一种智能农业大棚监测系统的制作方法

本发明涉及农业技术领域，具体涉及一种智能农业大棚监测系统。

背景技术：

相关技术中，农业大棚主要通过人工检测和维护的方式进行管理。大棚管理人员想要知道棚内空气的温湿度、照度、土壤的温湿度等信息必须通过亲自查看大棚内温度计、湿度显示仪、光照检测设备等来获得当前棚内作物的生长环境信息，并对农作物的生长环境人为地进行调节。其生产效率低下，智能化程度不高，浪费大量的人力、物力。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种智能农业大棚监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种智能农业大棚监测系统，包括大棚监测中心、网络通信模块、控制模块、基于无线传感器网络的信息采集模块，所述的大棚监测中心通过网络通信模块与控制模块通信，控制模块电性连接农业大棚内的多个设备；所述的信息采集模块用于通过无线传感器网络对农业大棚的环境进行监测，采集环境参数数据并将环境参数数据传送至大棚监测中心；所述的大棚监测中心接收所述的环境参数数据，并判断是否满足预设的环境参数条件，当某一环境参数值不满足预设的环境参数条件时，通过网络通信模块向所述控制器发送控制指令，控制对应的设备运作。

本发明的有益效果为：能够实时获取农业大棚内的生产环境数据，智能化控制大棚内的设备的运作，提供精准化农业生产和可视化管理，智能化程度高。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明的结构框图；

图2是本发明大棚监测中心的连接框图。

附图标记：

大棚监测中心1、网络通信模块2、控制模块3、信息采集模块4、显示模块10、指令发送模块20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例提供的一种智能农业大棚监测系统，包括大棚监测中心1、网络通信模块2、控制模块3、基于无线传感器网络的信息采集模块4，所述的大棚监测中心1通过网络通信模块2与控制模块3通信，控制模块3电性连接农业大棚内的多个设备；所述的信息采集模块4用于通过无线传感器网络对农业大棚的环境进行监测，采集环境参数数据并将环境参数数据传送至大棚监测中心1；所述的大棚监测中心1接收所述的环境参数数据，并判断是否满足预设的环境参数条件，当某一环境参数值不满足预设的环境参数条件时，通过网络通信模块2向所述控制器发送控制指令，控制对应的设备运作。

优选地，所述环境参数数据包括农业大棚内的土壤温湿度、空气的co2浓度和光照强度；所述多个设备包括浇水设备、卷帘设备、加热设备、风机设备，当所述温湿度小于预设的最低温湿度时，控制模块3控制所述加热设备和浇水设备开启，当所述co2浓度大于预设的最高co2浓度时控制所述风机设备开启，当所述光照强度大于预设的最高光照强度时，控制所述卷帘设备开启。

优选地，所述大棚监测中心1包括显示模块10和指令发送模块20，所述显示模块10与所述信息采集模块4连接，用于显示所述信息采集模块4采集的环境参数数据，所述指令发送模块20与所述控制模块3无线通讯连接，用于向所述控制模块3发送控制指令。

本发明上述实施例能够实时获取农业大棚内的生产环境数据，智能化控制大棚内的设备的运作，提供精准化农业生产和可视化管理，智能化程度高。

优选地，所述无线传感器网络采用下述的网络模型：无线传感器网络由多个环境监测传感器节点和一个移动基站组成，各环境监测传感器节点具有相同的通信半径；移动基站状态信息的更新和网络路由的建立与维护局限于骨干网络，即环境监测传感器节点到移动基站的路由仅依据骨干网络中的环境监测传感器节点进行，对于骨干网络外的其余环境监测传感器节点，它们监测到的数据发送到距离最近的骨干网络中的环境监测传感器节点，进而传送至移动基站，所述的大棚监测中心1与移动基站通信连接，从而获取移动基站收集的环境参数数据。

优选地，采用改进的骨干网络构建算法构建所述的骨干网络，具体包括：

(1)在环境监测传感器节点中选出骨干网络的支配节点；

(2)每个支配节点确认其三跳内的其他支配节点，将其他支配节点作为候选连接支配节点，并对应选择与候选连接支配节点进行连接所需的连接节点，从而得到该支配节点的多条候选连接路径；

(3)每个支配节点将获取的多条候选连接路径信息发送至移动基站，其中候选连接路径信息包括候选连接支配节点及对应的连接节点，移动基站为每个支配节点选取最优候选连接路径与对应的支配节点进行连接，最终形成具有最少环境监测传感器节点数目的骨干网络，具体为：

1)将各支配节点作为学习自动机，将各支配节点对应的各个候选连接路径作为动作，形成动作集，表示为其中dα为支配节点α的动作集，为支配节点α的候选连接路径集合，nα表示支配节点α具有的候选连接路径数量；

2)初始化学习次数、第一次选择候选连接路径时的动作概率向量，以及选择候选连接路径时能够从环境获得奖励的估计期望值；

3)在第k次学习中，学习自动机根据动作概率向量p(k)，选择一条候选连接路径

4)学习自动机从环境获得反馈w(k)，并根据下列公式对估计期望值的取值进行更新：

其中

式中，表示支配节点α选择候选连接路径时所对应的估计期望值的更新值，表示进行k次学习后支配节点α选择候选连接路径时从环境获得奖励的次数，表示进行k次学习后候选连接路径被选择的次数；nk为由当前选择的所有候选连接路径连接形成的骨干网络中环境监测传感器节点的数量，nm表示到目前为止连接形成的骨干网络中的最小环境监测传感器节点数目；w(k)＝1时，表示学习自动机从环境获得奖励，w(k)＝0时，表示学习自动机从环境中没有获得奖励；

5)按照下列公式，更新下一次学习过程中的动作概率向量p(k+1)的取值：

式中，为取值函数，当相对于之前的估计期望值取值最大时，否则

6)若满足设定的终止条件，将支配节点当前选取的候选连接路径作为选取的最优候选连接路径，否则，学习次数k自增1，转到步骤3)，其中设定的终止条件为：各学习自动机的学习次数大于设定的次数阈值或者在最近的3次学习中，连接形成的骨干网络中包含的环境监测传感器节点数目没有变化。

本优选实施例中，上述构建的骨干网络，能够在满足移动基站的状态信息的更新和路由重建的需求下最小化骨干网络包含的环境监测传感器节点数目，从而能够在整体上降低无线传感器网络的通信开销，提高无线传感器网络进行环境参数数据收集的效率，降低智能农业大棚监测系统的运行成本。

优选地，所述的对应选择与候选连接支配节点进行连接所需的连接节点，具体包括：

(1)获取支配节点与候选连接支配节点所有连接路径，表示为：

其中，表示支配节点sφ与其候选连接支配节点之间的第ε条连接路径；

(2)按照下列公式计算支配节点与候选连接支配节点连接的所有路径的优选值，选取优选值为最大的路径作为该支配节点与候选连接支配节点连接的最优路径：

式中，表示支配节点sφ与其候选连接支配节点之间的第ε条连接路径的优选值，为中所包含的连接节点数目，表示中的第b个连接节点具有的邻居节点数目，ψ1、ψ2为设定的权重系数，且满足ψ1+ψ2＝1；

(3)选取的最优路径中的连接节点即为所述的所需的连接节点。

本优选实施例设定了支配节点与其三跳内的其他支配节点之间的连接节点的选取规则，有利于实现连接节点的重复利用，降低骨干网络的规模，并且能够在整体上提高骨干网络的构建速度，从而有利于降低智能农业大棚监测系统在环境参数数据采集方面的成本，并提高智能农业大棚监测系统在环境参数数据采集方面的效率。

优选地，所述的在环境监测传感器节点中选出骨干网络的支配节点和连接节点，具体包括：

(1)对每个环境监测传感器节点按照下列公式赋予一个序列值：

式中，r(si)表示第i个环境监测传感器节点si的序列值，表示环境监测传感器节点si的邻居节点数目，i表示预先设定的环境监测传感器节点的节点号，表示第i个环境监测传感器节点si的剩余能量值，qt为设定的剩余能量值阈值；

(2)各环境监测传感器节点向其邻居节点交换序列值信息；

(3)若环境监测传感器节点满足下述支配节点竞选条件，则竞选为骨干网络的支配节点，并向邻居节点广播竞选成功消息，接收到竞选成功消息的环境监测传感器节点成为拓展节点，若环境监测传感器节点不满足支配节点竞选条件，则成为普通节点：

或者

当r(siμ)＞r(si),时，siμ为拓展节点；

式中，r(sij)为环境监测传感器节点si的一跳邻居节点中第j个邻居节点的序列值，为环境监测传感器节点si的一跳邻居节点的数量，表示环境监测传感器节点si的一跳邻居节点集合；

(4)拓展节点向其邻居节点广播支配节点竞选消息，接收到支配节点竞选消息的环境监测传感器节点按照支配节点竞选条件参与骨干网络的支配节点竞选。

本优选实施例细化了支配节点的选取方式，提高了骨干网络的构建速度；选取支配节点时，考虑了环境监测传感器节点的邻居数量和剩余能量值因素，使得选出的支配节点具有较优的性能，从而能够满足构建骨干网络以及对邻近环境监测传感器节点发送的监测数据进行接收的需求，保障智能农业大棚监测系统中采集的大棚内的环境监测数据能够有效收集。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。