[發(fā)明專利]溫室植物生長環(huán)境參數(shù)的在線式監(jiān)測系統(tǒng)及其操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110562970.0
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113280859B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設計）人: 宋濤;司玉龍;崔迎港;徐曉輝;高婕;郝淼淼;趙法川;蘇彥莽
• 申請（專利權）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01J1/00;G01K13/00;G01N33/24;G01D18/00
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

1.溫室植物生長環(huán)境參數(shù)的在線式監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括電源、控制器、光照溫濕度變送器、標準土壤溫濕度傳感器、非標準土壤溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)傳輸單元、云端監(jiān)測與控制平臺、水泵、二氧化碳濃度變送器、RS485總線、TTL轉RS485模塊，上述各個部分的連接方式是：電源通過導線分別連接控制器、光照溫濕度變送器、標準土壤溫濕度傳感器、非標準土壤溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)傳輸單元、水泵、二氧化碳濃度變送器，并為控制器、光照溫濕度變送器、標準土壤溫濕度傳感器、非標準土壤溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)傳輸單元、水泵、二氧化碳濃度變送器供電；控制器通過RS485總線與光照溫濕度變送器、標準土壤溫濕度傳感器、非標準土壤溫濕度傳感器和數(shù)據(jù)傳輸單元、二氧化碳濃度變送器連接；控制器通過導線與水泵連接；數(shù)據(jù)傳輸單元通過SIM卡與云監(jiān)測與控制平連接；TTL轉RS485模塊內置于控制器內；

上述控制器內有預先編寫好識別數(shù)據(jù)傳輸單元查詢幀的計算機程序如下：

開始→系統(tǒng)初始化→更新中間差值曲線→接收到讀取校準前土壤濕度指令→從RS485總線上讀取非標準土壤溫濕度傳感器采集的土壤濕度數(shù)據(jù)→采集到的土壤濕度數(shù)據(jù)加上中間差值曲線中該濕度對應的差值，記為校準后濕度→是否讀取校準后土壤濕度→否，返回從RS485總線上讀取非標準土壤溫濕度傳感器采集的土壤濕度數(shù)據(jù)；是，將校準后濕度數(shù)據(jù)發(fā)送到RS485總線→是否接收到校準指令→否，返回從RS485總線上讀取非標準土壤溫濕度傳感器采集的土壤濕度數(shù)據(jù)；是，開啟水泵→開啟水泵，每隔1分鐘對兩種土壤溫濕度傳感器所在的土壤進行5秒時長的澆水，并保存濕度→擬合標準曲線和非標準曲線，二者相減得中間差值曲線→是否更新中間差值曲線→是，返回更新中間差值曲線；否，結束；

上述RS485總線采用Modbus協(xié)議，總線上最多可以掛載32個設備，除去STM32F103開發(fā)板所占用的一個設備地址，能夠掛載15組光照溫濕度變送器和FDR-100傳感器，即使用一個標準土壤溫濕度傳感器可以同時校準14個非標準土壤溫濕度傳感器。

2.權利要求1所述溫室植物生長環(huán)境參數(shù)的在線式監(jiān)測系統(tǒng)的操作方法,其特征在于具體操作如下：在該系統(tǒng)的云端監(jiān)測和控制平臺設置一個定時任務，該定時任務為每隔三個月對土壤濕度進行一次校準的校準指令；云端監(jiān)測和控制平臺還設置向下發(fā)送的指令，這些指令有：讀取光照溫濕度變送器的數(shù)據(jù)的指令、讀取二氧化碳濃度變送器的二氧化碳濃度數(shù)據(jù)的指令、讀取非標準土壤溫濕度傳感器測得的校準前的土壤濕度數(shù)據(jù)和標準土壤溫濕度傳感器測得的校準后的土壤濕度數(shù)據(jù)的指令；在該系統(tǒng)的控制器內預先編寫好識別數(shù)據(jù)傳輸單元查詢幀的計算機程序，之后連接好該系統(tǒng)的各個構成部分并打開電源啟動該系統(tǒng)，首先進行控制器的初始化，然后根據(jù)控制器是否在RS485總線接收到數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸來的云端監(jiān)測和控制平臺設置的定時任務，決定是否執(zhí)行對土壤濕度進行一次校準的校準指令，當決定進行該校準指令時，啟動定時澆水功能，即定時啟動水泵，每隔一分鐘對插有標準土壤溫濕度傳感器和非標準土壤溫濕度傳感器的土壤同時進行一次5秒時長的澆水，直至兩種土壤溫濕度傳感器連續(xù)三次測得的土壤濕度都不再上升為止，控制器將這一段時間標準土壤溫濕度傳感器和非標準土壤溫濕度傳感器這兩種土壤溫濕度傳感器測得的所有濕度數(shù)據(jù)存于控制器內存中的數(shù)組中，并采用插值法對標準土壤溫濕度傳感器和非標準土壤溫濕度傳感器這兩個傳感器測得的數(shù)據(jù)分別做三次樣條擬合，即將兩組數(shù)據(jù)分別擬合成濕度與澆水次數(shù)的三次函數(shù)曲線，其中，將標準土壤溫濕度傳感器連續(xù)三次測得的數(shù)據(jù)擬合成濕度與澆水量的三次函數(shù)曲線稱為標準曲線，將非標準土壤溫濕度傳感器連續(xù)三次測得的數(shù)據(jù)擬合成濕度與澆水量的三次函數(shù)曲線稱為非標準曲線，將標準曲線與非標準曲線相減得到土壤濕度的中間差值曲線圖，依據(jù)土壤濕度的中間差值曲線對非標準土壤溫濕度傳感器采集到的土壤濕度數(shù)據(jù)進行補償，至此完成上述接收到的校準指令；當云端監(jiān)測與控制平臺發(fā)出讀取光照溫濕度變送器中數(shù)據(jù)的指令時，由數(shù)據(jù)傳輸單元接收到該指令，然后將該指令發(fā)送至RS485總線，RS485總線上連接的光照溫濕度變送器會將其測得的溫室中的空氣濕度、環(huán)境溫度、光照強度三個數(shù)據(jù)返回至RS485總線，數(shù)據(jù)傳輸單元在RS485總線上讀到空氣濕度、環(huán)境溫度、光照強度、土壤溫度四個數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)返回給云端監(jiān)測與控制平臺并在該平臺上顯示；當云端監(jiān)測與控制平臺發(fā)出讀取二氧化碳濃度變送器所測得到的溫室中的二氧化碳濃度數(shù)據(jù)的指令時，由數(shù)據(jù)傳輸單元接收到該指令，然后將該指令發(fā)送至RS485總線，RS485總線上連接的二氧化碳濃度變送器會將空氣中二氧化碳濃度數(shù)據(jù)發(fā)送返回至RS485總線，數(shù)據(jù)傳輸單元在RS485總線上讀到二氧化碳濃度數(shù)據(jù)，再將該數(shù)據(jù)返回給云端監(jiān)測與控制平臺并在平臺上顯示；當云端監(jiān)測與控制平臺發(fā)出讀取校準前土壤濕度數(shù)據(jù)指令時，數(shù)據(jù)傳輸單元接收到該指令后，將其發(fā)送至RS485總線上，非標準土壤溫濕度傳感器接收到該指令后，會將非標準土壤溫濕度傳感器測得的土壤濕度數(shù)據(jù)、土壤溫度數(shù)據(jù)返回至RS485總線，此時數(shù)據(jù)傳輸單元和控制器都會在RS485總線上讀到非標準土壤溫濕度傳感器測得的土壤濕度數(shù)據(jù)、土壤溫度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)傳輸單元返回給云端監(jiān)測與控制平臺并在平臺上顯示，此時顯示的土壤濕度為校準之前的土壤濕度，同時控制器在RS485總線上接收到校準之前的土壤濕度數(shù)據(jù)和土壤溫度數(shù)據(jù)后，將校準之前的土壤濕度數(shù)值加上中間差值曲線中該土壤濕度數(shù)值對應的差值，即得到校準之后的土壤濕度數(shù)據(jù)；當云端監(jiān)測與控制平臺發(fā)送讀取校準后土壤濕度數(shù)據(jù)指令時，數(shù)據(jù)傳輸單元將該指令發(fā)送到RS485總線上，控制器接收到該指令后，會將校準后的準確土壤濕度數(shù)據(jù)發(fā)送至RS485總線上，此時數(shù)據(jù)傳輸單元會在RS485總線上讀到校準后的準確土壤濕度數(shù)據(jù)，并將其返回至云端監(jiān)測與控制平臺并在該平臺上顯示出校準后的準確土壤濕度數(shù)據(jù)。