’26',NULL)，以此方式添加各个参数的数据库类型。

本实用新型的一种大棚环境监控***，是基于多节点局域网的大棚环境监控报警***，采用无线WIFI通信技术、无线组网技术、嵌入式控制技术和虚拟仪器LabVIEW可视化技术相结合，通过多个监测节点感知大棚环境实时信息；根据环境温度、光照、烟雾、土壤湿度、CO₂浓度和人体释热红外变化自动控制抽风风机动作，对大棚环境进行实时调控；虚拟仪器LabVIEW实时监测和数据库存储。大棚环境控制功能分为两种控制方式：自动控制方式和手动控制方式；通过自动控制方式，可提高环境控制的实时性，且能提供工作效率，降低工作强度；通过手动控制方式，可辅助自动控制方式，提高整个控制***的可靠性。自动控制方式的原理为：根据采集的监测信息自动调节抽风风机，若大棚内温度、光照、烟雾、土壤湿度和CO₂浓度任一值超标或者有人体侵入时，***在没有人为操作下打开抽风风机并启动报警装置，直到所有环境采集变量恢复正常为止。手动控制方式为通过上位机LabVIEW虚拟仪器按键控制大棚内的抽风风机，手动控制大棚内空气质量。***通信方式为无线WIFI通信，主节点与子节点的无线模块分别配置为服务器与模式客户端模式，单服务器可以连接多个客户端。服务器与客户端之间采用TCP协议通信，确保通信方式的可靠性和安全性。

本实用新型的工作原理：

本实用新型的一种大棚环境监控***，是基于多节点局域网的大棚环境监控报警***，采用无线WIFI通信技术、无线组网技术、嵌入式控制技术和虚拟仪器LabVIEW可视化技术相结合，通过多个监测子节点感知大棚内的环境信息，根据环境温度、光照、烟雾、土壤湿度、CO₂浓度和人体释热红外变化控制抽风风机动作，通过虚拟仪器LabVIEW实时监测，通过数据库进行历史数据存储。

本实用新型的工作过程：

本实用新型的大棚环境监测***工作时，监测子节点的各传感器采集环境信息，并将采集到的信息传递给子节点的嵌入式控制器，且通过无线传感网络发送到主节点以及上位机和存储器。***可以根据环境变化自动控制或者上位机手动调节环境情况。各节点传感器监测信息通过无线发送至主节点，经主节点控制器处理集中显示在微型LCD，并且设置相应传感器数值的阈值，环境参数变化使传感器超过设置阈值时，则会启动报警装置与抽风风机。

实施例1

本实用新型的一种大棚环境实时监控装置，包括：一个主节点和四个子节点。

子节点包括传感器模块、独立直流电源模块、稳压芯片、嵌入式控制器、开关和无线模块。具体的，子节点包括：数据采集传感器、嵌入式控制器STM32、无线通信模块ESP-01、稳压模块LM2596和AMS1117、5V继电器模块、24V抽风风机设备和24V直流电源模块。用于环境监测的数据采集传感器和无线通信模块与嵌入式控制器相连接；子节点的抽风风机通过继电器与子节点的嵌入式控制器连接；各监测子节点安装于大棚待监测点。

主节点包括嵌入式控制器、无线模块、虚拟仪器、报警器、电机驱动装置、微型LCD，主节点还连接有报警装置和虚拟仪器LabVIEW。具体的，主节点包括：控制器、微型LCD、无线通信模块ESO-01、虚拟仪器LabVIEW、服务器主机、5V直流电源适配器、串口通信设备和报警装置。其中，控制器为嵌入式控制器选择高速STM32；温度、光照、烟雾传感器为DS18B20，通过单总线与控制器连接；土壤湿度传感器为YL69模拟量输出传感器；CO₂浓度传感器为CCS811数字型传感器；人体释热红外传感器为HC-SR501开关量传感器。PC机上位机与主节点控制器连接，报警装置与上位机控制器连接。环境监测的传感器将环境的信息以无线的方式发送至服务器主机，服务器主机将数据存储到本地数据库，方便对数据的查询。数据采样的时间可以调整，本实用新型数据采样存储的时间为10分钟一次，但不仅限于此。

节点上的供电***包含有12V、24V直流电源模块，均通过降压模块和稳压模块将电压扩展为5V和3.3V，为传感器模块、继电器模块、嵌入式控制器供电。各节点均由12V蓄电池提供电能，通过稳压芯片给各节点控制器供电。

参考图1，本实用新型通过多个监测子节点通过各个传感器感知大棚各处的相应的环境信息，将采集的信息传递给子节点的嵌入式控制器，嵌入式控制器根据环境信息温度、光照、烟雾、土壤湿度、CO₂浓度和人体释热红外变化，自动执行抽风机的环境调控动作；各个子节点采集的信息传递给主节点，通过主节点的虚拟仪器LabVIEW实时监测，通过主节点的数据库存储采集的数据信息，整个***的通信均采用无线通信方式。

参考图2，上位机LabVIEW界面，主节点的上位机与各子节点的感知层传感器实时通信，用于实时显示当前每个子节点的温度、光照、烟雾、土壤湿度、光照、CO₂浓度以及烟雾浓度，并且做出以上五个量的历史变化曲线。

参考图3，为***各模块供电示意图，***所需要的220V，24V 5V，3.3V均是由变压器和降压模块处理得到。服务器主机以及上位机采用220V供电，抽风风机由24V供电，传感器模块和继电器模块由5V供电，控制器和无线模块为3.3V供电。

本实施例的大棚环境监控***包含两种功能：第一是大棚环境监测功能；第二是大棚环境控制功能。大棚环境监测功能为通过上位机虚拟仪器实时监测大棚内的环境信息，包括大棚内温度、光照、烟雾、大棚土壤湿度、大棚空气中CO₂的浓度、人体红外监测。大棚环境控制功能分为两种控制方式：自动控制方式和手动控制方式。自动控制方式为***可根据自身的监测信息自动调节抽风风机，例如：若大棚内温度、光照、烟雾、土壤湿度和CO₂的浓度任一值超标或者有人体侵入时，***在没有人为操作下打开抽风风机并启动报警装置，直到所有环境采集变量恢复正常为止。手动控制方式为通过上位机LabVIEW虚拟仪器按键控制大棚内的抽风风机，手动控制大棚内空气质量。

综上，本实用新型提出了一种多节点局域网大棚环境监控报警***，多节点局域网大棚环境监控报警***是基于无线传输技术、无线组网技术、嵌入式控制技术和可视化技术相结合，通过多个监测节点感知环境信息，根据环境信息变化(如温度、光照、烟雾、土壤湿度、CO₂浓度和人体释热红外)执行器作相应的动作、虚拟仪器LabVIEW实时监测，数据库存储历史采集的数据，采用无线通信方式。环境监测传感器和无线模块与控制器连接；PC机上位机与主节点控制器连接；各抽风风机通过继电器与控制器连接；报警装置与上位机控制器连接；各监测节点安装于大棚待监测点。在现代农业快速发展下，农业智能化时代已经到来，智能农业大棚环境监测应用前景十分广泛。多节点局域网大棚环境监控报警***是基于无线传输技术、无线组网技术、嵌入式控制技术和可视化技术相结合，通过多个监测节点感知环境信息，根据环境信息变化(如温度、光照、烟雾、土壤湿度、CO₂浓度和人体释热红外)执行器作相应的动作、虚拟仪器LabVIEW实时监测。包括环境重要监测位置分布监测节点，各监测节点经与主节点无线连接。各监测节点连接所用环境感知传感器模块、独立直流电源模块、嵌入式控制器、无线模块。传感器包括温度、光照、烟雾传感器模块、土壤湿度传感器模块、CO₂浓度传感器、人体释热红外传感器。各传感器通过数字总线或模拟总线传输至嵌入式控制器。嵌入式控制器经串口连接无线模块以及直流电源模块。无线模块配置为客户端模式与主节点无线连接。主节点包括嵌入式控制器、无线模块、虚拟仪器、报警器、电机驱动装置、微型LCD，嵌入式控制器与无线模块、虚拟仪器、报警器、电机驱动装置相连接。在***运行时，监测节点获取环境信息无线发送至主节点，经RS232串口数据协议传输至PC机LabVIEW实时监测处理。本实用新型采用LabVIEW数据可视化处理以及无线组网方式，能够极大提高环境监控***设备的可扩展性、便捷性，对物物相连、信息的无缝连接具有积极的意义。

最后应说明的是：以上实施例仅说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分特征进行等同替换：而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种大棚环境实时监控装置，其特征在于，包括：主节点和子节点；

主节点包括：第一控制器、第一无线通信模块和监视模块；第一无线通信模块的信号输出端与第一控制器的信号接收端相连接；第一控制器与监视模块相连接；

子节点的数量为多个，子节点用于设置在大棚内的监测点；每个子节点均包括：第二控制器、第二无线通信模块、环境调控执行模块和多种数据采集传感器；各数据采集传感器的信号输出端分别与第二控制器的信号接收端相连接；第二控制器分别与第二无线通信模块和环境调控执行模块相连接；

其中，第一无线通信模块配置为服务器模式，第二无线通信模块配置为客户端模式，第一无线通信模块与第二无线通信模块能够实现通信。

2.根据权利要求1所述的一种大棚环境实时监控装置，其特征在于，第一控制器和第二控制器均为嵌入式控制器STM32。

3.根据权利要求1所述的一种大棚环境实时监控装置，其特征在于，第一无线通信模块和第二无线通信模块均为无线通信模块ESP-01。

4.根据权利要求1所述的一种大棚环境实时监控装置，其特征在于，数据采集传感器包括：温度传感器、光照传感器、烟雾传感器、土壤湿度传感器、CO₂浓度传感器和人体释热红外传感器。

5.根据权利要求4所述的一种大棚环境实时监控装置，其特征在于，温度传感器、光照传感器和烟雾传感器为DS18B20，通过单总线与子节点的第二控制器连接；土壤湿度传感器为YL69模拟量输出传感器；CO₂浓度传感器为CCS811数字型传感器；人体释热红外传感器为HC-SR501开关量传感器。

6.根据权利要求1所述的一种大棚环境实时监控装置，其特征在于，监视模块包括：服务器和上位机；

第一控制器与服务器相连接；服务器与上位机相连接；上位机包括监视屏幕和控制按键。

7.根据权利要求6所述的一种大棚环境实时监控装置，其特征在于，上位机与服务器串口通信方式连接；上位机采用LabVIEW。

8.根据权利要求1所述的一种大棚环境实时监控装置，其特征在于，监视模块包括：报警装置；报警装置的信号接收端与第一控制器的信号输出端相连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的一种大棚环境实时监控装置，其特征在于，子节点的环境调控执行模块为风机；

风机的信号接收端与第二控制器的信号输出端相连接。

10.根据权利要求9所述的一种大棚环境实时监控装置，其特征在于，还包括：供电模块；

供电模块用于为主节点和子节点供电。