一种可移动温室大棚智能监控系统

1.本实用新型涉及农业自动化技术领域，具体为一种可移动温室大棚智能监控系统。


背景技术：

2.当前以高科技智能温室大棚为代表的设施农业得到了广泛应用，而且农村的温室大棚种植已逐渐形成规模，摆脱了对自然灾害的影响。
3.但是现在的温室大棚还面临着许多需要解决的问题，比如：第一，温室大棚的智能化程度还是离不开人员的监控，依靠人员进行操作，监控效率低；第二，独立大棚面积广泛，传统的温度监控措施不能有效监控大棚内各个区域的温度现状，移动性较差且存在一定误差；第三，数据采集端与监控端需要通过很多很长的通信线进行连接，从而使得系统安全性以及稳定性不高；第四，实时监控系统设备昂贵，在农村无法大规模推广与实施；第五，单独的温度监控不能满足现实的多类型大棚监控需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种可移动温室大棚智能监控系统，可对大棚不同区域的农作物生长环境进行实时监控，降低人力成本，提高检测效率。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种可移动温室大棚智能监控系统，包括导轨、控制盒、环境参数采集模块、控制模块、图像采集模块和电机驱动器：
7.所述导轨沿温室大棚的长度方向水平设置在温室大棚中，控制盒沿水平方向活动设置在导轨的一侧，控制盒中设置有控制模块、步进电机和电机驱动器，控制模块的输出端与电机驱动器的输入端连接，电机驱动器的输出端与步进电机的输入端连接，步进电机的输出端连接在传动机构的动力输入端，传动机构的动力输出端连接有驱动轮和从动轮，驱动轮和从动轮在导轨中贴合设置，图像采集模块固定设置在控制盒的外侧，图像采集模块的输出端与控制模块的输入端连接；
8.所述的环境参数采集模块嵌入在控制盒上的通孔中，环境参数采集模块的输出端与控制模块的输入端连接，环境参数采集模块用于采集温室大棚中的温度、湿度、光照和二氧化碳浓度，控制模块通过wifi模块与计算机信息交互。
9.优选的，所述温室大棚的内侧顶部安装有滑轨，控制盒的上表面固定有支撑杆，支撑杆的顶端设置有万向轮，万向轮滑动设置在滑轨中。
10.优选的，所述的环境参数采集模块包括间隔地安装在控制盒底部的温度传感器、温湿度传感器、光敏传感器和二氧化碳传感器，温度传感器、光敏传感器和二氧化碳传感器的输出端均与控制模块的输入端连接，温湿度传感器的湿度输出端与控制模块的输入端连接。
11.优选的，所述步进电机的转子转动插接在控制盒的一侧，转子上安装有齿轮，齿轮
与驱动轮连接，从动轮转动设置在控制盒的一侧，从动轮与驱动轮位于控制盒的同一侧，从动轮与驱动轮之间安装有履带，履带与导轨贴合设置。
12.优选的，还包括电源模块，所述电源模块包括太阳能电池板、太阳能电源控制器和蓄电池，太阳能电池板连接在太阳能电源控制器的输入端，太阳能电源控制器的输出端分别与蓄电池、控制模块、步进电机和图像采集模块的输入端连接。
13.进一步，所述的太阳能电池板安装在控制盒外部的上方，蓄电池和太阳能电源控制器安装均在控制盒的内壁顶部。
14.优选的，所述的图像采集模块为智能云台摄像头。
15.优选的，还包括与控制模块输入端连接的红外热释电传感器，红外热释电传感器安装在控制盒中。
16.优选的，所述的控制模块为型号是stm32103c8t6的单片机。
17.进一步，所述wifi模块的型号为esp8266安可信-12f，控制模块的输出端与wifi模块的输入端连接。
18.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
19.本实用新型一种可移动温室大棚智能监控系统，通过先将控制盒沿水平方向活动搭载在导轨的一侧，这样可通过步进电机和电机驱动器来设置相应的传动机构，使驱动轮和从动轮在导轨中运动，进而带动控制盒在导轨中运动，而导轨沿温室大棚的长度方向水平在温室大棚中，这样可进一步在控制模块的输入端连接图像采集模块和可采集温室大棚中温度、湿度、光照和二氧化碳浓度的环境参数采集模块，这样控制模块便可采集到温室大棚内的作物图像信息和环境参数的多区位数据，经过整合并转化后可通过wifi模块与计算机进行信息传输，实现计算机来监控温室大棚内的作物生长状态。此外也可以通过计算机和控制模块的信息交互，进一步借助电机驱动器来控制步进电机的运动，最终达到在特定模式和区域下监控大棚内的作物生长状态的目的。本实用新型合理有效地利用了传感技术，可移动性强，占用空间小。通过计算机与控制模块的无线连接，可实时检测大棚农作物环境信息，避免了人工检测有误差，改变参数不及时的弊端，让用户在未进入大棚前就能了解大棚内各个区域农作物的生长状况。在融合图像采集模块和环境参数采集模块对大棚内作物全面监控的基础上，将它们集成在一个控制盒上，在大棚中安装导轨，控制盒可在导轨上自由行进，可以方便到达大棚不同区域进行环境数据监控，将数据发送至终端用户，方便用户对不同区域农作物生长环境的实时监控，节省了人力成本，增加了监控效率。可靠性强，硬件成本低，运行成本低，数据监控效率高，可以在农村大棚中部署，具有广阔的发展前景。
20.进一步，通过设置由太阳能电池板、太阳能电源控制器和蓄电池组成的电源模块，可为控制模块、步进电机和图像采集模块供电。采用太阳能供电系统，节约成本，安全无风险，使用寿命长，可以储能，方便特殊情况的需要，使系统具有更高的可靠性。该系统采用低能耗设计，采用太阳能供电，使其使用更加节能环保。
21.进一步，采用智能云台摄像头获取图像信息，实时监控大棚内的作物生长状态以及大棚的安全信息，并可使用无线wifi传输，使用方便，降低人力成本。
22.进一步，在控制模块的输入端连接红外热释电传感器，可用于大棚的安全监控，并与图像采集模块结合，可实时监控，防止偷盗，提高大棚的安全，减少用户的劳动力。
附图说明
23.图1为本实用新型所述智能监控系统的结构框图。
24.图2为本实用新型所述智能监控系统的结构示意图。
25.图3为本实用新型所述智能监控系统的工作流程图。
26.图4为本实用新型所述智能监控系统中电源模块的供电原理图。
27.图5为本实用新型所述智能监控系统中的传动机构示意图。
28.图中：1-导轨；2-控制盒；3-太阳能电池板；4-环境参数采集模块；5-云台；6-摄像头；7-控制模块；8-履带；9-蓄电池；10-太阳能电源控制器；11-从动轮；12-驱动轮；13-步进电机和14-转子。
具体实施方式
29.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
30.如图1所示，本实用新型一种可移动温室大棚智能监控系统，主要包括了控制模块7、导轨1、控制盒2、图像采集模块、环境参数采集模块4、人体传感器模块、电源模块以及计算机。
31.第一方面，控制盒2中安装控制模块7、图像采集模块、人体传感器模块、环境参数采集模块4和电源模块。图像采集模块可获取大棚内的图像，其输出端与控制模块7的输入端电连接，环境参数采集模块4可以实时采集大棚内的温度、湿度，光照以及二氧化碳浓度，嵌入在控制盒2底部的通孔中，其中的温度传感器、温湿度传感器、光敏传感器和二氧化碳传感器处采用开孔嵌入式间隔设计，其输出端分别与控制模块7的输入端电连接相连，采集到的数据传送至控制模块7进行数据转化后通过wifi模块上传至计算机，或进行判断发送相应的控制指令给排风系统。
32.第二方面，导轨1沿温室大棚的长度方向水平安装于温室大棚内壁的顶端，导轨1与温室大棚顶端留有间隙，可合理利用温室大棚的空间，控制盒2沿水平方向活动布置在导轨1的一侧，这样控制盒2可在导轨1上沿精准轨迹做循环运动。在控制盒2中安装电机驱动器和步进电机13，这样可将控制模块7的输出端与电机驱动器的输入端连接，电机驱动器的输出端与步进电机13的输入端连接，在步进电机13的输出端连接一个现有的传动机构，该传动机构的动力输出端可带动驱动轮12和从动轮11在导轨1中运动。
33.如图2所示，为了保持控制盒2的平稳运动，在控制盒2内侧顶部安装滑轨，控制盒2的上表面固定支撑杆，支撑杆的顶端安装万向轮，万向轮可以滑动设置在滑轨中，这样也可减小阻力。控制模块7发送运动指令给电机驱动器，电机驱动器控制步进电机13转动，步进电机13的转子14转动可插接在控制盒2的一侧，转子14上安装齿轮，齿轮可与驱动轮12连接，而此时从动轮11也可转动设置在控制盒2的一侧，其与驱动轮12位于控制盒2的同一侧，如图5所示，从动轮11与驱动轮12之间安装履带8，履带8与导轨1贴合，齿轮起到减速的作用。步进电机13转动时，驱动控制盒2行进。步进电机13、电机驱动器位于控制盒2内的中部。
34.电源模块包括太阳能电池板3，太阳能电池板3连接在太阳能电源控制器10的输入端，太阳能电源控制器10的输出端分别与控制模块7、步进电机13、图像采集模块和蓄电池9的输入端连接，太阳能电源控制器10一方面将太阳能电池板3转化的电能存储在蓄电池9
中，如图4所示，一方面控制蓄电池10对负载设备控制模块7、步进电机13和图像采集模块供电，根据监控系统的用电需求，可输出12v/24v/36v/48/220v的不同电压。可保障驱动控制盒2行进、控制模块7以及其他部件正常运行。将太阳能电池板3安装于控制盒2外部上方，为了避免高温高湿，蓄电池9和太阳能电源控制器10安装在控制盒2内部上方，采用太阳能供电，可以降低一部分花费，节约资金，避免复杂的电力布线，安全无风险。
35.图像采集模块采用摄像头6，安装于控制盒2底部，可通过无线wifi将大棚内实时图像信息上传到客户端。摄像头6可随着控制盒2运动至目标位置，实现农作物图像采集，监控农作物的生长状况、光照度以及大棚环境安全检测。通过摄像头6也可定位控制盒2的运动位置；在夜间可与人体传感器模块结合，提高大棚的防盗性能，也在大风等恶劣天气，实时监控大棚的安全性。摄像头6具体采用智能云台摄像头，既能查看全景视频信息，也可进行语音传输。
36.人体传感器模块采用红外热释电传感器，能检测到人体或动物身上发出的红外线。基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入红外热释电传感器的感应范围时，红外热释电传感器探测到人体红外光谱的变化，自动输出高电平，人不离开感应范围，将持续输出高电平，客户端会收到控制模块7发出的报警信号，报警信号通过客户端可手动关闭；人离开后，红外热释电传感器输出低电平，客户端报警信号自动解除。
37.如图1所示，环境参数采集模块4包括温度传感器、型号为dht11的温湿度传感器、光敏传感器、二氧化碳传感器，温湿度传感器的湿度输出端与控制模块的输入端相连，温度输出端与控制模块的地线相连，可以实时获取大棚内的温度、湿度，光照以及二氧化碳浓度数据。
38.温度传感器的型号为ds18b20，是人们在日常中最经常使用的的测温传感器，具备体积小，生产成本低，精度高，抗干扰能力强的特性。它能够在3v至5.5v的电压范围内工作，相对于其它同类别元件具有更宽的电压适用范围，可以通过寄生电源接入数据线完成硬件的供电；具有特殊的一线总线接口，ds18b20型温度传感器可以通过一线总线接口实现与控制模块之间的双向通信；
39.温湿度传感器的型号为dht11，它是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。湿度精度为
±
5％rh，温度精度为
±
2℃，量程湿度为20-90％rh，温度为0～50℃，具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
40.普通的红外原理传感器的工作湿度范围一般都是95％rh以下，超过这个湿度值的时候，普通传感器很快就输出变成0或者输出满量程。因此本实用新型采用抗高湿的型号为sh-300-ds的二氧化碳传感器，它可以在0-99.5％rh下环境工作，二氧化碳传感器自带防护罩，可抗结露。
41.光敏传感器一般由光敏层、玻璃基片与电阻组成的，它的主要器件是一个对光照敏感的电阻器。用于检测大棚内的光照情况，针对不同程度的光照信息，采取不同的控制策略。
42.控制模块选择型号为stm32103c8t6的单片机，作为系统的控制器，用于实时监控图像采集模块以及环境参数采集模块。stm32f103c8t6基于armcortex-m3内核，最高工作频率为72mhz，内置64k字节的闪存和20k字节的sram。
43.控制模块7与计算机采用无线连接，建立信息交互。将处理的结果发送至计算机，
供用户查看大棚内的环境参数信息和作物生长状态。wifi模块与控制模块7连接，用于发送和接收数据。wifi模块连接大棚内固定的wlan(无线局域网)，计算机可通过网络调试助手与wifi模块建立信息通讯。当wifi模块接收到计算机发送的信息时，wifi模块通过串口与控制模块7进行通信，将接收到的数据存储到控制模块7中，控制模块7通过向电机驱动器发送指令，控制步进电机13的运转，计算机通过安装大棚智能监控上位机对大棚内数据进行监测和对控制模块7信息交互，发送控制指令。其中，上位机程序通过编程软件进行界面设计，利用传感器、摄像头和电机驱动的sdk开发工具包进行功能设计，能够满足系统需求，进而控制控制盒2在导轨1上运动模式和运动方向，以及控制摄像头6采集图像数据的角度和方向；
44.wifi模块的型号为esp8266安可信-12f，控制模块7的串口2(pa2,pa3)与wifi模块有线相连。
45.参阅图3，本实用新型一种可移动温室大棚智能监控系统，实际运作的模式分如下三种情况：
46.首先给控制模块7上电，系统初始化，检测各传感器是否有故障，有故障会有自动报警提示，无故障监控系统默认以自动运行模式启动。可通过客户端选择运行模式，监控系统可分为自动运行模式和手动控制模式以及待机模式；当系统处于自动运行模式时，控制盒2按照预定的控制方式，计算机给控制模块7发送运动指令，进而通过电机驱动器控制步进电机13转动，步进电机13转动时，驱动控制盒2行进。通过控制模块7内部定时器设定时间每隔一段时间使控制盒2向前运动一段距离，对温室大棚进行全方位，多区域，高效率监控，对采集到的图像数据和环境参数数据信息经控制模块7处理后发送给计算机，在计算机可以实时查看到大棚内的作物生长状态；当用户需要查看随机某个区位农作物的生长情况或某区域的相关信息时，可采用手动控制模式，通过计算机向控制模块7发送控制指令，控制模块7通过向电机驱动器发送指令信号，控制步进电机13的运转，进而控制控制盒2在导轨1上运作，行进至目标区位，进行图像采集和环境参数数据采集；当不需要数据监控时，可通过计算机向控制模块7发送待机信号，控制模块7向电机驱动器、摄像头6发送待机信号，保持步进电机13始终停转，摄像头停止采集图像信息，从而将监控系统设置为待机模式，环境参数采集模块4和红外热释电传感器耗电较小，可以一直检测，节省能耗。控制盒2上搭载的太阳能电池板3在有光照时，对系统进行供电，并将多余的电能存储于蓄电池9中，用于夜间控制。
47.排风系统位于大棚的两侧，与控制模块7通过wifi进行通信，当温度、湿度超过设定阈值时，控制模块7将控制指令发送给排风系统，排风系统上电运行，当达到合适温度和浓度时，停止运行。
48.本实用新型合理的利用了大棚的空间，利用可移动式监控系统，对温室大棚的各个区域进行监控，提高了监控系统的可移动性，占用空间小，可应用于智慧农业中，能节省大量的人力、时间成本，提高工作效率，达到精细管理大棚生产，增加产量和增加效益的目的。