一种农业自动化联动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及农业自动化控制技术领域，尤其涉及一种农业自动化联动控制系统及其控制方法。

背景技术

随着计算机技术和物联网技术的不断发展，现代物联网技术、传感器技术、无线网络技术、远程遥感技术等专业技术在农业温室、大田灌溉、水产养殖、畜牧养殖的自动化控制和管理上广泛地得到了应用，大大提高了控制系统的先进性和管理效益，能够为用户带来更多的经济收益。而随着农业智能控制应用的增多，人们对其性能要求也越来越高了，特别是对系统的稳定性、数据的真实性、传感器的稳定性极为关注，这也是目前农业智能控制系统的应用中的一个难点。

现有农业自动化控制系统都是利用各种传感器来采集种植环境温度、湿度、土壤水分、光照、二氧化碳浓度、作物生长状况等数据，发送到核心处理器进行数据分析，核心处理器根据用户设定的阈值自动控制自动化设备的开启和关闭。例如当核心处理器监测到大棚内温度高于农作物生产上限温度时，自动开启大棚内风机进行降温，当大棚内温度降到农作物正常生产温度时，自动关闭大棚内的风机。然而，现有的自动控制系统大多只有一组传感器设备对各类环境参数进行监测，当传感器出现故障时，不能确保采集的环境参数的实时可靠性，从而导致系统出现严重的误判断，例如需要开启风机的时候没开启风机，导致环境温度过高，农作物死亡，造成严重的经济损失。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种准确、高效的农业自动化联动控制系统及其控制方法。

本发明所采用的第一技术方案是：

一种农业自动化联动控制系统，包括：

第一传感器设备组和第二传感器设备组，所述第一传感器设备组和所述第二传感器设备组均用于采集目标区域的环境参数；

中央处理模块，所述中央处理模块包括数据比较单元、数据处理单元以及联动控制单元，所述第一传感器设备组的输出端和所述第二传感器设备组的输出端均与所述数据比较单元的输入端连接，所述数据比较单元的输出端与所述数据处理单元的第一输入端连接，所述数据处理单元的第一输出端与所述联动控制单元的输入端连接；

农业终端设备，所述农业终端设备的输入端与所述联动控制单元的输出端连接；

通信模块，所述通信模块与所述数据处理单元连接；

其中，所述数据比较单元用于计算所述第一传感器设备组采集的环境参数与所述第二传感器设备组采集的环境参数之间的数据偏差，所述数据处理单元用于根据所述数据偏差判断是否存在传感器故障并得到有效环境参数，所述联动控制单元用于根据所述有效环境参数对所述农业终端设备进行联动控制。

进一步，所述农业自动化联动控制系统还包括智能控制模块和设备控制柜，所述联动控制单元的输出端通过所述智能控制模块连接至所述设备控制柜的输入端，所述设备控制柜的输出端与所述农业终端设备的输入端连接，所述智能控制模块用于将所述联动控制单元下发的控制指令转换为弱电信号，所述设备控制柜用于将所述智能控制模块传输的弱电信号转换为可驱动所述农业终端设备的强电信号。

进一步，所述农业自动化联动控制系统还包括定位模块，所述定位模块的输出端与所述数据处理单元的第二输入端连接。

进一步，所述农业自动化联动控制系统还包括报警模块，所述报警模块的输入端与所述数据处理单元的第二输出端连接。

进一步，所述第一传感器设备组包括第一空气温度传感器、第一空气湿度传感器、第一光照强度传感器、第一大气压强传感器、第一二氧化碳传感器、第一土壤水分传感器以及第一土壤EC值传感器，所述第二传感器设备组包括第二空气温度传感器、第二空气湿度传感器、第二光照强度传感器、第二大气压强传感器、第二二氧化碳传感器、第二土壤水分传感器以及第二土壤EC值传感器。

进一步，所述农业终端设备包括风机、加湿器、卷膜机、照明灯、水泵以及电磁阀门。

进一步，所述农业自动化控制系统还包括电源管理模块，所述第一传感器设备组、所述第二传感器设备组、所述中央处理模块以及所述农业终端设备均与所述电源管理模块电连接。

本发明所采用的第二技术方案是：

一种农业自动化联动控制系统的控制方法，用于通过上述农业自动化联动控制系统执行，包括以下步骤：

通过第一传感器设备组采集目标区域的第一环境参数，并通过第二传感器设备组采集目标区域的第二环境参数；

通过数据比较单元计算所述第一环境参数与所述第二环境参数的数据偏差；

数据处理单元根据所述数据偏差判断是否存在传感器故障，并根据判断结果确定有效环境参数；

联动控制单元根据所述有效环境参数和预设的联动控制逻辑对农业终端设备进行联动控制。

进一步，所述数据处理单元根据所述数据偏差判断是否存在传感器故障，并根据判断结果确定有效环境参数这一步骤，其具体包括：

数据处理单元将所述数据偏差与预设的偏差阈值作对比；

当所述数据偏差大于所述偏差阈值，确定存在传感器故障，并获取第一传感器设备组和第二传感器设备组的历史数据，进而根据所述历史数据确定存在传感器故障的传感器设备组，从而将另一传感器设备组采集的环境参数作为有效环境参数；

当所述数据偏差小于等于所述偏差阈值，确定不存在传感器故障，并根据所述第一环境参数和所述第二环境参数的平均值确定有效环境参数。

进一步，所述有效环境参数包括有效空气温度、有效空气湿度、有效光照强度、有效大气压强、有效二氧化碳浓度、有效土壤含水量以及有效土壤EC值，所述联动控制单元根据所述有效环境参数和预设的联动控制逻辑对农业终端设备进行联动控制这一步骤，其具体包括：

联动控制单元确定所述有效空气温度、所述有效空气湿度、所述有效光照强度、所述有效大气压强、所述有效二氧化碳浓度、所述有效土壤含水量以及所述有效土壤EC值是否达到对应的预设阈值；

确定多个有效环境参数达到对应的预设阈值，启动或关闭对应的农业终端设备。

本发明的有益效果是：本发明一种农业自动化联动控制系统及其控制方法，通过第一传感器设备组和第二传感器设备组采集目标区域的第一环境参数和第二环境参数，通过数据比较单元计算第一环境参数和第二环境参数的数据偏差，数据处理单元可以根据数据偏差判断是否存在传感器故障，并可以得到准确的有效环境参数，联动控制单元可以根据得到的有效环境参数对农业终端设备进行联动控制，通信模块可以将得到的有效环境参数发送到用户终端便于用户查看，当存在传感器故障时，也可以通过通信模块通知用户。本发明采用两组完全独立的传感器设备组对目标区域进行环境监测，一方面当传感器发生故障时，可根据数据偏差快速准确地确定故障传感器，保证了有效环境参数的实时可靠性，避免系统出现误判断而造成的经济损失；另一方面联动控制单元可以通过各类有效环境参数对农业终端设备进行联动控制，无需人工干预，实现多维化的农业控制需求的同时，降低了人力成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种农业自动化联动控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的农业自动化联动控制系统的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。

参照图1，本发明实施例提供了一种农业自动化联动控制系统，包括：

第一传感器设备组和第二传感器设备组，第一传感器设备组和第二传感器设备组均用于采集目标区域的环境参数；

中央处理模块，中央处理模块包括数据比较单元、数据处理单元以及联动控制单元，第一传感器设备组的输出端和第二传感器设备组的输出端均与数据比较单元的输入端连接，数据比较单元的输出端与数据处理单元的第一输入端连接，数据处理单元的第一输出端与联动控制单元的输入端连接；

农业终端设备，农业终端设备的输入端与联动控制单元的输出端连接；

通信模块，通信模块与数据处理单元连接；

其中，数据比较单元用于计算第一传感器设备组采集的环境参数与第二传感器设备组采集的环境参数之间的数据偏差，数据处理单元用于根据数据偏差判断是否存在传感器故障并得到有效环境参数，联动控制单元用于根据有效环境参数对农业终端设备进行联动控制。

本发明实施例通过第一传感器设备组和第二传感器设备组采集目标区域的第一环境参数和第二环境参数，通过数据比较单元计算第一环境参数和第二环境参数的数据偏差，数据处理单元可以根据数据偏差判断是否存在传感器故障，并可以得到准确的有效环境参数，联动控制单元可以根据得到的有效环境参数对农业终端设备进行联动控制，通信模块可以将得到的有效环境参数发送到用户终端便于用户查看，当存在传感器故障时，也可以通过通信模块通知用户。本发明实施例采用两组完全独立的传感器设备组对目标区域进行环境监测，一方面当传感器发生故障时，可根据数据偏差快速准确地确定故障传感器，保证了有效环境参数的实时可靠性，避免系统出现误判断而造成的经济损失；另一方面联动控制单元可以通过各类有效环境参数对农业终端设备进行联动控制，无需人工干预，实现多维化的农业控制需求的同时，降低了人力成本。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，农业自动化联动控制系统还包括智能控制模块和设备控制柜，联动控制单元的输出端通过智能控制模块连接至设备控制柜的输入端，设备控制柜的输出端与农业终端设备的输入端连接，智能控制模块用于将联动控制单元下发的控制指令转换为弱电信号，设备控制柜用于将智能控制模块传输的弱电信号转换为可驱动农业终端设备的强电信号。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，农业自动化联动控制系统还包括定位模块，定位模块的输出端与数据处理单元的第二输入端连接。

具体地，定位模块用于对传感器设备组中的传感器进行定位，当确定故障传感器时，可通过通信模块将故障传感器的定位信息发送至云端或用户终端，便于后续的维修或更换。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，农业自动化联动控制系统还包括报警模块，报警模块的输入端与数据处理单元的第二输出端连接。

具体地，报警模块用于当存在传感器故障时产生警报，便于监控人员或巡检人员及时发现故障并进行处理。

进一步作为可选的实施方式，第一传感器设备组包括第一空气温度传感器、第一空气湿度传感器、第一光照强度传感器、第一大气压强传感器、第一二氧化碳传感器、第一土壤水分传感器以及第一土壤EC值传感器，第二传感器设备组包括第二空气温度传感器、第二空气湿度传感器、第二光照强度传感器、第二大气压强传感器、第二二氧化碳传感器、第二土壤水分传感器以及第二土壤EC值传感器。

进一步作为可选的实施方式，农业终端设备包括风机、加湿器、卷膜机、照明灯、水泵以及电磁阀门。

进一步作为可选的实施方式，农业自动化控制系统还包括电源管理模块，第一传感器设备组、第二传感器设备组、中央处理模块以及农业终端设备均与电源管理模块电连接。

具体地，电源管理模块用于为其他组件进行供电。

下面结合一具体实施例对本发明的控制系统进行说明。

本发明的目的是实现精准有效的农业智能联动控制，其采用双组独立的传感器设备组进行环境参数监测，使得环境参数更加实时可靠，智能控制更加精准有效，并可以及时发现故障异常，实时上报到云端，及时通过手机app或手机短信通知用户，避免因控制失误导致严重经济损失。

本发明实施例包含中央处理模块、电源管理模块、两组独立的传感器设备组、智能控制模块、设备控制柜、通信模块、定位模块、报警模块以及农业终端设备，中央处理模块包括数据比较单元、数据处理单元以及联动控制单元。数据比较单元用于实时获取两组传感器设备组采集的温度、湿度、气压、光照强度、土壤水分等环境参数，并对采集的数据进行转换、滤波、校准等处理，再计算两组环境参数的差值作为数据偏差，并将该数据偏差传输至数据处理单元。数据处理单元会将两组环境参数的数据偏差与预先设定的偏差阈值做比较，当两组环境参数的数据偏差超过偏差阈值时，则表示存在传感器故障，此时可调用两组传感器设备组的历史数据，根据环境参数变化的幅度确定存在故障的传感器，并将另一组的对应环境参数作为有效环境参数，同时还可以通过通信模块将故障信息和定位及时上报到云服务器或通过用户终端及时通知用户、指导用户及时处理，避免因传感器故障导致智能联动控制系统误判断问题；当两组环境参数的各项数据偏差均小于等于预设的偏差阈值时，数据处理单元均两者的平均值作为有效环境参数，并传输给联动控制单元。联动控制单元会根据用户后台设定的各类传感器数据阈值上限和阈值下限进行智能分析，当采集的传感器数值超过阈值上限或者低于阈值下限时，系统自动根据预先设定的联动控制逻辑对相应的农业终端设备执行自动开启和关闭控制。

以上是对本发明实施例的系统结构进行了说明，下面对本发明实施例的控制方法进行说明。

参照图2，本发明实施例提供了一种农业自动化联动控制系统的控制方法，用于通过上述农业自动化联动控制系统执行，包括以下步骤：

S101、通过第一传感器设备组采集目标区域的第一环境参数，并通过第二传感器设备组采集目标区域的第二环境参数；

S102、通过数据比较单元计算第一环境参数与第二环境参数的数据偏差；

S103、数据处理单元根据数据偏差判断是否存在传感器故障，并根据判断结果确定有效环境参数；

S104、联动控制单元根据有效环境参数和预设的联动控制逻辑对农业终端设备进行联动控制。

进一步作为可选的实施方式，数据处理单元根据数据偏差判断是否存在传感器故障，并根据判断结果确定有效环境参数这一步骤S103，其具体包括：

S1031、数据处理单元将数据偏差与预设的偏差阈值作对比；

S1032、当数据偏差大于偏差阈值，确定存在传感器故障，并获取第一传感器设备组和第二传感器设备组的历史数据，进而根据历史数据确定存在传感器故障的传感器设备组，从而将另一传感器设备组采集的环境参数作为有效环境参数；

S1033、当数据偏差小于等于偏差阈值，确定不存在传感器故障，并根据第一环境参数和第二环境参数的平均值确定有效环境参数。

具体地，当数据偏差大于预设的偏差阈值时，可根据历史数据分析两个环境参数的变化率，选取变化率较小的环境参数作为有效环境参数。

进一步作为可选的实施方式，有效环境参数包括有效空气温度、有效空气湿度、有效光照强度、有效大气压强、有效二氧化碳浓度、有效土壤含水量以及有效土壤EC值，联动控制单元根据有效环境参数和预设的联动控制逻辑对农业终端设备进行联动控制这一步骤S104，其具体包括：

S1041、联动控制单元确定有效空气温度、有效空气湿度、有效光照强度、有效大气压强、有效二氧化碳浓度、有效土壤含水量以及有效土壤EC值是否达到对应的预设阈值；

S1042、确定多个有效环境参数达到对应的预设阈值，启动或关闭对应的农业终端设备。

具体地，联动控制逻辑是一套用户可编程控制逻辑，用户可以根据不同的种植或养殖场景在用户终端任意配置多个联动控制逻辑，每个控制逻辑可以自定义多个不同传感器数据作为联动控制条件，不同的联动控制条件再进行与或逻辑计算得到最终的联动控制结果。联动控制逻辑的设定包含环境参数类型(空气温度、空气湿度、光照强度、大气压强、二氧化碳、土壤水分、土壤EC值)、触发阈值、比较方式(大于、大于等于、等于、小于、小于等于触发阈值)、与或逻辑(与：必须多个条件同时满足，或：只需有一个条件满足)、农业终端设备类型(风机、加湿器、卷膜机、灯光设备、水泵、电磁阀门)，控制执行操作(开启、关闭、正转、反转)。例如用户在用户终端预先配置当大棚空气温度大于35℃且空气湿度小于70％时，自动开启加湿器进行降温，当大棚空气温度小于25℃或者空气湿度大于90％时，自动关闭加湿器。

应该认识到，传统的农业智能控制系统采用的是单一的联动控制逻辑，用户只能配置一个类型传感器联动条件因素联动控制一个设施设备，比如用户只能配置当大棚温度高于35℃时开启风机，而事实上很多应用中，当大棚温度过高时，需要再结合空气湿度是否大于阈值上限来决定是开风机降温还是开加湿器降温，还可以结合外部光照强度是否高于阈值上限来确定是否可以开启天窗降温。

本发明的联动控制逻辑可以实现多个不同类型传感器联动条件因素同时满足才联动触发一个或多个设施设备开启或关闭，而不是只是单一一个传感器数据控制一个设施设备。比如当大棚温度高于35℃并且空气湿度大于70％时，通过启动风机降温，当大棚温度高于35℃并且空气湿度小于70％时启动加湿器来进行降温。这样的联动控制逻辑可以建立各种更加复杂的种植模型，实现真正意义上的精准种植，降低人力物力消耗，降低能源损耗，提高经济效益。

可以理解的是，本发明实施例可以应用于大棚智能温室控制、智能灌溉、水产养殖、畜牧养殖等多种场景中，以大棚智能温室控制为例，用户不仅可以通过手机远程实时监测大棚温室的种植环境参数，智能联动控制大棚温室内的设施设备改善种植环境，而且可以通过实时监测两组完全独立的传感器设备组的数据偏差，快速有效诊断传感器故障，并及时告知和指导用户排查处理，最终达到精准种植、降低人力成本、减少经济损失，提高经济效益的效果。与现有技术相比，本发明实施例还具有以下优点：

1)设置两组独立传感器设备组，从而可以通过分析两组传感器的数据偏差及时诊断故障，有效避免因数据错误导致严重的误控制，最终避免农作物死亡、资源浪费等经济损失。

2)两组独立传感器设备组采集的环境参数经过运算整合、相互校准等处理后，数据更加精准、更加可靠，可实现更精准科学种植指导。

3)联动控制逻辑可以自定义配置多个不同类型传感器联动条件规则，综合多个条件因素进行与或逻辑运算后联动控制一个或多个设施设备开启或关闭，从而实现复杂多元化的控制需求。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。上述方法可以使用标准编程技术—包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。上述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，上述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所描述步骤的指令或程序时，本文所描述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所描述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所描述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。