一种基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统.pdf

19 中华人民共和国 国家知识产权局 12 发明专利申请 10 申请公布号 43 申请公布日 21 申请号 201811182027 1 22 申请日 2018 10 10 71 申请人 江西农业大 学 地址 330045 江西省南昌市经济开发区志 敏 大道1 101号江西农业大 学 72 发明人 赵进辉 胡围 刘木华 袁海 超 黄双根 陈健 徐宁 王婷 51 Int Cl G05D 27 02 2006 01 54 发明名称 一种基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚 监控系统 57 摘要 本发明属于温室大棚技术领域 具体涉及一 种基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系 统 包括太阳能供电或市交流电供电模块 数据 采 集模 块 MCU微控处理器 一系列用于室内环境 调节的控制器 WIFI无线网络模块 主控中心机 房 服务器数据库 监控报警系统 所述数据采 集 模 块将 采 集到的数据传输至MCU微控处理器 MCU 分析处理后将指令发送给控制器 并将 采集到的 数据通过WIFI无线网络传输至主控中心 主控中 心实时监控 并将数据保存至数据库 本发明采 用太阳能供电 节能环保 通过专家系统减少人 工成本 将大量数据保存至数据库 可用于将来 建立大 数据模型 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 111026198 A 2020 04 17 CN 111026198 A 1 一种基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统 其特征在于 该大棚内部具有 多个小型环境数据监控系统 20 和一个主控中心机房 21 所述环境数据监控系统包括数 据采集部分 1 微控单元部分 8 和控制执行部分 18 所述数据采集部分 1 包括光照 强度传感器 2 土壤湿度传感器 3 空气温湿度传感器 4 CO 2浓度传感器 5 所述数据 采集部分 1 通过一系列的传感器对花卉温室大棚的内部环境参数进行检测 并形成各种 数据流传输至微控单元部分 8 所述微控单元部分 8 对传输而来的数据进行分析处理 在处理好后通过WIFI无线网络打包发送至主控中心机房 21 并发送反馈指令给控制执行 部分 18 所述控制执行部分 18 包括继电器控制器 11 继电器 12 遮光棚 13 灌溉 喷头 14 补光灯 15 冷热风机 16 CO 2发生器 17 所述控制执行部分 18 根据控制指 令对大棚内部的环境进行适当调整 所述主控机房 21 对收到的数据进行分析整理 分别 上传至云服务器 22 和保存至本地服务器 23 上搭建的数据库 方便将来建立大数据模型 为大棚的长远发展打下坚实的基础 对大棚内某些位置生成不可自主调节的异常时 会触 发警报器 25 提醒控制人员调用网络摄像枪 24 对异常处进行远程监控并判断是否需要 人为处理 2 根据权利要求1所述的基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统 其特征在于 该温室大棚设有太阳能与市交流电供电系统 6 所述供电系统采用三个部分的供电模块 分别为太阳能电池板部分 市交流电部分和蓄电池部分 监控系统中大部分是强电供电 3 根据权利要求1所述的基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统 其特征在于 所述WIFI网络 9 为各个小型环境数据监控系统 20 和主控中心机房 21 提供无线通信网 络 选用ESP8266无线模块作为支撑WIFI网络的核心芯片 4 根据权利要求3所述的基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统 其特征在于 所述WIFI无线网络 9 可将传感器采集的数据经过微控单元 8 传到主控中心机房 21 并 通过网络上传到云服务器 22 并且保存到本地服务器 23 中的数据库中 5 根据权利要求1所述的基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统 其特征在于 所述小型环境数据监控系统 20 中的检测部分的传感器包括空气温湿度传感器 4 土壤 湿度传感器 3 CO 2浓度传感器 5 以及光照强度传感器 2 6 根据权利要求1所述的基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统 其特征在于 所述小型环境数据监控系统中的控制执行部分包括遮光棚 13 灌溉喷头 14 补光灯 15 冷热风机 16 和CO 2发生器 17 7 根据权利要求1所述的基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统 其特征在于 所述远程报警监控系统主要包括主控室的报警器 25 控制区域中的蜂鸣器 23 和大棚内 的高清网络摄像枪 24 在机房电脑屏幕上会显示发生异常区域的数据情况 权 利 要 求 书 1 1 页 2 CN 111026198 A 一种基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统 技术领域 0001 本发明属于温室大棚技术领域 具体涉及一种基于WIFI网络的太阳能花卉温室大 棚监控系统 背景技术 0002 我国从古代到现代都是一个以农业为本的农耕国家 不管是从农业耕种面积还是 历史发展过程来看 我们国家始终非常重视农业的发展 但是与农业强国相比 我国的传统 温室大棚在作物质量 品质管理 环境控制和节能环保方面仍存在一些不足之处 0003 我国很多地方都处于山多地少 土壤质量不佳 气候较为复杂 这些不利因素对花 卉的生长起到及其严重的影响 何况现在从事农业的人越来越少 但社会对花卉质量的要 求却日益增高 原有的传统种植方式早已不能满足社会需求 对传统种植技术我们必须进 行创新与突破 0004 为了解决传统温室大棚的花卉种植主要由农民经验培育 导致花卉的花瓣数量 颜色丰富程度和商业价值都受到了一定程度的影响 本发明通过数据采集监控系统达到一 种自动化控制大棚的效果 使得大棚内环境参数数据化 信息化 用精确化农业技术来培育 花卉 可有效提高花卉的产量和商业价值 0005 传统温室大棚的作物种植往往对产物收益的情况只有总量 宏观上的大体把握 为了实现温室大棚内的具体区域的小范围监控 本发明采用了小区域环境监控系统与主控 中心的部分到整体的控制模式 即控制了整个大棚的宏观情况 也不会忽视任何一块小区 域的微观方面 可做出具体问题具体分析 实际情况实际处理的针对性解决方案 发明内容 0006 本发明提出了一种基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统 该花卉温室大 棚监控系统设有多个小型环境监控系统和一个主控中心机房 所述环境数据检测控制系统 包括数据采集部分 微控单元部分和控制执行部分 所述数据采集部分 通过传感器对大棚 内环境数据的采集 监测 并将数据传输至所述微控单元部分 所述微控单元部分 对采集 到的数据进行分析处理 当数据值超出程序的设定值时 微控单元会自主发出指令给控制 执行部分 执行相应的操作 所述控制执行部分 根据收到的指令进行相应的操作 0007 该温室大棚设有太阳能发电与市交流电的供电系统 该供电系统采用三个部分的 供电模块 分别为太阳能电池板部分 市交流电部分和蓄电池部分 0008 所述太阳能电池板可在天气好 阳光充足的时候为小型环境数据检测控制系统供 电并为蓄电池模块充电 当系统检测到太阳能供电电压不足时 采用蓄电池模块供电 蓄电 池为常闭支路 填补支路切换瞬间的供电 并作为系统的备用电源 市交流电设置为常开支 路 当太阳能和蓄电池模块都处于电压不足时 采用市交流电供电 当交流电给微控单元供 电时 采用电源适配器的方式供电 以确保电压不会把控制芯片烧坏 0009 优选的 所述环境数据采集部分中的传感器包括空气温湿度传感器 土壤湿度传 说 明 书 1 4 页 3 CN 111026198 A 感器 CO 2浓度传感器以及光照强度传感器 0010 进一步优选的 所述空气温湿度传感器为DHT22复合型数字传感器 0011 进一步优选的 所述土壤湿度传感器为TM 100等系列传感器 0012 进一步优选的 所述CO 2浓度传感器为BM2000 CO2模块 0013 进一步优选的 所述光照强度传感器为HA2003模块 0014 优选的 所述微控单元部分选用STM32f103作为微控芯片 0015 优选的 所述控制执行部分选用继电器控制器来控制继电器的通断 来启用补光 灯 冷热风机 灌溉喷头 遮光棚 CO 2发生器等器件来调控温室环境 0016 优选的 选用ESP8266无线模块作为支撑WIFI网络的核心芯片 0017 优选的 所述主控机房中电脑作为数据显示的上位机 实时显示温室大棚中的各 个位置的环境参数 0018 进一步优选的 所述主控机房将采集到的数据上传到云服务器上并保存到本地服 务器中的数据库中 方便将来建立大数据模型为大棚的长远发展打下坚实的基础 0019 本发明提出的基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统 具有以下有益效 果 0020 1 在本发明中 通过在温室大棚中设置基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控 系统 即通过多种传感器采集数据 传感器连接单片机 形成数据采集部分 并将数据发送 到单片机 单片机分析处理并判断收到的数据是否超出程序设定的阈值范围 并将数据通 过WIFI无线网络实时传输至主控中心方便管理人员查看 控制器连接单片机形成控制执行 部分 当单片机判断收到的数据超出程序设定的范围值时 自动发送指令给执行部分 达到 一个自动控制的效果 从而这些部分构成小型环境数据检测控制系统 这样 可以通过系统 对大棚内部环境的自动检测和分析判断 从而实现对大棚的内部环境达到自动化控制的效 果 使得大棚内部环境参数始终保持在一个适合花卉良好生长的水平 保证了花卉最终的 品质质量与商业价值 0021 2 在本发明中 通过在温室大棚中安装供电系统分为太阳能电池板 市交流电和 蓄电池模块三个部分 所述太阳能电池板可在天气好 阳光充足的时候为小型环境数据检 测控制系统供电 当系统检测到太阳能供电电压不足时 采用蓄电池模块供电 蓄电池为常 闭支路 填补支路切换瞬间的供电 并作为系统的备用电源 市交流电设置为常开支路 当 太阳能和蓄电池模块都处于电压不足时 采用市交流电供电 当交流电给微控单元供电时 采用电源适配器的方式供电 以确保电压不会把控制芯片烧坏 这样的方式可以获得较多 太阳能清洁能源 并且减少了对火力发电电能的使用 节能减排 减少能源消耗保护环境 0022 3 在本发明中 在该温室大棚中的各个关键枢纽都装有网络摄像枪 网络摄像枪 连接网线以POE供电 既可以保证摄像枪的正常工作 又可以通过网线传输图像数据至主控 中心 小型环境数据监控系统通过WIFI无线网络 将采集到的数据传输至主控中心 若有异 常则立即发出警报 此时显示器上显示出当前产生异常的具体地点 方便管理人员及时查 调监控设备或执行紧急操作 若无异常 则主控中心将收到的数据保存至本地服务器 服务 器上载有Oracle数据库 同时也将数据上传至云服务器 为将来的智能大棚的大数据模型 打下坚实的基础 说 明 书 2 4 页 4 CN 111026198 A 附图说明 0023 图1为本发明基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统中的小型环境数据监 控系统结构示意图 0024 图2为本发明基于WIFI网络的太阳能花卉温室大棚监控系统整体结构示意图 0025 图中 1 数据采集部分 2 光照强度传感器 3 土壤湿度传感器 4 空气温湿度传 感器 5 CO 2浓度传感器 6 太阳能 市交流电供电系统 7 电源适配器 8 MCU微控单元 9 WIFI无线网络 10 蜂鸣器 11 继电器控制器 12 继电器 13 遮光棚 14 灌溉喷头 15 补光灯 16 冷热风机 17 CO 2发生器 18 控制执行部分 19 小型环境监控系统集群 20 小 型环境监控系统 21 主控中心 22 云服务器 23 本地服务器 24 网络摄像枪 25 报警器 具体实施方法 0026 现结合图1 图2详细描述本发明的实施例程方案 对本发明进一步详细说明 0027 在本发明的小型环境监控系统20中设有数据采集部分1 通过小型环境监控系统 20的数据采集部分1 可以实现对温室大棚的环境进行实时检测 并通过对环境数据的采 集 判断 处理和调整 可以对整个温室大棚的环境进行宏观调控 提高花卉的观赏性和价 值性 0028 小型环境数据监控系统20 包括数据采集部分1 微控单元部分8和控制执行部分 18 其中 数据采集部分 通过传感器对大棚内部的环境数据进行检测 形成数据流传输至 微控单元部分8 微控单元部分 针对数据采集部分1采集到的数据参数进行分析判断 若 超出程序设定的阈值范围 程序会爆出一个异常 微控单元部分8会自动发出指令至控制执 行部分18 控制执行部分则根据指令做出相应的调整 0029 优选的 在本发明的数据采集部分1中包括光照强度传感器2 土壤湿度传感器3 空气温湿度传感器4和CO 2浓度传感器5 在控制执行部分18中设有继电器控制器11和继电 器12 增强光照强度的补光灯15与防止阳光太强损害植物的遮光棚13 调节大棚室温的冷 热风机16 用于增加土壤与空气湿度的灌溉喷头14以及增加CO 2浓度的CO 2发生器17 若温室 大棚内CO 2浓度过高 则打开冷风机16通风即可 0030 太阳能 交流电供电系统6 该供电系统采用三种供电模块 分别为太阳能电池板 部分 市交流电部分和蓄电池部分 所述太阳能电池板可在天气好 阳光充足的时候为小型 环境数据检测控制系统供电 当系统检测到太阳能供电电压不足时 采用蓄电池模块供电 蓄电池为常闭支路 填补支路切换瞬间的供电 并作为系统的备用电源 市交流电设置为常 开支路 当太阳能和蓄电池模块都处于电压不足时 采用市交流电供电 当交流电给微控单 元8供电时 采用电源适配器7的方式供电 以确保电压不会把控制芯片烧坏 0031 在本发明中 MCU微控单元8选用STM32f103芯片 通过GPIO连接数据检测部分1中 的各种传感器 构成数据采集分析单元 MCU微控单元8将收到的温度 湿度 光照强度以及 CO2浓度进行分析 再根据程序设定值来判断是否使用控制执行模块 若温度 湿度 光照强 度以及CO 2浓度超出程序的阈值范围 则MCU微控单元8给蜂鸣器10发送一个指令 蜂鸣器10 报警 MCU微控单元8发送控制信号给继电器控制器11来启用继电器12以驱动特定的功能部 件 使得小型环境监控系统达到一个自动调节控制的效果 0032 在本发明中 小型环境监控系统20在采集数据 分析处理 执行控制之余 同时还 会将采集到的环境参数 是否有异常情况以及异常区域位置等信息通过WIFI无线网络9传 说 明 书 3 4 页 5 CN 111026198 A 输至主控中心21 WIFI无线网络选用ESP8266无线模块作为核心芯片 一个个的小型环境监 控系统20构成了一个个的数据采集节点 通过WIFI无线网络9连接 形成了一片数据物联 网 0033 在主控中心21中 管理人员可通过显示器观察大棚内各个位置的环境数据情况 通过调用网络摄像枪24可观察异常区域的当前特殊情况 监控画面可通过网线实时传输至 主控中心21 管理人员可通过报警器25的异常警报以及网络摄像枪24的实时监控画面来进 行对温室大棚的管理 只有当出现系统无法自行处理的异常情况时 才需要管理人员前往 实地查看 0034 另外 小型环境监控系统20将采集处理后的数据通过WIFI无线网络9传输至主控 中心21 主控中心21通过上位机将数据实时显示在电脑屏幕上让管理人员实时查看 并通 过WIFI无线网络9上传至云服务器22和本地服务器23 在本地服务器23上搭建了Oracle数 据库来保存温室大棚的一系列环境数据 为将来的智能化温室大棚做好大数据模型的基 础 说 明 书 4 4 页 6 CN 111026198 A 图1 说 明 书 附 图 1 2 页 7 CN 111026198 A 图2 说 明 书 附 图 2 2 页 8 CN 111026198 A