一种温室大棚智能数据传输与控制的方法及装置与流程

本发明涉及温室大棚监控系统技术领域，具体涉及一种温室大棚智能数据传输与控制的方法及装置。

背景技术：

温室大棚是实现设施农业和工厂化农业的基础设施，是作物生长环境人工调节的基本设施。通过温室大棚可长期为作物创造最佳的生长条件，避免外界恶劣环境的影响，达到调节作物产期、促进作物生长发育、防治病虫害及调高产量和品质等目的。温室大棚种植为提高人们的生活水平带来了极大的便利，得到了迅速的推广和应用。

传统的大棚管理是基于菜农的身体感知和最基本的例如温度计、湿度计等分立式传感器对大棚内环境进行判断，然后结合经验进行管理控制。后期开发出一些传感器和控制器相结合的宽泛的闭环控制设备，这类控制设备一定程度上实现了对大棚的一些最基本的自动化管理和控制。

现有的这两种控制方式都有比较明显的缺点，对于第一种结合经验进行管理控制的方式，由于受到菜农自身条件和经验的影响非常大，是否具备丰富的经验将直接影响其判断，进而影响控制操作；第二种自动化管理和控制方式是基于广泛经验的一种阈值判断方法，但是它的孤立性非常强，没用联动，缺乏预判，而且仍然会受到人为因素判断的影响。由于经验积累过程和传播手段的影响，以及控制设备自身的局限性这些问题的解决有很大困难，因此，如何实现对温室大棚的智能自动化控制，克服主观判断和孤立控制的弊端，达到科学合理种植的要求，已成了急需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种温室大棚智能数据传输与控制的方法及装置，能够有效的利用海量数据进行宏观与微观并行的精准判断和迅捷控制。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种温室大棚智能数据传输与控制的方法，其特征在于，该方法包括：

S201，近程数据传输模块采集现场数据和设备状态信息，远端数据传输模块获取专家数据，基础环境数据中包括获取到的现场数据和设备状态信息；

S202，中央运行控制单元从近程数据传输模块获取基础环境数据，从远端数据传输模块获取专家数据，并判断现场数据与设备状态是否吻合，若是，则返回步骤S201，若否则执行步骤S203；

S203，中央运行控制单元根据获取到的基础环境数据和专家数据进行计算，并确定控制目标及其控制策略；

S204，中央运行控制单元根据确定的控制策略，向设备运行控制模块输出控制命令；

S205，设备运行控制模块执行控制命令，中央运行控制单元对执行的结果进行检验，若已实现控制目标，则返回步骤S201，若未实现控制目标，则返回步骤S203。

优选地，在步骤S203，当获得了专家数据和环境数据以后，中央运行控制单元使用既有的逻辑和算法来判断当前环境状态是否需要进行控制介入，并且预测未来环境变化的趋势。

优选地，如果当前环境状态及未来变化趋势是或者正在趋近于大棚内作物的最佳生长环境，那么中央运行控制单元将命令设备运行控制模块维持当前的控制状态；否则将改变控制状态。

在步骤S205，在设备运行控制模块执行控制命令的同时，中央运行控制单元将继续通过近程数据传输模块获取当前棚内的环境数据，并根据环境数据结合专家数据进行逻辑判断，决定何时进行何种控制策略的改变，以使当前环境成为或者趋近于棚内作物的最佳生长环境。

一种温室大棚智能数据传输与控制的装置，该装置包括：近程数据传输模块、远端数据传输模块，设备运行控制模块以及中央运行控制单元，其特征在于：

近程数据传输模块，与中央运行控制单元连接，用于获取现场的基础环境数据，并将获取到的数据发送给中央运行控制单元；

远端数据传输模块，与中央运行控制单元连接，用于获取专家数据；

中央运行控制单元，分别与近程数据传输模块，远端数据传输模块，设备运行控制模块连接，用于统一调度控制；

设备运行控制模块，与中央运行控制单元连接，用于接收并执行控制命令。

优选地，中央运行控制单元从近程数据传输模块接收获取到的现场的基础环境数据，并从远端数据传输模块获得用于判断和执行的专家数据，根据获得的专家数据和环境数据，中央运行控制单元确定控制策略，并向设备运行控制模块发送控制命令。

优选地，中央运行控制单元使用既有的逻辑和算法来判断当前环境状态是否需要进行控制介入，并且预测未来环境变化的趋势。

优选地，中央运行控制单元判断如果当前环境状态及未来变化趋势是或者正在趋近于大棚内作物的最佳生长环境，则中央运行控制单元命令设备运行控制模块维持当前的控制状态；否则将改变控制状态。

优选地，在设备运行控制模块执行控制命令的同时，中央运行控制单元将继续通过近程数据传输模块获取当前棚内的环境数据，并根据环境数据结合专家数据进行逻辑判断，决定何时进行何种控制策略的改变，以使当前环境成为或者趋近于棚内作物的最佳生长环境。

本发明的优点在于：能够有效的利用海量数据进行宏观与微观并行的精准判断和迅捷控制，减少人为判断和孤立处理的不确定性和偶发性，可多点、高密集度、同步采集和传输多路数据，能够集中判断和处理。对复杂逻辑进行大数据支持，有利于进行溯源和前瞻处理及预测性判断。对并发时间进行联合逻辑判断和集中处置。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了该智能数据传输与控制的装置的功能结构示意图；

附图2示出了该智能数据传输与控制的方法的控制流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

该智能数据传输与控制的装置的功能结构示意图如图1所示。该智能数据传输与控制的装置中包括近程数据传输模块(1)、远端数据传输模块(2)，设备运行控制模块(3)以及中央运行控制单元(4)。

近程数据传输模块(1)，与中央运行控制单元连接，用于获取现场的基础环境数据，并将获取到的数据发送给中央运行控制单元。

远端数据传输模块(2)，与中央运行控制单元连接，用于获取专家数据。

中央运行控制单元(4)，分别与近程数据传输模块(1)，远端数据传输模块(2)，设备运行控制模块(3)连接，用于统一调度控制。中央运行控制单元(4)从近程数据传输模块(1)接收获取到的现场的基础环境数据，并从远端数据传输模块(2)获得用于判断和执行的专家数据。根据获得的专家数据和环境数据，中央运行控制单元(4)向设备运行控制模块(3)发送控制命令。

设备运行控制模块(3)，与中央运行控制单元连接，用于接收并执行控制命令。

该智能数据传输与控制的方法的控制流程示意图如图2所示。该智能数据传输与控制的方法获得专家数据和环境数据后中央运行控制单元(4)使用既有的逻辑和算法判断当前环境状态是否需要进行控制介入，并且预测未来环境变化的趋势。如果当前环境状态及未来变化趋势是或者正在趋近于棚内作物的最佳生长环境，那么中央运行控制单元(4)将命令设备运行控制组(3)维持当前的控制状态；否则将改变控制状态。在设备运行控制组(3)执行控制命令的同时，中央运行控制单元(4)将继续通过近程数据传输模块(1)获取当前棚内的环境数据，并根据环境数据结合专家数据进行逻辑判断，决定何时进行何种控制策略的改变，以使当前环境成为或者趋近于棚内作物的最佳生长环境。具体方法包括：

S201，近程数据传输模块采集现场数据和设备状态信息，远端数据传输模块获取专家数据，基础环境数据中包括获取到的现场数据和设备状态信息；

S202，中央运行控制单元从近程数据传输模块获取基础环境数据，从远端数据传输模块获取专家数据，并判断现场数据与设备状态是否吻合，若是，则返回步骤S201，若否则执行步骤S203；

S203，中央运行控制单元根据获取到的基础环境数据和专家数据进行计算，并确定控制目标及其控制策略；

S204，中央运行控制单元根据确定的控制策略，向设备运行控制模块输出控制命令；

S205，设备运行控制模块执行控制命令，中央运行控制单元对执行的结果进行检验，若已实现控制目标，则返回步骤S201，若未实现控制目标，则返回步骤S203。

在优选实施例中,所述近程数据传输模块包括温室大棚内部的温度传感器、光强传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器等实时获取大棚内数据的传感器。

在步骤S201，在既定时刻(例如每整点时刻，或者每半点时刻)或者在根据用户指令的任意时刻，中央运行控制单元从近程数据传输模块接收现场的温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等信息，同时从远端数据传输模块获得温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等既定信息。

在步骤S202，中央运行控制单元将上述收集到的温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等现场信息和从远端数据传输模块获得的温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等既定信息进行数据处理，在优选实施例中，逻辑算法包括计算温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等现场信息和温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等相应既定信息的差值，当现场信息和既定信息的温度差值ΔT是正值且小于阈值T1或者是负值且其绝对值小于阈值T2时，则判断温度差数据与状态相吻合；当现场信息和既定信息的光强差值ΔL是正值且小于阈值L1或者是负值且其绝对值小于阈值L2时，则判断光强差数据与状态相吻合；当现场信息和既定信息的湿度差值ΔM是正值且小于阈值M1时或者是负值且其绝对值小于阈值M2时，则判断湿度差数据与状态相吻合。在吻合状态下，则返回S201，否则，进入S203。

在步骤S203、S204，根据获得的专家数据和环境数据，确定控制策略，使用逻辑算法来判断当前环境状态是否需要进行控制介入，向设备运行控制模块发送控制命令。在优选实施例中，控制命令包括开启升温装置、关闭升温装置、开启卷帘、关闭卷帘、开启喷水装置、关闭喷水装置等。

具体地，在步骤S203，进一步判断温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等现场信息和温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等相应既定信息的差值，在优选实施例中，在特定的季节和特定的环境中，现场信息和既定信息的温度差值ΔT,当其是正值且大于一定阈值T1时，关闭升温装置(步骤S204)，当其是负值且小于一定阈值T2时，开启升温装置(步骤S204)，其现场信息和既定信息的光强差值是正值且大于一定阈值L1时，关闭卷帘(步骤S204)，现场信息和既定信息的光强度差值是负值且小于一定阈值L2时，开启卷帘(步骤S204)，现场信息和既定信息的湿度差值是正值且大于一定阈值M1时，关闭喷水装置(步骤S204)，现场信息和既定信息的湿度差值是负值且小于一定阈值M2时，开启喷水装置(步骤S204)。

在步骤S205，在下一个既定时刻(例如每整点时刻，或者每半点时刻)或者在根据用户指令的任意时刻，中央运行控制单元根据从近程数据传输模块接收到的当前的温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等信息，实时计算得出温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等现场信息和温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等相应既定信息的差值，作出横轴为时间纵轴为相应信息差值的曲线，对曲线求导，当导数为负值或零值时，则当前环境状态的未来变化趋势正在趋近于大棚内作物的最佳生长环境，则中央运行控制单元命令设备运行控制模块维持当前的控制状态，返回步骤S201；当导数为正值时，则返回S203，根据实时获得的专家数据和环境数据，使用逻辑算法重新判断当前环境状态是否需要进行控制介入。

其中，中央运行控制单元与设备运行控制模块、近程数据传输模块、远端数据传输模块之间的信息传输方式为z igbee/NB-loT/3G/4G/wifi传输。

其中，设备运行控制模块包括温控装置、卷帘装置、喷水装置等的运行控制模块。

其中，从远端数据传输模块(比如云端服务器)获得的温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等既定信息(即专家数据)来自作物生长数据库，该数据库中的数据包括不同作物种类在不同时令、不同时刻、不同纬度、不同大棚结构下能够获得最佳生长状态的温度、光强、湿度、二氧化碳浓度等信息。

本发明的装置具有自我学习、远程可控、数据和控制动作可追溯、数据采集与运行控制动作联动、控制策略与算法远程更新的特点。该装置采用非阈值算法，关注棚内环境数据的变化趋势，在棚内环境变化的过程中进行动态调整。调整不仅有控制动作，还有控制算法，能够实现多数据源，多控制终端，多过程的复杂算法自更新，能够有效的利用海量数据进行宏观与微观并行的精准判断和迅捷控制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。