CN108901474A - 一种智能种植大棚及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能种植大棚及控制方法，智能种植大棚包括尖顶棚体、顶部矩形框架、棚门、控制箱、监控单元、外遮阳帘、内遮阳帘等，控制方法包括利用传感器获取室内外环境信息并根据获取信息对执行机构进行控制的方法；本发明能有效降低大规模种植大棚的人工成本，自动化程度高，具有较高的实用性，能产生一定的经济效益和社会效益。

Description

一种智能种植大棚及控制方法

技术领域

本发明属于科技农业种植技术领域，具体涉及一种智能种植大棚及控制方法。

背景技术

我国作为传统的农业大国，目前温室面积居世界之首。但在种植方式上，我国大部分温室大棚仍采用的是纯人工粗放式管理方式，不仅浪费人力、物力，而且农作物的产量低、质量差。因此，改变温室大棚低效率的管理经营状况，研制开发用于管理温室大棚的新技术，实现温室大棚大型化、集约化、智能化、产业化、网络化管理刻不容缓。目前许多农作物因环境、地理等原因都种植在农业大棚中，种植在大棚中的农作物的生长状况与良好的通风和适当的水分供应有很大关系。目前用于农作物的农作物种植大棚是将农作物的种植区进行整体覆盖，这样虽然起到了避雨、适量保温、防风等作用，但是导致棚内通风效果不好，影响农作物的良好生长，并且传统的农作物养殖大棚大多由挡风墙和棚架盖以塑料薄膜而成，大棚内的温度、光照、湿度都是由人工控制，环境条件往往达不到作物生长的最佳要求，而且还增加了种植人员大工作量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能自动采集棚内环境数据并控制大棚环境因素的智能种植大棚及控制方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种智能种植大棚，其包括尖顶棚体和固定设置在尖顶棚体外侧顶部且与尖顶棚体顶部边缘相适配的矩形框架；所述尖顶棚体的前侧面设有棚门；在所述尖顶棚体的前侧面外壁设有控制箱，在所述控制箱内设有用于监测大棚环境控制大棚设施的监控单元；所述矩形框架的顶部设有外遮阳帘轨道，在外遮阳帘轨道上设有能够沿外遮阳帘轨道水平伸缩的外遮阳帘，外遮阳帘通过传动机构与设置在矩形框架上的外遮阳帘拉动电机连接；在尖顶棚体顶部左右两侧内边缘设有内遮阳帘轨道，在内遮阳帘轨道上设有能够沿内遮阳帘轨道水平伸缩的内遮阳帘，内遮阳帘通过传动机构与设置在尖顶棚体顶部的内遮阳帘拉动电机连接；

所述监控单元包括控制器、二氧化碳光照度温湿度四合一传感器、温湿度光照度三合一传感器、土壤温湿度传感器、RS485电路、继电器驱动电路、RS232电路、触摸屏、显示器、TTL-232接口电路、通信模块、存储电路、USB电路、时钟电路、低压采集电路、内遮阳帘拉动电机继电器和外遮阳帘拉动电机继电器；所述二氧化碳光照度温湿度四合一传感器设置在尖顶棚体内；所述土壤温湿度传感器设置在尖顶棚体内种植土壤中；所述温湿度光照度三合一传感器设置在尖顶棚体外壁上；所述二氧化碳光照度温湿度四合一传感器、温湿度光照度三合一传感器、土壤温湿度传感器分别与RS485电路的相应端口双向连接；所述RS485电路与控制器的相应端口双向连接；所述控制器的控制输出端接继电器驱动电路的控制输入端；内遮阳帘拉动电机继电器和外遮阳帘拉动电机继电器的控制输入端分别接继电器驱动电路的相应控制输出端；内遮阳帘拉动电机继电器的输出端接内遮阳帘拉动电机；外遮阳帘拉动电机继电器的输出端接外遮阳帘拉动电机连接；触摸屏经RS232电路与控制器的相应端口双向连接；所述显示器的输入端接控制器的相应输出端口；所述通信模块经TTL-232接口电路接控制器的相应端口；所述存储电路与控制器的相应端口双向连接；所述USB电路与控制器的相应端口双向连接；所述时钟电路与与控制器的相应端口双向连接；所述低压采集电路的输入端接外部直流电源，所述低压采集电路的输出端接控制器的相应端口。

本发明技术方案还涉及一种基于智能种植大棚实现的控制方法，包括如下步骤：

（1）利用二氧化碳光照度温湿度四合一传感器获取室内温度、室内湿度、室内光照强度、室内二氧化碳浓度信息；利用温湿度光照度三合一传感器获取室外温度、室外湿度、室外光照强度信息；利用土壤温湿度传感器获取土壤温度及土壤湿度信息；

（2）控制器设有专家系统模块，所述专家系统模块存储有最适合棚内植物生长的历史环境温度、历史环境湿度、历史二氧化碳浓度、历史光照强度、历史土壤温度及历史土壤湿度信息；控制器接收到所述室内温度、室内湿度、室内光照强度、室内二氧化碳浓度、室外温度、室外湿度、室外光照强度、土壤温度及土壤湿度信息后，分别与历史环境温度、历史环境湿度、历史二氧化碳浓度、历史光照强度、历史土壤温度及历史土壤湿度信息进行比较；

（3）当室内温度超过历史环境温度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制外遮阳帘拉动电机继电器工作，使外遮阳帘拉动电机启动关闭外遮阳帘；

当室内温度低于历史环境温度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制外遮阳帘拉动电机继电器工作，使外遮阳帘拉动电机启动打开外遮阳帘；

（4）当室内温度超过历史环境温度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制内遮阳帘拉动电机继电器工作，使内遮阳帘拉动电机启动关闭内遮阳帘；

当室内温度低于历史环境温度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制内遮阳帘拉动电机继电器工作，使内遮阳帘拉动电机启动打开内遮阳帘；

（5）当室内湿度超过历史环境湿度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制加湿泵继电器工作，使加湿泵停止工作；

当室内湿度低于历史环境湿度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制加湿泵继电器工作，使加湿泵启动工作；

（6）当室内湿度超过历史环境湿度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机启动工作；

当室内湿度低于历史环境湿度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机停止工作；

（7）当室内二氧化碳浓度超过历史二氧化碳浓度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机启动工作；

当室内二氧化碳浓度低于历史二氧化碳浓度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机停止工作；

（8）当室内光照强度超过历史光照强度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制补光灯继电器及补光灯升降杆拉动电机继电器工作，使补光灯打开，并使补光灯升降杆拉动电机工作，拉动补光灯升降杆升高或降低；

当室内光照强度低于历史光照强度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制补光灯继电器工作，使补光灯关闭，并使补光灯升降杆拉动电机工作，拉动补光灯升降杆升高或降低；

（9）当室内湿度超过历史环境湿度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制湿帘加压泵继电器和排风扇继电器工作，使湿帘加压泵和排风扇停止工作；

当室内湿度低于历史环境湿度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制湿帘加压泵继电器和排风扇继电器，使湿帘加压泵和排风扇启动工作。

本发明的有益效果是：本发明能有效降低大规模种植大棚的人工成本；本发明自动化程度高，智能方便，降低对人员的素质要求，解决招工难、用工难问题；使用单片机作为主控单元，具有灵活多变、配置丰富、成本低廉的特点；可根据大棚后期改造，结合现场情况，对系统控制进行远程升级，以便适应多变的环境。本发明具有较高的实用性，具有一定的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为智能种植大棚外部结构示意图。

图2为外遮阳帘打开伸展后智能种植大棚外部结构示意图。

图3为去掉尖顶棚体顶部的矩形框架后内遮阳帘打开伸展后智能种植大棚结构示意图。

图4为在智能种植大棚设置的加湿泵、PE管、加湿管连接结构示意图。

图5为在智能种植大棚设置的补光灯升降杆、补光灯、升降架、补光灯升降杆拉动电机连接结构示意图。

图6为监控单元原理框图。

具体实施方式

由图1-6所示的实施例可知，它包括尖顶棚体1和固定设置在尖顶棚体1外侧顶部且与尖顶棚体1顶部边缘相适配的矩形框架2；尖顶棚体1由玻璃和不锈钢骨架构成；所述尖顶棚体1的前侧面设有棚门1-1；在所述尖顶棚体1的前侧面外壁设有控制箱3，在所述控制箱3内设有用于监测大棚环境控制大棚设施的监控单元；所述矩形框架2的顶部设有外遮阳帘轨道2-1，在外遮阳帘轨道2-1上设有能够沿外遮阳帘轨道2-1水平伸缩的外遮阳帘6，外遮阳帘6通过传动机构与设置在矩形框架2上的外遮阳帘拉动电机连接；在尖顶棚体1顶部左右两侧内边缘设有内遮阳帘轨道7，在内遮阳帘轨道7上设有能够沿内遮阳帘轨道7水平伸缩的内遮阳帘8，内遮阳帘8通过传动机构与设置在尖顶棚体1顶部的内遮阳帘拉动电机连接；

所述监控单元包括控制器、二氧化碳光照度温湿度四合一传感器、温湿度光照度三合一传感器、土壤温湿度传感器、RS485电路、继电器驱动电路、RS232电路、触摸屏、显示器、TTL-232接口电路、通信模块、存储电路、USB电路、时钟电路、低压采集电路、内遮阳帘拉动电机继电器和外遮阳帘拉动电机继电器；所述二氧化碳光照度温湿度四合一传感器设置在尖顶棚体1内；所述土壤温湿度传感器设置在尖顶棚体1内种植土壤中；所述温湿度光照度三合一传感器设置在尖顶棚体1外壁上；所述二氧化碳光照度温湿度四合一传感器、温湿度光照度三合一传感器、土壤温湿度传感器分别与RS485电路的相应端口双向连接；所述RS485电路与控制器的相应端口双向连接。RS485电路将单片机的TTL_232脉冲信号转换成RS485信号；与传感器连接，用于采集传感器数据； RXD1连接单片机的USART1-RX引脚,TXD1连接单片机的USART1-TX引脚,单片机的USART1串口用来进行串行通信的模块（单片机内部集成）单片机使用USART1模块，将单片机的传感器采集命令数据和传感器回复的信息数据，通过USART1-RX和USART1-TX引脚，将数据一位一位和RS485电路交互。所述控制器的控制输出端接继电器驱动电路的控制输入端。继电器驱动电路将单片机的串行脉冲信号转换成并行信号，通过驱动芯片驱动继电器；完成将单片机弱信号转换成触电信号以便驱动（排风扇、湿帘水泵、加湿器、环流风机、补光灯、外遮阳、内遮阳、天窗等）相关的电气元件（接触器、中间继电器等）； SI连接单片机的PE1引脚,SCK连接单片机的PE2引脚,RCK连接单片机的PE3引脚,OE连接单片机的PE4引脚,单片机通过PE1、PE2、PE3、PE4引脚，将单片机的驱动继电器命令数据，一位一位的发送给继电器驱动电路。内遮阳帘拉动电机继电器和外遮阳帘拉动电机继电器的控制输入端分别接继电器驱动电路的相应控制输出端；内遮阳帘拉动电机继电器的输出端接内遮阳帘拉动电机；外遮阳帘拉动电机继电器的输出端接外遮阳帘拉动电机连接；触摸屏经RS232电路与控制器的相应端口双向连接。RS232电路原理：将单片机TTL_232脉冲信号转换成RS232信号，与触摸屏使用DB9串口通信线连接，实现IGC-101控制器与触摸屏通信，完成数据的显示、参数设置。RXD5连接单片机的UART5-RX引脚,TXD2连接单片机的UART5-TX引脚,单片机的UART5串口用来进行串行通信的模块（单片机内部集成）；单片机使用UART5模块，将单片机的数据，通过UART5-RX和UART5-TX引脚，将数据一位一位的和RS232电路交互。所述显示器的输入端接控制器的相应输出端口；所述通信模块经TTL-232接口电路接控制器的相应端口。TTL-232接口电路原理：单片机与其通信，将数据发送到该接口，可连接GPRS模块、无线模块、WIFI模块、蓝牙模块、网络模块，实现IGC-101控制器与远程服务器的数据交互。RXD4连接单片机的UART4-RX引脚,TXD4连接单片机的UART4-TX引脚，单片机的UART4串口用来进行串行通信的模块（单片机内部集成）。单片机使用UART4模块，将单片机的数据，通过UART4-RX和UART4-TX引脚，将数据一位一位的和TTL_232电路交互。所述存储电路与控制器的相应端口双向连接。存储电路原理：单片机与其通信，将相关数据存储到存储器内，存储设置参数、系统信息等。SPI1_MISO连接单片机的SPI1_MISO引脚,SPI1_MOSI连接单片机的SPI1_MOSI引脚,SPI1_SCK连接单片机的SPI1_SCK引脚。单片机的SPI1用来进行串行通信的模块（单片机内部集成。单片机使用SPI1模块，将单片机需要存储的数据，通过SPI1_MISO、SPI1_MOSI、SPI1_SCK引脚，将数据一位一位和存储电路交互。所述USB电路与控制器的相应端口双向连接。USB电路原理：单片机与其通信，读取U盘里面的升级程序。可以实现控制器的程序升级。RXD2连接单片机的USART2-RX引脚,TXD2连接单片机的USART2-TX引脚,单片机的USART2串口用来进行串行通信的模块（单片机内部集成）。单片机使用USART2模块，将单片机的采集命令数据和USB电路回复的信息数据，通过USART2-RX和USART2-TX引脚，将数据一位一位和USB电路交互。所述时钟电路与与控制器的相应端口双向连接。时钟电路原理：单片机与其通信，读取时间；给系统提供时间信息（年、月、日、时、分、秒）。

CLOCK_SCL连接单片机的PE10引脚,CLOCK_SDA连接单片机的PE11引脚,CLOCK_INT连接单片机的PE12引脚；单片机的PE10、PE11引脚模拟IIC接口，形成IIC总线协议；单片机通过PE10、PE11、PE12引脚，将单片机的时间采集命令数据和时钟电路回复的信息数据，一位一位的和时钟电路交互。所述低压采集电路的输入端接外部直流电源，所述低压采集电路的输出端接控制器的相应端口。低电压采集电路原理：当电压低于17V时输出信号给单片机；作用：单片机收到信号后，及时保存数据，停止工作等待停电； 低电压采集电路输出端连接单片机的PD4引脚,单片机通过判断PD4引脚电平高低，来识别电源是否处于低压状态。

所述控制器是由型号为stm32f103vet6单片机及其外围电路构成；所述RS485电路是由型号为TLP2362光耦、型号为MAX485ESA收发器及外围电路构成；所述继电器驱动电路是由型号为74HC595的位移缓存器、型号为ULN2803的驱动芯片及外围电路构成；所述RS232电路是由型号为SP3232E的串口转换芯片及其外围电路构成；所述存储电路是由型号为SP3232E存储芯片及其外围电路构成；所述TTL-232接口电路是由型号为2N5551三极管及其外围电路构成；所述USB电路是由型号为CH376S的USB芯片及其外围电路构成；所述时钟电路是由型号为8025T的时钟芯片及其外围电路构成；所述低压采集电路是由型号为HT7033的稳压模块及其外围电路构成；所述二氧化碳光照度温湿度四合一传感器的型号为SM3390B；所述温湿度光照度三合一传感器的型号为KM6391B；所述土壤温湿度传感器的型号为SM3002B。

所述监控单元还包括电源电路，所述电源电路是由型号为TDK-ZJYS_2/2A的电感、型号为ASM1117的稳压器、型号为B0505LS-1WR2的电源模块、型号为TPS54233的电源芯片及其外围电路构成；所述电源电路输入24V直流电压，输出分别为5V、3.3V、隔离5V直流电压；其中输出5V为USB电路和TTL_232接口供电；输出3.3V为控制器、低电压采集电路、继电器驱动电路、时钟电路、USB电路、RS485电路、RS232电路、存储电路供电；输出隔离5V为RS485电路供电。

所述通信模块为GPRS通信模块、串口转以太网模块、WIFI模块或无线模块。无线模块的型号为YL-600N。

在尖顶棚体1内还设有补光灯升降杆12，补光灯升降杆12上设有一个以上的补光灯13，补光灯升降杆12通过设置在尖顶棚体1顶部的升降架12-2悬吊起来，升降架12-2通过传动机构与设置在尖顶棚体1顶部的补光灯升降杆拉动电机12-1相连接；所述监控单元还包括补光灯升降杆拉动电机继电器和补光灯继电器；所述补光灯升降杆拉动电机继电器和补光灯继电器的控制输入端分别接继电器驱动电路的相应控制输出端。

在尖顶棚体1内设有加湿泵10，加湿泵10通过PE管10-1与水平悬挂在尖顶棚体1内的加湿管10-2相连通，在加湿管10-2上设有多个喷头10-3；所述监控单元还包括加湿泵继电器，所述加湿泵继电器的控制输入端接继电器驱动电路的相应控制输出端。

所述尖顶棚体1棚顶设有1个以上的天窗5。

在尖顶棚体1内还悬挂有多个风机；所述监控单元还包括风机继电器，所述风机继电器的控制输入端接继电器驱动电路的相应控制输出端。

在所述尖顶棚体1的前侧面内壁设有湿帘4，在尖顶棚体1内设有湿帘加压泵，湿帘加压泵通过与湿帘4相接触的水管给湿帘4加湿；在所述尖顶棚体1的后侧面内壁与所述湿帘4相对应位置设有排风扇9；所述监控单元还包括湿帘加压泵继电器和排风扇继电器；所述湿帘加压泵继电器和排风扇继电器的控制输入端分别接继电器驱动电路的相应控制输出端。

本发明基于智能种植大棚实现的控制方法包括如下步骤：

（1）利用二氧化碳光照度温湿度四合一传感器获取室内温度、室内湿度、室内光照强度、室内二氧化碳浓度信息；利用温湿度光照度三合一传感器获取室外温度、室外湿度、室外光照强度信息；利用土壤温湿度传感器获取土壤温度及土壤湿度信息；

（2）控制器设有专家系统模块，所述专家系统模块存储有最适合棚内植物生长的历史环境温度、历史环境湿度、历史二氧化碳浓度、历史光照强度、历史土壤温度及历史土壤湿度信息；控制器接收到所述室内温度、室内湿度、室内光照强度、室内二氧化碳浓度、室外温度、室外湿度、室外光照强度、土壤温度及土壤湿度信息后，分别与历史环境温度、历史环境湿度、历史二氧化碳浓度、历史光照强度、历史土壤温度及历史土壤湿度信息进行比较；

（3）当室内温度超过历史环境温度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制外遮阳帘拉动电机继电器工作，使外遮阳帘拉动电机启动关闭外遮阳帘；

当室内温度低于历史环境温度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制外遮阳帘拉动电机继电器工作，使外遮阳帘拉动电机启动打开外遮阳帘；

（4）当室内温度超过历史环境温度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制内遮阳帘拉动电机继电器工作，使内遮阳帘拉动电机启动关闭内遮阳帘；

当室内温度低于历史环境温度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制内遮阳帘拉动电机继电器工作，使内遮阳帘拉动电机启动打开内遮阳帘；

（5）当室内湿度超过历史环境湿度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制加湿泵继电器工作，使加湿泵停止工作；

当室内湿度低于历史环境湿度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制加湿泵继电器工作，使加湿泵启动工作；

（6）当室内湿度超过历史环境湿度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机启动工作；

当室内湿度低于历史环境湿度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机停止工作；

（7）当室内二氧化碳浓度超过历史二氧化碳浓度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机启动工作；

当室内二氧化碳浓度低于历史二氧化碳浓度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机停止工作；

（8）当室内光照强度超过历史光照强度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制补光灯继电器及补光灯升降杆拉动电机继电器工作，使补光灯打开，并使补光灯升降杆拉动电机工作，拉动补光灯升降杆升高或降低；

当室内光照强度低于历史光照强度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制补光灯继电器工作，使补光灯关闭，并使补光灯升降杆拉动电机工作，拉动补光灯升降杆升高或降低；

（9）当室内湿度超过历史环境湿度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制湿帘加压泵继电器和排风扇继电器工作，使湿帘加压泵和排风扇停止工作；

当室内湿度低于历史环境湿度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制湿帘加压泵继电器和排风扇继电器，使湿帘加压泵和排风扇启动工作。

大本发明控制单元是基于自动化控制和物联网技术结合，实现大棚无人值守自动化种殖的目的。本发明定时采集大棚内的空气温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数,以直观的数据、图标或曲线方式显示给用户,并可以根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。数据库中保存各种传感器的数据、操作记录、控制记录等,知识库中存放栽培作物的植物属性、日照要求、温湿度要求、CO2和氧气浓度要求等最佳气候参数。本发明还具有不同作物的生长方案,只需提前选择好方案,本发明就会根据预先设定的参数进行室内调节。在作物的整个生长过程中把各传感器传来的数据进行定时保存,并按要求打印,便于以后观察和分析,由此形成一个专家系统。

本发明通过GPRS通信模块与远程服务器通信,把各种传感器采集的数据(如温度、温度、光照强度、CO2浓度等)转换成数字信号传给控制器,并根据控制器的下传数据和预先设定的参数,对各种执行系统进行控制,确定各执行系统的运行状态,实现对温室的智能化调控。

本发明控制器通过WIFI模块连接到互联网，远程服务器通过通过互联网与连接控制器的WIFI模块无线连接，实现信息通信。本发明控制器通过GPRS通信模块连接到互联网，远程服务器通过互联网与连接控制器的GPRS通信模块无线连接，实现信息通信。本发明控制器通过串口转以太网模块连接到互联网，远程服务器通过互联网与连接控制器的串口转以太网模块无线连接，实现信息通信。本发明控制器通过无线模块与大棚附近办公室的本地计算机无线连接，通过无线网络进行通信；本地计算机通过互联网与远程服务器进行通信。

系统采用7英寸触摸屏人机界面，操作简单易懂，可靠性强，可独立使用和联机使用。

本发明能保存和处理综合控制箱传回的数据并进行分析，对下执行机构做出设置和控制;实现系统监测,完成数据管理和历史数据统计。

本发明还设有视频监控系统，在大棚内设有监控摄像头，监控摄像头与单片机相连接，单片机将图像数据上传远程控制器，用户可随时随地通过3G/4G手机或电脑可以观看到温室内的实际影像，对农作物生长进程进行远程监控。

本发明通过打开天窗，给室内通风散热，补充氧气。本发明通过展开和合拢外遮阳帘调节室内温度和光线。本发明通过展开和合拢外遮阳帘调节室内温度和光线。本发明的湿帘加压泵加湿湿帘并与排风扇机配合使用，达到室内降温和一定的加湿作用。本发明

本发明采用PE管加微喷头，达到灌溉的目的。本发明定时开启是室内空气流通、温湿度一致。本发明补光灯是当外界光线不能满足农作物需求时，通过补光灯补充光线。本发明的补光灯升降杆由升降杆拉动电机拉动，通过调节补光灯升降杆的高度，调节补光灯亮度。

采用各种传感器对大棚内数据进行采集,包括空气温度湿度传感器、二氧化碳传感器、光照强度传感器;在大棚内外选择代表性位置安装。可定时采集和实时查看数据，并做好数据保存，方便日后查看和数据总结分析。

综合监控单元通过GPRS接口与数据管理平台通信,把各种传感器采集的数据(如温度、温度、光照强度、CO2浓度等)转换成数字信号传给数据管理平台,并根据数据管理平台下传的数据和预先设定的参数,对各种执行系统进行控制,确定各执行系统的运行状态,实现对大棚的智能化控制和科学化管理。

专家系统模块是一个能在特定领域内，应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种人工智能计算机程序。

专家系统模块的基本工作流程是，用户通过人机界面回答系统的提问，推理机将用户输入的信息与知识库中各个规则的条件进行匹配，并把被匹配规则的结论存放到综合数据库中，最后专家系统模块将得出最终结论呈现给用户。

专家系统模块能够模拟人类专家的思维，根据对应症状的观察分析，推导出产生症状的原因，从而做出决断，尽可能解决人类专家需要处理的专业问题，具有一定的智能核对作用，达到和现有人类专家同等的决策结果。

本智能大棚采用专家系统模块将物联网传感器所采集的系统数据与数据库中存放的数据进行分层比对，分层算法包括时间分层、图像分层、温湿度分层等多维度分层方案。本发明创新点在于专家系统的分层数据切片和分层数据对比算法，同时智能过滤无效数据。

本智能大棚专家系统模块采用机器学习和深度学习算法进行自我修正，逐渐提高控制精度。本专家系统根据分层比对结果发出指令控制大棚内各装置动作，包括温湿度控制、浇水和施肥控制、光照度控制、通风控制等。

智能大棚的是将智能化控制系统应用到大棚种植上，利用物联感知技术和生物模拟技术，模拟出最适合棚内植物生长的环境，采用温度、湿度、CO2、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过智慧农业大棚管理系统服务器进行数据分析并返回给大棚控制箱控制棚内的湿帘、风机、灌溉、遮阳等设施实施监控，从而改变大棚内农作物生长环境。专家用户可新增多个方案并设置想应的农作物，每套方案最多支持9个生长阶段，每个阶段不限制生长天数，通过设置各个传感器的上下限值来控制湿帘、风机、灌溉、遮阳等设施的开启关闭。方案设置后用户选择该方案后系统会根据大棚设置中的种植时间，通过每个生长阶段的生长天数生成方案队列同步至大棚内控制箱，监控单元可根据方案数据脱机完成设备控制。服务器系统管理员通过新增企业账户为企业开通使用权限。企业用户登录系统创建大棚并设置大棚信息、关联专家方案。服务器系统将分析关联的专家方案，并拆分成对应的生长周期数据定期同步至控制箱，使监控单元根据专家方案和大棚环境情况实时调整相应设备进行开关。大棚设置完成后即可随时进行“实时数据”的查看，也可以根据当前情况来通过监控单元调整棚内湿帘、风机、灌溉等设备。大棚运行一段时间后可以通过“历史数据”分阶段查看农作物生长时期的历史环境数据，结合作物生长情况来做出分析，方便后期指定更完善的专家方案。

以监控蘑菇生长为例，温湿度传感器设置在菌棒上，本发明在处理本地实际数据、专家经验数据以及云数据中可以适时的对入库数据进行审查核对，阻止无效数据以及偏差较大的数据入库，在种植环境恶化之前实现预警，从而降低农户损失。专家系统会对已入库数进行分类打包处理，按照蘑菇生长的周期节点进行分类打包，一方面不断完善数据库，另外便于并行不同的不同数据库进行并库处理，经过几个生长周期，便可确定在此环境下，食用菇各个生长时期所需的数学参数，实现智能化管理。

此外，管理者可进入专家系统学习先进的种植知识，也可在这个平台上分享自己的种植心得。专家也可以进入专家系统，查看管辖区内的农作物生长情况，有针对性地提出相关建议。当遇到问题需要解决时，管理者可根据农作物生产情况，结合专家系统数据，系统处得到专家水平的结论。及早分析预防病虫害知识。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施例的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能种植大棚，其特征在于：包括尖顶棚体（1）和固定设置在尖顶棚体（1）外侧顶部且与尖顶棚体（1）顶部边缘相适配的矩形框架（2）；所述尖顶棚体（1）的前侧面设有棚门（1-1）；在所述尖顶棚体（1）的前侧面外壁设有控制箱（3），在所述控制箱（3）内设有用于监测大棚环境控制大棚设施的监控单元；所述矩形框架（2）的顶部设有外遮阳帘轨道（2-1），在外遮阳帘轨道（2-1）上设有能够沿外遮阳帘轨道（2-1）水平伸缩的外遮阳帘（6），外遮阳帘（6）通过传动机构与设置在矩形框架（2）上的外遮阳帘拉动电机连接；在尖顶棚体（1）顶部左右两侧内边缘设有内遮阳帘轨道（7），在内遮阳帘轨道（7）上设有能够沿内遮阳帘轨道（7）水平伸缩的内遮阳帘（8），内遮阳帘（8）通过传动机构与设置在尖顶棚体（1）顶部的内遮阳帘拉动电机连接；

所述监控单元包括控制器、二氧化碳光照度温湿度四合一传感器、温湿度光照度三合一传感器、土壤温湿度传感器、RS485电路、继电器驱动电路、RS232电路、触摸屏、显示器、TTL-232接口电路、通信模块、存储电路、USB电路、时钟电路、低压采集电路、内遮阳帘拉动电机继电器和外遮阳帘拉动电机继电器；所述二氧化碳光照度温湿度四合一传感器设置在尖顶棚体（1）内；所述土壤温湿度传感器设置在尖顶棚体（1）内种植土壤中；所述温湿度光照度三合一传感器设置在尖顶棚体（1）外壁上；所述二氧化碳光照度温湿度四合一传感器、温湿度光照度三合一传感器、土壤温湿度传感器分别与RS485电路的相应端口双向连接；所述RS485电路与控制器的相应端口双向连接；所述控制器的控制输出端接继电器驱动电路的控制输入端；内遮阳帘拉动电机继电器和外遮阳帘拉动电机继电器的控制输入端分别接继电器驱动电路的相应控制输出端；内遮阳帘拉动电机继电器的输出端接内遮阳帘拉动电机；外遮阳帘拉动电机继电器的输出端接外遮阳帘拉动电机连接；触摸屏经RS232电路与控制器的相应端口双向连接；所述显示器的输入端接控制器的相应输出端口；所述通信模块经TTL-232接口电路接控制器的相应端口；所述存储电路与控制器的相应端口双向连接；所述USB电路与控制器的相应端口双向连接；所述时钟电路与与控制器的相应端口双向连接；所述低压采集电路的输入端接外部直流电源，所述低压采集电路的输出端接控制器的相应端口。

2.根据权利要求1所述的一种智能种植大棚，其特征在于：所述控制器是由型号为stm32f103vet6单片机及其外围电路构成；所述RS485电路是由型号为TLP2362光耦、型号为MAX485ESA收发器及外围电路构成；所述继电器驱动电路是由型号为74HC595的位移缓存器、型号为ULN2803的驱动芯片及外围电路构成；所述RS232电路是由型号为SP3232E的串口转换芯片及其外围电路构成；所述存储电路是由型号为SP3232E存储芯片及其外围电路构成；所述TTL-232接口电路是由型号为2N5551三极管及其外围电路构成；所述USB电路是由型号为CH376S的USB芯片及其外围电路构成；所述时钟电路是由型号为8025T的时钟芯片及其外围电路构成；所述低压采集电路是由型号为HT7033的稳压模块及其外围电路构成；所述二氧化碳光照度温湿度四合一传感器的型号为SM3390B；所述温湿度光照度三合一传感器的型号为KM6391B；所述土壤温湿度传感器的型号为SM3002B。

3.根据权利要求2所述的一种智能种植大棚，其特征在于： 所述监控单元还包括电源电路，所述电源电路是由型号为TDK-ZJYS_2/2A的电感、型号为ASM1117的稳压器、型号为B0505LS-1WR2的电源模块、型号为TPS54233的电源芯片及其外围电路构成；所述电源电路输入24V直流电压，输出分别为5V、3.3V、隔离5V直流电压；其中输出5V为USB电路和TTL_232接口供电；输出3.3V为控制器、低电压采集电路、继电器驱动电路、时钟电路、USB电路、RS485电路、RS232电路、存储电路供电；输出隔离5V为RS485电路供电。

4.根据权利要求3所述的一种智能种植大棚，其特征在于：所述通信模块为GPRS通信模块、串口转以太网模块、WIFI模块或无线模块。

5.根据权利要求4所述的一种智能种植大棚，其特征在于：在尖顶棚体（1）内还设有补光灯升降杆（12），补光灯升降杆（12）上设有一个以上的补光灯（13），补光灯升降杆（12）通过设置在尖顶棚体（1）顶部的升降架（12-2）悬吊起来，升降架（12-2）通过传动机构与设置在尖顶棚体（1）顶部的补光灯升降杆拉动电机（12-1）相连接；所述监控单元还包括补光灯升降杆拉动电机继电器和补光灯继电器；所述补光灯升降杆拉动电机继电器和补光灯继电器的控制输入端分别接继电器驱动电路的相应控制输出端。

6.根据权利要求5所述的一种智能种植大棚，其特征在于：在尖顶棚体（1）内设有加湿泵（10），加湿泵（10）通过PE管（10-1）与水平悬挂在尖顶棚体（1）内的加湿管（10-2）相连通，在加湿管（10-2）上设有多个喷头（10-3）；所述监控单元还包括加湿泵继电器，所述加湿泵继电器的控制输入端接继电器驱动电路的相应控制输出端。

7.根据权利要求6所述的一种智能种植大棚，其特征在于：所述尖顶棚体（1）棚顶设有1个以上的天窗（5）。

8.根据权利要求7所述的一种智能种植大棚，其特征在于：在尖顶棚体（1）内还悬挂有多个风机；所述监控单元还包括风机继电器，所述风机继电器的控制输入端接继电器驱动电路的相应控制输出端。

9.根据权利要求8所述的一种智能种植大棚，其特征在于：在所述尖顶棚体（1）的前侧面内壁设有湿帘（4），在尖顶棚体（1）内设有湿帘加压泵，湿帘加压泵通过与湿帘（4）相接触的水管给湿帘（4）加湿；在所述尖顶棚体（1）的后侧面内壁与所述湿帘（4）相对应位置设有排风扇（9）；所述监控单元还包括湿帘加压泵继电器和排风扇继电器；所述湿帘加压泵继电器和排风扇继电器的控制输入端分别接继电器驱动电路的相应控制输出端。

10.一种基于权利要求9所述智能种植大棚实现的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）利用二氧化碳光照度温湿度四合一传感器获取室内温度、室内湿度、室内光照强度、室内二氧化碳浓度信息；利用温湿度光照度三合一传感器获取室外温度、室外湿度、室外光照强度信息；利用土壤温湿度传感器获取土壤温度及土壤湿度信息；

（2）控制器设有专家系统模块，所述专家系统模块存储有最适合棚内植物生长的历史环境温度、历史环境湿度、历史二氧化碳浓度、历史光照强度、历史土壤温度及历史土壤湿度信息；控制器接收到所述室内温度、室内湿度、室内光照强度、室内二氧化碳浓度、室外温度、室外湿度、室外光照强度、土壤温度及土壤湿度信息后，分别与历史环境温度、历史环境湿度、历史二氧化碳浓度、历史光照强度、历史土壤温度及历史土壤湿度信息进行比较；

（3）当室内温度超过历史环境温度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制外遮阳帘拉动电机继电器工作，使外遮阳帘拉动电机启动关闭外遮阳帘；

当室内温度低于历史环境温度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制外遮阳帘拉动电机继电器工作，使外遮阳帘拉动电机启动打开外遮阳帘；

（4）当室内温度超过历史环境温度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制内遮阳帘拉动电机继电器工作，使内遮阳帘拉动电机启动关闭内遮阳帘；

当室内温度低于历史环境温度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制内遮阳帘拉动电机继电器工作，使内遮阳帘拉动电机启动打开内遮阳帘；

（5）当室内湿度超过历史环境湿度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制加湿泵继电器工作，使加湿泵停止工作；

当室内湿度低于历史环境湿度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制加湿泵继电器工作，使加湿泵启动工作；

（6）当室内湿度超过历史环境湿度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机启动工作；

当室内湿度低于历史环境湿度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机停止工作；

（7）当室内二氧化碳浓度超过历史二氧化碳浓度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机启动工作；

当室内二氧化碳浓度低于历史二氧化碳浓度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制风机继电器工作，使风机停止工作；

（8）当室内光照强度超过历史光照强度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制补光灯继电器及补光灯升降杆拉动电机继电器工作，使补光灯打开，并使补光灯升降杆拉动电机工作，拉动补光灯升降杆升高或降低；

当室内光照强度低于历史光照强度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制补光灯继电器工作，使补光灯关闭，并使补光灯升降杆拉动电机工作，拉动补光灯升降杆升高或降低；

（9）当室内湿度超过历史环境湿度上限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制湿帘加压泵继电器和排风扇继电器工作，使湿帘加压泵和排风扇停止工作；

当室内湿度低于历史环境湿度下限时，控制器给继电器驱动电路输出控制信号，使继电器驱动电路控制湿帘加压泵继电器和排风扇继电器，使湿帘加压泵和排风扇启动工作。