專利名稱：農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境控制技術(shù)，特別涉及農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，智能測(cè)控技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。一些發(fā)達(dá)國(guó)家從七十年代就將智能測(cè)控技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但在我國(guó)尚屬起步階段。當(dāng)前國(guó)內(nèi)可控農(nóng)業(yè)主要是依賴人工進(jìn)行檢測(cè)，然后手動(dòng)控制調(diào)控設(shè)備，使得勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度加大，不易統(tǒng)籌管理和控制，控制精準(zhǔn)度較低，容易出現(xiàn)控制失誤，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)極為不利。目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一種從空氣環(huán)境到土壤環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)條件進(jìn)行多因子綜合智能控制的裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置，結(jié)合微電子技術(shù)、通訊技術(shù)、人工智能控制技術(shù)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行控制。本實(shí)用新型解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置，其特征在于，包括控制單元、通信模塊、人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、執(zhí)行器控制模塊和電源模塊；所述通信模塊與控制單元和探測(cè)裝置連接，所述人機(jī)交互模塊與控制單元連接， 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與控制單元連接，所述時(shí)鐘模塊與控制單元連接，所述執(zhí)行器模塊與控制單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。本實(shí)用新型將農(nóng)作物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行靜態(tài)數(shù)據(jù)化處理，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，通過(guò)探測(cè)裝置自動(dòng)檢測(cè)和判斷農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)是否適合農(nóng)作物生長(zhǎng)條件的因素，然后對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷，按不同作物要求并考慮各環(huán)境因子間相互關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制。具體的，所述通信模塊包括RS485接口和SPI接口。所述RS485接口與探測(cè)裝置連接，所述SPI接口用于控制單元與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通信。RS485接口，易擴(kuò)展性突出，可連接 2個(gè)以上探測(cè)裝置的傳感器及控制器，配置靈活，安裝簡(jiǎn)便，支持各種功能模塊的任意組合、 搭配。在控制范圍擴(kuò)大時(shí)不需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，只需增加相應(yīng)的前端設(shè)備即可。具體的，所述探測(cè)裝置探測(cè)數(shù)據(jù)包括空氣溫濕度、CO2濃度、光照度、土壤溫度、土壤濕度、土壤PH值。這些數(shù)據(jù)基本上包含了農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程比較重要參數(shù)，基本上反映了農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境。與上述技術(shù)方案相應(yīng)的，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括空氣調(diào)節(jié)裝置、換氣裝置、照明裝置、 灌溉裝置、CO2氣肥共氣裝置。能夠根據(jù)探測(cè)數(shù)據(jù)決定是否通風(fēng)、是否需要降溫或升溫、是否噴灌、噴灌時(shí)間、是否施肥等控制，以保證農(nóng)作物的最佳生長(zhǎng)環(huán)境，改進(jìn)傳統(tǒng)的人工種植養(yǎng)護(hù)工作，在解放勞動(dòng)生產(chǎn)力，節(jié)省寶貴的水資源和其他資源的情況下，有效提高農(nóng)作物品質(zhì)和產(chǎn)量。本實(shí)用新型的有益效果是，功能強(qiáng)大，能實(shí)時(shí)采集所需信號(hào)，可按不同農(nóng)作物要求并考慮各環(huán)境因子間相互關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制?？捎行Ы档腿斯?duì)栽培環(huán)境的控制，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，能自動(dòng)調(diào)整各種農(nóng)作物、各種生長(zhǎng)期生長(zhǎng)的最佳環(huán)境條件，提高栽培環(huán)境控制的自動(dòng)化水平，獨(dú)立的環(huán)境智能控制裝置，提高了栽培環(huán)境控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性并節(jié)省資源。

圖1是實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案。本實(shí)用新型的農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置以控制單元為中心，由人機(jī)接口(鍵盤、顯示屏)、通信模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊組成?？刂茊卧獙⑹占降母黝悢?shù)據(jù)(溫度、濕度、 CO2濃度等)進(jìn)行綜合分析和處理，并根據(jù)農(nóng)作物的需求操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)(噴灌、施肥、補(bǔ)co2、 空調(diào)等等)工作。實(shí)施例如圖1所示，本例農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置包括控制單元1、通信模塊3、人機(jī)交互模塊6、存儲(chǔ)模塊7、時(shí)鐘模塊5、執(zhí)行器控制模塊4和電源模塊2。通信模塊3與控制單元 1和探測(cè)裝置(圖1中未示出)連接，探測(cè)裝置可以包括各種傳感器，其探測(cè)數(shù)據(jù)包括空氣溫濕度、CO2濃度、光照度、土壤溫度、土壤濕度、土壤PH值等農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要參數(shù)。本例中，通信模塊3包括RS485接口和SPI接口，RS485接口可以連接2臺(tái)及以上探測(cè)裝置中的各種傳感器數(shù)據(jù)，SPI接口用于控制器單元與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的通信，完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的控制。人機(jī)交互模塊6與控制單元1連接，用于完成操作指令輸入及顯示輸出等，本例人機(jī)交互模塊6組成包括鍵盤、液晶顯示屏。存儲(chǔ)模塊7與控制單元1連接，用于存儲(chǔ)相關(guān)操作指令和數(shù)據(jù)。時(shí)鐘模塊5與控制單元1連接，用于產(chǎn)生本裝置工作的時(shí)鐘信號(hào)。執(zhí)行器控制模塊4與控制單元1和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(圖1中未示出)連接，本例中，執(zhí)行器控制模塊4連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括空氣調(diào)節(jié)裝置、換氣裝置、照明裝置、灌溉裝置、CO2氣肥共氣裝置，能夠根據(jù)控制單元1發(fā)出的指令，實(shí)施相應(yīng)個(gè)控制，如空氣溫度、濕度控制；CO2濃度控制；土壤濕度、 溫度控制；光照度控制；土壤PH值控制；CO2氣肥供給控制等農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要參數(shù)控制。 圖1中還示出了為本例裝置供電的電源模塊2，與其他電子設(shè)備一樣，圖1中的電源模塊2 既可以是本例裝置的組成部分，也可以是一個(gè)外置的獨(dú)立系統(tǒng)。本實(shí)用新型的農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置，通過(guò)通信模塊讀取傳感器采集到的環(huán)境參量，參照該區(qū)域所種植的作物需求梯度表，對(duì)所有這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和決策，最終形成適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的控制方案，來(lái)控制相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。并且本實(shí)用新型具有遠(yuǎn)程通信功能，可方便組網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)接脩艏抑校褂脩裟茏诩抑芯涂梢灾来笈锏默F(xiàn)場(chǎng)情況，節(jié)省人力資源。農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置的任務(wù)主要有種植區(qū)域管理、各種農(nóng)作物的生長(zhǎng)需求梯度管理、農(nóng)作物的成長(zhǎng)周期及時(shí)間的計(jì)量、傳感器注冊(cè)及管理、執(zhí)行機(jī)構(gòu)分配及管理、控制方式管理、運(yùn)行參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)備份和還原、用戶管理、人工控制接口，以及最核心的任務(wù)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的分析和決策。1)種植區(qū)域管理[0019]可根據(jù)需要通過(guò)人機(jī)交互模塊，靈活配置區(qū)域的數(shù)量、每個(gè)區(qū)域中種植的農(nóng)作物、 每種農(nóng)作物當(dāng)前所處的生長(zhǎng)周期(幼苗、生長(zhǎng)、開(kāi)花、結(jié)果)、當(dāng)前周期剩余的時(shí)間、每個(gè)區(qū)域的白天/晚上時(shí)間。2)農(nóng)作物的生長(zhǎng)需求梯度管理、農(nóng)作物的成長(zhǎng)周期的計(jì)量不同的農(nóng)作物對(duì)溫度、濕度、光照等參數(shù)的要求是不同的，將每一農(nóng)種作物的要求總結(jié)成一個(gè)梯度表(經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格)，存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊中供自動(dòng)控制決策使用。由于農(nóng)作物的種類太多，生長(zhǎng)需求表格的數(shù)據(jù)量非常龐大，因此事先只存儲(chǔ)一定數(shù)量的比較常見(jiàn)的作物生長(zhǎng)需求梯度表，如果用戶需要種植不太常見(jiàn)的作物，可通過(guò)電腦端軟件來(lái)導(dǎo)入和下載所對(duì)應(yīng)的農(nóng)作物梯度表到存儲(chǔ)模塊中。農(nóng)作物的生長(zhǎng)梯度值在不同的生長(zhǎng)周期、白天和晚上都是不同的，在自動(dòng)控制時(shí)需要考慮到各個(gè)周期中白天、晚上的不同情況來(lái)做出正確的決策。3)傳感器注冊(cè)及管理通信模塊上，連接了很多探測(cè)裝置的傳感器，控制單元需要知道每個(gè)傳感器具體被安裝的區(qū)域，這需要人工把每個(gè)傳感器通過(guò)人機(jī)交互模塊進(jìn)行登記。登記完成后，控制模塊將按區(qū)域分別管理傳感器，主要是定時(shí)從傳感器讀取檢測(cè)的數(shù)據(jù)、把采集到的一段時(shí)間的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)運(yùn)算存儲(chǔ)到所屬區(qū)域的數(shù)據(jù)隊(duì)列中，供決策使用。4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分配及管理、控制方式管理執(zhí)行器控制模塊管理著很多個(gè)不同區(qū)域，不同類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制模塊在邏輯上并不能識(shí)別每個(gè)執(zhí)行器所屬的區(qū)域，也不能識(shí)別每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的屬性(加溫、減溫、加濕、加CO2等)，因此需要人工進(jìn)行分配和定義，首先把不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按區(qū)域進(jìn)行分配，并定義每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的屬性和功能，還需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作方式(控制方式)。完成后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才會(huì)按預(yù)定的要求工作。在上述技術(shù)方案中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作方式是這樣實(shí)現(xiàn)的①在自動(dòng)工作模式下，按農(nóng)作物梯度表的設(shè)定值，把土壤和空氣等相關(guān)參數(shù)控制到最適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。②在時(shí)鐘工作模式下，是PWM(脈沖寬度調(diào)制)模式的自動(dòng)控制，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要工作時(shí)，并不是連續(xù)開(kāi)啟，而是按PWM設(shè)定的脈寬比例不斷地在開(kāi)啟/關(guān)閉狀態(tài)切換，達(dá)到精確控制的要求，這種控制方式適合于(X)2氣肥共氣裝置等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。③在定時(shí)工作模式下，每天在指定的時(shí)間段執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，其它時(shí)間段不工作，每天可指定三個(gè)工作時(shí)間段。④在手動(dòng)工作模式下，即人工控制，如噴藥等，只有人工才能準(zhǔn)確判斷和控制其動(dòng)作。5)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、用戶管理存儲(chǔ)模塊主要用來(lái)存儲(chǔ)以下內(nèi)容當(dāng)前整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、配置狀態(tài)；每個(gè)區(qū)域種植的農(nóng)作物對(duì)溫度、濕度、(X)2等的需求梯度表；執(zhí)行器的工作狀態(tài)。另外，存儲(chǔ)模塊還和時(shí)鐘模塊協(xié)同工作，來(lái)計(jì)算和記錄每種農(nóng)作物的生長(zhǎng)進(jìn)度。農(nóng)作物被分成四個(gè)生長(zhǎng)周期 幼苗、開(kāi)花、生長(zhǎng)、結(jié)果，每個(gè)周期持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度，根據(jù)不同的農(nóng)作物特性都有不同，這些都需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和時(shí)鐘模塊來(lái)計(jì)算和管理。6)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的分析和決策[0035]控制模塊最核心的任務(wù)是提取每個(gè)區(qū)域的傳感器采集到的數(shù)據(jù)，參照該區(qū)域所種植的農(nóng)作物需求梯度表，對(duì)所有這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和決策，最終形成適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的控制方案，來(lái)控制相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。根據(jù)所種植農(nóng)作物的不同，提供不同的控制方案，使得所控制對(duì)象的空氣，土壤等參量保持在最合適的范圍內(nèi)，滿足特定的作物生長(zhǎng)需求。每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作需要參照各種相關(guān)的因素。比如要考慮單個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)，影響多個(gè)參量改變的情況，如換氣裝置開(kāi)啟時(shí)，會(huì)同時(shí)改變空氣的溫度和濕度以及CO2 濃度。
權(quán)利要求1.農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置，其特征在于，包括控制單元、通信模塊、人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、執(zhí)行器控制模塊和電源模塊；所述通信模塊與控制單元和探測(cè)裝置連接， 所述人機(jī)交互模塊與控制單元連接，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與控制單元連接，所述時(shí)鐘模塊與控制單元連接，所述執(zhí)行器模塊與控制單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置，其特征在于，所述通信模塊包括 RS485 接口和 SPI 接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置，其特征在于，所述RS485接口連接的探測(cè)裝置數(shù)量> 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任意一項(xiàng)所述的農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置，其特征在于，所述探測(cè)裝置探測(cè)數(shù)據(jù)包括空氣溫濕度、CO2濃度、光照度、土壤溫度、土壤濕度、土壤PH值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置，其特征在于，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括空氣調(diào)節(jié)裝置、換氣裝置、照明裝置、灌溉裝置、CO2氣肥共氣裝置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境控制技術(shù)。本實(shí)用新型公開(kāi)了一種農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置，結(jié)合微電子技術(shù)、通訊技術(shù)、人工智能控制技術(shù)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行控制。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，農(nóng)林環(huán)境智能控制裝置，包括控制單元、通信模塊、人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)模塊、時(shí)鐘模塊、執(zhí)行器控制模塊和電源模塊；所述通信模塊與控制單元和探測(cè)裝置連接，所述人機(jī)交互模塊與控制單元連接，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與控制單元連接，所述時(shí)鐘模塊與控制單元連接，所述執(zhí)行器模塊與控制單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。本實(shí)用新型的有益效果是，功能強(qiáng)大，能實(shí)時(shí)采集所需信號(hào)，可按不同農(nóng)作物要求并考慮各環(huán)境因子間相互關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201974687SQ20112005562
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者唐享華, 李云鵬, 李兵, 李智浩 申請(qǐng)人:成都誠(chéng)欣特自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司