分布式智能型温室计算机控制系统的一种设计与实现

针对农业环境自动化控制的需要,研制了"分布式智能型温室计算机控制系统".该系统体系结构为中心计算机和单片机智能控制仪的主从式结构, 系统采用实时多任务操作系统和农业温室专家系统的人工智能技术,对温室内外环境因子进行实时监测和智能化决策调节,为农作物创造最优化的生长条件.实时多任务系统使系统的通信,环境参数采集,控制可以同时进行;由于现场情况的复杂性和多变性,依靠精确数学模型的传统控制已经无法很好地解决问题,因此,本系统采用存储大量现场经验和知识的专家系统来达到控制的目的.采用专家系统从理论上去验证和分析系统,保证了系统运行的稳定性和可扩展性,降低了开发难度.系统硬件主要由环境因子实时监测模块、智能决策模块组成.软件部分采用COM组态方式实现,包括数据库管理模块、人工控制模块等,具有操作简便,可靠性高,易升级扩充等特点,已实现产品化.     

基于物联网的荔枝园信息获取与智能灌溉专家决策系统

为实现荔枝园环境的实时远程监控和精准管理,设计基于农业物联网的荔枝园信息获取与智能灌溉专家决策系统,该系统通过信息采集终端模块实时采集荔枝园的土壤含水率、空气温湿度、光照强度、风速和降雨量等环境信息,通过无线传感网将数据包发送到网关上,网关通过通用无线分组网(general packet radio service,GPRS)将处理后的数据包传输到云服务器,专家系统根据采集到的环境数据,结合专家知识,建立多个决策数学模型,实现计算作物需水量、预报灌溉时间、灌溉最佳定量决策、根据灌溉制度决策等决策功能,将决策结果反馈到控制终端模块进行智能监控。经试验,对比系统多参数决策和一般的单参数决策得出的结论,多参数决策的准确性更高;灌溉区域的土壤含水率平均值为17.4%,满足荔枝树生长所需的土壤含水率条件,说明系统的灌溉决策具有比较强的实时性。且系统预测能达到75%的准确率,说明系统的预测实时性比较好。该系统实现了荔枝园的环境信息获取与智能灌溉,能指导用户更好地管理荔枝园。     

温室番茄生产实时在线辅助决策支持系统的研制

为了加强对温室环境监控的能力、提高温室番茄高产优质栽培的管理水平，研制开发出一种基于环境数据采集系统的实时在线辅助决策系统。该系统不仅能对温室主要环境要素进行实时采集、存储、图表显示，而且能为用户提供实时管理信息服务。系统实际运行表明，各项技术指标基本达到了设计要求，但在相关知识库与数据库的完善、传感器的选型与制作等方面仍需要深入研究。     

基于ZigBee和Internet的温室群环境远程监控系统设计

针对当前国内温室群环境智能测控研究现状以及黑龙江省寒地日光温室建设实际,研发了一种基于ZigBee和Internet的温室群环境远程监控系统。该系统由数个独立温室监控系统组成,各独立温室监控服务器将数据汇总至总服务器,由总服务器提供远程监控接入管理服务。各独立温室监控系统传感网部分基于ZigBee网络设计,通信模块采用TI公司新一代片上系统CC2530,ZigBee网络通过RS232-RJ45协议转换器接入局域网。软件算法设计参考了大系统理论,对温室环境因子进行综合调控。通过日光温室实地试验,测试了ZigBee网络通讯稳定性,通讯丢包率控制在4.9%以内,远程监控系统稳定,满足了工程设计需要。     

温室作物生态健康智能监护系统(GH-Healthex)的研制与测试

研制温室作物生态健康智能监护系统是为了解决目前温室环境监控系统普遍存在的自动获取的数据未与具体作物健康生育的特殊需求相结合，也未被用于病虫害的智能化防治等问题。该文报导的温室作物生态健康智能监护系统(GH-Healthex)实现了这类数据在植物健康监护和病虫害智能化防治中的利用。以番茄为研究案例，系统通过对温室环境监测数据的分析，结合作物种植知识库中番茄生长发育及其病虫害发生规律可以进行智能化决策，即当温室内出现了不利于作物生长的气象条件时，系统会自动的通过系统界面提示用户采取相应措施，以保证温室番茄的优质、高效生产。该系统提供了一个作物知识库平台，若以其他作物的种植和病虫害防治数据替代番茄数据，便能更广泛地推广应用。     

温室环境远程监控与诊断管理系统设计

基于远程监控技术、Web技术和面向对象技术,本文初步设计实现了一个温室环境诊断与管理系统。通过实时远程监控技术自动获取的现场数据,并结合历史数据的分析与挖掘、农业专家经验与知识,该系统可以有效地对温室的环境进行诊断与综合评价,进而为调控管理提供决策支持服务。     

基于ZigBee技术的温室无线智能控制终端开发

针对温室农业控制的需要,开发了温室无线智能控制终端。该系统基于ZigBee无线网络,以Jennic公司生产的ZigBee无线微型控制器JN5139-M01模块为核心,整个无线传感器网络由无线生理生态监测节点、ZigBee温室无线智能控制终端和智能语音模块组成。无线传感器节点分布于温室的各个测量点执行各数据的采集、预处理和无线发送等工作,温室无线智能控制终端负责处理所有无线传感器节点采集的数据信息。智能语音模块能够根据采集到的信息及时提供生产指导建议。温室无线智能控制终端实现了对温室环境因子（土壤温度、叶片温度,光照、茎秆生长、土壤水分等）的数据采集和有效控制。通过试验验证,该系统运行稳定,并且操作简单,使用方便。     

基于STM32温室环境测控系统的研究

在传统温室自动化监控系统的基础上,针对目前温室大棚面积不断增大、温室内传感器种类及数量不断增多,且不易连栋管理的现状,设计了基于ARM CORTEX-M3核的以STM32单片机为核心的智能温室控制系统。系统采用CAN总线技术对连栋大棚的主要环境因子,如温度、湿度及光照度等进行智能控制,通过串行通信实现上位机控制,增强了温室大棚的智能化和实用性。     

基于现场总线思想的分布式温室智能控制系统

温室自动控制系统是提高温室生产经济效益的关键之一。参照自动控制系统的发展趋势，开发了基于现场总线思想的分布式温室自动控制系统；系统硬件由上位机、智能控制器和智能节点3层组成，采用485总线作为层间通信网络。系统软件应用了实时数据库、智能控制、开放的通信协议、实时决策及模型更新和双向看门狗技术。大约1年多的实际运行效果显示，系统功能完善、可靠性高，适合在温室生产中推广应用。     

基于作物模型的温室环境管理系统设计与实现

为改进温室环境管理系统的性能,获取实时动态生成的决策信息,建立了基于作物模型的温室环境管理系统。在借鉴前人先进研究成果的基础上,通过实验建立了简化的温室番茄和黄瓜作物生长模型;其次,通过收集资料和专家经验建立了温室环境管理知识库;最后,应用农业环境实时监测数据,综合利用模型预测和知识推理建立了温室环境管理决策支持系统。通过实际运行表明,系统可实时动态输出室内温度、光照等参数的优化值及其它相关辅助决策信息,通过进一步完善可望取得更好的应用前景。     

混合架构智能温室信息管理系统的设计

针对物联网型智能温室的信息管理要求,基于客户端/服务器（C/S）和服务器/客户端（B/S）混合架构设计了智能温室信息管理系统。系统由现场管理、数据库和远程管理等3个子系统组成。采用分布图法检测了温室传感器网络离异数据。结合铁皮石斛的耐湿特性,通过Mamdani推理实现了温室空气温度、湿度和光照强度等环境参数的模糊决策。基于异步JavaScript和XML（AJAX）技术构建了Web数据异步交互框架。运用服务器推技术实现了温室机构动作状态的实时同步。系统在江苏农博园现代农业馆智能温室部署运行,成功实现了温室信息局域网的采集、处理、存储、显示和决策,以及广域网的高效远程访问与管理。     

基于6LoWPAN无线传感器网络的农业环境实时监控系统

针对现有农业环境监控系统的不足,提出了一种基于6LoWPAN无线传感器网络的农业环境实时监控系统,该系统采用6LoWPAN构架实现互联网与无线传感器网络之间的点到点通信,无需特定的网关进行协议转换或者协议承载,从而实现了对农业环境的实时监测和控制,降低了能耗,缩短了延迟时间。该文从硬件结构、软件结构及节能等方面对此系统进行了详细阐述和分析,试验结果表明该系统的实用性和高效性,可应用于温室、农田、苗圃等区域。     

基于无线传感器网络的温室栽培营养液电导率监测系统

温室营养液无土栽培,具有节约种植成本、生产效率高等优点.监测营养液的电导率、pH值等特性参数,是实现营养液无土栽培信息化与自动化的基础.为了实现温室无土栽培营养液的实时监测,开发了基于无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)的营养液电导率实时监测系统.系统以JN5139为中央控制器同时控制营养液电导率信息采集单元和无线通讯单元,实现了营养液电导率信息的实时采集与处理、LCD显示和键盘输入等人机交互操作以及基于WSN的营养液电导率实时测量自组织网络,同时系统集成了GPRS模块,实现了营养液电导率与温度信息的远程传输与监控等功能.系统采用星型网络拓扑结构,并进行定时休眠、传感器掉电控制来节省能源消耗.针对系统的实用性和可靠性进行了系统标定、温度补偿以及温室试验,分析比较了电导率测量线性与非线性模型.试验结果表明分段线性模型建模效果较好,分段拟合R2均在0.97以上.系统的测量范围为0.5~2.9 mS/cm,测量结果能够精确到0.01 mS/cm,总体测量相对误差为2.10%,较好地满足了温室营养液电导率实时监测的要求,为无土栽培的科学管理提供技术手段.     

节能型日光温室智能加温控制系统设计

在北方冬季节能型日光温室生产中常出现极端低温天气,气温低于作物致死温度,导致温室作物大幅减产甚至绝收。为精准调控温室温度,降低低温带来的损失,本研究设计了一套日光温室智能加温控制系统,其硬件设备由感知模块、主控模块、通讯模块、伺服模块、执行设备组成。系统实现了日光温室温度环境的智能控制,可自动采集温室内气温数据,并根据主控模块内设置的加温控制阈值实现温度执行设备的自动开关,同时可通过Android远程客户端进行数据查看及执行设备状态控制。系统应用与验证结果表明:二代砖墙日光温室最低温度维持6~8℃,则系统日开启时间需4.9h,日资金投入146元;维持10~12℃,则系统日开启时间6.1h,日资金投入194元。应用过程中系统性能稳定,实现了温度环境的精细化、无人值守智能调控,夜间加温效果良好。     

基于短信息的温室生态健康呼叫系统

为解决温室监测“低端化”的问题，IPMIST实验室开发了由W78E58B单片机及WMOD2B GSM模块构成的基于短信息的温室生态健康呼叫系统。该系统由RS232串行接口电路及数据采集系统组成，具有在温室的温度和湿度超出作物适宜生长的阈值范围时自动以发手机短信的形式向用户报警，以及用户可以根据需要向模块发送手机短信来随意设置手机号与温湿度范围等功能，方便用户对温室环境进行及时控制。该系统具有结构简单、工作可靠、安装方便等特点，同时该系统的成功研制证明了短信息应用于温室监测是可行的。     

节能型日光温室智能加温控制系统设计1

在北方冬季节能型日光温室生产中常出现极端低温天气,气温低于作物致死温度,导致温室作物大幅减产甚至绝收.为精准调控温室温度,降低低温带来的损失,本研究设计了一套日光温室智能加温控制系统,其硬件设备由感知模块、主控模块、通讯模块、伺服模块、执行设备组成.系统实现了日光温室温度环境的智能控制,可自动采集温室内气温数据,并根据主控模块内设置的加温控制阈值实现温度执行设备的自动开关,同时可通过Android远程客户端进行数据查看及执行设备状态控制.系统应用与验证结果表明:二代砖墙日光温室最低温度维持6~8℃,则系统日开启时间需4.9h,日资金投入146元;维持10~12℃,则系统日开启时间6.1h,日资金投入194元.应用过程中系统性能稳定,实现了温度环境的精细化、无人值守智能调控,夜间加温效果良好.     

LabVIEW软件平台在果园生态环境远程监测系统中的应用

在果园的生产管理中，环境对果树的生长发育、栽培技术的实施、病虫害的预防等产生极其重要的影响。应用LabVIEW虚拟仪器开发平台，结合数据采集模块和各种传感器，实现了果园生态环境数据的实时采集，并利用LabVIEW自带的远程面板技术让客户远程监控服务器端。试验结果表明：系统能较好地实现果园生态环境远程实时监测，为果树生产管理提供决策依据。     

设施环境无线监控系统的设计与实现

针对设施农业生产环境监控过程中信息监测点和设备控制点分散的情况,设计了一种具有自组织跳转数据传输功能的通用性无线监控系统.以具有ZigBee无线数据传输功能的JN5121模块为核心,设计传感器输入接口和设备控制输出接口,研制实现现场信息的获取和设备控制的前端无线节点;以ARM9为核心扩展多种资源接口作为监控系统主机硬件,在Linux操作系统平台下使用MiniGUI编制监控功能和人机交互界面,通过对前端无线节点的统一协调指挥,完成对环境信息的采集分析和对设备的综合控制.结果表明,系统具有成本低、通用性强、可扩展性强、可靠性高等特点,可方便地应用于温室、大田、养殖等到各种场合的环境监控,从而满足用户的不同需要.     

温室环境信息语音提示系统的设计与实现

为解决温室内测量数据的及时获取问题，研究了温室数据实时语音提示及报警系统，该系统能够实时地将传感器采集的温室环境信息以语音的方式播放出来。该系统采用MSC51系列单片机作为主控芯片，控制保存在ISD系列语音芯片内的语音数据的输入及输出，同时给出了将数据信息按人的阅读习惯正确朗读出来的控制算法。通过实践应用证明，该系统实现了实时语音提示功能，并具有控制灵活，接口简单，扩展性强等特点。     

多目标日光温室计算机生产管理系统研究

利用计算机强大的数据处理能力，实时采集，处理日光温室内温度，湿度，光照强度，二氧化碳浓度及土壤水分等影响植物生长发育的环境因子，并根据作物生产生长发育的阶段性技术要求，设定各项控制指标，控制各执行机构的运行，从而实现日光温室环境因子监控及生产管理自动化。本系统具有多目标管理功能。适合大中型农业园区生产管理需要。