[發明專利]一種遠程環境信息實時采集與溫室同步控制系統

在審

• 申請號: 201811028897.3
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109343478A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 華長春;劉慶宇;張宇;趙凱;李亞峰;陳健楠
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;G08C17/02
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

1.一種遠程環境信息實時采集與溫室同步控制系統，其特征在于：所述系統包括遠端地理環境信息采集系統、NB-IOT無線網絡通信系統、云端服務器、本地溫室同步控制系統、本地移動訪問控制終端和4G網絡通信系統；

所述遠端地理環境信息采集系統對遠端環境農業信息進行采集，通過NB-IOT無線網絡通信系統實時發送至云端服務器；

所述本地溫室同步控制系統通過4G網絡通信系統與云端服務器進行通信，將傳輸至云端服務器的遠端環境農業信息作為本地溫室同步控制系統中與之對應的各個執行器件的實時控制輸入信號，控制本地溫室同步控制系統的各個執行器件，從而實現本地溫室同步控制與遠端環境農業信息采集和傳輸均為實時進行，使本地溫室的溫度、濕度、光照強度以及其它環境信息與遠端地理環境保持一致，其它環境信息視生物種類不同而不同，以利于溫室內生物的生長發育，并通過4G網絡通信系統將本地溫室內的環境農業信息和監控圖像信息上傳至云端服務器；

所述本地移動訪問控制終端通過訪問云端服務器，監視并干預此自動控制過程；當遠端出現氣候異常或本地溫室數據異常，不利于生物生長發育時，本地移動訪問控制終端發出報警信號，并中斷遠端環境農業信息的控制作用，改由本地移動訪問控制終端控制；

所述遠端地理環境信息采集系統包括多個子系統，各個子系統獨立工作，且在空間上多點隨機分布；每個子系統包括電源、控制模塊、NB-IOT網絡通信模塊以及各種傳感器；電源用于給子系統提供所需電力,每個子系統中的土壤信息傳感器和空氣信息傳感器也按照多點隨機分布的原則進行排布，且各個傳感器成組使用，即每一個分布點上都是一組傳感器，對該分布點的整體農業信息進行采集；土壤信息傳感器和空氣信息傳感器通過IIC和USART與控制模塊進行通信；通過NB-IOT通信網絡，使各種傳感器對遠端環境進行全面覆蓋，每個節點將各種傳感信息匯聚至控制模塊，經控制模塊濾波處理后，由NB-IOT網絡通信模塊經NB-IOT無線網絡通信系統，發送至云端服務器；

所述本地溫室同步控制系統包括主機、顯示器、WIFI路由器以及多個子系統，且各子系統間相互獨立；每個子系統包括WIFI通信模塊、環境信息傳感器、環境信息采集模塊、主控模塊、各執行器及其控制器以及視頻監控裝置；其中，各個子系統的WIFI通信模塊與WIFI路由器組成的WIFI通信網絡負責對各個執行器的控制信號以及各個傳感器采集信號進行實時雙向傳輸；傳感器與執行器成對使用，其在溫室內的空間排布與遠端負責環境信息采集的傳感器的排布位置一一對應，實現點對點控制；所述主機與每個子系統的主控模塊進行通信，主控模塊接收來自所述主機的控制信號給執行器的控制器在執行器上執行；環境信息傳感器采集的溫室傳感信息經由環境信息采集模塊傳給主控模塊，再由主控模塊傳給所述主機；所述主機與所述云端服務器進行通信，負責控制信號的獲取以及溫室環境信息數據的上傳，主機上通過QT開發的上位機軟件能夠對云端服務器下傳的數據以及本地上傳的數據在顯示器上進行實時地顯示。

2.根據權利要求1所述的遠程環境信息實時采集與溫室同步控制系統，其特征在于：所述本地溫室同步控制系統和所述本地移動訪問控制終端均能夠通過多種通信方式訪問云端服務器，以保證本地在單一網絡通信阻塞時，仍能夠保持各系統間正常通信以及對本地溫室同步控制系統的實時控制。

3.根據權利要求1所述的遠程環境信息實時采集與溫室同步控制系統，其特征在于：所述4G網絡通信系統主要解決通信的快速性以及視頻數據的采集與傳輸問題；所述4G網絡通信系統包括有線寬帶和無線4G網絡；默認情況下使用有線寬帶網絡，突發情況下使用無線4G網絡。

4.根據權利要求1所述的遠程環境信息實時采集與溫室同步控制系統，其特征在于：所述NB-IOT無線網絡通信系統用于將所述遠端地理環境信息采集系統的信息發送至云端服務器。

5.根據權利要求6所述的遠程環境信息實時采集與溫室同步控制系統，其特征在于：在本地溫室同步控制系統中，所述主控模塊中對執行器件的控制器的設計采用ADRC控制器，使得本地溫室的環境狀態快速無超調的跟蹤上遠端傳回的環境控制信號，而且，為了保證控制效果，控制器的調節時間小于遠端環境信息的采樣周期，保證控制器使系統狀態進入穩態之前，下一個控制信號還未到達。