一种基于物联网的农业大棚的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于物联网的农业大棚，提供可靠性高和扩展性好的农业大棚，其方案是，所述电源模块与控制器的电源接口连接，控制器经路由器与智能终端进行通信，控制器与数据库服务器进行数据交互，智能终端通过路由器读取数据库服务器，六路高清摄像头将采集的视频信息上传至数据库服务器，温度传感器、湿度传感器和光照传感器经AD板连接至控制器的ADC接口，控制器的I/O口经输入输出开关量IO板控制电动执行机构，触摸屏经485通信接口电路与控制器的USART接口进行数据交互；本发明采用控制器的开关量控制电动执行机构，提高了智能农业大棚的灵活性和扩展性，实现大棚间联网，可对多个大棚进行防治处理，适用性强，可大量推广使用。
【专利说明】
一种基于物联网的农业大棚
技术领域
[0001]本发明涉及农业大棚技术领域，特别是一种基于物联网的农业大棚。
【背景技术】
[0002]目前，农业大棚主要完成反季节蔬菜的生产任务，收益高，可帮助种植户快速增收，由于农业大棚内环境比较特殊，高温高湿，容易产生病虫害，加上农业大棚的密闭环境，病虫害扩展比较快，而且人工喷洒农药易造成操作人员中毒的情况，另外由于种植户专业知识的缺乏，容易造成病虫害的误判或处理不当的情况，农业大棚的病虫害应以预防为主，加强农业大棚的管理和减少病虫害的发生。
[0003]而现有智能农业大棚的执行机构采用的是电磁阀或继电器进行控制的，其连线多复杂，功耗大，系统形成后，想要再改变或增加功能比较困难，且电磁阀或继电器的触点有限，其灵活性和可靠性低，扩展性受到限制，农业大棚占地面积较大，且比较分散，对大棚进行集中管理不易且增加了种植户的劳动强度。
【发明内容】
[0004]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种基于物联网的农业大棚，提供可靠性高和扩展性好的农业大棚，达到了减轻种植户的劳动强度，及时发现、准确判断病虫害和对症施救的目的。
[0005]其解决的技术方案是，包括电源模块、触摸屏、485通信接口电路、LPC4350控制器、路由器、AD板、PT100温度传感器、光照传感器、湿度传感器、输入输出开关量1板、电动执行机构和六路高清摄像头，市电经所述电源模块与LPC4350控制器的电源接口连接，LPC4350控制器经路由器与智能终端进行通信，LPC4350控制器与数据库服务器进行数据交互，智能终端通过路由器读取数据库服务器，六路高清摄像头将采集的视频信息上传至数据库服务器，PT100温度传感器经第一连接电路与AD板连接，湿度传感器和光照传感器经第二连接电路与AD板连接，AD板连接至LPC4350控制器的ADC接口，LPC4350控制器的I/O口经输入输出开关量1板控制电动执行机构，触摸屏经485通信接口电路与LPC4350控制器的USART接口进行数据交互；
所述第一连接电路包括比较器Ul、比较器U2、PT100温度传感器、NPN型三极管Ql、电容Cl和电阻R1-R10，所述电阻Rl的一端接+1V电源，电阻Rl的另一端与比较器Ul的同相输入端连接，比较器Ul的同相输入端经电阻R3与比较器U2的同相输入端连接，比较器Ul的反相输入端经电阻R2接地GND，比较器Ul的反相输入端依次经电阻R5和电阻R4与比较器Ul的输出端连接，比较器Ul的输出端经电阻R6与NPN型三极管Ql的基极连接，NPN型三极管Ql的集电极接+3V电源，NPN型三极管Ql的发射极经电阻Rl O与比较器U2的同相输入端连接，NPN型三极管Ql的发射极还与电阻R5和电阻R4的公共端连接，比较器U2的同相输入端经PT100温度传感器接地GND，比较器U2的输出端经电阻R7与比较器U2的反相输入端连接，比较器U2的输出端经电阻R7与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端经电阻R9接+3V电源，电阻R8的另一端还经电容Cl接地GND，电阻R8的另一端为第一输出端子，第一输出端子与AD板连接；
所述第二连接电路包括比较器U3、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电容C2，所述比较器U3的同相输入端与湿度传感器/光照传感器连接，比较器U3的输出端经电阻Rll与比较器U3的反相输入端连接，比较器U3的输出端经电阻Rll与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端经电阻R13接+3V电源，电阻R12的另一端经电容C2接地GND，电阻R12的另一端为第二输出端子，第二输出端子与AD板连接；
所述1板，包括1板电路基本单元，所述1板电路基本单元包括NPN型三极管Q2、电阻R14、电阻R15、电阻R16和场效应管Q3，所述NPN型三极管Q2的基极接LPC4350控制器的I/O口，NPN型三极管Q2的集电极接+5V电源，NPN型三极管Q2的发射极经电阻R14接地GND，NPN型三极管Q2的发射极经电阻R15与场效应管Q3的栅极连接，场效应管Q3的源极接地GND，场效应管Q3的漏极与电阻Rl 6的一端连接，电阻Rl 6的另一端与电动执行机构连接；
所述485通信接口电路，包括MAX485芯片U3、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、二极管Dl、二极管D2和共模电感LI，所述MAX485芯片U3的2引脚与3引脚连接，MAX485芯片U3的3引脚经电阻R17接地GND，MAX485芯片U3的3引脚与LPC4350控制器的RTS复位弓I脚连接，MAX485芯片U3的I引脚经电阻Rl 9接地GND，MAX485芯片U3的4引脚经电阻R18接地GND，MAX485芯片U3的I引脚与LPC4350控制器的RXD引脚连接，MAX485芯片U3的4引脚与LPC4350控制器的TXD引脚连接，MAX485芯片U3的8引脚接+5V电源，MAX485芯片U3的8引脚经电容C5接地GND，MAX485芯片U3的5引脚接地GND，MAX485芯片U3的6引脚经电容C3与MAX485芯片U3的7引脚连接，MAX485芯片U3的7引脚依次经电容C5和电容C4与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与二极管DI的负极连接，二极管DI的正极与MAX485芯片U3的6引脚连接，MAX485芯片U3的6引脚和7引脚经共模电感LI与触摸屏的485A端和触摸屏的485B端连接。
[0006]本发明采用控制器的开关量控制电动执行机构，增加了智能农业大棚的可靠性，提高了智能农业大棚的灵活性和扩展性，在农作物种植前，可对大棚内的病虫害做预处理，在农作物生长期间，为种植户提供病虫害诊断说明并提供施救参考措施，消除病虫害，可达到减轻种植户劳动强度，预防病虫害发生，及时发现，准确判断病虫害，对症施救的目的，实现大棚间联网，可对多个大棚进行防治处理，适用性强，可大量推广使用。
【附图说明】
[0007]图1为本发明的基于物联网的农业大棚的结构示意图；
图2为本发明的应用客户端APP的软件流程图；
图3为本发明的第一连接电路的电路连接图；
图4为本发明的第二连接电路的电路连接图；
图5为本发明的1板电路基本单元的电路连接图；
图6为本发明的485通信接口电路的电路连接图。
【具体实施方式】
[0008]以下结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0009]现结合图1至图6所示，本发明的一种基于物联网的农业大棚，包括电源模块、触摸屏、485通信接口电路、LPC4350控制器、路由器、AD板、PT 10温度传感器、光照传感器、湿度传感器、输入输出开关量1板、电动执行机构和六路高清摄像头，市电经所述电源模块与LPC4350控制器的电源接口连接，LPC4350控制器经路由器与智能终端进行通信，LPC4350控制器与数据库服务器进行数据交互，智能终端通过路由器读取数据库服务器，六路高清摄像头将采集的视频信息上传至数据库服务器，PT100温度传感器经第一连接电路与AD板连接，湿度传感器和光照传感器经第二连接电路与AD板连接，AD板连接至LPC4350控制器的ADC接口，LPC4350控制器的I/O口经输入输出开关量1板控制电动执行机构，触摸屏经485通信接口电路与LPC4350控制器的USART接口进行数据交互；
所述第一连接电路包括比较器Ul、比较器U2、PT100温度传感器、NPN型三极管Ql、电容Cl和电阻R1-R10，所述电阻Rl的一端接+1V电源，电阻Rl的另一端与比较器Ul的同相输入端连接，比较器Ul的同相输入端经电阻R3与比较器U2的同相输入端连接，比较器Ul的反相输入端经电阻R2接地GND，比较器Ul的反相输入端依次经电阻R5和电阻R4与比较器Ul的输出端连接，比较器Ul的输出端经电阻R6与NPN型三极管Ql的基极连接，NPN型三极管Ql的集电极接+3V电源，NPN型三极管Ql的发射极经电阻Rl O与比较器U2的同相输入端连接，NPN型三极管Ql的发射极还与电阻R5和电阻R4的公共端连接，比较器U2的同相输入端经PT100温度传感器接地GND，比较器U2的输出端经电阻R7与比较器U2的反相输入端连接，比较器U2的输出端经电阻R7与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端经电阻R9接+3V电源，电阻R8的另一端还经电容Cl接地GND，电阻R8的另一端为第一输出端子，第一输出端子与AD板连接；
所述第二连接电路包括比较器U3、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电容C2，所述比较器U3的同相输入端与湿度传感器/光照传感器连接，比较器U3的输出端经电阻Rll与比较器U3的反相输入端连接，比较器U3的输出端经电阻Rll与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端经电阻R13接+3V电源，电阻R12的另一端经电容C2接地GND，电阻R12的另一端为第二输出端子，第二输出端子与AD板连接；
所述1板，包括1板电路基本单元，所述1板电路基本单元包括NPN型三极管Q2、电阻R14、电阻R15、电阻R16和场效应管Q3，所述NPN型三极管Q2的基极接LPC4350控制器的I/O口，NPN型三极管Q2的集电极接+5V电源，NPN型三极管Q2的发射极经电阻R14接地GND，NPN型三极管Q2的发射极经电阻R15与场效应管Q3的栅极连接，场效应管Q3的源极接地GND，场效应管Q3的漏极与电阻Rl 6的一端连接，电阻Rl 6的另一端与电动执行机构连接；
所述485通信接口电路，包括MAX485芯片U3、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、二极管Dl、二极管D2和共模电感LI，所述MAX485芯片U3的2引脚与3引脚连接，MAX485芯片U3的3引脚经电阻R17接地GND，MAX485芯片U3的3引脚与LPC4350控制器的RTS复位弓I脚连接，MAX485芯片U3的I引脚经电阻Rl 9接地GND，MAX485芯片U3的4引脚经电阻R18接地GND，MAX485芯片U3的I引脚与LPC4350控制器的RXD引脚连接，MAX485芯片U3的4引脚与LPC4350控制器的TXD引脚连接，MAX485芯片U3的8引脚接+5V电源，MAX485芯片U3的8引脚经电容C5接地GND，MAX485芯片U3的5引脚接地GND，MAX485芯片U3的6引脚经电容C3与MAX485芯片U3的7引脚连接，MAX485芯片U3的7引脚依次经电容C5和电容C4与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与二极管DI的负极连接，二极管DI的正极与MAX485芯片U3的6引脚连接，MAX485芯片U3的6引脚和7引脚经共模电感LI与触摸屏的485A端和触摸屏的485B端连接。
[0010]所述电动执行机构，是对杀虫灯、喷洒器、薄膜自动收放装置、加热灯和排风机进行控制的电动执行机构。
[0011]所述PT100温度传感器、湿度传感器和光照传感器均至少为一个。
[0012]所述1板电路基本单元至少为一个。
[0013]所述第一连接电路中的比较器U2的同相输入端不仅仅可以接温度传感器，还可以接气体传感器、土壤传感器和CO2检测传感器，并将检测信息经AD板传输至LPC4350控制器，要想改变或增加检测作物生长的理化环境信息检测功能，只需增加第一连接电路或第二连接电路的个数并在增加的第一连接电路中的比较器U2的同相输入端或第二连接电路中的比较器U3的同相输入端连接有检测理化环境信息的传感器即可，无需多余的布线，可灵活改变或增加检测功能，可扩展性强。
[0014]所述1板电路基本单元，场效应管Q3相当于电子开关，当LPC4350控制器的I/O 口输出高电平时，NPN型三极管Q2导通，由电阻R15两端的电压为场效应管Q3提供开启电压，场效应管Q3导通，对杀虫灯、喷洒器、薄膜自动收放装置、加热灯和排风机的工作状态进行控制，场效应管Q3的噪声小，功耗低，易于集成，可靠性高，1板电路基本单元的扩展可采用I/O扩展芯片，其扩展性好。
[0015]所述485通信接口电路中MAX485芯片U3的4引脚和I引脚分别与LPC4350控制器的串口通信TXD引脚和RXD引脚连接，共模电感LI是滤除EMI电磁干扰，增加LPC4350控制器和触摸屏之间通信的可靠性。
[0016]所述智能终端，包括智能手机、个人电脑和平板电脑的一种或其组合。
[0017]所述智能终端和数据库服务器内安装有应用客户端APP，应用客户端APP录入作物名称、历史病虫害信息、大棚地点、时间、市场信息及施救措施和达到的效果，为温度传感器、湿度传感器、光照传感器和六路高清摄像头采集的信息做基准，并为治理病虫害提出施救措施供种植户选择；
应用客户端APP写入相对应的程序，该程序步骤如下:
步骤一:种植前，根据应用客户端APP事先录入的信息，给出合理的种植作物品种，并发送至智能终端，供种植户选用；
步骤二:选择好种植品种，种植终端提供种植前的各项准备工作，对大棚环境进行预处理；
步骤三:在作物生长过程中，各传感器和六路高清摄像头实时检测作物生长的环境，并通过电动执行机构对大棚内的喷洒器、杀虫灯、薄膜自动收放装置、加热灯和排风机进行控制，调节大棚内的理化环境，并结合大棚内的理化环境判断作物发生的病虫害，给出相应的施救措施；
步骤四:记录发生病虫害的历史记录，包括作物品种、病虫害名称、发生时间、采取措施和达到的效果，并根据防治效果及时修正施救措施，并告知种植户。
[0018]所述PT100温度传感器、湿度传感器和光照传感器和六路高清摄像头对大棚信息进行采集，并将采集的信息上传至LPC4350控制器，LPC4350控制器对接收的信息进行初步分析并发送至智能终端，智能终端结合应用客户端APP事先录入的信息进一步分析，并结合种植户通过触摸屏或操作智能终端为LPC4350控制器下达命令，LPC4350控制器通过电动执行机构对大棚内的喷洒器、杀虫灯、薄膜自动收放装置、加热灯和排风机的开关进行控制。
[0019]在作物种植前，智能终端根据应用客户端APP事先录入的信息，给出合理的种植作物品种，并发送至智能终端，供种植户选用，选择好种植品后，智能终端提供种植前的各项准备工作，对大棚环境进行预处理，以达到杀灭卵、消毒的目的。
[0020]在作物生长过程中，温度传感器、湿度传感器、光照传感器和六路高清摄像头实时检测作物生长的环境信息并上传至LPC4350控制器，LPC4350控制器通过电动执行机构控制大棚内的喷洒器、杀虫灯、薄膜自动收放装置、加热灯和排风机的工作，进而对大棚内的作物生长环境进行调节，如果大棚内的作物生长环境异常，则及时将信息通过以太网上传至智能终端，智能终端对大棚内的环境进行分析，可直接通过电动执行机构控制大棚内的喷洒器、杀虫灯、薄膜自动收放装置、加热灯和排风机的工作，进而对大棚内的作物生长环境进行调节，以达到对病虫害的预防，另外将农业大棚内的作物生长环境，包括作物生长情况的视频信息提供给种植户，并为种植户提供病虫害的发生历史记录和相应的防治方法，种植户可通过实地查看或调用摄像头或查看智能终端或查看触摸屏方式，查看客户端APP提供的病虫害诊断说明，选择作物相应的症状，应用客户端APP结合大棚内的理化环境判断作物发生的病虫害，并给出相应的施救措施及各施救措施的优缺点，供种植户选用，种植户可根据提供的施救措施和自身实际经验通过操作触摸屏或智能终端选择合适的措施对大棚进行处理。
[0021]所述LPC4350控制器存储发生病虫害的历史记录，包括作物品种、病虫害名称、发生时间、采取措施和达到的效果，根据一个农业大棚的病虫害情况，通过网络共享为同一地点的其他农业大棚处理提供参考施救方案，保证其他农业大棚能及时防治相同的病虫害发生。
[0022]本发明在使用时，
农业大棚内安装至少一个PT100温度传感器、湿度传感器、光照传感器、六路高清摄像头、喷洒器、杀虫灯、薄膜自动收放装置、加热灯和排风机，PT100温度传感器、湿度传感器、光照传感器和六路高清摄像头将实时采集的信息上传至LPC4350控制器，经LPC4350控制器处理分析后，发送至智能终端，在作物种植前，为种植户提供对农业大棚内的环境做预处理，在农作物生长中，为种植户提供病虫害诊断说明和施救措施，以供种植户选择施救措施，种植户通过智能终端查看应采取的措施，还可以通过操作智能终端远程控制农业大棚内的电动执行机构，达到不在农业大棚现场，也能操控的目的，为种植户提供方便。
[0023]种植户还可以通过触摸屏，现场控制农业大棚内的电动执行机构，控制喷洒器、杀虫灯、薄膜自动收放装置、加热灯和排风机的工作，不需--对电动执行机构进行现场操作，节省了时间，减轻了种植户的劳动强度。
[0024]本发明采用控制器的开关量控制电动执行机构，增加了智能农业大棚的可靠性和灵活性，提高了智能农业大棚的扩展性，在农作物种植前，可对大棚内的病虫害做预处理，在农作物生长期间，为种植户提供病虫害诊断说明并提供施救参考措施，消除病虫害，可达到减轻种植户劳动强度，预防病虫害发生，及时发现，准确判断病虫害，对症施救的目的，实现大棚间联网，可对多个大棚进行防治处理，适用性强，可大量推广使用。
【主权项】
1.一种基于物联网的农业大棚，包括电源模块、触摸屏、485通信接口电路、LPC4350控制器、路由器、AD板、PTlOO温度传感器、光照传感器、湿度传感器、输入输出开关量1板、电动执行机构和六路高清摄像头，市电经所述电源模块与LPC4350控制器的电源接口连接，LPC4350控制器经路由器与智能终端进行通信，LPC4350控制器与数据库服务器进行数据交互，智能终端通过路由器读取数据库服务器，六路高清摄像头将采集的视频信息上传至数据库服务器，其特征在于，PT100温度传感器经第一连接电路与AD板连接，湿度传感器和光照传感器经第二连接电路与AD板连接，AD板连接至LPC4350控制器的ADC接口，LPC4350控制器的I/O 口经输入输出开关量1板控制电动执行机构，触摸屏经485通信接口电路与LPC4350控制器的USART接口进行数据交互； 所述第一连接电路包括比较器Ul、比较器U2、PT100温度传感器、NPN型三极管Ql、电容Cl和电阻R1-R10，所述电阻Rl的一端接+1V电源，电阻Rl的另一端与比较器Ul的同相输入端连接，比较器Ul的同相输入端经电阻R3与比较器U2的同相输入端连接，比较器Ul的反相输入端经电阻R2接地GND，比较器Ul的反相输入端依次经电阻R5和电阻R4与比较器Ul的输出端连接，比较器Ul的输出端经电阻R6与NPN型三极管Ql的基极连接，NPN型三极管Ql的集电极接+3V电源，NPN型三极管Ql的发射极经电阻Rl O与比较器U2的同相输入端连接，NPN型三极管Ql的发射极还与电阻R5和电阻R4的公共端连接，比较器U2的同相输入端经PT100温度传感器接地GND，比较器U2的输出端经电阻R7与比较器U2的反相输入端连接，比较器U2的输出端经电阻R7与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端经电阻R9接+3V电源，电阻R8的另一端还经电容Cl接地GND，电阻R8的另一端为第一输出端子，第一输出端子与AD板连接； 所述第二连接电路包括比较器U3、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电容C2，所述比较器U3的同相输入端与湿度传感器/光照传感器连接，比较器U3的输出端经电阻Rll与比较器U3的反相输入端连接，比较器U3的输出端经电阻Rll与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端经电阻R13接+3V电源，电阻R12的另一端经电容C2接地GND，电阻R12的另一端为第二输出端子，第二输出端子与AD板连接； 所述1板，包括1板电路基本单元，所述1板电路基本单元包括NPN型三极管Q2、电阻R14、电阻R15、电阻R16和场效应管Q3，所述NPN型三极管Q2的基极接LPC4350控制器的I/O口，NPN型三极管Q2的集电极接+5V电源，NPN型三极管Q2的发射极经电阻R14接地GND，NPN型三极管Q2的发射极经电阻R15与场效应管Q3的栅极连接，场效应管Q3的源极接地GND，场效应管Q3的漏极与电阻Rl 6的一端连接，电阻Rl 6的另一端与电动执行机构连接； 所述485通信接口电路，包括MAX485芯片U3、电阻Rl7、电阻Rl8、电阻Rl9、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、二极管Dl、二极管D2和共模电感LI，所述MAX485芯片U3的2引脚与3引脚连接，MAX485芯片U3的3引脚经电阻R17接地GND，MAX485芯片U3的3引脚与LPC4350控制器的RTS复位弓I脚连接，MAX485芯片U3的I引脚经电阻Rl 9接地GND，MAX485芯片U3的4引脚经电阻R18接地GND，MAX485芯片U3的I引脚与LPC4350控制器的RXD引脚连接，MAX485芯片U3的4引脚与LPC4350控制器的TXD引脚连接，MAX485芯片U3的8引脚接+5V电源，MAX485芯片U3的8引脚经电容C5接地GND，MAX485芯片U3的5引脚接地GND，MAX485芯片U3的6引脚经电容C3与MAX485芯片U3的7引脚连接，MAX485芯片U3的7引脚依次经电容C5和电容C4与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与二极管DI的负极连接，二极管DI的正极与MAX485芯片U3的6引脚连接，MAX485芯片U3的6引脚和7引脚经共模电感LI与触摸屏的485A端和触摸屏的485B端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的农业大棚，其特征在于，所述电动执行机构，是对杀虫灯、喷洒器、薄膜自动收放装置、加热灯和排风机进行控制的电动执行机构。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的农业大棚，其特征在于，所述PTlOO温度传感器、湿度传感器和光照传感器均至少为一个。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的农业大棚，其特征在于，所述1板电路基本单元至少为一个。
【文档编号】G05D27/02GK105867327SQ201610226656
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】李性珂, 王辉, 闫生辉, 卢青波
【申请人】郑州职业技术学院