一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)應用于水稻種子的浸種催芽的小規(guī)模生產。本實用新型為實現生產工藝而設計出的一種智能化監(jiān)控系統(tǒng)。設計中應用組態(tài)軟件設計上位機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控界面，并且在Android操作平臺上設計了管理終端，時刻監(jiān)控生產狀況。主控制器作為浸種催芽箱溫度的控制輸入輸出裝置，上位機可以通過與主控制器通訊完成對保溫箱的控制。主控制器以Modbus協議為中心完成觸摸屏人機界面顯示、開關量輸出和上位機通訊等功能。上述系統(tǒng)可應用于Wi?Fi覆蓋區(qū)域以及生產現場中。主控制器在系統(tǒng)中的作用是采集與種子直接相關的浸種催芽箱溫度，并且能夠通過對采集的溫度數據進行處理，從而可以適當調節(jié)浸種催芽箱的溫度。采集的數據主要是通過Wi?Fi和路由傳輸到手機上，實現遠程監(jiān)控。
【專利說明】
一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)
技術領域
[0001]本文提出了一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)應用于水稻種子的浸種催芽生產。
【背景技術】
[0002]如今在農業(yè)領域中，恒溫技術有著廣泛的應用，有些芽種需要極其穩(wěn)定的存儲環(huán)境，這對恒溫技術的要求很苛刻。如今芽種的培育大多都是人工進行的，農戶自行培育水稻芽種需要大量的勞動時間，并且需要工人日夜監(jiān)管，反復進行翻種散熱等等。因為缺少明確的生產流程和參數，這種方法易造成因“燒芽”導致的種子死亡，給農戶帶來經濟上的損失。所以開發(fā)能夠安全生產的智能農業(yè)系統(tǒng)，在農業(yè)的生產上有著迫切的需求。智能農業(yè)是多項技術的融合，由于中國在傳感、網絡技術等方面較國外相對滯后，導致我國的農業(yè)智能系統(tǒng)起步較晚，但是隨著技術的進步，我國智能農業(yè)的發(fā)展呈現出追趕發(fā)達國家的趨勢。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)，是為了解決現有芽種培養(yǎng)箱在數據傳輸上需要使用有線通信，而存在安裝及傳輸十分不便利的問題；現有的芽種培養(yǎng)箱不具有網絡化功能，需要很多的人力資源；以及現有芽種培養(yǎng)箱的傳感器和微處理器的配合程序設計要求較高的問題。
[0004]本發(fā)明采用的技術方案是:一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng):它包括Android手機、無線路由器、W1-Fi模塊、多個溫度傳感器、微控制器、信號采集模塊、觸控屏、PTC加熱片、TEC制冷片、循環(huán)水栗、水浴箱、浸種催芽箱;Android手機和無線路由器設置在浸種催芽箱的外側，PTC加熱片、TEC制冷片放置于水浴箱的外側底部，其特征在于多個溫度傳感器的測溫端放置于水浴箱內部的水面下側，對浸種催芽箱進行全方位檢測和控制，W1-Fi模塊的輸出輸入數據總線端與微控制器的輸入輸出數據總線端連接，Android手機經由無線路由器與W1-Fi模塊進行無線數據傳輸，觸控屏的輸出輸入數據總線端與微控制器的輸入輸出數據總線端使用數據線在浸種催芽箱內部連接，多個溫度傳感器的數據口直接與微控制器的I/O相連，控ffjijPTC加熱片、TEC制冷片的工作。
[0005]該系統(tǒng)應用于水稻種子的浸種催芽的小規(guī)模生產。通過對水稻種子催芽農業(yè)理論的研究，制定出芽種工業(yè)化生產工藝，并且為實現生產工藝設計智能化監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明中應用組態(tài)軟件設計上位機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控界面，并且在Android操作平臺上設計了管理終端，時刻監(jiān)控生產狀況。主控制器作為浸種催芽箱溫度的控制輸入輸出裝置，上位機可以通過與主控制器通訊完成對浸種催芽箱的控制。主控制器以Modbus協議為中心完成觸控屏人機界面顯示、開關量輸出和上位機通訊等功能。上述系統(tǒng)可應用于W1-Fi覆蓋區(qū)域以及生產現場中。主控制器在系統(tǒng)中的作用是采集與種子直接相關的浸種催芽箱溫度，并且能夠通過對采集的溫度數據進行處理，從而對浸種催芽箱溫度做出適當調節(jié)。采集的數據主要是通過W1-Fi和路由器傳輸到手機上，實現遠程監(jiān)控。
[0006]—種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要圍繞著高速IAP15系列單片機為控制核心，設計外圍的控制，加熱，制冷，報警等模塊，完成溫度采集、開關量輸出、與上位機通訊等功能?？刂颇K主要控制開關量的輸入和輸出。由單片機控制繼電器的吸合和松開，繼電器吸合之后，驅動相關加熱制冷模塊開始工作，從而達到控制系統(tǒng)的目的。
[0007]本發(fā)明選用高精度的溫度傳感器和模糊PID算法，使得控溫精度在±0.3 °C，保證了芽種能夠在一個穩(wěn)定的環(huán)境里存儲。在本發(fā)明的環(huán)境控制上，采取溫度報警設備和繼電器控制溫度設備(包括加熱片，制冷片，水浴循環(huán)栗等)，當系統(tǒng)的溫度低于設定的參數值時，系統(tǒng)會自動識別，跳轉到加熱狀態(tài)，直到達到目標值;當溫度高于系統(tǒng)設定值時，系統(tǒng)會自動啟動制冷片，為系統(tǒng)降溫，直至達到穩(wěn)定值。在加熱和制冷的過程中，都有水栗進行水浴循環(huán)，保證均勻制冷和加熱。微控制器用于控制系統(tǒng)整體的運行，包括讀取溫度傳感器數據、發(fā)送溫度數據至觸控屏及Android設備、運用模糊PID算法控制恒溫精度。W1-Fi模塊用于將溫度數據發(fā)送至無線局域網中，觸控屏用于監(jiān)控水浴箱內溫度狀態(tài)及實現定時等附加功能。
[0008]監(jiān)控系統(tǒng)中各設備以總線網絡相連接，通過MODBUS總線協議進行通訊，進而實現系統(tǒng)設備之間的聯合控制，采用多串口串行通信，共同完成保溫箱的環(huán)境控制和水稻種子的浸泡催芽等生產工作。
[0009]本發(fā)明具有可靠性高、恒溫性能好、操作便利、溫度控制精準的優(yōu)點。
[0010]本發(fā)明具有數據傳輸實時性好的特點，微控制器每隔10ms就會采集一次箱內溫度數據，在觸控屏上實時顯示溫度數值及曲線;Android設備接入無線路由器提供的無線網絡環(huán)境后，每隔300ms就會接收到一組新的溫度數據，并可以繪制實時溫度曲線圖和保存歷史溫度數據。本發(fā)明數據傳輸的可靠性較高，系統(tǒng)微控制器和觸控屏的通訊采用Modbus通訊協議，該協議可靠性高，從而方便系統(tǒng)的級聯和擴展；系統(tǒng)微控制器和Android設備的通訊采用IEEE 802.11通訊協議，該協議是國際電工電子工程學會為無線局域網絡制定的標準，具有可靠性高，應用范圍廣等優(yōu)點。
[0011]本發(fā)明的亮點在于Android手機應用平臺的設計，很好地實現了農業(yè)的移動化，智能化，精準化。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)的結構框圖；
[0013]圖2是圖1中的微控制器模塊示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控部分軟件功能圖。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:結合圖1所示，它包括Android手機(1)、無線路由器(2)、W1-Fi模塊(3)、多個溫度傳感器(4)、微控制器(5)、信號采集模塊(6)、觸控屏(7)、PTC加熱片(8)、TEC制冷片(9)、循環(huán)水栗(10)、水浴箱(11)、浸種催芽箱(12);
[0016]本發(fā)明采用分層法布局多個溫度傳感器(4)?？紤]到種子育芽過程中，會不斷的產生熱量，而不同深度的種子層散發(fā)的溫度是不同的，通過分層操作，可以有針對性的觀測其變化過程，更有利于操作人員的監(jiān)控。
[0017]在信號采集模塊(6)上，裝載了一定數量的傳感器，對浸種催芽箱(12)進行全方位檢測和控制，傳感器的數據口直接與微控制器(5)的I/O相連，調整時序，控制各個傳感器工作。
[0018]該系統(tǒng)為芽種培養(yǎng)提供了恒溫的環(huán)境，PTC加熱片(8)、TEC制冷片(9)放置于水浴箱(11)的外側底部，用于升高和降低水浴箱(11)內的溫度，循環(huán)水栗(10)用于保證水浴箱
(11)內溫度均勻，多個溫度傳感器(4)的測溫端放置于水浴箱(11)內部的水面下側，用于測量水浴箱(11)內溫度。
[0019]所述微控制器(5)核心微控制器的型號為IAP15F2K60S2;觸控屏(7)選用昆侖通態(tài)嵌入式觸控屏TPC-7062TX;W1-Fi模塊(3)的型號為HLK-RM04;多個溫度傳感器(4)的型號為DS18B20;PTC加熱片(8)的型號為12V40W大功率PTC發(fā)熱片；TEC制冷片(9)的型號為TECl-12706;循環(huán)水栗(10)的型號為R385直流隔膜栗。
[0020]無線路由器(2)設置在浸種催芽箱(12)的外側，為多個芽種箱分配不同的IP地址，可以組成芽種保溫箱網絡。Android手機(I)通過無線路由器(2)，可以接收到每一個浸種催芽箱(12)的實時溫度。
[0021]Android手機(I)設置在浸種催芽箱(12)的外側，用于監(jiān)控無線路由器(2)網絡信號輻射下的浸種催芽箱(12)的溫度數據，觸控屏(7)的輸出輸入數據總線端與微控制器(5)的輸入輸出數據總線端使用數據線在浸種催芽箱(12)內部連接，W1-Fi模塊(3)的輸出輸入數據總線端與微控制器(5)的輸入輸出數據總線端連接，Android手機(I)經由無線路由器
(2)與W1-Fi模塊(3)進行無線數據傳輸，SD存儲卡需要安裝在Android手機(I)內部，Android手機(I)將接收到的溫度數據自動保存至內置的SD存儲卡中，多個溫度傳感器(4)的信號輸出端分別與微控制器(5)的多個溫度檢測信號輸入端連接，微控制器(5)的加熱控制驅動輸出端與PTC加熱片(8)的驅動輸入端連接，微控制器(5)的制冷控制驅動輸出端與TEC制冷片(9)的驅動輸入端連接，微控制器(5)的水栗控制驅動輸出端與循環(huán)水栗(10)的驅動輸入端連接，循環(huán)水栗(1)用于對水浴箱(11)內部的水進行循環(huán)。
[0022]工作原理:
[0023]農業(yè)上的浸種催芽箱，要求溫度穩(wěn)定在一定范圍內，以確保生產過程順利進行。在本發(fā)明的環(huán)境控制上，采取溫度報警設備和繼電器控制溫控設備(包括加熱片，制冷片，水浴循環(huán)栗等)，當系統(tǒng)的溫度低于設定的參數值時，系統(tǒng)會自動加熱，直至達到目標值;當溫度高于系統(tǒng)目標溫度時，系統(tǒng)會自動啟動TEC制冷片(9)，為系統(tǒng)降溫，使系統(tǒng)一直保證在恒定的環(huán)境下運行。在加熱和制冷過程中，用循環(huán)水栗(10)進行水浴循環(huán)，保證均勻制冷和加熱。微控制器(5)用于控制系統(tǒng)整體的運行，包括讀取溫度傳感器數據、發(fā)送溫度數據至觸控屏(7)及Android手機(I)、運用模糊PID算法控制恒溫精度等，W1-Fi模塊(3)用于將溫度數據發(fā)送至無線局域網中，觸控屏(7)用于監(jiān)控水浴箱(11)的溫度狀態(tài)及實現定時等附加功能。
[0024]微控制器(5)每隔10rns就會采集一次箱內溫度數據(SI)，系統(tǒng)上電初始化后
(S2)，主控制器采集與種子直接相關的浸種催芽箱(12)的溫度，采集的數據傳輸到觸控屏
(7)上(S3)，觸控屏(7)可以實時讀取并顯示歷史數據(S5);然后通過W1-Fi模塊(3)和無線路由器(2)傳輸到Android手機(I)上，實現手機遠程監(jiān)控(SOt3Android手機(I)接收到溫度數據后實時顯示(S6)并自動保存至內置的SD存儲卡中(S7)，微控制器(5)通過對采集的溫度數據進行處理，從而控制所述系統(tǒng)的溫度(S8)。
[0025]微控制器(5)通過W1-Fi模塊(3)與外部的Android手機(I)通信，通過W1-Fi模塊
(3)可使得微控制器(5)直接接入附近的無線網絡，即可以向外部發(fā)送實時溫度數據。用戶可通過Andro id手機(I)客戶端訪問每一個浸種催芽箱(12)連接的W1-Fi模塊(3)對應的IP地址，即可接收當前浸種催芽箱(12)內的實時溫度數據。微控制器(5)根據多個溫度傳感器
(4)傳送來的溫度數據設定恒定溫度數據，再配合PID算法控制PTC加熱片(8)、TEC制冷片
(9)和循環(huán)水栗(10)的工作狀態(tài)。微控制器(5)可控制多個溫度傳感器(4)的工作模式，使多個溫度傳感器(4)以9位數字量、每隔100ms、串行傳送的方式采集箱內溫度數據。
[0026]微控制器(5)每隔10ms就會采集一次箱內溫度數據，在觸控屏(7)上實時顯示溫度和溫度曲線；系統(tǒng)內帶W1-Fi模塊(3) ,Android手機(I)可接入W1-Fi節(jié)點，連接后每隔300ms鐘就會接收一組新的數據，并可以繪制溫度曲線圖和保存歷史溫度數據。系統(tǒng)和觸控屏(7)的通訊選用Modbus通訊協議，該協議可靠性高。該協議為通用工業(yè)總線協議，從而方便系統(tǒng)的級聯和擴展。
[0027]系統(tǒng)的控制部分主要包括:系統(tǒng)的加熱，制冷，和水浴循環(huán)。這一系列都是在單片機的控制之下完成的操作，無需工作人員進行手動控制，面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要的監(jiān)測指標有溫度，濕度，液位等，因此應用的溫度傳感器(4)選型十分重要。現場的溫度控制要求嚴格，水稻的育種和催芽所需要的溫度不同，所以在進行控制時一定要將誤差控制在合理的范圍之內。在傳感器的誤差允許的范圍之內，進行精準的控制和調節(jié)。
[0028]觸控屏(7)采用嵌入式組態(tài)軟件編寫程序。應用到的協議是MODBUS總線協議?？刂破魍ㄐ攀褂弥饕粡募夹g，即僅一臺設備(主設備)能初始化傳輸(查詢)，其它設備(從設備)根據主設備查詢提供的數據作出相應反應。
【主權項】
1.一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng):它包括Android手機(I)、無線路由器(2)、W1-Fi模塊(3)、多個溫度傳感器(4)、微控制器(5)、信號采集模塊(6)、觸控屏(7)、PTC加熱片(8)、TEC制冷片(9)、循環(huán)水栗(10)、水浴箱(11)、浸種催芽箱(12); Android手機(I)和無線路由器(2)設置在浸種催芽箱(12)的外側，PTC加熱片(8)、TEC制冷片(9)放置于水浴箱(11)的外側底部，其特征在于多個溫度傳感器(4)的測溫端放置于水浴箱(11)內部的水面下側，對浸種催芽箱(12)進行全方位檢測和控制，W1-Fi模塊(3)的輸出輸入數據總線端與微控制器(5)的輸入輸出數據總線端連接，Android手機(I)經由無線路由器(2)與W1-Fi模塊(3)進行無線數據傳輸，觸控屏(7)的輸出輸入數據總線端與微控制器(5)的輸入輸出數據總線端使用數據線在浸種催芽箱(12)內部連接，多個溫度傳感器(4)的數據口直接與微控制器(5)的I/O相連，控制PTC加熱片(8)、TEC制冷片(9)的工作。2.根據權利要求1所述的一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)采用分層法布局多個溫度傳感器(4)。3.根據權利要求1所述的一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，微控制器(5)每隔10ms就會采集一次箱內溫度數據，在觸控屏(7)上實時顯示溫度和溫度曲線。4.根據權利要求1所述的一種面向精準農業(yè)的網絡化育種催芽監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，用戶可通過Android手機(I)客戶端訪問每一個浸種催芽箱(12)連接的W1-Fi模塊(3)對應的IP地址，即可接收當前浸種催芽箱(12)內的實時溫度數據。
【文檔編號】G05B19/418GK205507511SQ201620000648
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月4日
【發(fā)明人】劉卓夫, 趙虹, 羅中明
【申請人】哈爾濱理工大學