设施农业传感器网络半实物仿真模拟系统技术方案

设施农业传感器网络半实物仿真模拟系统一个设施农业传感网测控系统和一个生态大棚模拟系统组成，其中，设施农业传感网测控系统包括：一个信息采集系统——无线传感器网络系统和一个反馈控制系统——农业设施控制系统。无线传感器网络系统由主控节点、汇聚节点、3个信息感知节点及PC机组成。其中，主控节点、汇聚节点、3个信息感知节点采用星形拓扑结构，主控节点通过RS232串口与PC机相连。农业设施控制系统，由主控节点、汇聚节点、3个信息感知节点--无线通讯节点、PC机及3块控制芯片组成。生态大棚模拟系统，由塑料模拟大棚、滴灌设施、补光灯、排气扇、变压器及内部线路和220V外接插头组成。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于设施农业传感器网络的半实物仿真模拟系统，包括一个设施农业传感网测控系统和一个生态大棚模拟系统。尤其适用于设施农业科研信息采集和技术分析。
技术介绍
目前在设施农业中，智能化、自动化是必然的趋势，而国内外差距极大，国内技术匮乏，许多关键技术需要突破，因此试验、信息采集等是必不可少的科研工作。目前设施农业信息采集、技术分析大都通过实地勘探、试验、考察等，周期长、耗费大，消耗大量的人力、物力。半实物仿真作为仿真技术的一个分支，涉及的领域极广，包括机电技术、液压技术、控制技术、接口技术等。从某种角度讲，一个国家的半实物仿真技术的发展水平也代表其整体的科技实力。在国内，半实物仿真技术在导弹制导、火箭控制、卫星姿态控制等应用研究方面已达到了较高水平。
技术实现思路
本技术的目的在于为设施农业传感网测控系统创造一个模拟实际环境的仿真环境。将半仿真技术应用于农业科研中，在条件允许的情况下尽可能在仿真系统中接入实物，以取代相应部分的数学模型，这样更接近实际情况，从而获得更确切的信息，为科研工作提供必要的信息基础。且可节省大量的人力物力。为此，本技术提供了一种基于设施农业传感器网络的半实物仿真模拟系统，即设施农业传感器网络半实物仿真模拟系统。设施农业传感器网络半实物仿真模拟系统是一种自动化采集数据，处理数据并进行控制的智能系统，融计算机技术、通讯技术、控制技术和编程技术为一体，为科研人员提供了有效的研究手段。本技术解决其技术问题所采取的技术方案是一种基于设施农业传感器网络的半实物仿真模拟系统，包括一个无线传感器网络系统、一个农业设施控制系统和一个生态大棚模拟系统。其中无线传感器网络系统和农业设施控制系统置于生态大棚模拟系统。如图I所示。无线传感器网络系统(3)，由主控节点(5)、汇聚节点(6)、3个信息感知节点(设施环境传感器(7)、设施环境传感器(8)、设施环境传感器(9))及PC机(10)组成，如图3所示，其中，主控节点(5)，汇聚节点出)，3个信息感知节点(设施环境传感器(7)、设施环境传感器(8)、设施环境传感器(9))采用星形拓扑结构，主控节点(5)通过RS232串口与PC机(10)相连。农业设施控制系统(4)，由主控节点(5)、汇聚节点(6)、3个信息感知节点一无线通讯节点(设施环境传感器(7)、设施环境传感器(8)、设施环境传感器(9))、PC机(10)及3块控制芯片(设施环境传感器控制芯片(11)、设施环境传感器控制芯片(12)、设施环境传感器控制芯片(13))组成。其中，主控节点(5)，汇聚节点出)，3个无线通讯节点(设施环境传感器(7)、设施环境传感器(8)、设施环境传感器(9))采用星形拓扑结构，主控节点(5)通过RS232串口与PC机(10)相连，无线通讯节点(7)置于控制芯片(11)中，通过串口与之实现通信，控制芯片(11)控制排气扇，无线通讯节点⑶置于控制芯片(12)中，通过串口与之实现通信，控制芯片(12)控制补光灯，无线通讯节点(9)置于控制芯片(13)中，通过串口与之实现通信，控制芯片(13)控制滴灌设备。生态大棚模拟系统，如图2所示，由塑料模拟大棚(14)、滴灌设施(15)、补光灯(16)、排气扇(17)、变压器(18)及内部线路(19)和220V外接插头(20)组成。其中滴灌设施(15)置于塑料模拟大棚(14)中，补光灯(16)置于塑料模拟大棚(14)顶部正中处，排气扇(17)置于塑料模拟大棚(14) 一端，变压器(18)固定于塑料模拟大棚(14)同一端，变压器(18)通过内部线路(19)与滴灌设施(15)、补光灯(16)及排气扇(17)连接，变压器(18)通过220V外接插头(20)与外部电源连接。本技术的有益效果是，可用于现实环境的模拟，让农作物处于最适合生长的 环境。为植物生长的研究提供理论和现实的参考依据。本技术投资小，系统故障维护方便，故可为设施农业科研节省大量的人力物力，增大经济效益，加快科技产业化的速度。本技术的具体结构由以下的实施例及其附图给出。附图说明图I为设施农业传感网测控系统不意图；图2为生态大棚|旲拟系统不意图；图3为采用星型拓扑结构的无线传感器网络系统。具体实施方式下面结合图I、图2及图3详细说明依据本技术提出的具体装置的细节及工作情况。设施农业传感网测控系统，如图I所示，I.无线传感器网络系统考虑到该系统节点数量少，为了保证数据传输的可靠性，拟采用星型拓扑结构，拓扑结构图如图3所示。整个网络由5个无线节点(0-4)构成。O号节点为主控节点。I号节点为汇聚节点。2、3、4、分别是3个信息感知节点。分别携带温湿度、光照、二氧化碳和土壤湿度传感器，并实时的将这些数据发送到I号汇聚节点，继而发送到O号主控节点，主控节点通过RS232串口与计算机连接。无线通信采用2. 4Ghz，通信距离在Ikm左右，采用双向无线通讯。传感器要采集的数据包括系统内部的温湿度、光照强度、二氧化碳浓度和土壤湿度。因此集成4种传感器，通过命令将获取的数据保存在单片机的存储器中。通过RS232接口，可以将这些数据传送给无线通讯节点，继而通过无线信号发射到上位机。2.农业设施控制系统农业设施不仅可由管理员手动控制，还可由上位机给控制芯片发送命令自动进行控制。控制芯片就是一个简单的51单片机系统，由贴片式STC单片机、插针式11. 0592MHz外围晶振、贴片式MAX232、插针式220V继电器、插针式XC105数字电位器、DHT90型温湿度传感、P0188SMD型光照传感器、MG811型二氧化碳传感器、以及SLHT5-1型土壤湿度传感器组成。贴片式STC单片机与插针式220V继电器、插针式XC105数字电位器相连接，而这些农业设施包括滴灌设备，风扇(220V)和补光灯(1001、22(^)，滴灌设备由一个型号为21160-15的电磁阀门和水箱构成。插针式220V继电器的作用主要是用来控制滴灌设备，控制芯片接收到打开水阀的命令时，就会通过继电器来控制一个2W160-15电磁阀的开关，达到控制灌溉的目的。插针式XC105数字电位器的作用主要是用来控制风扇(220V)和补光灯(100W、220V)。由于这两个设备不能是简单的开关，需要根据环境适当的调整风扇的转速和灯光的明暗。数字电位器就是可以通过命令改变其电阻大小来控制电路中电流的大小，达到控制风扇和灯光的功能。生态大棚模拟系统，如图2所示，模拟大棚主体构架为(lm*2m，12mm高)铝制无盖盒，小型重力势滴灌系统铺设在盒内，主管道置于(2m) —侧，通过12V电磁阀控制其输出水流量，补光灯(12V硅光灯)置于棚顶正中处，通过继电器及数字电位器由MCU控制，小型排气扇固定于盒一端，亦通过继电器及数字电位器由MCU控制，并于该端固定一变压器(220V——12V)，及220V外接插头。·权利要求1.一种设施农业传感器网络半实物仿真模拟系统，由一个设施农业传感网测控系统(I)和一个生态大棚模拟系统(2)组成，其中，设施农业传感网测控系统(I)包括一个信息采集系统——无线传感器网络系统(3)和一个反馈控制系统——农业设施控制系统(4)，其特征是，设施农业传感网测控系统(I)置于生态大棚模拟系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设施农业传感器网络半实物仿真模拟系统，由一个设施农业传感网测控系统(1)和一个生态大棚模拟系统(2)组成，其中，设施农业传感网测控系统(1)包括：一个信息采集系统——无线传感器网络系统(3)和一个反馈控制系统——农业设施控制系统(4)，其特征是，设施农业传感网测控系统(1)置于生态大棚模拟系统(2)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宏鑫，杨余旺，葛道阔，黄西川，刘岩，刘利，王磊，张海兰，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，南京理工大学，
类型：实用新型
国别省市：