一种农业大棚物联网智慧控制结构及装置的制作方法

1.本实用新型属于智慧农业大棚种植领域，尤其涉及一种农业大棚物联网智慧控制结构及装置。


背景技术：

2.农业大棚种植能够带来许多好处，其中不乏反季节农产品的生产，并为作物提供良好的生长环境，从而为农业产能的提升创造条件。目前，农业大棚中生产及监测设备的操作，如卷帘机的控制、灌溉设备的控制、温湿度显示、土壤ph及导电度的采集等仍普遍采用传统模式，其主要存在的问题及缺陷为：
3.(1)就地手动控制及现场人工抄表，管理成本高，管理效率低下。
4.(2)无法实现农业大棚的自动化、智能化、信息化管理。
5.(3)尤其是对于分布式、大规模的农业大棚设备的操作、管理、维护十分困难。 (4)无法实现对农业大棚种植过程中的各项数据进行大数据管理和分析，缺乏科学种植的数据支撑。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种农业大棚物联网智慧控制结构。
7.本实用新型是这样实现的，一种农业大棚物联网智慧控制结构，包括：控制部、服务器、ac220v卷帘机正转接口、ac220v卷帘机反转接口、ac380v 卷帘机正转接口、ac380v卷帘机反转接口、ac380v水泵接口、ac220v水泵接口、限位开关1接口、限位开关2接口；其中控制部包括：智能网关、控制组件以及传感器；智能网关分别与服务器、控制组件以及传感器相连；控制组件还分别与ac220v卷帘机正转接口、ac220v卷帘机反转接口、ac380v卷帘机正转接口、ac380v卷帘机反转接口、ac380v水泵接口、ac220v水泵接口、限位开关1接口、限位开关2接口相连。
8.进一步地，农业大棚物联网智慧控制结构还包括移动终端，移动终端与智能网关相连。
9.进一步地，传感器包括：土壤ph传感器、土壤ec传感器、土壤氮磷传感器、温湿度传感器。
10.本实用新型的另一目的在于提供一种安装了以上农业大棚物联网智慧控制结构的农业大棚物联网智慧控制装置。
11.结合上述的技术方案和解决的技术问题，从以下几方面分析本实用新型所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
12.第一，本实用新型综合运用了数字传感技术、计算机信息技术、工业自动化控制和网络通信技术，是围绕农业大棚种植过程中的数据监测、设备控制、报警预警等业务需求构建的“互联网 农业”现代农业生产模式，可实现农业大棚卷帘机卷帘、放帘、灌溉水泵的就地、远程控制，同时将土壤ph、土壤ec、土壤氮磷、温湿度的监测数据上报至服务器或物联网
平台，当监测数据超限时向管理人员推送报警信息。
13.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本实用新型所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
14.本实用新型的开发使用，可有效解决上述问题，能够真正实现农业生产自动化、管理智能化、数据在线化，最终达到提高产量、改善品质、节省人力、提高经济效益的目的。
15.第三，作为本实用新型的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
16.本装置是基于提高农业大棚生产种植的自动化、智能化、信息化而开发，集成了数字传感技术、计算机信息技术、工业自动化控制和网络通信技术。
17.1.可靠性高。
18.(1)本装置采用就地、远程双重控制模式，在通常情况下，用户可配套相应的移动终端通过本装置对大棚设备和数据进行远程监控；当出现网络中断或其他紧急状况时，可使用就地手动操作。
19.(2)本装置中智能网关采用mqtt(message queuing telemetry
20.transport，消息队列遥测传输协议)协议，mqtt(是一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的“轻量级”通讯协议，最大优点在于，用极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，其在物联网、小型设备、移动应用等方面有着十分广泛的应用。其通讯质量qos采用级别为1，从而可以确保在数据交换过程中不会发生数据丢失。
21.2.便捷性高。通过本装置配置好终端监控界面后，管理人员即可进行远程的设备操作及数据监测，无须进入现场，即使设备离线或通讯信号较差，管理人员也可在远程及时收到通知进行处理。
22.3.安全性高。网关与服务器/物联网平台进行数据交换采用多种数据加密形式，确保在数据传输过程中的网络安全。
23.4.经济性好。大棚监测数据，如温湿度、ph、ec等并不会持续瞬时变化，如果持续上报将会对带宽和流量产生极大的浪费，对于服务器也会产生较大的压力。本装置数据上报方式可设置定时上报和变化上报，避免监测数据无价值的持续上报，从而节省带宽和流量，减轻服务器端压力。
24.5.通用性高。
25.(1)本装置对外可采用接线端子作为接入端口，并提供ac 380v和ac
26.220v两种电压等级，可满足绝大部分卷帘机和水泵接入。
27.(2)本装置配置的智能网关可提供与服务器及阿里、腾讯等主流物联网平台的接入服务，方便进行web、移动终端的配套开发。
附图说明
28.图1是本实用新型实施例提供的控制系统结构图。
29.图2是本实用新型实施例提供的装置控制电路示意图。
30.图3是本实用新型实施例提供的装置面板示意图。
31.图中：01、控制部；02、服务器；03、移动终端；04、ac220v卷帘机正转接口；05、ac220v卷帘机反转接口；06、ac380v卷帘机正转接口；07、ac380v 卷帘机反转接口；08、
ac380v水泵接口；09、ac220v水泵接口；10、限位开关1接口；11、限位开关2接口；011、智能网关；012、控制组件；013、土壤 ph传感器；014、土壤ec传感器；015、土壤氮磷传感器；016、温湿度传感器； 041、ac 220v卷帘机正转指示灯；051、ac 220v卷帘机反转指示灯；042、 ac 220v卷帘机正转按钮；045、ac 220v卷帘机停止按钮；052、ac 220v卷帘机反转按钮；061、ac 380v卷帘机正转指示灯；071、ac 380v卷帘机反转指示灯；062、ac 380v卷帘机正转按钮；067、ac 380v卷帘机停止按钮；072、 ac 380v卷帘机反转按钮；081、ac 380v水泵运行指示灯；082、ac 380v水泵启动按钮；083、ac 380v水泵停止按钮；091、ac 220v水泵运行指示灯； 092、ac 220v水泵启动按钮；093、ac 220v水泵停止按钮；19、电源开关； 20、dc 24v电源；01204、ac 220v卷帘机控制组件；01206、ac 380v卷帘机控制组件；01208、ac 380v水泵控制组件；01209、ac 220v水泵控制组件； 3456、传感器接入口；6543、输出端口。
具体实施方式
32.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
33.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本实用新型如何具体实现，该部分是对本实用新型技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
34.如图1所示，本实用新型提供了一种农业大棚物联网智慧控制结构，包括：控制部(01)、服务器(02)、ac220v卷帘机正转接口(04)、ac220v卷帘机反转接口(05)、ac380v卷帘机正转接口(06)、ac380v卷帘机反转接口 (07)、ac380v水泵接口(08)、ac220v水泵接口(09)、限位开关1接口 (10)、限位开关2接口(11)；控制部(01)包括：智能网关(011)、控制组件(012)以及传感器；智能网关(011)分别与服务器(02)、控制组件 (012)以及传感器相连；控制组件(012)还分别与ac220v卷帘机正转接口 (04)、ac220v卷帘机反转接口(05)、ac380v卷帘机正转接口(06)、 ac380v卷帘机反转接口(07)、ac380v水泵接口(08)、ac220v水泵接口 (09)、限位开关1接口(10)、限位开关2接口(11)相连。
35.进一步地，本实用新型还包括移动终端(03)，与智能网关(011)相连。各控制组件实现对农业大棚生产过程中的卷帘机、灌溉水泵进行控制，由断路器、接触器、继电器组成。控制组件共提供6组控制回路，分别为ac 220v卷帘机电机正转控制回路、ac 220v卷帘机电机反转控制回路、ac 380v卷帘机电机正转控制回路、ac 380v卷帘机电机反转控制回路、ac 220v水泵控制回路及ac 380v水泵控制回路。
36.进一步地，本实用新型的传感器包括：土壤ph传感器(013)、土壤ec 传感器(014)、土壤氮磷传感器(015)、温湿度传感器(016)。传感器采集到实时数据通过4-20ma信号传输至智能网关。
37.智能网关，采用mqtt通讯协议，支持边缘计算及4g信号传输，实现数据处理、数据上报及指令接收，同时，智能网关集成数字量输出模块，该模块实现对控制组件中控制回路的指令输出。其中数据处理功能主要是将传感器发送来的4-20ma信号转换为实际的工程量数据；数据上报功能分为定时上报和变化上报，定时上报是指按照设定的时间间隔定时向服务器或物联网平台上报数据，变化上报是指当传感器采集的数据较前一数据发生变化时才进行上报；指令接收是指智能网关可接收服务器发送的指令并执行相关的输出操作。另
外，在智能网关中可对温湿度指标设置上下限报警及报警关联电话，当实际的温湿度超过设置的上下限时，智能网关会向预先设置的报警关联电话发送报警短信。使用前，可通过rs485串口将智能网关与计算机连接，通过计算机来设置数据的上报形式，时间间隔，报警上下限等。
38.二、应用实施例。为了证明本实用新型的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对本实用新型技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
39.本实用新型还提供了一种安装了以上农业大棚物联网智慧控制结构的农业大棚物联网智慧控制装置。
40.图2为本实用新型提供的农业大棚物联网智慧控制装置的控制电路，包括：电源开关(19)、dc24v电源(20)、ac 220v卷帘机控制组件(01204)、ac 380v 卷帘机控制组件(01206)、ac 380v水泵控制组件(01208)、ac 220v水泵控制组件(01209)、传感器接入口(3456)、输出端口(6543)。
41.图3为本实用新型提供的农业大棚物联网智慧控制装置的面板，包括：ac 220v卷帘机正转按钮(042)、ac 220v卷帘机反转按钮(052)、ac 220v卷帘机停止按钮(045)、ac 380v卷帘机正转按钮(062)、ac 380v卷帘机反转按钮(072)、ac 380v卷帘机停止按钮(067)、ac 380v水泵启动按钮(082)、 ac 380v水泵停止按钮(083)、ac 220v水泵启动按钮(092)、ac 220v水泵停止按钮(093)。
42.进一步地，本实用新型提供的农业大棚物联网智慧控制装置的面板还包括： ac 220v卷帘机正转指示灯(041)、ac 220v卷帘机反转指示灯(051)、ac 380v 卷帘机正转指示灯(061)、ac 380v卷帘机反转指示灯(071)、ac 380v水泵运行指示灯(081)、ac 220v水泵运行指示灯(091)。
43.实际操作时，ac 220v卷帘机电机正转控制回路：由1台ac 220v断路器、 2台ac 220v接触器组成，通过辅助的常闭接点与ac 220v卷帘机电机反转控制回路互锁，智能网关输出的正转启动信号接点(常开干接点)、正转停止信号接点(常闭干接点)及限位开关常闭接点1接入该回路中。整个回路通过接线端子提供对外接口，可接入4kw以下卷帘机；ac 220v卷帘机电机反转控制回路：由1台ac 220v断路器、2台ac 220v接触器组成，通过辅助的常闭接点与ac 220v卷帘机电机正转控制回路互锁，智能网关输出的反转启动信号接点 (常开干接点)、反转停止信号接点(常闭干接点)及限位开关常闭接点2串联至该回路中。整个回路通过接线端子提供对外接口，可接入4kw以下卷帘机； ac 380v卷帘机电机正转控制回路：由1台ac 380v断路器、2台ac 380v接触器组成，通过辅助的常闭接点与ac 380v卷帘机电机反转控制回路互锁，智能网关输出的正转启动信号接点(常开干接点)、正转停止信号接点(常闭干接点)及限位开关常闭接点1串联至该回路中。整个回路通过接线端子提供对外接口，可接入4kw以下卷帘机；ac 380v卷帘机电机反转控制回路：由1台 ac 380v断路器、2台ac 380v接触器组成，通过辅助的常闭接点与ac 380v 卷帘机电机正转控制回路互锁，智能网关输出的反转启动信号接点(常开干接点)、反转停止信号接点(常闭干接点)及限位开关常闭接点2串联至该回路中。整个回路通过接线端子提供对外接口，可接入4kw以下卷帘机；ac 220v水泵控制回路：由1台ac 220v断路器、1台ac 220v接触器组成，智能网关输出的水泵启动信号接点(常开干接点)、水泵停止信号接点(常闭干接点)串联至该回路中。整个回路通过接线端子提供对外接口，可接入4kw以下水泵；ac 380v水泵控制回路：由1
台ac 380v断路器、1台ac 380v接触器组成，智能网关输出的水泵启动信号接点(常开干接点)、水泵停止信号接点(常闭干接点)串联至该回路中。整个回路通过接线端子提供对外接口，可接入4kw以下水泵。
44.三、以下利用实际案例介绍本实用新型的具体操作流程：
45.实际案例的客观条件为：农业大棚一间，配套有ac 380v卷帘机1台，浇灌用ac 220v水泵1台，同时要求对大棚内温湿度、土壤ph、土壤导电度及土壤氨氮数据进行实时监测并上报服务器。服务器端根据大棚温度来自动控制卷帘机的卷帘和放帘，根据湿度来自动控制浇灌水泵的启停，同时根据土壤ph、ec、氨氮含量来调整施肥策略。实际操作时：
46.1.将智能网关通过rs485串口与计算机连接，在计算机上设置网关的数据上报方式，时间间隔及报警上下限及接收报警的邮箱或手机号码。设置完毕后将 4g通讯卡装入网关卡槽。
47.2.将本装置安置在大棚合适位置，并接入av 220v电源。
48.3.将卷帘机电机接线接入装置中ac 380v正反转接口，水泵接线接入装置中ac
49.220v接口。
50.4.将温湿度传感器、土壤ph传感器、土壤ec传感器及土壤氨氮传感器接入装置的传感器接口。
51.5.将装置内电源开关合闸，此时装置内所有元件得电进入工作状态。
52.6.装置表面的卷帘机、水泵操作按钮，可实现卷帘机卷帘、放帘，水泵启停的功能。
53.7.各传感器测量到的数据以4-20ma信号的形式发送至智能网关，智能网关将4-20ma电流信号解析为实际的测量数据，并将解析好的数据打包为json格式，采用mqtt协议通过具有发布权限的topic上报至服务器。若将上报模式设置为变化上报，则只有数据发生变化时才上报服务器；若将上报模式设置为定时上报，如设置时间间隔为3分钟，则每隔3分钟将向服务器上报一次数据。
54.8.当服务器端需要控制卷帘机或水泵时，采用mqtt协议将指令以json格式通过具有订阅权限的topic下发给智能网关，智能网关将指令进行解析，并根据解析后的指令控制其相应的通道进行信号输出，该输出信号串联在卷帘机或水泵的控制回路当中，从而实现了对卷帘机或水泵的远程控制。
55.9.当监测的数据超过预先设置的报警上下限时，装置通过网关会将该报警信息推送至预先设置的邮箱或手机端。
56.在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
57.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。