[实用新型]设施农业传感器控制和接口控制技术

说明书

技术领域

本实用新型涉及基于设施农业传感网的可进行自动控制的传感器控制和接口控制技术，由传感器收集数据再经由STC单片机存储和上位机分析之后可控制相关设备调节作物生长环境，尤其是系统能够据此实现自动控制。 

背景技术

目前在设施农业中传感器在采集数据后经由模电转换或其他转换后传入与之相连接的单片机，继而通过无线通讯节点传给上位机，上位机会把这些接收到的数据传送给管理员，经由人工计算分析后由管理员发送指令控制相应的设备来改变周围环境，以期达到预期效果。一个例子就是中国科学技术大学、中国科学院计算技术研究所和国家水利部淮河水资源保护局合作设计了无线传感网络精准农业监测系统。该系统在位于蚌埠市的安徽省农业科技示范园区获得初步应用。多个节点被均匀地布置在面积大约为1200平方米的花卉大棚内。节点类型包括土壤温度传感器、土壤湿度传感器和光照传感器等。当系统运行时，每个传感器节点将附近的环境信息和自身的状态信息经过自组织多跳路由传递给基站，然后通过本地服务器上的数据获取程序将数据传输到远程服务器上。 

但这样做的明显缺陷就是不能够实现自动控制，会错过最佳操作时机，达不到最佳效果。因此，传感器控制与接口控制技术就有了完善的意义，向智能化方向发展，收集信息，传送数据，分析数据，再发送指令完成相应操作全部可可由系统自动完成。当然，这其中也可由人工进行操作。 

实用新型内容

一种设施农业传感器控制和接口控制技术，由传感器收集数据再经由STC单片机(17)存储和上位机(5)分析之后可自动控制相关设备调节作物生长环境的接口控制技术。四种传感器与STC单片机(17)相连接，单片机(17)经由RS232串口(18)与感知节点(8)相连接，感知节点(8)将收集到的数据传送给汇聚节点(7)后再通过无线信号与上位机(5)进行传递数据，上位机(17)经过分析后再把指令经由汇聚节点(7)传送回给感知节点(8)，再通过RS232串口(18)将指令传回给单片机(17)，由单片机(17)来控制设备状态。 

结合图1具体说明，建立一个简单的由上位机(5)、管理员(6)、汇聚节点(7)、感知节点(8)、控制芯片(9)、风扇(10)、补光灯(11)和滴灌设备(12)组成的大棚设施农业系统。图1中矩形方框表示一个大棚模型。3个感知节点(8)布置其中，通过控制芯片(9)上的传感器，实时的获取环境参数，通过汇聚节点(7)转送到上位机(5)监控 中心，供管理员(6)查看。管理员(6)可以手动或者由上位机(5)软件经过分析计算后自动发送相关操作命令给感知节点(8)而后经由感知节点(8)再将命令传送给控制芯片(9)来控制环境。例如当土壤湿度传感器探测到土壤较干燥时，可以通过控制芯片发出信号来打开滴灌设备的阀门，灌溉多长时间，需要根据土壤的干燥程度和作物的生长环境来调节。 

传感器接口控制技术是传感器与STC单片机(17)相连接，单片机(17)经由RS232串口(18)与感知节点(8)相连接，感知节点(8)与汇聚节点(7)相连接，传感器感知的数据先存储在STC单片机(17)的存储器中，再经由RS232串口(18)传送给感知节点(8)，再经过汇聚节点(7)通过无线信号发射到上位机(5)。 

本系统结构简单，收集完数据后，可由管理员手动操作，还可由通过上位机软件经过分析计算后自动进行控制，可以实时根据环境变化来进行改变，追求作物生长最佳效果。 

附图说明

本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。图1是基于设施农业系统的传感器控制与接口控制；图2是51单片机系统结构图。 

具体实施方式

控制芯片就是一个简单的51单片机系统，结构图如图2所示，由温湿度传感器(13)、光照传感器(14)、二氧化碳传感器(15)以及土壤湿度传感器(16)、STC单片机(17)、RS232串口(18)、继电器(19)和数字电位器(20)组成。控制芯片上的系统主要靠STC单片机(17)控制与协调。集成4种传感器，通过模数转换或直接读取将获取的数据保存在STC单片机(17)的存储器中。通过RS232串口(18)，可以将这些数据传送给感知节点(8)，继而经由汇聚节点(7)通过无线信号发射到上位机(5)。 

上位机(5)收到数据后，一方面会把结果实时保存并显示出来，管理员(6)可以据此执行手动操作；另一方面，上位机经过分析计算后，上位机(5)会把要执行的指令通过无线信号传送回给汇聚节点(7)，再传送给正确的感知节点(8)，再通过RS232串口(18)将操作命令传送到单片机(17)中，单片机(17)经过分析再把指令传送给继电器(19)或数字电位器(20)进行相关操作。继电器(19)的作用主要是用来控制滴灌设备(12)，当单片机(17)接收到打开水阀的命令时，就会通过继电器(19)来控制一个电磁阀的开关，达到控制灌溉的目的。数字电位器(20)的作用主要是用来控制风扇(10)和补光灯(11)。由于这两个设备不能是简单的开关，需要根据环境适当的调整风扇(10)的转速和灯光(11)的明暗。数字电位器(20)就是可以通过命令改变其电阻大小来控制电路中电流的大小，达到控制风扇(10)和灯光(11)的功能。