基于無(wú)線(xiàn)傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的溫室地溫監(jiān)控系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的溫室地溫監(jiān)控系統(tǒng)、以及一種基于 無(wú)線(xiàn)傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的溫室地溫監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫室大棚可以改變作物的生長(zhǎng)環(huán)境，根據(jù)作物的最佳生長(zhǎng)條件調(diào)節(jié)溫室氣候使其 滿(mǎn)足作物的生長(zhǎng)需要。溫室不受氣候和土壤條件的影響，并且能在有限的土地上生產(chǎn)各種 不同的蔬菜、水果等反季節(jié)作物。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的產(chǎn)期，促進(jìn)不同時(shí) 期作物的發(fā)育，提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量等為目的。
[0003] 水源熱泵本質(zhì)上是一種熱量提升裝置，它可以將儲(chǔ)存在環(huán)境介質(zhì)中的一部分能量 加以回收提高其能量后再進(jìn)行利用，在這個(gè)過(guò)程中，熱泵本身需要消耗一部分能量，然而熱 泵回收利用的熱量是其自身能耗的幾倍，因此，熱泵具有高效和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。溫室作為一個(gè) 對(duì)溫度要求非常敏感的典型代表，也逐漸開(kāi)始采用水源熱泵作為供暖設(shè)備，以取代傳統(tǒng)的 鍋爐等。
[0004] 將地源熱泵技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相結(jié)合，并應(yīng)用于溫室蔬菜瓜果的培育，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)溫 室果蔬作物的生長(zhǎng)環(huán)境，使溫室內(nèi)的溫度參數(shù)維持在植株生長(zhǎng)的最佳水平，能夠提升果蔬 作物的產(chǎn)量。對(duì)于溫室地源熱泵控制系統(tǒng)的研宄，不僅有利于提高我國(guó)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化水平，更 能加快我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展由粗放型經(jīng)濟(jì)向集約型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變的步伐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的溫室地溫監(jiān)控系統(tǒng)，該 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)溫室地溫的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)地溫的可靠控制。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 基于無(wú)線(xiàn)傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的溫室地溫監(jiān)控系統(tǒng)，布置在溫室監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，該溫 室監(jiān)控區(qū)域劃分為多個(gè)監(jiān)控子區(qū)域；所述溫室地溫監(jiān)控系統(tǒng)包括：
[0008] 為每個(gè)監(jiān)控子區(qū)域布置的多個(gè)無(wú)線(xiàn)地溫傳感器節(jié)點(diǎn)，用于實(shí)時(shí)采集所在監(jiān)控子區(qū) 域內(nèi)的地溫變化信息；
[0009] 為每個(gè)監(jiān)控子區(qū)域布置的一個(gè)匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)，用于將所在監(jiān)控子區(qū)域內(nèi)各無(wú) 線(xiàn)地溫傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的地溫溫度值進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到代表所在監(jiān)控子區(qū)域的當(dāng)前溫度 值；
[0010] 上位機(jī)，用于將各匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的溫度值分別與作物生長(zhǎng)地溫變化數(shù)據(jù) 庫(kù)中適應(yīng)該生長(zhǎng)階段的該時(shí)刻植物的最佳生長(zhǎng)溫度值進(jìn)行比較分析得到偏差，并根據(jù)該偏 差與設(shè)定偏差閾值的大小關(guān)系選擇是否調(diào)整所述匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)所在監(jiān)控子區(qū)域內(nèi)的 地溫。
[0011] 進(jìn)一步，當(dāng)偏差大于設(shè)定偏差閾值時(shí)，調(diào)整所述匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)所在監(jiān)控子區(qū) 域內(nèi)的地溫；否則，不調(diào)整所述匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)所在監(jiān)控子區(qū)域內(nèi)的地溫。
[0012] 進(jìn)一步，每個(gè)監(jiān)控子區(qū)域內(nèi)的地溫，依靠接入該監(jiān)控子區(qū)域土壤中水管的水流量 和流速進(jìn)行調(diào)整。
[0013] 進(jìn)一步，在每個(gè)接入監(jiān)控子區(qū)域土壤中的水管上設(shè)置一個(gè)進(jìn)水閥，通過(guò)調(diào)整進(jìn)水 閥的開(kāi)啟度實(shí)現(xiàn)該進(jìn)水閥所在水管的水流量和流速的調(diào)整。
[0014] 進(jìn)一步，根據(jù)所述偏差及其變化率，采用自尋優(yōu)模糊控制算法計(jì)算進(jìn)水閥的開(kāi)啟 度。
[0015] 進(jìn)一步，所述進(jìn)水閥選用電子膨脹閥，該電子膨脹閥由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；通過(guò)改變步 進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)響應(yīng)控制電子膨脹閥的開(kāi)啟度。
[0016] 進(jìn)一步，當(dāng)偏差大于設(shè)定偏差閾值時(shí)，上位機(jī)向所述匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)發(fā)出命令， 并控制所述匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)所在監(jiān)控子區(qū)域內(nèi)的電子膨脹閥的開(kāi)啟度。
[0017] 本發(fā)明還提出了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的溫室地溫監(jiān)控方法，該方法基 于上述溫室地溫監(jiān)控系統(tǒng)，具體采用如下技術(shù)方案：
[0018] 基于無(wú)線(xiàn)傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的溫室地溫監(jiān)控方法，包括如下步驟：
[0019] sll、每個(gè)監(jiān)控子區(qū)域布置的多個(gè)無(wú)線(xiàn)地溫傳感器節(jié)點(diǎn)，采集該監(jiān)控子區(qū)域內(nèi)采樣 點(diǎn)處的當(dāng)前地溫溫度，并將采集到的地溫溫度值發(fā)送給匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)；
[0020] S12、匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)將接收到的各無(wú)線(xiàn)地溫傳感器節(jié)點(diǎn)的地溫溫度值進(jìn)行數(shù) 據(jù)融合，得到代表匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)所在監(jiān)控子區(qū)域的當(dāng)前溫度值T ;
[0021] sl3、匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)將當(dāng)前溫度值T發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)當(dāng)前作物類(lèi)型 調(diào)取該作物生長(zhǎng)地溫變化數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻調(diào)取適應(yīng)該生長(zhǎng)階段的該時(shí)刻植物的最 佳生長(zhǎng)溫度值作為地溫設(shè)定值T tl，并設(shè)定偏差閾值m ;
[0022] sl4、將當(dāng)前溫度值T與地溫設(shè)定值Ttl比較得到偏差e，并計(jì)算偏差變化率ec = de/dt ；
[0023] sl5、比較偏差e與偏差閾值m的大?。蝗绻鸌 e I彡m，則不調(diào)整匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn) 所在監(jiān)控子區(qū)域內(nèi)的地溫；否則，調(diào)整匯聚/執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)所在監(jiān)控子區(qū)域內(nèi)的地溫。
[0024] 進(jìn)一步，監(jiān)控子區(qū)域內(nèi)的地溫依靠接入該監(jiān)控子區(qū)域土壤中水管的水流量和流速 進(jìn)行調(diào)整，在每個(gè)接入監(jiān)控子區(qū)域土壤中的水管上設(shè)置一個(gè)進(jìn)水閥；
[0025] 根據(jù)偏差e及其變化率ec，采用自尋優(yōu)模糊控制算法計(jì)算進(jìn)水閥的開(kāi)啟度Un。
[0026] 進(jìn)一步，采用自尋優(yōu)模糊控制算法計(jì)算進(jìn)水閥的開(kāi)啟度的步驟如下：
[0027] s21、將偏差e及偏差變化率ec作為模糊控制器輸入，模糊控制器將偏差e及偏差 變化率ec模糊化，得到模糊變量；
[0028] s22、根據(jù)公式α = (α 2-a D |E|/N+a i，計(jì)算加權(quán)因子α ;其中，α 2表示所取加 權(quán)因子上限、a i表示所取加權(quán)因子下限、E表示誤差、N為尋優(yōu)一次所需的采樣次數(shù)；
[0029] s23、由公式
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于無(wú)線(xiàn)傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的溫室地溫監(jiān)控系統(tǒng)，布置在溫室監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，該溫室 監(jiān)控區(qū)域劃分為多個(gè)監(jiān)控子區(qū)域；其特征在于，所述溫室地溫監(jiān)控系統(tǒng)包括： 為每個(gè)監(jiān)控子區(qū)域布置