一种智慧农场控制系统的制作方法

1.本发明涉及智慧农场技术领域，具体而言，涉及一种智慧农场控制系统。


背景技术：

2.随着科技的发展，智慧科技在农场的管理中应用越来越广泛，在现有的蔬菜农场中，大多分为多个大棚，每个大棚内的农作物及其生长环境不同，对每个大棚运送物料和进出工作人员的频次、多少也不相同，因此，人员、物料进出时，需要进行记录，传统的方式中，大多需要作业人员手动进行记录，为提高记录的准确性，一些农场在大棚出入口设置了红外扫描装置和人脸识别装置，以便于记载人员、物料的信息，但这种方式仍需要对物料逐个进行扫描，耗时较长，效率较低，且容易发生工作人员漏扫描导致信息记录不准确。


技术实现要素：

3.本发明解决的问题是如何提供一种可快速识别并记载进出人员、运送物料信息的智慧农场控制系统。
4.为解决上述问题，本发明提供一种智慧农场控制系统，包括：主控模块、电源模块、超高频射频识别模块、存储模块、触摸显示模块和摄像模块，所述超高频射频识别模块的电源端与所述电源模块连接，输出端与所述主控模块连接，用于将检测到的范围内工作人员和物料的标签信息传递给主控模块，所述摄像模块与所述主控模块连接，用于将采集到的工作人员人脸信息传递给主控模块，以确认工作人员权限，所述触摸显示模块与所述主控模块连接，用于接收主控模块发出的物料显示信息，并对物料显示信息进行显示，以便工作人员确认，所述存储模块与所述主控模块连接，用于存储主控模块发出的工作人员和物料记录信息。
5.进一步的，所述超高频射频识别模块包括超高频的读写芯片、放大耦合电路和射频天线电路，所述读写芯片与所述主控模块连接，所述放大耦合电路的输入端与所述读写芯片连接，输出端与所述射频天线电路连接。
6.进一步的，所述放大耦合电路包括射频放大电路、低通滤波电路、耦合器电路和功率检测电路，所述射频放大电路的输入端与所述读写芯片连接，输出端经低通滤波电路与所述耦合器电路的输入端口连接，所述耦合器电路的输出端与所述射频天线电路连接，所述功率检测电路的输入端与所述耦合器电路的耦合端连接，输出端与所述读写芯片连接。
7.进一步的，所述智慧农场控制系统还包括红外扫描枪接口电路和语音报警电路，所述语音报警电路与主控模块连接，所述红外扫描枪接口电路的输出端与所述主控模块连接，输入端适于连接红外扫描枪。
8.进一步的，所述红外扫描枪接口电路包括usb接口电路、开关电路、浪涌保护电路、共模抑制电路和信号反馈电路，所述usb接口电路的输入端适于连接所述红外扫描枪，所述usb接口电路的信号输出端经共模抑制电路与所述主控模块连接，所述浪涌保护电路与所述usb接口电路的信号输出端连接，所述开关电路的输入端与所述电源模块连接，受控端与
所述主控模块连接，输出端与所述usb接口电路的电源端连接，所述信号反馈电路的受控端与所述usb接口电路的电源端连接，输出端与所述主控模块连接。
9.进一步的，所述智慧农场控制系统还包括4g通讯模块和定位模块，所述4g通讯模块与所述主控模块连接，用于所述主控模块与管理平台之间的通讯，所述定位模块与所述主控模块连接，用于将检测到的位置信息传递给主控模块。
10.进一步的，所述智慧农场控制系统还包括灌溉设备无线控制模块，所述灌溉设备无线控制模块包括zigbee芯片电路、无线放大电路、无线滤波电路和无线天线电路，所述zigbee芯片电路的通讯端与所述主控模块连接，输出端与所述无线放大电路的输入端连接，所述无线放大电路的输出端与所述无线滤波电路的输入端连接，所述无线滤波电路的输出端与所述无线天线电路连接。
11.进一步的，所述智慧农场控制系统还包括环境监测模块，所述环境监测模块包括：
12.气体检测芯片，与所述主控模块连接，用于将检测到的环境空气质量信息传递给所述主控模块；
13.温湿度检测芯片，与所述主控模块连接，用于将检测到的环境温湿度信息传递给所述主控模块；
14.光强传感器，与所述主控模块连接，用于将检测到的环境光强信息传递给所述主控模块。
15.进一步的，所述智慧农场控制系统还包括光照调节模块，所述光照调节模块包括光耦隔离电路、稳压输出电路、差分放大电路、电压跟随电路，所述光耦隔离电路的输入端与所述主控模块的pwm输出端连接，输出端与所述稳压输出电路的受控端连接，所述稳压输出电路的输入端与所述电源模块连接，输出端与所述差分放大电路的第二输入端连接，所述差分放大电路的第一输入端与所述电源模块连接，所述差分放大电路的输入端与所述电压跟随电路的输入端连接，所述电压跟随电路的输出端适于连接0-10v的调光电源控制器。
16.进一步的，所述稳压输出电路包括第一三极管和第一储能电容组，所述第一三极管的基极与所述光耦隔离电路的输出端连接，发射极接地，集电极经第一电阻和第二电阻接所述电源模块，所述第一储能电容组的第一端分别与所述第一三极管的集电极和所述差分放大电路的第二输入端连接，所述第一储能电容组的第二端接地。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.工作人员携带物料进出时，超高频射频识别模块识别范围内人员和物料的标签信息，并将标签信息传递给主控模块，同时，摄像模块可采集工作人员的人脸信息并传递给主控模块，以由主控模块对比人脸和标签信息，进一步确认工作人员信息和权限，工作人员信息确认完成，主控模块将标签信息传送给触摸显示模块，由触摸显示模块展示物料信息，并由工作人员进行查看和进一步确认，以保证物料信息记载准确，防止发生漏扫描现象，工作人员确认完成，主控模块将进出人员和物料信息传递给存储模块进行存储，采用本系统，可实现对范围内人员和物料信息的一次性识别，提高了工作效率，同时，避免了工作人员一件件物料进行记载时发生误记载、楼记载现象，在人员和物料信息扫描完成，会进行展示，由工作人员进行确认后再进行存储，进一步提高了信息记录的准确性。
附图说明
19.图1为本发明实施例的整体原理结构示意图；
20.图2为本发明实施例超高频射频识别模块的第一部分的原理结构示意图；
21.图3为本发明实施例超高频射频识别模块的第二部分的原理结构示意图；
22.图4为本发明实施例超高频射频识别模块的第三部分的原理结构示意图；
23.图5为本发明实施例红外扫描枪接口电路的第一部分的原理结构示意图；
24.图6为本发明实施例红外扫描枪接口电路的第二部分的原理结构示意图；
25.图7为本发明实施例定位模块的原理结构示意图；
26.图8为本发明实施例灌溉设备无线控制模块的第一部分的原理结构示意图；
27.图9为本发明实施例灌溉设备无线控制模块的第二部分的原理结构示意图；
28.图10为本发明实施例环境监测模块的第一部分原理结构示意图；
29.图11为本发明实施例环境监测模块的第二部分原理结构示意图；
30.图12为本发明实施例环境监测模块的第三部分原理结构示意图；
31.图13为本发明实施例光耦隔离电路的原理结构示意图；
32.图14为本发明实施例稳压输出电路的原理结构示意图；
33.图15为本发明实施例差分放大电路的原理结构示意图。
34.附图标记说明：
35.1-主控模块；2-电源模块；3-超高频射频识别模块；31-射频放大电路；32-低通滤波电路；33-耦合器电路；34-功率检测电路；4-触摸显示模块；5-摄像模块；6-存储模块；71-usb接口电路；72-开关电路；73-信号反馈电路；74-共模抑制电路；75-浪涌保护电路；81-zigbee芯片电路；82-无线放大电路；83-无线滤波电路；84-无线天线电路；91-气体检测芯片；92-光强传感器；93-温湿度检测芯片；101-差分放大电路；102-电压跟随电路。
具体实施方式
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。
39.为解决上述技术问题，如图1所示，本发明实施例提供一种智慧农场控制系统，包括：主控模块1、电源模块2、超高频射频识别模块3、存储模块6、触摸显示模块4和摄像模块5，所述超高频射频识别模块3的电源端与所述电源模块2连接，输出端与所述主控模块1连
接，用于将检测到的范围内工作人员和物料的标签信息传递给主控模块1，所述摄像模块5与所述主控模块1连接，用于将采集到的工作人员人脸信息传递给主控模块1，以确认工作人员权限，所述触摸显示模块4与所述主控模块1连接，用于接收主控模块1发出的物料显示信息，并对物料显示信息进行显示，以便工作人员确认，所述存储模块6与所述主控模块1连接，用于存储主控模块1发出的工作人员和物料记录信息。
40.需要说明的是，一般来说，超高频射频识别模块3每秒钟可以读取50张以上的标签，识别范围可达15米，可以对范围内的射频标签进行一次性扫描，在使用时，可在运送的物料上设置记载物料信息的超高频的标签，并在工作人员随身佩戴的工作牌内安装记载人员信息的标签，以便超高频射频识别模块3进行识别，工作人员携带物料进出时，超高频射频识别模块3将识别范围内人员和物料的标签信息，并将标签信息传递给主控模块1，同时，摄像模块5可采集工作人员的人脸信息并传递给主控模块1，以由主控模块1对比人脸和标签信息，进一步确认工作人员信息和权限，工作人员信息确认完成，主控模块1将标签信息传送给触摸显示模块4，由触摸显示模块4展示物料信息，并由工作人员进行查看和进一步确认，以保证物料信息记载准确，防止发生漏扫描现象，工作人员确认完成，主控模块1将进出人员和物料信息传递给存储模块6进行存储，采用本系统，可实现对范围内人员和物料信息的一次性识别，提高了工作效率，同时，避免了工作人员一件件物料进行记载时发生误记载、楼记载现象，在人员和物料信息扫描完成，会进行展示，由工作人员进行确认后再进行存储，进一步提高了信息记录的准确性；本实施例中，主控模块1可以采用型号为am437的单片机芯片。
41.在本发明的一个实施例中，所述超高频射频识别模块3包括超高频的读写芯片、放大耦合电路和射频天线电路，所述读写芯片与所述主控模块1连接，所述放大耦合电路的输入端与所述读写芯片连接，输出端与所述射频天线电路连接。
42.需要说明的是，超高频射频识别模块3在进行标签信息识别时，超高频的读写芯片发出读写信号，读写信号经放大耦合电路进行放大隔离，以提高读写信号的检测范围和稳定性，经放大隔离后的读写信号经射频天线电路发射，与记载工作人员和物料信息的标签进行信息交换，完成对标签信息的识别；本实施例中，读写芯片的型号可以为st25ru3993，射频天线电路可根据实际情况进行选择，可以为与放大耦合电路的输出端电连接的射频天线，如图4所示，射频天线电路也可以包括型号为sp2t的射频切换开关s1和2根射频天线p3和p2，射频切换开关s1的2端口为输入端，与放大耦合电路的输出端连接，射频切换开关s1的1、3端口为受控端，与主控模块1连接，射频切换开关s1的4、6端口为输出端，分别通过电缆与射频天线p3和p2连接，射频天线p3和p2可以设置在不同的位置，使通过射频天线p3和p2发送的读写信号可交叉覆盖，以提高超高频射频识别模块3的识别范围，使用时，主控模块1可先控制射频切换开关s1，使射频切换开关s1的4端口与2端口连接，通过射频天线p3进行扫描，之后，主控模块1控制射频切换开关s1进行切换，使射频切换开关s1的6端口与2端口连接，通过射频天线p2进行扫描，进而完成了对射频天线p3和p2范围内的所有物料信息进行识别，提高了超高频射频识别模块3的识别范围。
43.在本发明的一个实施例中，所述放大耦合电路包括射频放大电路31、低通滤波电路32、耦合器电路33和功率检测电路34，所述射频放大电路31的输入端与所述读写芯片连接，输出端经低通滤波电路32与所述耦合器电路33的输入端口连接，所述耦合器电路33的
输出端与所述射频天线电路连接，所述功率检测电路34的输入端与所述耦合器电路33的耦合端连接，输出端与所述读写芯片连接。
44.需要说明的是，如图2和3所示，射频放大电路31采用型号为tqp9107的放大芯片u81对读写信号进行放大，放大芯片u81的13管脚为输入端，与读写芯片连接，接收读写芯片发出的读写信号，读写信号经放大后由放大芯片u81的7管脚输出，放大后的读写信号由低通滤波电路32进行滤波，以滤除杂波信号，提高读写信号的稳定性，耦合器电路33用于对读写信号进行隔离输出，改善读写信号的隔离度，提高读写信号的抗干扰能力和准确性，耦合器电路33可以采用型号为xc0900p-10s的耦合器芯片，功率检测电路34的输入端与所述耦合器电路33的耦合端连接，输出端与所述读写芯片连接，可以检测耦合器电路33的耦合端口的功率，并传递给读写芯片，以对耦合器电路33的工作状态进行监控，以保证对读写信号进行隔离输出的稳定性。
45.在本发明的一个实施例中，所述智慧农场控制系统还包括红外扫描枪接口电路和语音报警电路，所述语音报警电路与主控模块1连接，所述红外扫描枪接口电路的输出端与所述主控模块1连接，输入端适于连接红外扫描枪。
46.需要说明的是，本实施例提供了在超高频射频识别模块3出现故障时的备用检测设备，当超高频射频识别模块3出现故障时，主控模块1通过语音报警电路对工作人员发出语音提醒，由工作人员通过红外扫描枪进行逐件扫描，红外扫描枪接口电路的输出端与主控模块1连接，输入端连接红外扫描枪，可将红外扫描枪的扫描信息传递给主控模块1。
47.在本发明的一个实施例中，所述红外扫描枪接口电路包括usb接口电路71、开关电路72、浪涌保护电路75、共模抑制电路74和信号反馈电路73，所述usb接口电路71的输入端适于连接所述红外扫描枪，所述usb接口电路71的信号输出端经共模抑制电路74与所述主控模块1连接，所述浪涌保护电路75与所述usb接口电路71的信号输出端连接，所述开关电路72的输入端与所述电源模块2连接，受控端与所述主控模块1连接，输出端与所述usb接口电路71的电源端连接，所述信号反馈电路73的受控端与所述usb接口电路71的电源端连接，输出端与所述主控模块1连接。
48.需要说明的是，红外扫描枪一般都具有usb接口，本实施例中，红外扫描枪接口电路的usb接口电路71具有usb接口j23，用于连接红外扫描枪，如图5和6所示，usb接口电路71的信号输出端经共模抑制电路74与主控模块1连接，用于将红外扫描枪的扫描信息传递给主控模块1，共模抑制电路74采用共模电感来滤除检测信号中的共模干扰，使主控模块1可更准确的接收红外扫描枪传回的物料信息；通常情况下，红外扫描枪在使用时，其输出会产生浪涌电流，可能对主控模块1造成损坏，故，通过浪涌保护电路75与usb接口电路71的信号输出端连接，可吸收浪涌电流，保护主控模块1，浪涌保护电路75可采用型号为tpd4s012的tvs二极管集成芯片，开关电路72可以采用型号为tps2051bd的开关控制芯片u53，开关电路72的输入端与电源模块2连接，受控端与主控模块1连接，输出端与usb接口电路71的电源端连接，开关电路72可以在主控模块1的控制下，控制对usb接口电路71的供电，也即对红外扫描枪的供电，因此，主控模块1可在超高频射频识别模块3不工作时，开启红外扫描枪作为备用扫描，超高频射频识别模块3正常使用时，切断对红外扫描枪的供电，以节约电能；信号反馈电路73用于检测对红外扫描枪的供电状态，本实施例中，信号反馈电路73包括mos管q11，mos管q11的栅极接usb接口电路71的电源端，源极接地，漏极经电阻r351接电源模块2，主控
模块1的信号端与mos管q11的漏极连接，当红外扫描枪断电，即usb接口电路71的电源端断电时，mos管q11截止，主控模块1的信号端经电阻r351接电源模块2，为高电平，当红外扫描枪上电，即usb接口电路71的电源端上电时，mos管q11导通，主控模块1的信号端经mos管q11接低，为低电平，实现了主控模块1对红外扫描枪电源状态的检测，结合开关电路72，可实现主控模块1对红外扫描枪工作状态的有效控制。
49.在本发明的一个实施例中，所述智慧农场控制系统还包括4g通讯模块和定位模块，所述4g通讯模块与所述主控模块1连接，用于所述主控模块1与管理平台之间的通讯，所述定位模块与所述主控模块1连接，用于将检测到的位置信息传递给主控模块1。
50.需要说明的是，主控模块1可以将人员和物料的信息通过4g通讯模块上传管理平台，可以对各个大棚出的人员和物料情况在农场的管理平台进行集中管理，使管理人员可以集中查看、核对，及时发现问题，4g通讯模块可采用型号为air720h的4g通讯芯片；定位模块用于位置检测，在出现问题时，管理人员安排工作人员进行处理，工作人员根据位置信息可快速到达现场，进行处理，本实施例中，如图7所示，定位模块可采用型号为venus634smd的定位芯片u1。
51.在本发明的一个实施例中，所述智慧农场控制系统还包括灌溉设备无线控制模块，所述灌溉设备无线控制模块包括zigbee芯片电路81、无线放大电路82、无线滤波电路83和无线天线电路84，所述zigbee芯片电路81的通讯端与所述主控模块1连接，输出端与所述无线放大电路82的输入端连接，所述无线放大电路82的输出端与所述无线滤波电路83的输入端连接，所述无线滤波电路83的输出端与所述无线天线电路84连接。
52.需要说明的是，zigbee技术是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输，适合在大棚内使用，在大棚内的一些设备，如灌溉设备的各个出水电磁阀处设置zigbee节点，通过zigbee芯片就可实现对灌溉设备出水的控制，本实施例中，如图8和9所示，zigbee芯片电路81包括型号为cc2530f256的zigbee芯片u90，且zigbee芯片电路81的通讯端，即芯片u90的32和33管脚与主控模块1连接，进而实现了主控模块1对灌溉设备的控制，同时，管理人员在管理平台，可以通过4g通讯模块对主控模块1下达指令，实现对灌溉设备的远程智能控制，无线放大电路82与zigbee芯片电路81的输出端连接，可采用型号为cc2592的功放芯片，可以对zigbee芯片电路81输出的无线信号进行放大，以提高无线信号的通信距离，无线滤波电路83中，2个电感和3个电容组成2级π型滤波电路，可改善系统的噪声系数，提高无线信号的准确性，实现对灌溉设备的精准控制。
53.在本发明的一个实施例中，所述智慧农场控制系统还包括环境监测模块，所述环境监测模块包括：
54.气体检测芯片91，与所述主控模块1连接，用于将检测到的环境空气质量信息传递给所述主控模块1；
55.温湿度检测芯片93，与所述主控模块1连接，用于将检测到的环境温湿度信息传递给所述主控模块1；
56.光强传感器92，与所述主控模块1连接，用于将检测到的环境光强信息传递给所述主控模块1。
57.需要说明的是，如图10-12所示，气体检测芯片91的型号可以采用gp2y1010au，温
湿度检测芯片93的型号可以采用tmp275，光强传感器92的型号可以采用tsl2550，环境监测模块设置在大棚内，环境监测模块可检测大棚内农作物的生长环境信息，并传递给主控模块1，主控模块1通过4g通讯模块对环境信息进行上传，管理人员可在管理平台进行查看，发现异常可及时安排工作人员处理。
58.在本发明的一个实施例中，所述智慧农场控制系统还包括光照调节模块，所述光照调节模块包括光耦隔离电路、稳压输出电路、差分放大电路101、电压跟随电路102，所述光耦隔离电路的输入端与所述主控模块1的pwm输出端连接，输出端与所述稳压输出电路的受控端连接，所述稳压输出电路的输入端与所述电源模块2连接，输出端与所述差分放大电路101的第二输入端连接，所述差分放大电路101的第一输入端与所述电源模块2连接，所述差分放大电路101的输入端与所述电压跟随电路102的输入端连接，所述电压跟随电路102的输出端适于连接0-10v的调光电源控制器。
59.需要说明的是，农场的大棚内一般都设置有光照系统，来提高农作物生长的光照环境，主控模块1也可根据环境监测模块检测的光强信息，采用光照调节模块对光照的亮度进行调节，一般情况下，光照系统的照明灯可以采用0-10v的恒流源或恒压源的调光电源控制器进行控制，调光电源控制器的型号如sy-ahc60、sy-ahv100等，调光电源控制器的电源端连接220v市电，可通过0-10v输入，控制其对照明灯的电源输出的大小，主控模块1控制光照调节模块输出0-10v的调节电压，进而控制对照明灯的电源输出的大小；现有的光照调节模块大多采用mos管等器件，通过改变主控模块1输出的pwm信号的占空比，实现0-10v输出，由于pwm信号不是连续的信号，因此输出的电压信号不平稳，控制不准确，本实施例中，如图13-15所示，主控模块1输出的pwm信号经光耦隔离电路隔离，提高了pwm信号的抗干扰能力，经隔离的pwm信号经稳压输出电路调节，输出对应的连续的直流电压，该直流电压经差分放大电路101进行放大，输出0-10v的电压，电压跟随电路102用于对0-10v的电压进行跟随输出，提高其驱动能力，以实现对调光电源控制器的稳定输出，精准控制照明灯，实现对农作物光照环境的精准控制。
60.本实施例中，如图13所示，光耦隔离电路可采用光电耦合器对pwm信号进行光电隔离，以去除干扰信号，如图15所示，运放u16a和电阻r61、r60、r59组成了差分放大电路101，电阻r61为反馈电阻，运放u16a的2管脚接电源模块2的12v电压，运放u16a的3管脚接收上述直流电压，并进行放大，形成0-10v输出，运放u16b和电阻r63、r64组成电压跟随器，运放u16a和u16b的型号可为lm358dt。
61.在本发明的一个实施例中，所述稳压输出电路包括第一三极管和第一储能电容组，所述第一三极管的基极与所述光耦隔离电路的输出端连接，发射极接地，集电极经第一电阻和第二电阻接所述电源模块2，所述第一储能电容组的第一端分别与所述第一三极管的集电极和所述差分放大电路101的第二输入端连接，所述第一储能电容组的第二端接地。
62.需要说明的是，如图14所示，在使用时，主控模块1输出的pwm信号至稳压输出电路中第一三极管q7的基极，pwm信号为低电平时，第一三极管q7截止，电源模块2对第一储能电容组进行充电，第一储能电容组包括电容c56和c57，第一储能电容组的第一端和差分放大电路101的第二输入端连接，差分放大电路101的输入电压即为第一储能电容组的第一端电压，pwm信号为高电平时，第一三极管q7导通，第一储能电容组放电，对差分放大电路101的第二输入端输出电压仍为第一储能电容组的放电电压，即其第一端电压，差分放大电路101
进行差分放大输出，改变pwm信号的占空比，可以改变对第一储能电容组充电时间，进而改变第一储能电容组的端电压，通过这种方式，稳压输出电路对差分放大电路101的输出电压稳定为第一储能电容组的第一端电压，实现了连续输出，相比于pwm信号的间隔输出，噪声更小，稳定性更好，同时，通过差分放大电路101的差分放大，进一步提高了输出的稳定性，保证了对调光电源控制器的稳定输出，以精准控制照明灯，实现对农作物光照环境的精准控制。
63.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。