專利名稱：溫室黃瓜生長(zhǎng)環(huán)境智能監(jiān)測(cè)模型及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用無(wú)線監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行溫室黃瓜生長(zhǎng)環(huán)境的無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)裝置，
安裝在溫室大棚的無(wú)線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)中。
背景技術(shù)：
黃瓜喜溫，要求的環(huán)境條件嚴(yán)格，由于生長(zhǎng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)不及時(shí)和不準(zhǔn)確，所以生產(chǎn) 中發(fā)生了大量的問(wèn)題。另一方面，黃瓜有時(shí)會(huì)有苦味產(chǎn)生，多因環(huán)境條件、植株?duì)I養(yǎng)狀況、生 活力強(qiáng)弱均可以影響苦味的產(chǎn)生，因此，精確控制生長(zhǎng)環(huán)境是提高黃瓜質(zhì)量的關(guān)鍵所在。目 前溫室環(huán)境以人工控制為主或者以有線控制設(shè)備為主，且控制方式多以人為主觀判斷的方 式為主，具有不精確、不實(shí)時(shí)的缺點(diǎn)。因此，針對(duì)溫室黃瓜的生長(zhǎng)發(fā)育周期建立完整的環(huán)境 模型，是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)的技術(shù)核心。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于監(jiān)測(cè)溫室黃瓜生長(zhǎng)環(huán)境的無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)裝置，解 決了溫室黃瓜生長(zhǎng)環(huán)境全過(guò)程的記錄監(jiān)測(cè)的難題。 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，針對(duì)于鮮葉測(cè)溫，本項(xiàng)發(fā)明提供了利用紅外測(cè)量葉片溫度，給 出了數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，解決了原位測(cè)量難題；本發(fā)明可以同時(shí)監(jiān)測(cè)大棚室內(nèi)溫度，土壤基質(zhì)溫 度、濕度，葉片溫度，光照值，實(shí)現(xiàn)黃瓜生長(zhǎng)全過(guò)程環(huán)境監(jiān)測(cè)；本發(fā)明嵌入了專家知識(shí)庫(kù)，可 以對(duì)溫室黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育全過(guò)程的環(huán)境要求實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。 本發(fā)明的有益效果為發(fā)明提供了一種利用葉片表面溫度、土壤溫度和大棚室內(nèi) 溫度建立黃瓜生長(zhǎng)全過(guò)程的積溫量化模型，根據(jù)葉片表面溫度、土壤溫濕度、光照值建立光 合參考模型。利用本裝置可以較為客觀反映出溫室黃瓜生長(zhǎng)全過(guò)程的環(huán)境數(shù)據(jù)，為研究外 部環(huán)境對(duì)黃瓜生長(zhǎng)影響提供依據(jù)。


圖1為本發(fā)明的組成模塊示意圖。
圖2為本發(fā)明的硬件設(shè)計(jì)示意圖。
圖3為本發(fā)明的功能示意圖。
圖4為本發(fā)明的軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 溫室黃瓜生長(zhǎng)環(huán)境智能裝置，其組成模塊由顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、無(wú)線傳輸模塊及 測(cè)量模塊構(gòu)成。微處理的10 口 P0. 10-P0. 17用來(lái)作為液晶屏的8位數(shù)據(jù)線PI. 20、P1. 21、 PI. 22、P1. 23作為控制信號(hào)；PO. 5、P0. 6、P0. 7、P0. 8作為輸入信號(hào)端，連接葉片溫度、室溫、 土壤溫濕度和光照強(qiáng)度環(huán)境信息，TX1、RX1用來(lái)與無(wú)線傳輸模塊之間進(jìn)行通信；PO. 2、P0. 3用來(lái)實(shí)現(xiàn)與存儲(chǔ)模塊之間進(jìn)行時(shí)鐘和串口數(shù)據(jù)的連接。 首先，裝置上電自檢后，進(jìn)入"設(shè)置"界面，主要完成采樣周期、種植黃瓜品種、溫室 類型等選項(xiàng)；系統(tǒng)會(huì)根據(jù)種植黃瓜的品種和溫室類型和季節(jié)等數(shù)據(jù)，給出黃瓜的四個(gè)生長(zhǎng) 階段的對(duì)應(yīng)的天數(shù)，以及每個(gè)階段的環(huán)境要求.按下"開始"按鈕，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開始監(jiān)測(cè)工作， 根據(jù)采樣周期進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，先進(jìn)行葉片溫度的測(cè)量，如果所測(cè)得的葉片溫度在適宜范圍 內(nèi)，寫入數(shù)據(jù)并繼續(xù)下一個(gè)測(cè)量，否則報(bào)警；接下來(lái)，進(jìn)行土壤溫濕度的測(cè)量，如果所測(cè)得的 土壤溫濕度在適宜范圍內(nèi)，寫入數(shù)據(jù)并繼續(xù)下一個(gè)測(cè)量，否則報(bào)警；接下來(lái)，進(jìn)行室溫的測(cè) 量，如果所測(cè)得的室溫在適宜范圍內(nèi)，寫入數(shù)據(jù)并繼續(xù)下一個(gè)測(cè)量，否則報(bào)警；最后，進(jìn)行光 照強(qiáng)度的測(cè)量，如果所測(cè)得的光照強(qiáng)度在適宜范圍內(nèi)，寫入數(shù)據(jù)并繼續(xù)，否則報(bào)警；然后，裝 置將所測(cè)得所有的數(shù)據(jù)處理成為一條信息，通過(guò)GPRS傳送至數(shù)據(jù)中心，同時(shí)寫入屏幕并顯 示，以及寫入現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)單元中. 在數(shù)據(jù)中心，根據(jù)專家知識(shí)，把黃瓜的生長(zhǎng)環(huán)境劃分為非常適宜、適宜、較適宜、不 適宜四個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域，為每一個(gè)生長(zhǎng)模式定義一系列運(yùn)行操作.為了體現(xiàn)生長(zhǎng)環(huán)境是一個(gè)" 整體"的概念，它與溫度、濕度、氣壓、光照強(qiáng)度等多種因素有關(guān)，它們之間相互耦合作用，我 們引入"影響系數(shù)"來(lái)定量它們之間的相互耦合作用.我們根據(jù)專家知識(shí)，對(duì)黃瓜的各個(gè)生 長(zhǎng)時(shí)期對(duì)環(huán)境各因子要求依賴不同，確定了各個(gè)生長(zhǎng)階段對(duì)各種環(huán)境因子的影響系數(shù).生 長(zhǎng)環(huán)境模式是由特征向量的取值范圍所決定，采用積分進(jìn)行環(huán)境信息融合.利用現(xiàn)場(chǎng)裝置 將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的環(huán)境參數(shù)(葉片表面溫度、室溫、土壤溫度、土壤濕度、光照強(qiáng)度)的值經(jīng)過(guò)信 息融合計(jì)算得到一個(gè)精確的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果反映距離四個(gè)生長(zhǎng)模式(非常適宜、適宜、較適 宜、不適宜)樣本重心點(diǎn)的距離值，其中的最大值即表明距離該模式最近，根據(jù)這個(gè)結(jié)果就 可以識(shí)別當(dāng)前屬于哪一個(gè)具體的生長(zhǎng)環(huán)境模式.
確定各參數(shù)規(guī)則 溫室黃瓜環(huán)境參數(shù)( 一般20到25天) 黃瓜的生長(zhǎng)發(fā)育周期可分為發(fā)芽期、幼苗期、甩條期和結(jié)果期四個(gè)時(shí)期。 Day :天數(shù)；Dtmp :白天溫度(°C ) ;Ntmp :夜間溫度(°C ) ;Ttmp :土壤溫度(°C );
ill咖光照(單位萬(wàn)勒克斯)；humidity :濕度(單位土壤持水量的百分比)發(fā)芽期:5-10天。Day =HOthen Dtmp > 25 & Dtmp < 30 ;Day =1-lOthen Ntmp = 15 ;Day =HOthen Ttmp > 32 & Ttmp < 38 ;Day =HOthen ilium > 2 & ilium < 6 ;Day =1-lOthen humidity > 60% & humidity < 70% ;幼苗期:30-40天。Day =ll-40then Dtmp > 24 & Dtmp < 28 ;Day =1 HOthen Ntmp = 15 ;Day =ll-40then Ttmp > 32 & Ttmp < 38 ;Day =ll-40then ilium > 2 & ilium < 6 ;Day =ll-40then humidity > 60% & humidity < 70%甩條期:20-25天。
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Day = 41-65then Dtmp > 25 & Dtmp < 32 ; Day = 41-65then Ntmp = 14 ; Day = 41-65then Ttmp > 20 & Ttmp < 25 ; Day = 41_65then ilium > 2 & ilium < 6 ;Day = 41_65then humidity > 80% & humidity < 90% ;; 結(jié)果期40天。 Day = 66-llOthen Dtmp > 25 & Dtmp < 32 ; Day = 66-llOthen Ntmp = 14 ; Day = 66-llOthen Ttmp > 32 & Ttmp < 38 ; Day = 66-llOthen ilium > 2 & ilium < 6 ;Day = 66-llOthen humidity > 80% & humidity < 90% ;; 本發(fā)明裝置采用的主要技術(shù)如下 1、嵌入式技術(shù) 對(duì)于裝置的設(shè)計(jì)，是基于嵌入式技術(shù)進(jìn)行的，嵌入式技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可處理大量 采集信號(hào)，主控制器采用PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核、單電源供電、LQFP64封裝的 LPC2131，它具有RS232轉(zhuǎn)換電路，可與通訊模塊進(jìn)行方便的串口數(shù)據(jù)通訊，具有IIC接口 ， 可用于與存儲(chǔ)設(shè)備間的數(shù)據(jù)存取，具有看門狗功能，在長(zhǎng)時(shí)間未獲得正確反饋信息的情況 下，可以自動(dòng)重啟，防止程序跑飛、死機(jī)的情況發(fā)生
2、GPRS技術(shù) GPRS(General Packet Radio Service)-通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)，是在GSM網(wǎng)絡(luò)
的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的承載業(yè)務(wù)，其基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)引入了一些新模塊 GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN (Gateway GPRS Support Node) 、GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN (Serving GatewaySupport Node)、點(diǎn)X寸多點(diǎn)月艮務(wù)中心(Point—To—Multipoint Service Center, PTM-SC)、邊界網(wǎng)關(guān)(Boarder Gateway,BG)、改進(jìn)基站子系統(tǒng)BSS等。GPRS網(wǎng)絡(luò)通過(guò)Gi參考 點(diǎn)接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)， 一般采用IP協(xié)議和基于PPP協(xié)議的連接方式?；贗P協(xié)議連接時(shí)， GGSN需要支持IP協(xié)議，并作為路由器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的連接?；赑PP協(xié)議連接時(shí)，GGSN除 了需要支持IP協(xié)議外，還需要支持PPP協(xié)議和其它基于NCP的應(yīng)用協(xié)議，GGSN終結(jié)到匪S 的PPP連接或?qū)PP幀傳送到PDN， PPP幀可通過(guò)L2TP隧道進(jìn)行封裝。
3、數(shù)據(jù)融合技術(shù) 數(shù)據(jù)融合技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)按時(shí)序獲得的若干觀測(cè)信息，在一定準(zhǔn)則下加以 自動(dòng)分析、綜合，以完成所需的決策和評(píng)估任務(wù)而進(jìn)行的信息處理技術(shù)。數(shù)據(jù)融合技術(shù)，包 括對(duì)各種信息源給出的有用信息的采集、傳輸、綜合、過(guò)濾、相關(guān)及合成，以便輔助人們進(jìn)行 態(tài)勢(shì)/環(huán)境判定、規(guī)劃、探測(cè)、驗(yàn)證、診斷。在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)融合技術(shù)主要用于數(shù)據(jù)在不同 條件下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的綜合判斷，在不損失有用數(shù)據(jù)的情況下， 無(wú)損壓縮原始數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
用于溫室大棚無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的作物生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)裝置。裝置硬件包括微處理器、GPRS通訊模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊及各器件間的電信號(hào)連接。所述的裝置硬件由基于LPC2131的控制器分別與液晶屏和外置存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室大棚無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的作物生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)裝置，其 特征在于所述微控制器采用PHILIPS公司基于ARM7T匿I-S核、單電源供電、LQFP64封裝的 LPC2131，用于處理黃瓜生長(zhǎng)環(huán)境的數(shù)據(jù)分析；所述生長(zhǎng)環(huán)境主要包括葉片溫度、溫室溫度、 土壤溫度、土壤濕度、光照強(qiáng)度及融合算法；葉片溫度采用上海輝格科技公司的VTIR3816 紅外傳感器測(cè)量，土壤溫濕度采用國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研制的STH-01 土壤 溫濕度傳感器測(cè)量，光照強(qiáng)度采用國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研制的光照強(qiáng)度傳 感器測(cè)量，溫室溫度采用單總線溫度傳感器DS18B20測(cè)量；所述液晶屏采用T0PWAY公司 的LM3033，可同時(shí)顯示四排共計(jì)32個(gè)漢字的顯示；所述的GPRS模塊采用西門子公司的 Siemens MC39i的模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合算法，其特征在于提出了基于多源信息融合技術(shù)完成生 長(zhǎng)環(huán)境的數(shù)學(xué)描述，將處理后的環(huán)境結(jié)果連同時(shí)間點(diǎn)一同存儲(chǔ)在EEPROM中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用無(wú)線監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行溫室黃瓜生長(zhǎng)環(huán)境的無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)裝置，安裝在溫室大棚的無(wú)線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)中。部署在溫室作物生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)(葉片溫度、室溫、土壤溫度、土壤濕度、光照值)發(fā)送給監(jiān)控中心，可以根據(jù)黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育的不同周期按照專家知識(shí)庫(kù)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)，給出適宜的環(huán)境參數(shù)。模型通過(guò)融合算法對(duì)黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育的發(fā)芽期、幼苗期、甩條期和結(jié)果期的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行權(quán)重定義，形成一個(gè)數(shù)字化表達(dá)方式，便于計(jì)算機(jī)直接計(jì)算和使用。本發(fā)明為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線監(jiān)測(cè)設(shè)備，高效、可靠、操作方便，用于采用無(wú)線傳感方法進(jìn)行溫室生產(chǎn)全過(guò)程的環(huán)境監(jiān)測(cè)難題。
文檔編號(hào)G05B19/048GK101793560SQ200910054848
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者劉慧芳, 朱文婷, 池濤, 陳明, 陳湘芳 申請(qǐng)人:上海海洋大學(xué)