本發明涉及農業種植技術領域，特別是一種基于物聯網的農業大棚調控系統。

背景技術：

目前，農業大棚主要用于低溫季節喜溫蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗，大多數農戶加溫、澆水、施肥、殺蟲等，全憑感覺，沒有科學依據，且需要人為操作，勞動強度大，而現有智能農業大棚的執行機構功能單一，效率低，且不能根據植物不同生長階段進行不同的澆水、施肥、光照等調控方式，不利于農作物的生長，產量低下，網絡通訊傳輸原始海量數據，數據采集的實時性、效率低，易造成誤操作。

因此，本發明提供一種新的方案來解決此問題。

技術實現要素：

針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本發明之目的在于提供一種基于物聯網的農業大棚調控系統，有效解決了現有智能農業大棚的執行機構功能單一，效率低、且不能根據植物不同生長階段進行不同的調控方式、數據傳輸效率低的問題。

其解決的技術方案是，包括農業大棚、調控系統、物聯網、人機界面，所述調控系統包括呼吸系統、土壤營養分析系統、生長周期定時系統、生長狀態采集系統、控制器、噴施一體裝置、施肥裝置、光照裝置、排風裝置，所述呼吸系統包括土壤溫度子系統、土壤水分子系統、二氧化碳子系統，其特征在于，土壤溫度子系統、土壤水分子系統、二氧化碳子系統、土壤營養分析系統、生長周期定時系統、生長狀態采集系統對農業大棚內植物的生長環境、狀況實時監測，通過系統上配置的4g通訊網絡傳送給控制器，控制器經加權平均法數據融合處理分析后，通過4g通訊網絡控制噴施一體裝置、施肥裝置、光照裝置、排風裝置進行自動調控，同時，通過地理信息系統gis、全球定位系統cps以及4g通訊網絡組成的3s技術傳送到人機界面，人機界面根據監控到農業大棚的實時狀態、歷史數據建立預測模型，采用時間序列分析法進行預測；

所述噴施一體裝置包括分別布置在農業大棚兩側的導軌1、導軌2，兩頭橫跨在導軌1和導軌2上的平移機構，平移機構由電機驅動在導軌上移動，平移機構上側一端放置有儲水箱，所述儲水箱包括固定于儲水箱內的對稱的攪拌桶，攪拌桶下方設有固定于儲水箱的底部的框架，攪拌桶內固定有轉動軸，轉動軸的上端固定有扇葉，攪拌桶上開設有與扇葉等高的通槽轉動軸的下端固定有攪拌桿，攪拌桶的下底面為帶有圓孔的摩擦板，攪拌桶的上部設有開設于儲水箱上的進料口，進料口上設有進料閥儲水箱的底部固定有置于兩攪拌桶中間的高壓水泵，高壓水泵上部連接有一端固定于通槽內的連接管，儲水箱的左側開設有進水口，進水口上設有進水閥，進水口通過水管與水泵連接，儲水箱出水口通過水管與伸縮管相連，進水口的下端設有固定于儲水箱外壁上的透明材質的測量桶，測量桶內設置有水位傳感器h1，儲水箱底部設有出水口，出水口上設有出水閥、液體密度傳感器p1；

所述伸縮管包括外管，外管內設有多平行固定的第一橡皮套，第一橡皮套內安裝有萬向管，萬向管的上端頭的管壁內固定有第二橡皮套，萬向管的上端頭上連接有第一驅動裝置，所述第一驅動裝置包括固定于萬向管的上端頭上的帶有圓孔的固定管，固定管上端固定有齒條，齒條上嚙合有齒輪，齒輪固定有可隨伸縮管左右滑動的電機,外管的下端管壁上均布有四個伸出壁，伸出壁上連接有第二驅動裝置，萬向管的管頭間隙固定有移動盤，移動盤經連接裝置連接與第二驅動裝置，萬向管上設有噴頭，所述第二驅動裝置為第二電機。

由于以上技術方案的采用，本發明與現有技術相比具有如下優點：

1，噴施一體裝置集澆水、施肥融為一體，進水、進肥的量、伸縮管的長度、攪拌的效果、排出閥自動控制，操作方便、效率高；

2，將采集的數據加權平均法數據融合處理分析，控制噴施一體裝置、施肥裝置、光照裝置、排風裝置進行不同方式的自動調控，避免了誤操作，調控更加可靠，同時為植物提供最佳的生長條件，縮短了生長周期、提高了產量和質量；

3，地理信息系統gis、全球定位系統cps以及4g通訊網絡組成的3s技術傳送到人機界面，能以地圖的形式，直觀顯示時間、位置、參數的實時狀態，采用時間序列分析法結合歷史數據建立預測模型，方便用戶提前采取措施，及時調控。

附圖說明

圖1為本發明的農業大棚的結構示意圖。

圖2為本發明的伸縮管結構圖。

圖3為本發明的伸出壁結構俯視圖。

圖4為本發明的儲水箱結構圖。

圖5為本發明的轉軸連接扇葉結構圖。

圖6為本發明的摩擦板結構圖。

圖7本發明的整體模塊圖。

圖8為本發明的調控系統的模塊圖。

圖9為本發明的生長周期定時系統的電路原理圖。

圖10為本發明的光照裝置的電路控制原理圖。

圖11為本發明的儲水箱的電路控制原理圖。

圖12為本發明的控制器的電路原理圖。

具體實施方式

有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考附圖1至圖12對實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的結構內容，均是以說明書附圖為參考。

下面將參照附圖描述本發明的各示例性的實施例。

實施例一，一種基于物聯網的農業大棚調控系統，包括農業大棚、調控系統、物聯網、人機界面，所述調控系統包括呼吸系統、土壤營養分析系統、生長周期定時系統、生長狀態采集系統、控制器、噴施一體裝置、施肥裝置、光照裝置、排風裝置，所述呼吸系統包括土壤溫度子系統、土壤水分子系統、二氧化碳子系統，其特征在于，土壤溫度子系統、土壤水分子系統、二氧化碳子系統、土壤營養分析系統、生長周期定時系統、生長狀態采集系統對農業大棚內植物的生長環境、狀況實時監測，通過系統上配置的4g通訊網絡傳送給控制器，控制器經加權平均法數據融合處理分析后，通過4g通訊網絡控制噴施一體裝置、施肥裝置、光照裝置、排風裝置進行自動調控，此外控制器還連接有按鍵顯示屏,用于按鍵查詢、中斷操作，顯示屏顯示實時狀態，同時，通過地理信息系統gis、全球定位系統cps以及4g通訊網絡組成的3s技術傳送到人機界面，能以地圖的形式，直觀顯示時間、位置、參數的實時狀態，采用時間序列分析法結合歷史數據建立預測模型，方便用戶提前采取措施，及時調控；所述噴施一體裝置包括分別布置在農業大棚兩側的導軌1、導軌2，兩頭橫跨在導軌1和導軌2上的平移機構，平移機構由電機驅動在導軌上做前后移動，電機驅動移動的速度由控制器控制，平移機構上側一端放置有儲水箱，儲水箱包括固定于儲水箱內的對稱的攪拌桶7，攪拌桶7固定在置于儲水箱底部的框架24上，保證攪拌桶7與儲水箱底部存在空間，通過凸起環27卡固在環形凹槽28內實現轉動軸8的定位作用，并實現轉動軸8可在套筒25內轉動，轉動軸8上端固定得扇葉9環繞在轉動軸8上，保證高壓水泵13泵出的水能通過連接管14經高壓噴頭21噴射在扇葉9轉動從而帶動轉動軸8轉動，轉動軸8的轉動帶動攪拌桿91轉動，攪拌桿91與下部摩擦板11距離保持2到4毫米距離，保證攪拌桿91在滿足能夠攪拌的同時具有與下方摩擦板11相互摩擦中研磨肥料的效果，摩擦板11上開設的小圓孔滿足肥料要達到的直徑，實現直徑大于要求的肥料不能通過小圓孔，保證肥料被充分地研末攪拌均勻并符合施肥要求，進水口15的下端設有固定于儲水箱外壁上的透明材質的測量桶22，測量桶22內設置有水位傳感器h1將進水量傳送給控制器，控制器控制進水閥的開啟、關閉，從而控制進水量，還可以通過測量桶22上的刻度，方便查看注入儲水箱的水量，控制器控制進料閥21的肥料量，由扇葉攪拌后，液體密度傳感器p1檢測是否為符合要求濃度，控制器控制出水閥的開啟、關閉；所述伸縮管中第一橡皮套2的直徑大于萬向管3的直徑，保證萬向管3可在第一橡皮套2內來回移動，第二橡皮套4不能脫離萬向管3的端頭，第一橡皮套2在防水的同時還有定位的作用，保證萬向管3能伸出任意長度滿足實際工作要求，萬向管3的端頭上鏈接的驅動裝置能驅動萬向管3在外管1內來回移動，并保證第二橡皮套4能穿過第一橡皮套2，第二橡皮套4在通過變形穿過第一橡皮套2時第一橡皮套2始終與第二橡皮套4緊密貼合，伸出壁5上的第二驅動裝置通過連接裝置能控制移動盤6在移動盤6所在的面上朝此片面內任意方向移動，并通過連接裝置固定到所移動的位置，通過電機19的正反轉驅動齒輪18的正反轉，從而帶動齒條17上下移動，通過齒條17的移動實現萬向管3在外管1內的上下移動。

實施例二，在實施例一的基礎上，所述數據融合采用加權平均法進行融合,得出農業大棚狀態的最終結果，再通過4g通訊網絡傳遞到人機界面，避免傳輸原始海量數據，處理掉大量冗余的數據信息，減少網絡數據傳輸量，降低傳輸擁塞，降低數據傳輸延遲，減少傳輸數據沖突碰撞現象，提高了數據采集的及時性、收集效率，其具體步驟如下：

步驟1，根據影響植物的生長因素，分別設置呼吸系統的權重w1為40％、土壤營養分析系統的權重w2為20％、生長周期定時系統的權重w3為10％、生長狀態采集系統的權重w4為30％；

步驟2，根據實時呼吸數據x1、土壤營養x2、生長周期定時x3、生長狀態采集x4與其所占權重，計算出加權平均值p，

p=（x1×w1+x2×w2+x3×w3+x4×w4）/w1+w2+w3+w4；

步驟3，根據所測加權平均值p與正常加權平均值p0比較，判斷有無異常，若超過正負偏差20，則判斷結果為異常y1，否則為y0；

步驟4，根據當前的工作狀態，計算在單位時間內，累計采集n次所得的加權平均值p之和再除與n所得計算平均值pp；

步驟5，再計算平均值pp與正常加權平均值p0比較，即可確定最終的結果，異常為yy，否則為y，再通過4g通訊網絡傳遞到人機界面，降低了誤報率，具有更高的準確性和可信度。

實施例三，在實施例一的基礎上，所述轉動軸8中間固定有套接在轉動軸8上的套筒25，套筒25內設有環形凹槽28，環形凹槽28設有固定于轉動軸上的凸起環27，套筒25兩側固定有一端固定于攪拌桶7內壁上的支撐桿16。

實施例四，在實施例一的基礎上，所述光照裝置用于根據不同植物的不同的生長階段、生長狀態，光照裝置的時長、光強等技術參數也會變化，由單片機u2引腳4、引腳5輸出的兩路pwm脈沖控制，光照時，兩路pwm脈沖分別加到三極管q1、三極管q2的基極，在pwm脈沖下降沿三極管q1、二極管d3、電阻r4和三極管q2、二極管d4、電阻r5組成的驅動電路觸發飽和導通，從而功率管q3和功率管q4基極電位為高電平，功率管q3和功率管q4導通，直流電壓加到變壓器t1初級繞組的兩端，變壓器t1逆變為交流電，由變壓器t1次級繞組經整流橋bg1整流為高壓、大電流直流脈動電經電解電容c5的正極、電容c6濾波后加到植物生長燈a組、植物生長燈b組的兩端，改變pwm脈沖的占空比可改變功率管對變壓器的充電時間，進而改變植物生長燈組的光照時間和光強，一般每天持續照射12-16小時。

實施例五，在實施例一的基礎上，所述植物生長燈a組為600w紅色植物生長燈（紅色光能促進植物根莖生長，有助于開花結果和延長花期，起到增加產量作用）和600w藍色植物生長燈（藍色光有助于植物光合作用能促進綠葉生長，蛋白質合成），果實形成的比例為8:1，波長為藍色(470nm)和紅色(630nm)的植物生長燈，即4個紅色植物生長燈、中間1個藍色植物生長燈、4個紅色植物生長燈串聯的燈組，據植物葉片高度1米，每8米放一個；植物生長燈b組同a組，根據農業大棚的面積，可不斷并聯相同數量的燈高度1組。

實施例六，在實施例一的基礎上，所述生長周期定時系統用于在植物生長的關鍵階段（種子發芽期、植物根莖葉生長期、植物開花期、植物結果期）發出控制信息給控制器，包括時鐘芯片u1，時鐘芯片u1的引腳1分別連接晶振y1的引腳2、電容c1一端，時鐘芯片u1的引腳2分別連接晶振y1的引腳1、電容c2一端，電容c1和電容c2另一端連接地，時鐘芯片u1的引腳4連接地，時鐘芯片u1的引腳3連接單片機u2的引腳20，時鐘芯片u1的引腳5、引腳6、引腳7分別連接電阻r3一端和單片機u2的引腳1、電阻r2一端和單片機u2的引腳2、電阻r1一端和單片機u2的引腳21，電阻r1另一端、電阻r2另一端、電阻r3另一端均連接電源+5v，時鐘芯片u1的引腳8分別連接二極管d2負極、二極管d1負極、接地電容c3一端、接地電解電容c4正極，二極管d2正極連接電源+5v，二極管d1正極連接電池bt1正極，電池bt1負極連接地。

實施例七，在實施例一的基礎上，所述噴施一體裝置由控制器控制，也可通過按鍵手動控制，可根據植物的不同生長階段，采取不同的噴淋方式（噴霧方式、噴葉方式、噴根方式），還可把液肥、植物生長劑、殺蟲劑等融入水箱，經攪拌器攪拌均勻后，通過噴灑進行相應操作，箱體內水位傳感器h1檢測進水、進肥的量轉化為電信號由引腳1輸出經二極管d5、電解電容c7、電阻r6整流濾波后送到運算放大器ar1的同相輸入端，由于運算放大器ar1的反相輸入端分別連接運算放大器ar1的輸出端，運算放大器ar1為電壓跟隨器，再經電阻r7、電阻r8轉化為適于單片機的工作電壓，送到單片機u2的引腳7；所述儲水箱進水閥、進肥閥、攪拌電機、排出閥受控制器控制，當施液肥、噴灑生長劑、噴灑殺蟲劑時，單片機u2的引腳8輸出高電平控制脈沖，經電阻r9連接npn型三極管q5的基極，由于npn型三極管q5的發射極接地，npn型三極管q5飽和導通，npn型三極管q1的集電極電位拉低，從而繼電器k1線圈得電，繼電器k1常開觸點閉合，此時+24v電源加到進料閥j2電源上，進料閥j2開啟，進行進液控制，繼電器k1的常閉觸點連接進水閥j1的引腳1，此時常閉觸點斷開，此時沒有+24v電源加到進料閥j2電源上，進水閥j1關閉，停止進水操作，直到下一個澆水指令，且水位傳感器檢測儲水箱水位不滿時，采予以開啟，二極管d6反接為續流二極管，保護npn型三極管q5的ce結反向擊穿；攪拌由攪拌桿91與下方摩擦板11相互摩擦中研磨肥料，達到快速溶解的效果；排出閥設有體密度傳感器p1檢測是否為符合要求濃度，排出閥由單片機u2輸出的pwm脈沖控制開閉和開度（此為現有技術，故具體控制過程在此不再詳述）。

實施例八，在實施例一的基礎上，所述呼吸系統包括土壤溫度子系統、土壤水分子系統、二氧化碳子系統，土壤溫度、水分的高低及二氧化碳濃度與作物的生長發育、肥料的分解和有機物的積聚等有著密切的關系，是重要的環境因子，分別由ha2002土壤溫度傳感器、fds-100土壤水分傳感器、tgs4160二氧化碳傳感器實時采集后經調理電路送給控制器（此為現有技術，故具體采集、調理過程在此不再詳述），為確保農業大棚內環境均衡性，可采用多個傳感器進行多點測量；所述土壤營養分析系統由yn-4000土壤分析儀檢測，其操作簡單、速度快，可測土壤、肥料、植株中的氮、磷、鉀，土壤（肥料）有機質，并將結果送給控制器；所述生長狀態采集系統包括攝像頭，攝像頭連接圖像傳感器（優選型號為ov7670），圖像傳感器采集八位紅綠藍格式的植物圖像數據，有源晶振（優選型號為24mhz）為圖像傳感器提供系統時鐘，在控制器與圖像傳感器之間設有緩存器（優選型號為al422b），解決兩者之間傳輸速率不一致而至圖像時延的問題，為了自動將圖像數據自動從入緩存器還設有與非門芯片（優選型號為74hc00），產生符合緩存要求的寫時序，控制器根據接受到的植物圖像數據結合呼吸系統采集的數據、土壤營養分析系統數據進行分析，控制噴施一體裝置、施肥裝置、光照裝置排風裝置進行自動調控。

實施例九，在實施例一的基礎上，所述控制器包括型號為stc15f2k60s2單片機u2，其功耗低、速度快，有三路pwm口，用于接收土壤溫度、水分、營養、二氧化碳濃度、植物生長狀態等信息，通過內部程序分析，自動調控農業大棚內環境，控制排風裝置、噴施一體裝置、施肥裝置、光照裝置作業，設有通訊接口，與互聯網連接，單片機u2的引腳14連接電源+5v，單片機u2的引腳16連接地，單片機u2的引腳11、引腳12為時鐘端，由晶振y2、電容c8、電容c9外部震蕩來提供時鐘信號，單片機u2的引腳39、引腳6分別連接程序下載口p1的引腳3、引腳2，程序下載口p1的引腳4連接電源+5v，程序下載口p1的引腳1連接地，用于把電腦上軟件程序燒錄到單片機u2；通信接口是單片機與人機接口進行通訊的接口電路，本發明采用通用的rs232接口，包括電平轉換芯片u3，電解電容e1、e2、e3、e4組成電平轉換芯片u3的電荷泵部分，將+5v電源轉換為±12v的電源，電平轉換芯片u3的引腳11、引腳12分別連接單片機u2的串行發送端引腳19、串行接收端引腳18，電平轉換芯片u3的引腳13、引腳14分別連接通訊接口j2的引腳3、引腳2，電平轉換芯片u3的引腳16為電源端，經電解電容e5濾除干擾后接電源+5v，電平轉換芯片u3的引腳15連接地，通訊接口j3的引腳1連接電源+5v，通訊接口j3的引腳5連接地，通過網絡傳送過程為現有技術，故具體傳送過程在此不再詳述。

實施例十，在實施例一的基礎上，所述人機界面根據監控到農業大棚的實時狀態、歷史數據建立預測模型，對未來調控的對象、參數采用時間序列分析法進行預測，表格式通過打印機打印出來，可設置警報臨界值，超過臨界值產生警報，通知作業員處理，時間序列分析法是一種動態數據處理的統計方法，步驟為：1，根據監控到農業大棚的實時狀態數據得到時間序列動態數,2，根據動態數據作變化的趨勢和周期圖3，預測到過程要偏離目標時，便可進行必要的控制。

本發明在使用時，型號為stc15f2k60s2單片機u2為核心的控制器預先內部植入程序，上電系統初始化，程序掃描，檢測到以下任一值有效時一、呼吸系統中土壤溫度傳感器（ha2002）、土壤水分傳感器（fds-100）、二氧化碳傳感器（tgs4160）在植物生長關鍵階段內，采集的農業大棚內植物的生長環境參數是否超出閾值，發出控制信息給單片機；二、土壤營養分析系統由yn-4000土壤分析儀檢測土壤、肥料、植株中的氮、磷、鉀，土壤（肥料）有機質，并將所測結果送給單片機；三、生長狀態采集系統中圖像傳感器（ov7670）將攝像頭拍攝的植物生長狀態轉化為植物圖像數據實時傳輸給單片機；四、生長周期定時系統是否發出植物生長關鍵階段（種子發芽期、植物根莖葉生長期、植物開花期、植物結果期）的控制信息給單片機；單片機經加權平均法數據融合處理分析，輸出控制指令控制噴施一體裝置、施肥裝置、光照裝置、排風裝置進行自動調控，通過地理信息系統gis、全球定位系統cps以及4g通訊網絡組成的3s技術傳送到人機界面，能以地圖的形式，直觀顯示時間、位置、參數的實時狀態，采用時間序列分析法結合歷史數據建立預測模型，方便用戶提前采取措施，及時調控，具體為當檢測植物需要澆水時，單片機控制伸縮管上第一驅動裝置和伸出壁上連接的第二驅動裝置調節好萬向管伸出的長度與角度打開噴頭實施噴水，單片機控制高壓泵將水抽入儲水箱，排出閥由單片機u2輸出的pwm脈沖控制開閉和開度，由單片機控制電機驅動平移機構在導軌上做移動，進而噴淋整個大棚，速度快，效率高；當檢測植物需要光照時，光照裝置根據不同植物的不同的生長階段、生長狀態，調整光照的時長、光強等技術參數，用每天持續照射12-16小時可完全替代陽光；當檢測植物需要施肥時，可開啟施肥裝置（多用于不易溶解的固體施肥，此為現有技術）或采用把液肥或植物生長劑和水按比例融入水箱，經攪拌桶攪拌均勻后，單片機控制伸縮管上第一驅動裝置和伸出壁上連接的第二驅動裝置調節好萬向管伸出的長度與角度打開噴頭進行噴淋施肥，還可把殺蟲劑和水按比例融入水箱，經攪拌桶攪拌均勻后進行殺蟲操作；當檢測植物需要排風時，排風裝置開啟。

以上所述是結合具體實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明具體實施僅局限于此；對于本發明所屬及相關技術領域的技術人員來說，在基于本發明技術方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、數據的替換，都應當落在本發明保護范圍之內。