一种基于物联网的温室智能监控系统技术领域
本发明涉及一种监控系统，尤其涉及一种基于物联网的温室智能监控系统。
背景技术
近年来我国设施园艺快速发展，截至2012年，栽培面积已达到了362万hm2，占世界的89.3%；其中代表设施园艺现代化水平的玻璃温室面积接近9000hm2，占世界玻璃温室面积的22.5%。温室环境监控系统是提高温室作物产量、减少劳动力成本的关键技术，代表了温室生产的核心竞争力。随着传感器技术、计算机控制、网络通信以及物联网等技术的快速发展，融合了上述高新技术的智能监控系统逐渐被应用到温室监控领域。但是，上述系统主要侧重于单栋温室环境信息的获取和对设备的简单控制，其智能化程度不高、通用性不强，且难以扩展应用于大型连栋温室群环境调控。而国内温室建设恰恰是以多栋温室构成的温室群为主，在这种新形势下，要求当前温室智能监控系统在软硬件的设计上，要基于统一的农业物联网技术框架，在保证设备控制安全性的前提下，将环境智能调控算法应用到温室实际生产管理中，构建出扩展性高、通用性强的温室环境智能监控系统。
物联网（IOT, Internet of Things）是传感器、互联网和信息处理技术高度融合的新一代信息技术，物联网在设施农业中有广泛应用，近年来主要在现代温室环境监测与调控、产品溯源和病虫害诊断等方面取得重要进展。而以物联网技术框架为基础的现代温室智能监控系统，其注重全面感知、稳定传输和智能应用3个方向，且系统易于扩展，应用性强，是现代温室智能监控系统的主要发展方向。
发明内容
本发明的目的是为了构建出扩展性高、通用性强的温室环境智能监控系统，设计了一种基于物联网的温室智能监控系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于物联网的温室智能监控系统主要由现场监控子系统、远程监控子系统和数据库子系统3部分构成,各子系统设计中相对独立，依赖聚合性较低，具有良好的可扩展性、可操作性和应用性。
所述的现场监控子系统为C/S架构，现场监控计算机上运行的监控软件通过CANOpen协议和基于分布式CAN总线的温室数据采集与控制系统通信，实现对温室主要环境因子的采集和设备的控制。输入模块接收传感器采集的温室小气候环境因子（空气温度、湿度、太阳辐射等）和室外气象信息（空气温度、湿度、风速、风向、光照强度等），将它们发送到CAN总线上，现场监控计算机通过CAN通信卡接收这些数据并实时显示，同时存储到数据库中。输出模块通过CAN总线接收来自现场监控软件的控制信号，控制继电器的动作，继电器的相应动作控制着温室环境调控设备（风机、天窗、湿帘、遮阳网等）的启停。温室环境数据的实时采集的采样周期为1s，为了保持较高的性噪比，设定数据存档周期为30s。另外还需要对数据进行平滑处理。
所述的远程监控子系统为B/S架构，由数据获取层、逻辑应用层和表现交互层构成，采用基于Ajax技术的异步数据交互方式构建远程监控子系统，整体实现温室信息的获取、控制命令的下达，并提供了快捷友好的用户交互逻辑，具有用户注册管理、实时环境信息预览、历史数据查询与导出、设备远程控制、视频监控等功能，使身处异地的科研和管理人员可以方便的获取温室环境信息，提供监控手段，增强其能动性与干预能力。
所述的数据库介于远程监控子系统和现场监控子系统之间，是它们通信的桥梁。现场监控子系统将处理过的实时环境数据、设备状态信息以及设备控制日志等存储到数据库中，供用户进行历史查询与分析。远程监控子系统一方面将数据库中存储的信息展示给远程用户，另一方面将远程用户的控制命令写入数据库的控制决策表，现场监控子系统实时轮询控制决策表，实现对温室设备的控制。
所述的温度系统智能控制方法采用混杂自动机建模与控制的相关理论，设备状态识别与校准采用Zernike矩的图像识别技术。
本发明的有益效果是：
基于物联网的温室智能监控系统不仅能够实现温室环境参数的自动采集、实时显示、可视化的数据查询与分析，尤其能够监视现场设备的工作状态、实现智能控制，并结合温室设备的工作特点，将基于混杂自动机模型的温室温度系统智能调控算法应用到环境调控中，实现温室设备的智能控制。将基于Zernike矩的图像识别技术应用于设备状态的检测，实现设备的自动校准，充分利用Ajax技术，实现环境数据与设备状态的实时更新与同步。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是系统总体框图。
图2是系统Ajax请求过程。
图3是手动控制流程。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，基于物联网的温室智能监控系统主要由现场监控子系统、远程监控子系统和数据库子系统3部分构成。现场监控子系统为C/S架构，现场监控计算机上运行的监控软件通过CANOpen协议和基于分布式CAN总线的温室数据采集与控制系统通信，实现对温室主要环境因子的采集和设备的控制。远程监控子系统为B/S架构，由数据获取层、逻辑应用层和表现交互层构成。数据库介于远程监控子系统和现场监控子系统之间，是它们通信的桥梁。
如图2所示， 远程监控子系统中需要实时显示当前温室环境数据和设备状态信息，且涉及到大量的历史数据查询、报表分析、参数设置、设备控制等操作，本文采用基于Ajax技术的异步数据交互方式构建远程监控子系统能够为用户提供流畅的数据交互体验，且能够降低服务器负担，提高网络传输效率。远程客户端浏览器中JavaScript 定时调用setInterval 函数，不断触发Ajax 引擎，向Web服务器发出数据更新请求，服务器查询数据库中最新的环境数据并以JSON 格式回传给前台页面，从而实现温室环境数据的实时更新。
如图3所示， 系统中设备的控制模式分为手动控制和自动控制，可以在两种控制模式中自由切换。手动控制既可在现场监控子系统中也可以在Web远程客户端上实现，而智能控制算法只在现场监控子系统中运行。手动控制过程如图4所示，控制指令可能来自远程客户端也有可能在现场实施。当实施远程控制时，系统将远程控制指令写入数据库，现场监控软件读取到远程端的控制指令，调用相应的控制子函数对设备实施控制，并将更新后的设备状态写入数据库，远程客户端读取到回传的设备状态，更新页面，从而完成对设备的控制。当实施现场控制时，控制指令直接下达给现场监控软件，调用相应的控制子函数实现对设备的控制，设备状态改变后同样回传给远程客户端。