专利名称：远程无线作物信息反馈和可控环境农业智能化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能化系统，尤其是涉及一种可广泛应用于大田节水灌溉、农业设施栽培和温室无土栽培系统的远程无线作物信息反馈和可控环境农业智能化系统。
背景内容目前温室因其具有受外界环境影响小、室内温度恒定、适宜作物生长的优点已在我国大江南北得到大面积推广，温室为丰富老百姓的菜蓝子作出了巨大的贡献，但由于受工作人员的文化素质、温室硬件设备等条件的影响，存在着诸如对作物的生长环境(气温、湿度、光照强度、二氧化碳(CO2)浓度、风速、风向、降雨监测、根部环境湿度、水势、浓度(浓度(EC值))、酸碱性(pH值)等)完全凭感觉、对作物的自身生长状况、病虫害的诊断防治完全凭经验、肥料的灌溉随意、自动化程度低、实践性差、数据不准确和决策不科学等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种远程无线作物信息反馈和可控环境农业智能化系统，它能对作物的生长环境、自身生长状况、施肥灌溉和病虫害的诊断防治均能进行监测、控制、诊断，并具有设计先进、诊断准确、决策科学、智能化程度高、可控性好、实践性强等优点。
本发明的目的是这样实现的本发明包括温室气候环境控制设备和变频同步灌溉施肥机，特征是还包括气候与灌溉控制操作系统、生理诊断监测系统、可编程序控制器和计算机，其中气候与灌溉控制操作系统由气候环境监测可控环境模块、根部环境监测和肥水灌溉控制模块及气候和灌溉控制操作平台三部份组成。气候与灌溉控制操作系统是对气候环境、根部环境进行监测，并根据环境监测的情况由计算机控制温室气候环境控制设备如天窗、侧窗、风机、水帘、内外遮阳网、内外雾喷、加热器和辅助光照等执行器件，以满足作物的最佳生长环境，控制作物灌溉浓度、灌溉时间和灌溉量；生理诊断监测系统是应用监测茎流、主茎生长速度、果实生长速度、叶片表面温度等感应器，结合气候监测数据，解译植物生理生态信息，对执行器件进行智能化控制，提醒生产者将面临的主要生产问题，指示生产者应采取的技术措施。
本发明还包括黄瓜栽培专家控制与咨询系统，黄瓜栽培专家控制与咨询系统是选择温室生产主栽品种黄瓜，集合气候环境、根部环境和生理生态监测数据，研究分析这些数据的生物统计学关系，规律化环境和生理监测数据，依据相应数据咨询诊断黄瓜栽培中出现的问题以及应当采取的技术措施，实时对各项监测变量进行分析，综合现阶段应采取的主要措施，指示自动气候和灌溉管理系统进行操作，以求作物各项指标处于理想和适合范围。
本发明还包括作物生长情况及环境情况数据库系统，作物生长情况及环境情况数据库系统能自动记录作物生长情况与环境因子的参数，为作物生长的最佳气候环境及根部环境的研究、建立作物生长的气候环境及根部环境的数字模型、建立作物生长智能化控制专家系统等提供第一手研究资料。
本发明还包括内置防雷系统及故障监测与警报系统。
本发明是在普通温室的基础上增设了气候与灌溉控制操作系统、生理诊断监测系统、可编程序控制器和计算机，因此本发明能对温室内的作物的生长环境、自身生长状况、施肥灌溉和病虫害的诊断防治均能进行监测、控制、诊断，通过网络进行远程操作，提醒生产者将面临的主要生产问题，指示生产者应采取的技术措施。本发明还增设了黄瓜栽培专家控制与咨询系统，它能监测温室生产主栽品种黄瓜的气候环境、根部环境和生理生态数据，依据相应数据咨询诊断黄瓜栽培中出现的问题以及应当采取的技术措施，实时对各项监测变量进行分析，综合现阶段应采取的主要措施，指示自动气候和灌溉管理系统进行操作，以求作物各项指标处于理想和适合范围。本发明从数据的采集、分析、处理和控制均通过网络进行远程操作。内置防雷系统采用全方位、重点部位多层次的雷电保护方式，增强了系统的安全性和可靠性，故障监测与警报系统则在发送每一个控制操作指令后，都会检测其工作是否正常，如出现异常情况，系统就会产生声光警报，提示操作人员进行检修。本发明结合监测系统、栽培系统、专家系统和自动控制系统有机地组成一个智能化专家系统。该系统依据监测的生长数据，结合环境、气候和反馈信息，使用作物生长数学模型，决策专家系统应当调动的控制变量以期达到期适合或理想的阀值范围。因此本发明具有设计先进、诊断准确、决策科学、智能化程度高、可控性好、实践性强、功能强大、稳定可靠、适应性广等优点，实现可控环境小气候和灌溉的自动控制，可广泛应用于大田节水灌溉、农业设施栽培和温室无土栽培系统。
图1为本发明的结构框图；图2为本发明的硬件结构示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1本发明包括温室气候环境控制设备和变频同步灌溉施肥机，它还包括气候与灌溉控制操作系统、生理诊断监测系统、可编程序控制器和计算机，其中气候与灌溉控制操作系统由气候环境监测可控环境模块、根部环境监测和肥水灌溉控制模块及气候和灌溉控制操作平台三部份组成。
气候环境监测可控环境模块由农业生产设施和植物气候环境传感器组成，它是将由温度计、湿度传感器、光敏传感器、CO2传感器、风速仪、风向仪、雨量监测仪等植物气候环境传感器采集到的数据传送给可编程序控制器，由可编程序控制器处理后送至计算机，再由计算机处理后输出指令经可编程序控制器给温室气候环境控制设备即控制天窗、侧窗、风机、水帘、内外遮阳网的电动机、控制内外雾喷的电磁阀、加热器和辅助光照用的照明灯开关等执行器件，气候环境监测可控环境模块是进行气温、湿度、光照强度、CO2浓度、风速、风向和降雨监测，监测的目的是为环境控制决策服务，根据环境监测的情况控制天窗、侧窗、风机、水帘、内外遮阳网、内外雾喷、加热器和辅助光照等，以满足作物的最佳生长环境；根部环境监测和肥水灌溉控制模块由植物根部环境传感器组成，它是将由根部环境湿度传感器、水势传感器、浓度(浓度(EC值))传感器、酸碱度(pH值)传感器等植物根部环境传感器采集到的数据传送给可编程序控制器，由可编程序控制器处理后送至计算机，由计算机处理后输出指令经可编程序控制器给变频同步灌溉施肥机的灌溉主泵和施肥泵，根部环境监测和肥水灌溉控制模块对根部环境进行监测，用以决策控制作物灌溉浓度、灌溉时间和灌溉量；气候和灌溉控制操作平台采用模块化结构，实现对数据采集、作物生长环境分析、依据设定的程序和作物环境分析进行决策，可通过网络进行远程操作，自动地对气候和灌溉进行控制。气候与灌溉控制操作系统能监测、记录、显示植物生长气候环境数据，记录显示灌溉相关数据，输入控制气候和灌溉程序，依据指定程序变频同步灌溉肥水，依据输入阀值自动调节小气候环境，对环境和设备出现异常情况自动发出警报。
生理诊断监测系统由植物生长数据传感器和植物数据分析处理器组成，它是将由茎流监测感应器、主茎生长速度监测感应器、果实生长速度监测感应器、叶片表面温度监测感应器、基质水势感应器、浓度(浓度(EC值))感应器等植物生长数据传感器采集到的数据传送给可编程序控制器，由可编程序控制器处理后送至计算机内的植物数据分析处理器，由计算机内的植物数据分析处理器处理后输出指令经可编程序控制器给温室气候环境控制设备中的执行器件，生理诊断监测系统将结合气候监测数据，解译植物生理生态信息即植物的生长、营养、水分状况代码，为专家控制与咨询系统提供判断作物生长状况必不可少的数据，最后通过专家系统来操作小气候和灌溉系统。生理诊断监测系统对执行器件进行智能化控制，它能监测记录植物生长数据如茎粗、果实大小等，指示生产者植物生长各项监测指标在适合、理想还是逆境范围，提醒生产者将面临的主要生产问题，指示生产者应采取的技术措施。生理生态监测系统的机理是植物任何生理生态指标的变化，都在一定程度上反应植物环境变化和生长状态的优劣，从而确诊是否要对某一具体环境因子进行调整。如通过监测植物叶片表面温度与环境气温的差异，能够确定叶片气孔开闭状况以及水分供应蒸发状况。叶片表面气温远低于环境温度，说明植物气孔已打开，水分供应和植物水分蒸发正常；如叶片表面温度接近环境气温，在正常光照条件下表明植物气孔接近关闭，可能是根部供水不够、根部盐份过高或光照强度过高等情况，再结合其它根部环境水势、浓度(浓度(EC值))、光照强度和茎流数据资料，就能够确诊植物气孔关闭的直接原因，从而决策选择盖内外遮阳网、增加灌水还是降低环境温度。
实施例2实施例2的结构与实施例1基本相同，不同之处在于本发明还包括黄瓜栽培专家控制与咨询系统，黄瓜栽培专家控制与咨询系统由黄瓜栽培数据库、黄瓜栽培专家咨询系统和黄瓜栽培专家控制系统组成，它是选择温室生产主栽品种黄瓜，集合气候环境、根部环境和生理生态监测数据，研究分析这些数据的生物统计学关系，确定黄瓜在不同生育阶段的各项气候指标、根部环境指标和生理生态指标最优阀值区间、正常区间和逆境区间以及各项指标间的数学逻辑关系，并将气候环境、根部环境和生理生态监测数据与数学逻辑关系进行对照，筛选处于逆境的监测项目，通过变量间的逻辑关系和生理关系，确立应当调整的控制变量，然后进调整，如开闭遮阴网、通风窗等，以期处于逆境的变量达到适合或理想阀值。启动反馈系统，再分析逆境变量，再调整，直到每个监测项目变量达到正常阀值范围。对于一些设施无法控制的内容，如病虫防治、基质处理、营养诊断和日常管理工作，则通过咨询系统，详尽及时描述各项具体措施内容。
它能规律化环境和生理监测数据，依据相应数据咨询诊断黄瓜栽培中出现的问题如有无土栽培基质处理及配制、高产黄瓜营养配方、各生育期水肥供应、种子处理及育苗、育苗室控制、黄瓜各生育期气候控制与调节、各生育期病虫防治、病虫诊断、营养诊断、高产栽培管理技术和产品收获包装贮藏等全部生产内容以及应当采取的技术措施，实时对各项监测变量进行分析，综合现阶段应采取的主要措施，指示自动气候和灌溉管理系统进行操作，以求作物各项指标处于理想和适合范围，实现专家系统对小气候控制和灌溉自动控制。
实施例3实施例3的结构与实施例2基本相同，不同之处在于本发明还包括作物生长情况及环境情况数据库系统、内置防雷系统和故障监测与警报系统，其中作物生长情况及环境情况数据库系统能自动记录作物生长情况与环境因子的参数，为作物生长的最佳气候环境及根部环境的研究、建立作物生长的气候环境及根部环境的数字模型、建立作物生长智能化控制专家系统等提供第一手研究资料。
内置防雷系统采用全方位、重点部位多层次的雷电保护方式，增强了系统的安全性和可靠性。
故障监测与警报系统在发送每一个控制操作指令后，都会根据控制与故障检测传感器检测其工作是否正常，如出现异常情况，系统就会产生声光警报，提示操作人员进行检修。
权利要求
1.一种远程无线作物信息反馈和可控环境农业智能化系统，包括温室气候环境控制设备和变频同步灌溉施肥机，其特征在于还包括气候与灌溉控制操作系统、生理诊断监测系统、可编程序控制器和计算机，气候与灌溉控制操作系统由气候环境监测可控环境模块、根部环境监测和肥水灌溉控制模块及气候和灌溉控制操作平台三部份组成，其中气候环境监测可控环境模块由农业生产设施和植物气候环境传感器组成，它是将由温度计、湿度传感器、光敏传感器、CO2传感器、风速仪、风向仪、雨量监测仪等植物气候环境传感器采集到的数据传送给可编程序控制器，由可编程序控制器处理后送至计算机，由计算机处理后输出指令经可编程序控制器给温室气候环境控制设备即控制天窗、侧窗、风机、水帘、内外遮阳网的电动机、控制内外雾喷的电磁阀、加热器和辅助光照用的照明灯开关等执行器件，气候环境监测可控环境模块是进行气温、湿度、光照强度、CO2浓度、风速、风向和降雨监测，监测的目的是为环境控制决策服务，根据环境监测的情况控制天窗、侧窗、风机、水帘、内外遮阳网、内外雾喷、加热器和辅助光照等，以满足作物的最佳生长环境；根部环境监测和肥水灌溉控制模块由植物根部环境传感器组成，它是将由根部环境湿度传感器、水势传感器、浓度(浓度(EC值))传感器、酸碱度(pH值)传感器等植物根部环境传感器采集到的数据传送给可编程序控制器，由可编程序控制器处理后送至计算机，由计算机处理后输出指令经可编程序控制器给变频同步灌溉施肥机的灌溉主泵和施肥泵，根部环境监测和肥水灌溉控制模块对根部环境进行监测，用以决策控制作物灌溉浓度、灌溉时间和灌溉量；气候和灌溉控制操作平台采用模块化结构，实现对数据采集、作物生长环境分析、依据设定的程序和作物环境分析进行决策，可通过网络进行远程操作，自动地对气候和灌溉进行控制；生理诊断监测系统由植物生长数据传感器和植物数据分析处理器组成，它是将由茎流监测感应器、主茎生长速度监测感应器、果实生长速度监测感应器、叶片表面温度监测感应器、基质水势感应器、浓度(浓度(EC值))感应器等植物生长数据传感器采集到的数据传送给可编程序控制器，由可编程序控制器处理后送至计算机内的植物数据分析处理器，由计算机内的植物数据分析处理器处理后输出指令经可编程序控制器给温室气候环境控制设备中的执行器件，生理诊断监测系统将结合气候监测数据，解译植物生理生态信息即植物的生长、营养、水分状况代码，为专家控制与咨询系统提供判断作物生长状况必不可少的数据，最后通过专家系统来操作小气候和灌溉系统。生理诊断监测系统对执行器件进行智能化控制，它能监测记录植物生长数据如茎粗、果实大小等，指示生产者植物生长各项监测指标在适合、理想还是逆境范围，提醒生产者将面临的主要生产问题，指示生产者应采取的技术措施。
2.如权利要求1所述的远程无线作物信息反馈和可控环境农业智能化系统，其特征在于还包括黄瓜栽培专家控制与咨询系统，黄瓜栽培专家控制与咨询系统是选择温室生产主栽品种黄瓜，集合气候环境、根部环境和生理生态监测数据，研究分析这些数据的生物统计学关系，确定黄瓜在不同生育阶段的各项气候指标、根部环境指标和生理生态指标最优阀值区间、正常区间和逆境区间以及各项指标间的数学逻辑关系，并将气候环境、根部环境和生理生态监测数据与数学逻辑关系进行对照，筛选处于逆境的监测项目，通过变量间的逻辑关系和生理关系，确立应当调整的控制变量，然后进调整，如开闭遮阴网、通风窗等，以期处于逆境的变量达到适合或理想阀值。启动反馈系统，再分析逆境变量，再调整，直到每个监测项目变量达到正常阀值范围。对于一些设施无法控制的内容，如病虫防治、基质处理、营养诊断和日常管理工作，则通过咨询系统，详尽及时描述各项具体措施内容。
3.如权利要求1或2所述的远程无线作物信息反馈和可控环境农业智能化系统，其特征在于还包括作物生长情况及环境情况数据库系统，作物生长情况及环境情况数据库系统能自动记录作物生长情况与环境因子的参数，为作物生长的最佳气候环境及根部环境的研究、建立作物生长的气候环境及根部环境的数字模型、建立作物生长智能化控制专家系统等提供第一手研究资料。
4.如权利要求3所述的远程无线作物信息反馈和可控环境农业智能化系统，其特征在于还包括内置防雷系统，内置防雷系统采用全方位、重点部位多层次的雷电保护方式，增强了系统的安全性和可靠性。
5.如权利要求4所述的远程无线作物信息反馈和可控环境农业智能化系统，其特征在于还包括故障监测与警报系统，故障监测与警报系统在发送每一个控制操作指令后，都会根据控制与故障检测传感器检测其工作是否正常，如出现异常情况，系统就会产生声光警报，提示操作人员进行检修。
全文摘要
本发明公开了一种远程无线作物信息反馈和可控环境农业智能化系统，包括变频同步灌溉施肥机，特征是还包括气候与灌溉控制操作系统、生理诊断监测系统、可编程序控制器和计算机。本发明还包括作物生长情况及环境情况数据库系统、黄瓜栽培专家控制与咨询系统、内置防雷系统和故障监测与警报系统。本发明能对温室内的作物的生长环境、自身生长状况、施肥灌溉和病虫害的诊断防治均能进行监测、控制、诊断，通过网络进行远程操作。本发明具有设计先进、诊断准确、决策科学、智能化程度高、可控性好、实践性强、功能强大、稳定可靠等优点，可广泛应用于大田节水灌溉、农业设施栽培和温室无土栽培系统。
文档编号A01G9/24GK1559175SQ20041000471
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月24日 优先权日2004年2月24日
发明者宋世文, 戴炎标, 曾沛文, 彭伟汝, 双有铭, 唐淑军, 谢世恭 申请人:深圳市宝安区农业科学技术推广中心