(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811281366.5
(22)申请日 2018.10.31
(71)申请人 浙江工业大学之江学院
地址 312000 浙江省绍兴市柯桥区柯桥街
道柯华路958号
(72)发明人 应亚萍 尤传奎 张建奇 朱向军
王洁
(74)专利代理机构 上海精晟知识产权代理有限
公司 31253
代理人 冯子玲
(51)Int.Cl.
G05D 27/02(2006.01)
(54)发明名称一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统(57)摘要本发明公开了一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，包括传感器模块，AD转换模块，树莓派模块，显示模块，执行模块；所述的传感器模块包括温度传感器、土壤湿度传感器和光照传感器；所述的土壤湿度传感器和光照传感器与AD转换模块相连，所述的温度传感器与树莓派模块相连；所述的AD转换模块与树莓派模块相连，所述的树莓派模块还分别与显示模块、执行模块相连；所述的树莓派模块与云平台服务器数据相连；所述的云平台服务器通过移动网络与手机客户端相连。本发明通过树莓派采集数据，并以无线网络为基础，上传数据到服务器，从而实现了大棚温度自动检测、 显示和控制。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 109460093 A 2019.03.12
C N 109460093
A
1.一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，其特征在于，包括传感器模块，AD转换模块，树莓派模块，显示模块，执行模块；所述的传感器模块包括温度传感器、土壤湿度传感器和光照传感器；所述的土壤湿度传感器和光照传感器与AD转换模块相连，所述的温度传感器与树莓派模块相连；所述的AD转换模块与树莓派模块相连，所述的树莓派模块还分别与显示模块、执行模块相连；所述的树莓派模块与云平台服务器数据相连；所述的云平台服务器通过移动网络与手机客户端相连。
2.如权利要求1所述的一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，其特征在于，所述的AD转换模块通过串行采集I2C数据总线接口与树莓派模块相连。
3.如权利要求1所述的一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，其特征在于，所述的温度传感器用来采集农业大棚温度，采用包含有已校准数字信号量输出的温湿度复合型DHT12数字式型温湿度传感器；所述的温度传感器通过I2C通讯接口与树莓派模块相连。 4.如权利要求1所述的一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，其特征在于，所述的光照传感器用来检测光线亮度，具有方向性，只感应传感器正前方的光源，采用光敏二极管制作而成。
5.如权利要求1所述的一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，其特征在于，所述的土壤湿度传感器采用土壤探头，当土壤中含有水分时，土壤的电阻值进行变化，此时土壤探头相当于串联了土壤的电阻，当水分越大，土壤探头的阻值越小，输出电压越小，说明湿度越大；水分越小，土壤探头串联的阻值越大，输出电压越大，说明湿度越小。
6.如权利要求1所述的一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，其特征在于，所述的显示模块采用有机电发光二极管制成的OLED显示屏，所述的显示模块也通过I2C通讯接口与树莓派模块相连。
7.如权利要求1所述的一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，其特征在于，所述的执行模块采用继电器，是以小电流控制大电流的一种开关，在电流通过线圈时产生磁力，使得开关吸合，达到控制大电流的目的；所述的执行模块通过GPIO端口与树莓派模块相连。
8.如权利要求1所述的一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，其特征在于，所述的树莓派模块采用基于ARM内核的微型电脑主板，以内存卡做为内存硬盘；所述的树莓派模块通过HTTP通讯接口与云平台服务器数据相连。
权 利 要 求 书1/1页CN 109460093 A
一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统。
背景技术
[0002]农业大棚智能化，能提高农作物的产量，增加农民的收入。在当代科技发展十分迅速的时代，由于人们知识水平的提升，越来越多的人不再愿意去从事高强度的工作，农业人力资源的匮乏是社会发展必定会遇到的难题，农业人力资源的匮乏所导致的必然结果一定就是人力成本的提高。古人云民以食为天，粮食问题一直是当今社会受关注的问题，在人力成本不断提升的时代，所幸的是科技的发展也带来了解决的方案。在大棚邻域实现物联网与智能控制相结合的技术方案，在一定的程度上带来的好处不止止是减少了人力成本的投入，对于农作物的高产出也做了一个保障。
[0003]就目前中国农业发展现状而言，大棚种植可以生产反季蔬菜，给农民带来更高的利润回报，已成为中国一些地区的主要产业。棚内温度的收集与控制直接关系到农作物的生长，传统人工处理方法已不能满足农业现代化的要求。温度的实时收集和自动控制研究是当前的热点。蔬菜大棚种植形式在蔬菜种植产业中发展迅猛，为蔬菜种植户带来了可观的经济效益，但是大棚本身有着较繁琐的构建工序，所需原材料从钢筋、水泥支撑、塑料、草毡、拉棚和放棚的自动化装置等等，加上建造劳动力投入，所需要的成本往往高达十余万元。因此，蔬菜大棚在建造以后，如何在最短时间内实现最大的经济效益，以尽
快的缩短成本回收周期，就成为大棚从业人员不得不考虑的问题。这其中如何保证大棚蔬菜的成长质量，也就成为了影响经济效益的关键因素。在现代蔬菜大棚种植技术中，光照、温度、湿度、二氧化碳浓度可谓是大棚蔬菜能否茁壮生长或者说是高产高质的四要素。
[0004]常规的蔬菜大棚设施比较陈旧，光照、温度、湿度、二氧化碳浓度的采集方式相对落后。比如温度的采集，在相当地区依然采用煤油温度计，费时费力，不利于大棚产量的提高和生产规模的扩大。而对于光照、温度、湿度、二氧化碳浓度的控制更是有赖于人工调整，依赖于人工作业对湿度和二氧化碳浓度监控和管理，往往造成监管的不到位。
发明内容
[0005]本发明目的在于提供了一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，本发明将智能化控制系统应用到大棚种植上，采用温度、湿度、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过数据采集分析，对棚内的水帘、风机、遮阳板等设施实施监控，从而改变大棚内部的生物生长环境。将智能化控制系统应用到大棚生产以后，产量与质量比人工控制的大棚都会有极大的提高，可极大的降低劳动力成本。本发明通过树莓派采集数据，并以无线网络为基础，上传数据到服务器，从而实现了大棚温度自动检测、显示和控制。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，包括传感器模块，AD转换模块，树莓派模块，显示模块，执行模块；所述的传感器模块包括温度传感器、土壤湿度传感器和光照传感
器；所述的土壤湿度传感器和光照传感器与AD转换模块相连，所述的温度传感器与树莓派模块相连；所述的AD转换模块与树莓派模块相连，所述的树莓派模块还分别与显示模块、执行模块相连；所述的树莓派模块与云平台服务器数据相连；所述的云平台服务器通过移动网络与手机客户端相连。
[0007]所述的AD转换模块通过串行采集I2C数据总线接口与树莓派模块相连。
[0008]所述的温度传感器用来采集农业大棚温度，采用包含有已校准数字信号量输出的温湿度复合型DHT12数字式型温湿度传感器；所述的温度传感器通过I2C通讯接口与树莓派模块相连。
[0009]所述的光照传感器用来检测光线亮度，具有方向性，只感应传感器正前方的光源，采用光敏二极管制作而成。
[0010]所述的土壤湿度传感器采用土壤探头，相当于电压表的黑白表笔，其工作原理是当土壤中含有水分时，土壤的电阻值进行变化，此时土壤探头相当于串联了土壤的电阻，当水分越大，土壤探头的阻值越小，输出电压越小，说明湿度越大；水分越小，土壤探头串联的阻值越大，输出电压越大，说明湿度越小。
[0011]所述的显示模块采用有机电发光二极管制成的OLED显示屏；所述的显示模块也通过I2C通讯接口与树莓派模块相连。
[0012]所述的执行模块采用继电器，是以小电流控制大电流的一种开关，在电流通过线圈时产生磁力，使得开关吸合，达到控制大电流的目的；所述的执行模块通过GPIO端口与树莓派模块相连。本发明继电器采用4路继电器，最大负载：交流250V/10A，直流30V/10A，工作电压为5V，9V，12V，24V，其中触发方式可通过跳帽选择为高电平或低电平触发。
[0013]所述的树莓派模块，简称Rpi，采用基于ARM内核的微型电脑主板，以内存卡做为内存硬盘；所述的树莓派模块通过HTTP通讯接口与云平台服务器数据相连。
[0014]本发明的有益效果是：本发明将智能化控制系统应用到大棚种植上，采用温度、湿度、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过数据采集分析，对棚内的水帘、风机、遮阳板等设施实施监控，从而改变大棚内部的生物生长环境。将智能化控制系统应用到大棚生产以后，产量与质量比人工控制的大棚都会有极大的提高，可极大的降低劳动力成本。本发明通过树莓派采集数据，并以无线网络为基础，上传数据到服务器，从而实现了大棚温度自动检测、显示和控制。
附图说明
[0015]图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0016]实施例1
本实施例的一种基于树莓派的农业大棚智能控制系统，如图1所示，包括传感器模块，AD转换模块1，树莓派模块2，显示模块3，执行模块4；所述的传感器模块包括温度传感器5、土壤湿度传感器6和光照传感器7；所述的土壤湿度传感器6和光照传感器7与AD转换模块1相连，所述的温度传感器5与树莓派模块2相连；所述的AD转换模块1与树莓派模块2相连，所述的树莓派模块2还分别与显示模3块、执行模块4相连；所述的树莓派模块2与云平台服务
器8数据相连；所述的云平台服务器8通过移动网络与手机客户端9相连。
[0017]所述的AD转换模块1通过串行采集I2C数据总线接口与树莓派模块2相连；实现模拟信号到数字信号的转换，采集的数据信息送到树莓派进行处理。
[0018]所述的温度传感器5用来采集农业大棚温度，采用包含有已校准数字信号量输出的温湿度复合型DHT12数字式型温湿度传感器；所述的温度传感器5通过I2C通讯接口与树莓派模块2相连。
[0019]所述的光照传感器7用来检测光线亮度，具有方向性，只感应传感器正前方的光源，采用光敏二极管制作而成。
[0020]所述的土壤湿度传感器6采用土壤探头，相当于电压表的黑白表笔，其工作原理是当土壤中含有水分时，土壤的电阻值进行变化，此时土壤探头相当于串联了土壤的电阻，当水分越大，土壤探头的阻值越小，输出电压越小，说明湿度越大；水分越小，土壤探头串联的阻值越大，输出电压越大，说明湿度越小。
[0021]所述的显示模块3采用有机电发光二极管制成的OLED显示屏，所述的显示模块3也通过I2C通讯接口与树莓派模块2相连；所述的树莓派模块2内部执行软件控制数据送往OLED显示模块3进行显示。
[0022]所述的执行模块4采用继电器，是以小电流控制大电流的一种开关，在电流通过线圈时产生磁力，使得开关吸合，达到控制大电流的目的。本发明继电器采用4路继电器，最大负载：交流250V/10A，直流30V/10A，工作电压为5V，9V，12V，24V，其中触发方式可通过跳帽选择为高电平或低电平触发。所述的执行模块4通过GPIO端口与树莓派模块2相连。[0023]所述的树莓派模块2，简称Rpi，采用基于ARM内核的微型电脑主板，以内存卡做为内存硬盘。所述的树莓派模块通过HTTP通讯接口与云平台服务器数据相连；
本实施例软硬件结合的形式。数字信号传送给树莓派模块2，模拟信息通过AD转换模块1转换成数字信号后传送给树莓派模块2，继电器开关信号也由树莓派模块2控制，树莓派模块2再通过HTTP上传给云平台服务器8。手机端与网页端通过HTTP获取云平台服务器8的数据并显示以及控制树莓派模块2的继电器开关。
[0024]具体为：温度传感器5测得的温度通过I2C总线使树莓派模块2获取到实时的温度值，上传到云平台服务器8，再通过I2C总线获取光照传感器7测得光照的AD值，取十次的平均值通过AD转换模块1转换成数字信号后传送给树莓派模块2并且上传云平台服务器8；再通过土壤湿度传感器6获取土壤湿度的值，取十次的平均值通过AD转换模块1转换成数字信号后传送给树莓派模块2并且上传云平台服务器8；然后从云平台服务器8获取开关状态并控制继电器开关的状态。然后获取云平台服务器8上的设定阈值，更新云平台服务器8上的触发器的值，并判断是否超过阈值，如果有则对网页上的开关状态更新等待下一次程序对开关状态的获取。之后在显示模块3的oled显示屏上显示温度、土壤湿度、光照。最后循环执行以上的步骤。
[0025]本实施例将智能化控制系统应用到大棚种植上，采用温度、湿度、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过数据采集分析，对棚内的水帘、风机、遮阳板等设施实施监控，从而改变大棚内部的生物生长环境。将智能化控制系统应用到大棚生产以后，产量与质量比人工控制的大棚都会有极大的提高，可极大的降低劳动力成本。本实施例通过树莓派采集数据，并以无线网络为基础，上传数据到服务器，从而实现了大棚温度自动检测、显
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