基于物联网技术的智能温室示范测控系统的制作方法

1.本发明涉及测控技术领域，具体为基于物联网技术的智能温室示范测控系统。


背景技术：

2.物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。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，避免外界恶劣气候的影响，达到调节作物产期、促进作物生长发育、防治病虫害及提高产量品质等目的。
3.在使用温室大棚的过程中，通风口是必不可少的，一是为了排除湿气，补充二氧化碳；二是制造抑制病菌生长环境的条件。其主要形式分为自然式通风口和电机式通风口，自然式通风口相较于电机式通风口具有简约、节能的优点，但是目前的温室大棚自然通风口相较于电机式通风口而言，由于受到自然风向和风速的影响，被风吹过的绿植区域水分更易蒸发，浇水喷头的喷洒角度也受到影响，这就会造成背风方向的绿植浇灌量小于顺风方向的绿植，这对绿植的生长是不利的。尤其是新种植的绿植，生命力比较脆弱，浇灌量过多会积水久湿，造成土中缺乏氧气，导致部分须根腐烂，因而吸水、吸肥能力减弱而死亡；浇灌量过少则叶片的水分蒸发大于吸收，造成水分供不应求而死亡。因此，设计实用性强和浇灌区域均衡的基于物联网技术的智能温室示范测控系统是很有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供基于物联网技术的智能温室示范测控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于物联网技术的智能温室示范测控系统，包括数据采集模块，数据分析模块和智能控制模块，其特征在于：所述数据采集模块用于采集温室大棚所处位置环境信息和温室大棚内绿植区域的基础预设数据，所述数据分析模块用于分析温室大棚内浇水喷头的水流量和喷洒偏移角度，所述智能控制模块用于根据分析结果控制调节浇水喷头的喷洒角度值和水流量，所述数据采集模块和智能控制模块均与数据分析模块网络连接。
6.根据上述技术方案，所述数据采集模块包括风向采集模块，风速采集模块，风向参数数据库模块和基础预设数据采集模块，所述风向采集模块用于采集温室大棚所处位置的实时风向信息，所述风速采集模块用于采集自然通风口的实时风速数据，所述风向参数数据库用于储存风向角度对当前温室大棚内浇水喷头的启闭影响控制量，所述基础预设数据采集模块用于采集温室大棚内部绿植的预设浇灌时间和浇灌需求量，所述风向采集模块和风速采集模块均与风向参数控制数据模块网络连接。
7.根据上述技术方案，所述数据分析模块包括水量分析模块和角度分析模块，所述水量分析模块用于根据风速值判断水量受影响的大小，所述角度分析模块用于根据实时风速值和被标记的浇水喷头的水流量数据分析计算浇水喷头的偏移角度。
8.根据上述技术方案，所述智能控制模块包括无线启动模块，水量控制模块，角度控制模块，所述无线启动模块用于控制温室大棚内喷水装置的启动和关闭，所述水量控制模块用于控制喷水装置的水流量，所述角度控制模块用于控制喷水装置的喷头角度。
9.根据上述技术方案，所述数据采集模块的运行方法主要包括以下步骤：
10.步骤s1：在温室大棚的顶部安装监测仪器，实时监测温室大棚所处环境信息；
11.步骤s2：风向采集模块和风速采集模块均集成于监测仪器内部，分别采集温室大棚所处环境的风向角度值和风速值；
12.步骤s3：获取到的风向角度值实时传输至风向参数数据库模块，风向参数数据库模块根据得到的风向角度值匹配并输出对应的浇水喷头序号值；
13.步骤s4：集成得到风向角度值、风速值和浇水喷头序号值后，数据采集模块将上述数据网络信号传输至数据分析模块，完成数据采集工作。
14.根据上述技术方案，所述数据分析模块的运行方法主要包括以下步骤：
15.步骤a1：不断获取采集的数据，到达温室大棚预设的绿植浇灌时间时，水量分析模块优先启动；
16.步骤a2：水量分析模块启动后，对温室大棚标记的浇水喷头实际水流量分析计算完毕后，启动角度分析模块。
17.根据上述技术方案，所述步骤a1进一步包括：
18.步骤a11：统计并计算绿植浇灌周期期间的平均风速值获取当前温室大棚内绿植浇灌需求量；
19.步骤a12：将获取的浇水喷头序号值所对应的浇水喷头标记；
20.步骤a13：水量分析模块根据温室大棚内绿植预设的浇灌需求量和浇灌周期期间的平均风速值通过公式开始分析计算标记的浇水喷头的实际水流量。
21.根据上述技术方案，所述步骤a2进一步包括：
22.步骤a21：获取温室大棚所处位置的实时风向角度值和被标记的浇水喷头绿植区域的浇灌水流量；
23.步骤a22：角度分析模块根据温室大棚实际所处环境的风速值v和浇水喷头的实际水流量q，通过公式开始分析计算标记的浇水喷头的调整角度值r；
24.步骤a23：计算出调整角度后，根据实时温室大棚通风口实时风向角度值判断浇水喷头角度的偏转方向。
25.根据上述技术方案，所述步骤a13中，该温室大棚被标记的浇水喷头的实际水流量计算公式为：
[0026][0027]
其中，q为温室大棚被标记的浇水喷头的实际水流量；w为温室大棚内绿植的预设基本浇灌需求量；为温室大棚浇灌周期期间通风口所处位置的平均风速值；k为控制参数，受基本灌溉需求量影响而变化；式中温室大棚被标记的浇水喷头的实际水流量为温室
大棚内绿植的预设基本浇灌需求量加上控制参数与温室大棚浇灌周期期间通风口所处位置的平均风速值之积；
[0028]
式中，因温室大棚通风口的风速越快，顺风方向的绿植区域水分蒸发就越快，对水的需求量相较于其他区域的绿植就会更多，可以得知风速对水流量呈直线上涨影响；
[0029]
所述步骤a22中，该温室大棚被标记的浇水喷头的调整角度值计算公式为：
[0030][0031]
其中，r为温室大棚被标记的浇水喷头的调整角度值；v为温室大棚浇灌周期期间通风口所处位置的实时风速值；q为温室大棚被标记的浇水喷头的实际水流量；为受实时风速值和实际水流量大小共同作用的控制参数；式中温室大棚被标记的浇水喷头的调整角度值为温室大棚浇灌周期期间通风口所处位置的实时风速值与控制参数的乘积除以温室大棚被标记的浇水喷头的实际水流量；
[0032]
式中，因温室大棚通风口风向角度变化，影响到的绿植区域也随之变化，所以浇水喷头的角度也需有所控制，可以得知实时风速越快，水流量越小，对喷头角度的影响越大；实时风速越慢，水流量越大，对喷头角度的影响越小。
[0033]
根据上述技术方案，所述智能控制模块的运行方法主要包括以下步骤：
[0034]
步骤b1：在温室大棚内所有浇水喷头安装智能控制系统并与数据采集和数据分析模块网络连接；
[0035]
步骤b2：无线启动模块接收到被标记的浇水喷头序号值信息后，立即开启被标记的浇水喷头；
[0036]
步骤b3：水量分析模块通过风速值分析被标记浇水喷头需要调整的浇灌量后，水量控制模块根据分析计算出的结果，调整水流量；
[0037]
步骤b4：角度分析模块计算完浇水喷头需要调整的角度值后，再根据风向角度判断喷头的偏转方向。
[0038]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过设置有数据采集模块，数据分析模块和智能控制模块，可以实时监测到温室大棚所处环境的风速值，风向角度值和内部绿植区域预设浇灌时间和浇灌需求量，同时可以智能分析判断受通风口影响，温室大棚内部的加快蒸发的绿植区域，及时作出对应策略，通过浇灌周期期间的平均风速值求得实际需要的水流量，再通过水流量和实时风速值求得浇水喷头的偏转角度，从而避免部分区域绿植因水分蒸发过快供不应求而死亡的现象，实现浇水区域均衡种植产量更高品质更好的功能。
附图说明
[0039]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0040]
图1是本发明的系统模块组成示意图。
具体实施方式
[0041]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
请参阅图1，本发明提供技术方案：基于物联网技术的智能温室示范测控系统，包括数据采集模块，数据分析模块和智能控制模块，数据采集模块用于采集温室大棚所处位置环境信息和温室大棚内绿植区域的基础预设数据，数据分析模块用于分析温室大棚内浇水喷头的水流量和喷洒偏移角度，智能控制模块用于根据分析结果控制调节浇水喷头的喷洒角度值和水流量，数据采集模块和智能控制模块均与数据分析模块网络连接，通过设置有数据采集模块，数据分析模块和智能控制模块，可以实时监测到温室大棚所处环境的风速值，风向角度值和内部绿植区域预设浇灌时间和浇灌需求量，同时可以智能分析判断受通风口影响，温室大棚内部的加快蒸发的绿植区域，及时作出对应策略，通过浇灌周期期间的平均风速值求得实际需要的水流量，再通过水流量和实时风速值求得浇水喷头的偏转角度，从而避免部分区域绿植因水分蒸发过快供不应求而死亡的现象，实现浇水区域均衡种植产量更高品质更好的功能。
[0043]
数据采集模块包括风向采集模块，风速采集模块，风向参数数据库模块和基础预设数据采集模块，风向采集模块用于采集温室大棚所处位置的实时风向信息，风速采集模块用于采集自然通风口的实时风速数据，风向参数数据库用于储存风向角度对当前温室大棚内浇水喷头的启闭影响控制量，从而对这部分区域的喷头角度及喷水量进行一定的控制调整，基础预设数据采集模块用于采集温室大棚内部绿植的预设浇灌时间和浇灌需求量，从而对这部分区域的受影响程度进行判断分析，风向采集模块和风速采集模块均与风向参数控制数据模块网络连接。
[0044]
数据分析模块包括水量分析模块和角度分析模块，水量分析模块用于根据风速值判断水量受影响的大小，从而计算出受影响的绿植区域的实际水流量需求，角度分析模块用于根据实时风速值和被标记的浇水喷头的水流量数据分析计算浇水喷头的偏移角度，从而再根据实时的风向角度值判断浇水喷头的偏转方向。
[0045]
智能控制模块包括无线启动模块，水量控制模块，角度控制模块，无线启动模块用于控制温室大棚内喷水装置的启动和关闭，水量控制模块用于控制喷水装置的水流量，角度控制模块用于控制喷水装置的喷头角度，从而达到自动调整浇水喷头水流量和偏转角度及方向的目的，节约劳动力，也比人力判断调整更加准确，更具实用性。
[0046]
数据采集模块的运行方法主要包括以下步骤：
[0047]
步骤s1：在温室大棚的顶部安装监测仪器，实时监测温室大棚所处环境信息；
[0048]
步骤s2：风向采集模块和风速采集模块均集成于监测仪器内部，分别采集温室大棚所处环境的风向角度值和风速值；
[0049]
步骤s3：获取到的风向角度值实时传输至风向参数数据库模块，风向参数数据库模块根据得到的风向角度值匹配并输出对应的浇水喷头序号值，从而判断出受通风口影响的绿植区域，对这部分区域的水流量和浇水喷头角度进行计算，实现浇灌区域均衡的效果；
[0050]
步骤s4：集成得到风向角度值、风速值和浇水喷头序号值后，数据采集模块将上述
数据网络信号传输至数据分析模块，完成数据采集工作。
[0051]
数据分析模块的运行方法主要包括以下步骤：
[0052]
步骤a1：不断获取采集的数据，到达温室大棚预设的绿植浇灌时间时，水量分析模块优先启动，可以根据温室大棚内预设的浇灌周期期间的平均风速值和基础的浇水量对应受影响绿植区域的实际水流量，从而达到浇水量整体平衡的效果；
[0053]
步骤a2：水量分析模块启动后，对温室大棚标记的浇水喷头实际水流量分析计算完毕后，启动角度分析模块，可以根据实际水流量和实时风速值对应受影响区域浇水喷头角度的偏转方向，从而达到浇水区域整体平衡的效果。
[0054]
步骤a1进一步包括：
[0055]
步骤a11：统计并计算绿植浇灌周期期间的平均风速值获取当前温室大棚内绿植浇灌需求量；
[0056]
步骤a12：将获取的浇水喷头序号值所对应的浇水喷头标记；
[0057]
步骤a13：水量分析模块根据温室大棚内绿植预设的浇灌需求量和浇灌周期期间的平均风速值通过公式开始分析计算标记的浇水喷头的实际水流量，因绿植在通风口吹风的过程中，顺风方向被风吹到的绿植区域水分更易蒸发，这就要求这部分受影响的绿植区域所需要的浇水量更多，又因为在到达绿植区域预设的浇水时间前，通风口不会一直是同一风速，所以取浇灌周期期间风速的平均值来计算这部分区域的实际水流量，平均风速越大，水流量就越大。
[0058]
步骤a2进一步包括：
[0059]
步骤a21：获取温室大棚所处位置的实时风向角度值和被标记的浇水喷头绿植区域的浇灌水流量；
[0060]
步骤a22：角度分析模块根据温室大棚实际所处环境的风速值v和浇水喷头的实际水流量q，通过公式开始分析计算标记的浇水喷头的调整角度值r；
[0061]
步骤a23：计算出调整角度后，根据实时温室大棚通风口实时风向角度值判断浇水喷头角度的偏转方向，因通风口风向角度值的不同，受影响的绿植区域也在变化，所以区域内的浇水喷头的喷洒角度也会受到影响，所以顺风方向的绿植浇灌量就会大于背风方向的绿植，又因这一角度受实时风速和实际水流量的影响，所以通过计算得到更加准确的喷头角度，再根据当前的风向角度值决定喷头的偏转方向。
[0062]
步骤a13中，该温室大棚被标记的浇水喷头的实际水流量计算公式为：
[0063][0064]
其中，q为温室大棚被标记的浇水喷头的实际水流量；w为温室大棚内绿植的预设基本浇灌需求量；为温室大棚浇灌周期期间通风口所处位置的平均风速值；k为控制参数，受基本灌溉需求量影响而变化；式中温室大棚被标记的浇水喷头的实际水流量为温室大棚内绿植的预设基本浇灌需求量加上控制参数与温室大棚浇灌周期期间通风口所处位置的平均风速值之积；
[0065]
式中，因温室大棚通风口的风速越快，顺风方向的绿植区域水分蒸发就越快，对水的需求量相较于其他区域的绿植就会更多，可以得知风速对水流量呈直线上涨影响；
[0066]
步骤a22中，该温室大棚被标记的浇水喷头的调整角度值计算公式为：
[0067][0068]
其中，r为温室大棚被标记的浇水喷头的调整角度值；v为温室大棚浇灌周期期间通风口所处位置的实时风速值；q为温室大棚被标记的浇水喷头的实际水流量；为受实时风速值和实际水流量大小共同作用的控制参数；式中温室大棚被标记的浇水喷头的调整角度值为温室大棚浇灌周期期间通风口所处位置的实时风速值与控制参数的乘积除以温室大棚被标记的浇水喷头的实际水流量；
[0069]
式中，因温室大棚通风口风向角度变化，影响到的绿植区域也随之变化，所以浇水喷头的角度也需有所控制，可以得知实时风速越快，水流量越小，对喷头角度的影响越大；实时风速越慢，水流量越大，对喷头角度的影响越小，避免因浇水量过多导致部分绿植积水久湿，土中缺乏氧气，须根腐烂，因而吸水、吸肥能力减弱而死亡或浇水量过少，叶片的水分蒸发大于吸收，水分供不应求而死亡的情况，从而提高温室大棚的生产效率。
[0070]
智能控制模块的运行方法主要包括以下步骤：
[0071]
步骤b1：在温室大棚内所有浇水喷头安装智能控制系统并与数据采集和数据分析模块网络连接；
[0072]
步骤b2：无线启动模块接收到被标记的浇水喷头序号值信息后，立即开启被标记的浇水喷头；
[0073]
步骤b3：水量分析模块通过风速值分析被标记浇水喷头需要调整的浇灌量后，水量控制模块根据分析计算出的结果，调整水流量；
[0074]
步骤b4：角度分析模块计算完浇水喷头需要调整的角度值后，再根据风向角度判断喷头的偏转方向，由于偏转角度会有两种方向，所以将计算出的喷头调整角度值与风向角度值作差取绝对值，角度控制模块控制喷头向差值较大的一边偏转，如果喷头方向与风向重合，则顺风方向的喷头下压调整的角度值，逆风方向的喷头上升调整的角度值。
[0075]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0076]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。