一种水上育苗智能测控系统的制作方法

本实用新型涉及测控领域，具体涉及一种水上育苗智能测控系统。

背景技术：

传统的蔬菜及花卉的水上育苗，大多是基于人工操作，需要人为制造适宜植株生长的条件。同时需要对植株生长环境进行人为的调控，实施方式复杂，人力成本高；完成环境参数的检测后，对现场调控设备的操作也需要人为实现，工作效率低下。现有自动化养殖系统大多基于水上动物养殖，这与植物养殖有很大区别，且现有控制设备的自动化水平还不高，仍需投入一定的人力成本，经济效益差。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种水上育苗智能测控系统，不仅可以有效地减少人工操作效率低下的问题，同时实现现场及远程的可视化控制。

具体技术方案如下：

一种水上育苗智能测控系统，包括智能监测控制终端、云服务器、用户终端，所述智能监测控制终端包括智能监测控制器、网络通信模块、触摸显示模块、电源模块、检测传感器模块、电动元件接口模块、报警模块和摄像头模块，所述智能监测控制器分别电性连接所述网络通信模块、所述触摸显示模块、所述电源模块、所述检测传感器模块、所述电动元件接口模块、所述报警模块和所述摄像头模块；

优选的，所述智能监测控制器由STM32f407单片机组成；

优选的，所述网络通信模块采用工业级WIFI模块；

优选的，所述触摸显示模块采用串口HMI液晶屏；

优选的，所述检测传感器模块包括基于DS18B20的单总线测温电缆、溶解氧传感器、液位传感器和光照强度传感器；

优选的，所述电动元件接口模块连接加热装置、电磁阀、空气泵和发光装置；

优选的，所述加热装置和发光装置分别由入液式电阻加热器和节能LED灯组成，该加热器工作于220V电压下；

优选的，所述摄像头模块采用OV5640摄像头模块；

优选的，所述用户终端有网页客户端和手机软件客户端。

有益效果：

本实用新型可对水上育苗流程进行一系列设计包括温度检测及控制，溶解氧浓度检测及控制，液位检测及控制，光照强度检测及控制，加热控制和通气控制等；育苗现场提供可视化操作设备，方便用户对既定育苗流程的更改，实现了育苗温度，液位，溶解氧含量和光照强度的现场的可视化控制。同时将工作数据上传至云服务器，并提供C/S客户端、手机APP等软件实现远程对现场育苗设备的远程监测和控制，进一步提高操作的便捷性。其通过现场数据的采集和移动互联网的接入为用户提供可靠的智能监测系统，该系统通过互联网将当前植株所处环境信息以及植株生长状况图片进行实时上传，同时支持现场和远程调控，实现了智能化控制。用户终端可以通过网络实时查询并对现场进行操作，该系统极大地减少了人力财力，有效地提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：水上育苗智能测控系统智能控制终端模块连接图；

图2：水上育苗智能测控系统总框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

水上育苗智能测控系统实现了对育苗环境的实时监测，通过阈值设定调用调控设备实现育苗环境的自动化调节。远程监控的引入，更加提高了监测系统的可靠性。该系统主要包括智能监测控制终端，云服务器，用户终端，智能监测控制终端包括智能监测控制器、网络通信模块、触摸显示模块、电源模块、检测传感器模块、电动元件接口模块、报警模块和摄像头模块，网络通信模块、触摸显示模块、电源模块、检测传感器模块、电动元件接口模块、报警模块、摄像头模块均与智能监测控制器进行电性连接。

具体的，触摸显示模块采用串口HMI液晶触摸屏，为测控现场提供良好的人机交互界面，具体包括育苗流程设置、现场育苗阶段和测控信息显示、现场调控设备状态修改、育苗阶段模型设计。

具体的，电源模块为独立于电动元件和传感器的供电电路，该监测控制器的STM32芯片所需要的工作电压为2.0～3.6V。

该模块需要不间断的工作，锂电池不能够满足该系统的耗电量。若采用适配器电源供电，会给监测现场带来很大的安全隐患。故此采用220V-3.3V电压转换电路实现，又因为电动元件及传感器工作电压有最低5V最高220V。为避免因外接设备供电影响芯片稳定工作，故采用电源隔离措施。这样能在一定程度上保证芯片工作不受外界影响，稳定性得到提升。

具体的，传感器模块包括基于DS18B20的单总线测温电缆、溶解氧传感器、液位传感器、光照强度传感器。温度传感器是防水型温度传感器，能够在潮湿的环境下进行工作，可以实现准确测温，单片通过二叉树搜索算法读取电缆中DS18B20的ROM值，再通过匹配ROM值读取对应DS18B20的温度，对所有温度可以求平均得到温度值；液位传感器为模拟式液位传感器，为了保证读取液位的准确性采用多次测量求平均的方法，所测得的液位用于提供单片机当前育苗环境的参数信息；溶解氧传感器和光照强度传感器分别对营养液中氧气浓度和室内光照强度进行测量，对培养液中溶解氧含量测量和光照强度测量方法与液位测量原理相同；。

具体的，摄像头模块为OV5640通过I2C总线连接于STM32f407。通过向其寄存器写入单次对焦指令可使该模块提供自动对焦功能，同时OV5640支持最大500w像素，并且支持RGB565和JPEG两种图片输出格式。为减少图片数据量，选择JPEG格式输出。摄像头可提供现场植株的生长状况的清晰图片，便于准确实现对植株高度的测量，为了简化主控芯片运行的复杂性，对读取的图片先进行二值化，得到黑白像素的图片，再计算像素中黑色区域的高度，通过一定的比例关系可计算出实际植株的高度信息。

具体的，用户终端包含手机软件客户端和PC网页客户端。网页客户端和手机软件客户端均支持现场环境信息查询和更改。用户只需在客户端上更改相应的参数信息，这些参数信息会以指令的方式经过服务器转发至现场网络通信模块直至智能监测控制器的STM32单片机。用户使用客户端时需要通过身份验证信息登录个人账号，身份验证信息，包括用户名和登录密码。用户可通过个人用户信息，在手机客户端或者网页端进行现场育苗环境及植株状态信息进行查询和监控。

参看图1：智能监测控制终端图，智能监测控制终端以智能监测控制器为核心，配以网络通信模块、触摸显示模块、电源模块、检测传感器模块、电动元件接口模块、报警模块、摄像头模块，其中智能监测控制器是以STM32f407单片机为核心。

参看图2：水上育苗智能测控系统，整个系统通过智能监测控制终端对植株生长过程中环境数据信息进行实时更新并记录，这些信息通过网络通信模块上传至云服务器，用户通过手机或者PC机可进行访问。用于获取现场植株生长的状态信息，以及对育苗的自动化流程的调整。

具体的自动化控制流程如下：

(1)用户通过现场或者客户端对育苗过程中参数进行设置，具体参数包括：温度、液位、溶解氧浓度、光照强度以及植株高度信息。

(2)监测控制器实时监测当前各个参数信息，其内置定时器，定时上传当前植株所处环境状态信息和用户设置的参数信息。所测的营养液温度的高低，可以使单片机判断是否打开加热器；温度高于设定值单片机会执行报警功能，包括现场语音报警和远程客户端报警；温度低于设定值则打开加热装置以保证营植物生长的环境温度。所测的液位的高低用于单片机决定是否打开进出水电磁阀，当液位低于设定值，单片机触发相应指令打开进水阀，补充营养液；相反则打开出水阀。所测的溶解氧浓度可以使单片机判断是否需要补充氧气，若需要则打开空气泵向营养液中鼓入空气。所测的光照强度传感器用于单片机决定是否打开发光装置，若光照强度低于设定值则打开发光装置增加光照强度。

(3)监测控制器通过检测植株平均高度来判断育苗过程是否终止。当植株平均高度达到预定值时，发出报警信号并通过网络向终端发送报警信号告知用户育苗完成。否则继续执行流程(2)

需要注意的是：为了使现场与远程设置信息保持一致，单片机设置信息以后入为主即客户端或现场最后设置提交的参数为最终参数。工作过程中用户不能对参数再进行更改，必须先停止当先工作，才可以重新对参数进行设定。

本实用新型通过温度传感器、液位传感器、溶解氧浓度传感器、光照强度传感器、摄像头模块和一系列电动元件组成的测控系统，能准确可靠地获取育苗过程的相关信息，显著的减小了人为操作的不便性。同时应用网络通信模块使得用户可在线监测控制，节省人力，具有很大的应用价值。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。