一种智慧农业大棚系统的制作方法

本发明涉及农业种植技术领域，具体涉及一种智慧农业大棚系统。

背景技术：

现代农业种植，为了适应市场化竞争，已经不再是单纯的追求产量，转而注重品质的把控。特别是水果市场，精品水果往往能够售出同品种普通水果价格的几倍，极具市场效益。

精品水果最为注重的是卖相，其次是口感，整齐划一，大小均等的一批水果，往往能够礼品化、精品化出售。长期的市场经营，让种植者能够了解到，某一品种，生长到某一规格，是消费者最为喜爱的，这便是卖相。而现在，种植者还处于从大量成品中筛选精品水果的阶段。

如何在种植阶段，有效地批量生产出合乎规格的农产品，正是提高农民效益的关键问题。采用大棚种植，可以形成一个相对稳定的种植环境，进而控制种植物生长的各种参数，是精品化种植的基础条件，再进一步，便是如何自动化、远程端控制大棚环境参数的变化，克服农民个人劳动力所限制的种植量，解放生产力。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术的不足，提供了一种能够精品化种植的智慧农业大棚系统。

本发明的技术方案：一种能够精品化种植的智慧农业大棚系统，包括控制模块、感应模块及执行模块，所述控制模块包括lora无线发射器、lora网关、交换机及云端应用服务器，所述感应模块包括传感器及三维扫描装置，所述执行模块包括大棚架体、开窗装置及喷洒装置；所述三维扫描装置包括径向轨道、轴向轨道、滑移座、三维扫描仪及驱动机构，所述径向轨道形状与大棚架体径向形状适配，该径向轨道上设有轴向滑块，所述轴向轨道沿大棚架体轴向铺设，该轴向轨道上设有滑槽，所述径向轨道的轴向滑块插入滑槽做滑动配合，所述滑移座沿径向轨道做滑动配合，所述三维扫描仪设置于滑移座上沿径向轨道扫描大棚架体内种植物，所述驱动机构包括线性电机、伺服电机及行走轮，该线性电机与径向轨道联动配合，驱动其沿滑槽行走，所述伺服电机固定设置于滑移座上并与行走轮联动配合，该行走轮与径向滑轨摩擦配合，驱动滑移座行走，所述传感器、三维扫描仪、线性电机及伺服电机与lora无线发射器信号连接，经lora网关、交换机传输信号至云端应用服务器。

采用上述技术方案，通过设置的三维扫描装置，定时定期对大棚内种植物进行三维扫描，然后将扫描数据传输至云端应用服务器建立生长状态模型。使用者可以通过手机app或pc端远程观测种植物生长状态，通过模型了解各株植物之间的生长差异，从而划分大棚内生长快慢区域。再通过各传感器检测到环境参数，分析差异原因，得出结论及种植方案后，通过物联网对各执行器发出指令，启动或停止各执行器，从而有效影响大棚内的环境参数的变化，达到平衡大棚内各株植物生长差异的目的，最终得到规格统一的果实产品。

径向轨道及轴向轨道的设置，使得三维扫描仪能够随轨道运动，对种植物进行立体化的扫描，得到的数据优于平面扫描，能够建立更加完善的模型。得到产品立体尺寸数据，这些数据能通过计算机辅助设计(cad：computeraideddesign)或计算机辅助制造(cam：computeraidedmaking)软件接口，在cad系统中可以对数据进行数字建模、调整、修补。

本发明选定lora(longrang)作为物联网传输方案。lora使用线性调频扩频调制技术，保持了低功耗的同时，明显增加了通信距离和网络效率，并消除了干扰，达到即使使用相同频率同时发送也不会产生相互干扰。

交换机能够选择目标端口，在很大程度上减少冲突(collision)的发生，为通信双方提供了一条独占的线路，准确将云端应用服务器反馈数据发送给各传感器及执行器。

作为网关设备，物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换.既可以实现广域互联.也可以实现局域互联。此外物联网网关还需要具备设备管理功能，运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制。

物联网网关的功能主要包括三个

1、协议转换能力

从不同的感知网络到接入网络的协议转换、将下层的标准格式的数据统一封装、保证不同的感知网络的协议能够变成统一的数据和信令；将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。

2、可管理能力

首先要对网关进行管理，如注册管理、权限管理、状态监管等。网关实现子网内的节点的管理，如获取节点的标识、状态、属性、能量等，以及远程实现唤醒、控制、诊断、升级和维护等。由于子网的技术标准不同，协议的复杂性不同，所以网关具有的管理性能力不同。

3、广泛的接入能力

目前用于近程通信的技术标准很多，现在国内外已经在展开针对物联网网关进行标准化工作，如3gpp、传感器工作组，实现各种通信技术标准的互联互通。

本发明的进一步设置：所述传感器包括温度传感器及湿度传感器，所述开窗装置包括大棚架体、窗膜单元片及收线机构，所述大棚架体上设有窗口，所述窗膜单元片包括固定端及与其相对的掀起端、朝向大棚的内侧面及与其相对的外侧面，该窗膜单元片固定端与大棚架体固定连接，所述内侧面覆盖窗口，所述外侧面上设有若干个引线环，该若干个引线环之间沿固定端至掀起端方向设置，所述收线机构位于固定端一侧，包括卷线轴、线体、轴架及伺服电机，所述轴架与大棚架体固定连接、与卷线轴旋转连接，所述伺服电机与卷线轴联动配合，驱动其正转或反转，所述线体一端与卷线轴固定连接，另一端由掀起端一侧穿过若干个引线环与固定端固定连接。

采用上述技术方案，通过温度传感器及湿度传感器检测大棚内温度、湿度变化，必要时通过远程控制伺服电机带动窗膜单元片开启或封闭，以调节大棚内温度、湿度。

通过将窗膜单元片固定端与大棚架体固定连接，然后自然覆盖在窗口位置，使得窗膜单元片呈可以由掀起端掀开的姿态。然后利用设置在外侧面的若干个引线环及收线机构，在需要掀开窗膜时，伺服电机正转，驱动卷线轴将线体收卷，由于线体长度收短，自掀起端一侧起，线体会带动若干个引线环，逐个向卷线轴方向运动，从而使得窗膜单元片完成掀起所需的弯曲动作。当需要封闭窗口时，伺服电机反转，线体放长，窗膜单元片自然落下，完成覆盖动作。这样设置的窗膜启封装置，通过掀开窗膜的方式替代了传统的直接收卷窗膜方式，相比之下，避免了窗膜大幅度的收卷变形，所造成的的窗膜疲劳破裂。掀开的方式，对窗膜变形幅度小，能够有效保护窗膜，延迟其使用寿命。

本发明的进一步设置：所述轴架上沿内侧面至外侧面方向设有引线臂，该引线臂相对远离轴架的端部上设有导线孔，所述线体穿过导线孔后进入引线环。

采用上述技术方案，设置的引线臂，会垂直于自然覆盖状态时的窗膜单元片，线体先通过引线臂的导线孔，再由掀起端一侧进入的若干个引线环，这样三角形的走线方式，进一步减小了窗膜单元片掀开时，所需要变形的幅度，进一步保护了窗膜单元片。

本发明的进一步设置：所述窗膜单元片内侧面上设有两道第一磁力贴，该两道第一磁力贴沿固定端至掀起端方向对称设置于内侧面的两侧边缘，所述大棚架体上对应第一磁力贴位置及数量设置有第二磁力贴；所述卷线轴上设有收线槽，所述线体一端固定于卷线轴的收线槽内。

采用上述技术方案，通过设置的磁力贴，使得窗膜单元片覆盖在窗口时，能够与大棚架体吸附连接，避免意外、大风打开窗膜，而且磁力贴能够在收线机构运作时，随其动力而分离，不会影响窗膜掀开的动作，待窗膜自然落下时，又能自行吸合，使用方便。

通过设置的收线槽，在卷线轴收卷线体时，准确的将各线体分别独立收容，避免线体之间全部缠绕在一段轴上时，互相打结缠绕，造成多个窗膜无法打开的情况。

本发明的进一步设置：所述传感器包括肥液浓度传感器，所述喷洒装置包括主水管、启封套管及调节套管，所述主水管沿径向设有出水头、沿轴向设有滑动槽，该出水头的端面设有连通主水管内的出水孔，所述启封套管套设于主水管上，所述启封套管及调节套管均包括内管面及外周面，所述启封套管的内管面上沿轴向设有延伸至滑动槽内的滑动块、与出水头形状适配的启封槽，该启封槽包括与出水头端面做滑动配合的槽底面，所述启封套管的外周面上同轴设置有调节环槽，所述启封槽的槽底面上设有沿径向贯穿至调节环槽的衔接通孔，该衔接通孔与出水孔之间轴向位置对齐，所述调节套管套设于调节环槽内做圆周旋转配合，该调节套管上圆周等分设置有若干个安装通孔，该若干个安装通孔均与衔接通孔位置对其，所述若干个安装通孔之间各自安装不同规格的喷头。

采用上述技术方案，通过肥液浓度传感器监控肥液状态，通过启封出水头，控制对不同植株的施肥量。

当需要进行喷洒时，沿轴向移动启封套管，使启封槽槽底面上的衔接通孔与出水孔对其，水流通过衔接通孔进入调节环槽，操作者再根据需要，圆周旋转调节套管，使其中一个安装通孔与衔接通孔对其，便能控制水流由其中一个喷头喷出。这样设置后，操作者需要变化喷洒模式时，只需要旋转调节套管，切换与衔接通孔连接的喷头便可。当需要停止主水管上某一个出水头出水时，沿轴向移动启封套管，使启封槽的槽底面封闭出水孔，便可以单独停止该出水头的使用，这样设置，方便了操作者根据种植物密度，选择性调整喷洒的间距。

本发明的进一步设置：所述喷洒装置还包括蓄水箱、水泵、水泵控制器及智能电磁流量计，所述主水管与蓄水箱连通，所述水泵及智能电磁流量计设置于主水管与蓄水箱之间，所述水泵控制器及智能电磁流量计与lora无线发射器信号连接，经lora网关、交换机传输信号至云端应用服务器。

采用上述技术方案，通过水泵控制器及智能电磁流量计帮助农民远程控制施肥量。

本发明的进一步设置：所述传感器还包括气象传感器、电导率土壤温度水分三合一传感器、风速传感器、风向传感器及雨雪传感器。

采用上述技术方案，利用各类传感器，进一步帮助农民掌控大棚内环境参数变化。

本发明的进一步设置：所述大棚系统还包括供电模块，该供电模块包括太阳能电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池。

采用上述技术方案，利用供电模块给控制模块、执行模块及感应模块供电，利用清洁能源降低大棚用电成本。

附图说明

图1为本发明实施例的结构图1；

图2为本发明实施例的结构图2；

图3为本发明实施例的结构图3。

图4为本发明实施例的结构图4；

图5为本发明实施例的结构图5；

图6为本发明实施例的结构图6。

图7为本发明实施例的系统图。

具体实施方式

如图1-4所示，一种能够精品化种植的智慧农业大棚系统，包括控制模块、感应模块及执行模块，所述控制模块包括lora无线发射器、lora网关、交换机及云端应用服务器，所述感应模块包括传感器及三维扫描装置a2，所述执行模块包括大棚架体a1、开窗装置及喷洒装置；所述三维扫描装置a2包括径向轨道a21、轴向轨道a22、滑移座a23、三维扫描仪a24及驱动机构，所述径向轨道a21形状与大棚架体a1径向形状适配，该径向轨道a21上设有轴向滑块a211，所述轴向轨道a22沿大棚架体a1轴向铺设，该轴向轨道a22上设有滑槽a221，所述径向轨道a21的轴向滑块a211插入滑槽a221做滑动配合，所述滑移座a23沿径向轨道a21做滑动配合，所述三维扫描仪a24设置于滑移座a23上沿径向轨道a21扫描大棚架体a1内种植物，所述驱动机构包括线性电机、伺服电机a25及行走轮a26，该线性电机与径向轨道a21联动配合，驱动其沿滑槽a221行走，所述伺服电机a25固定设置于滑移座a23上并与行走轮a26联动配合，该行走轮a26与径向滑轨摩擦配合，驱动滑移座a23行走，所述传感器、三维扫描仪a24、线性电机及伺服电机a25与lora无线发射器信号连接，经lora网关、交换机传输信号至云端应用服务器。

通过设置的三维扫描装置a2，定时定期对大棚内种植物进行三维扫描，然后将扫描数据传输至云端应用服务器建立生长状态模型。使用者可以通过手机app或pc端远程观测种植物生长状态，通过模型了解各株植物之间的生长差异，从而划分大棚内生长快慢区域。再通过各传感器检测到环境参数，分析差异原因，得出结论及种植方案后，通过物联网对各执行器发出指令，启动或停止各执行器，从而有效影响大棚内的环境参数的变化，达到平衡大棚内各株植物生长差异的目的，最终得到规格统一的果实产品。

径向轨道a21及轴向轨道a22的设置，使得三维扫描仪a24能够随轨道运动，对种植物进行立体化的扫描，得到的数据优于平面扫描，能够建立更加完善的模型。得到产品立体尺寸数据，这些数据能通过计算机辅助设计(cad：computeraideddesign)或计算机辅助制造(cam：computeraidedmaking)软件接口，在cad系统中可以对数据进行数字建模、调整、修补。

所述传感器包括温度传感器及湿度传感器，所述开窗装置包括大棚架体a1、窗膜单元片b2及收线机构b3，所述大棚架体b1上设有窗口b11，所述窗膜单元片b2包括固定端b21及与其相对的掀起端b22、朝向大棚的内侧面b23及与其相对的外侧面b24，该窗膜单元片b2固定端b21与大棚架体b1固定连接，所述内侧面b23覆盖窗口b11，所述外侧面b24上设有若干个引线环b25，该若干个引线环b25之间沿固定端b21至掀起端b22方向设置，所述收线机构b3位于固定端b21一侧，包括卷线轴b31、线体b32、轴架b33及伺服电机b34，所述轴架b33与大棚架体1固定连接、与卷线轴b31旋转连接，所述伺服电机b34与卷线轴b31联动配合，驱动其正转或反转，所述线体b32一端与卷线轴b31固定连接，另一端由掀起端b22一侧穿过若干个引线环b25与固定端b21固定连接。

温度传感器及湿度传感器检测大棚内温度、湿度变化，必要时通过远程控制伺服电机带动窗膜单元片开启或封闭，以调节大棚内温度、湿度。通过将窗膜单元片b2固定端b21与大棚架体b1固定连接，然后自然覆盖在窗口b11位置，使得窗膜单元片b2呈可以由掀起端b22掀开的姿态。然后利用设置在外侧面b24的若干个引线环b25及收线机构b3，在需要掀开窗膜时，电机b34正转，驱动卷线轴b31将线体b32收卷，由于线体b32长度收短，自掀起端b22一侧起，线体b32会带动若干个引线环b25，逐个向卷线轴b31方向运动，从而使得窗膜单元片2完成掀起所需的弯曲动作。当需要封闭窗口11时，电机b34反转，线体b32放长，窗膜单元片b2自然落下，完成覆盖动作。这样设置的窗膜启封装置，通过掀开窗膜的方式替代了传统的直接收卷窗膜方式，相比之下，避免了窗膜大幅度的收卷变形，所造成的的窗膜疲劳破裂。掀开的方式，对窗膜变形幅度小，能够有效保护窗膜，延迟其使用寿命。

所述轴架b33上沿内侧面b23至外侧面b24方向设有引线臂b35，该引线臂b35相对远离轴架b33的端部上设有导线孔b351，所述线体b32穿过导线孔b351后进入引线环b25。

设置的引线臂b35，会垂直于自然覆盖状态时的窗膜单元片b2，线体b32先通过引线臂b35的导线b孔351，再由掀起端b22一侧进入的若干个引线环b25，这样三角形的走线方式，进一步减小了窗膜单元片b2掀开时，所需要变形的幅度，进一步保护了窗膜单元片b2。

本发明的进一步设置：所述窗膜单元片b2内侧面b23上设有两道第一磁力贴b26，该两道第一磁力贴b26沿固定端b21至掀起端b22方向对称设置于内侧面b23的两侧边缘，所述大棚架体b1上对应第一磁力贴b26位置及数量设置有第二磁力贴b27。

通过设置的磁力贴，使得窗膜单元片b2覆盖在窗口b11时，能够与大棚架体b1吸附连接，避免意外、大风打开窗膜，而且磁力贴能够在收线机构b3运作时，随其动力而分离，不会影响窗膜掀开的动作，待窗膜自然落下时，又能自行吸合，使用方便。

所述卷线轴b31上设有收线槽b311，所述线体b32一端固定于卷线轴b31的收线槽b311内。

通过设置的收线槽b311，在卷线轴b31收卷线体b32时，准确的将各线体b32分别独立收容，避免线体b32之间全部缠绕在一段轴上时，互相打结缠绕，造成多个窗膜无法打开的情况。

所述传感器包括肥液浓度传感器，所述喷洒装置包括主水管c1、启封套管c2及调节套管c3，所述主水管c1沿径向设有出水头c11、沿轴向设有滑动槽c12，该出水头c11的端面设有连通主水管c1内的出水孔c13，所述启封套管c2套设于主水管c1上，所述启封套管c2及调节套管c3均包括内管面c21及外周面c22，所述启封套管c2的内管面c21上沿轴向设有延伸至滑动槽c12内的滑动块c23、与出水头c11形状适配的启封槽c24，该启封槽c24包括与出水头c11端面做滑动配合的槽底面c241，所述启封套管c2的外周面c22上同轴设置有调节环槽c25，所述启封槽c24的槽底面c241上设有沿径向贯穿至调节环槽c25的衔接通孔c242，该衔接通孔c242与出水孔c13之间轴向位置对齐，所述调节套管c3套设于调节环槽c25内做圆周旋转配合，该调节套管c3上圆周等分设置有若干个安装通孔c31，该若干个安装通孔c31均与衔接通孔c242位置对其，所述若干个安装通孔c31之间各自安装不同规格的喷头。

当需要进行喷洒时，沿轴向移动启封套管c2，使启封槽c24槽底面c241上的衔接通孔c242与出水孔c13对其，水流通过衔接通孔c242进入调节环槽c25，操作者再根据需要，圆周旋转调节套管3，使其中一个安装通孔c31与衔接通孔c242对其，便能控制水流由其中一个喷头喷出。这样设置后，操作者需要变化喷洒模式时，只需要旋转调节套管c3，切换与衔接通孔c242连接的喷头便可。当需要停止主水管c1上某一个出水头c11出水时，沿轴向移动启封套管c2，使启封槽c24的槽底面c241封闭出水孔c13，便可以单独停止该出水头c11的使用，这样设置，方便了操作者根据种植物密度，选择性调整喷洒的间距。

所述农业大棚喷洒装置还包括蓄水箱c4、水泵5及水泵控制器及智能电磁流量计6，所述主水管1与蓄水箱4连通，所述水泵5及智能电磁流量计6设置于主水管1与蓄水箱4之间。