農用索掛式全自動環境參數測量系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬農業設施裝備領域，尤其涉及的是一種農用設施內環境參數的自動測量系統。
【背景技術】
[0002]設施農業，用通俗的話來說主要就是各式各樣的農業用大棚，目前在我國從東到西，從南到北不斷地建造起來。它正成為我國農業步入現代化的一個標志，目前我國絕大多數為塑料薄膜大棚，也有少量的玻璃與多種硬質透光塑料板構建的大棚。在這些棚內，環境條件相對可控，改變了自古以來靠天吃飯的約束，可進進行植物、動物、水產品、食用菌等農業項目的高效生產。設施栽培是露天種植產量的3.5倍以上，我國人均耕地面積僅有世界人均面積40%，發展設施農業是克服我國人多地少制約，解決可持續發展問題的最有效技術工程。目前我國設施農業面積已占世界總面積85%以上，其中95%以上是利用聚烯烴溫室大棚膜覆蓋。我國設施農業已經成為世界上最大面積利用太陽能的工程，但我國大棚的整體建造水平與世界先進水平差距還較大，象以色列，荷蘭那種高投入、高回報的實用、先進大棚還較少見，國家層面引進和建造的仿外國的大棚，僅能做為一種示范和試驗的實例。另一個更大的差距是國內大棚缺乏先進國家的那樣一整套完備的大棚測量與控制系統，建造大棚的目的是為了生產更多更好的農產品，而生產環境的測量和控制是極為關鍵的，但鑒于我國的地理、氣候特點及作物品種和國外的差異，國外的棚型和管理方法在國內的實際運營效益也并不盡人意。對國外先進技術消化吸收，根據我國的特點建造出有中國特色的高效、實用大棚是農業科技工作者的責任。另外，大棚除了需要建造優良外，還有一個重要的方面是要有相應配套的環境參數測控系統及設計良好的軟件系統，只有這些因素綜合配比合理，才能獲得最佳的經濟效益，才能被使用者接受，才容易推廣應用。目前，為了解決我國農村勞動力老化和緊缺的問題，大棚內的勞作也盡可能采用機械化了，為了使中、小型機械能入棚操作，單棟大棚一般都是寬度十米至十多米，長度數十米近百米，高度達三米，多保溫層的甚至更高，而連棟大棚的面積更是能達數千乃至上萬平方米，在這樣一個巨大的空間，不同位置、不同時間的各種參數都是會變化的，就是同一個參數，棚內不同時間和不同的地點都不一樣，例如溫度，由于日照強度不同和空氣對流的作用，大棚的上層和下層在白天和夜晚都是不一樣的，窗口門口和大棚中間也有差異，北面和南面夏季和冬季也都不同，溫度過高對于動植物的生長是不利的，高溫時，有些植物會蔫萎，而動物會停止生長甚至發生中暑現象。溫度過低有些植物就會出現凍害，有些畜禽易生病或死亡。在做科學研究和生產中需要精細測量的時候，就需要安裝較多的溫度傳感器。又如在養殖大棚內，我們需要測量氨氣，硫化氫等氣體，因為這些氣體對畜禽是有害的，在種植棚內，我們需測量二氧化碳，因為只有這些氣體的比例合適，植物才能進行有效的光合作用，食用菌類生長更對光、濕、溫度、二氧化碳等參數有更苛刻的要求，不同的品種在不同的生長階段，這些參數的需求量有很大的變化，只有這些參數合適時，它們才能較好地按照人們的需要生長起來。目前這些氣體傳感器價格昂貴，只能少量布設，影響到測量的整體精確度，另外，它們使用一段時間后測量效率還會發生變化，需要校正。裝拆的技術要求很高，非專業人員很難操作。
[0003]如要做到精準農業，或者在科研工作中需要更多的統計數字達到足夠的精確度，就要安裝較多的傳感器，如用有線的傳送的方式就會需要安裝很多的電纜線，棚內的管線就會更多，這些管線的安裝和維護是繁雜和費錢的，加上長期光照，高溫條件下材料的老化、鼠害、有害氣體和液體對部件的腐蝕，管線的會損壞，需要維護量大，這會使得整個管線的建造和運行成本很高。并且過多的管線對機械化耕作及棚內眾多設施的安裝都帶來許多的不便，另外眾多的傳感器也會因各傳感器之間存在著測量誤差，從而對最后的測量結果造成一個較大的系統誤差。
[0004]為了解決這些問題，也有人試圖采用無線網技術來減少電纜線的數量，ZIGBEE是前幾年被人們看好的一種無線組網的方式，但實際應用中發現它也存在許多的問題，在多傳感器情況下，ZIGBEE組網價格較貴，功耗較大，數據傳送不太可靠，受環境條件影響大，甚至植物的枝葉都能屏蔽數據傳送的高頻電波，另外開發較難和開發調試費用高也制約了它的發展，實際上目前還沒有實用、經濟、有推廣應用前景的無線傳送方式，特別在在只有數十個傳感器這種數量不大而應用最多的情況，目前還沒有一種好的的解決方案，本實用新型就是發明一種在目前這種技術條件下較經濟、方便、可靠地對大棚環境參數進行測量和對傳感器數據測量遠程傳送的一種模式，經實際的應用檢驗使用效果良好，有很好的推廣前景。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種經濟、方便、可靠地對大棚環境參數進行測量和對傳感器數據測量遠程傳送的一種農用索掛式全自動環境參數測量系統。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0007]一種農用索掛式全自動環境參數測量系統，由工作架、鋼絲繩和掛鉤組成，所述鋼絲繩的在大棚需要測量的路徑的兩頭用緊繩器拉緊，鋼絲繩上安裝有工作架和若干掛鉤，所述的工作架設有底板，所述底板上固定安裝有電路電池盒，電路電池盒內安裝有大容量可充電鋰電池、電路及單片嵌入式微型計算機系統STM32，在底板的下方固定安裝有橫向桿，在該橫向桿上安裝有各種測量用的傳感器，所述掛鉤上固定裝有電子標簽，所述工作架上裝有電動伸縮桿，該電動伸縮桿上裝有射頻接收機，所述的電子標簽和射頻接收機連接電路電池盒，在鋼絲繩的一頭安裝非接觸式充電器，在工作架上靠近非接觸式充電器的一端裝有充電接收器，所述的非接觸式充電器和充電接收器連接電路電池盒，在所述鋼絲繩的另一頭安裝有磁鋼，在工作架上靠近磁鋼的一端安裝有霍爾傳感器，所述的霍爾傳感器和磁鋼連接電路電池盒，所述的工作架和電動伸縮桿連接電路電池盒。
[0008]所述電子標簽和射頻接收機的安裝位置是相對安放的。
[0009]所述底板的側面固定裝有平穩風扇。
[0010]所述的底板下方還可安裝一攝像頭。
[0011]由于農用大棚的棚形絕大部分為長條狀，所以本實用新型是在大棚的縱向的兩端用拉緊的鋼絲繩做為懸索，一個自帶電池的自走式工作架在鋼絲繩上運動，它的上面安裝有測量所需的各種傳感器，工作架安裝有帶編碼器的直流電機，它能根據運動輪轉動的角度估算出工作架行走的距離，以確定工作架的坐標，為了準確定位，減少累積誤差，本實用新型還采用了 RFID(無線射頻識別)技術的電子標簽和射頻接收器，它可以在接近而非接觸的情況下識別出所在地的位置，我們可以通過它校正編碼器所測的距離。得到最準確的工作架位置坐標。具體的設計是，在工作架上安裝有射頻接收器，它可接收到貼在鋼絲繩上掛鉤上的電子標簽上的信息，對坐標值進行復位和校正，這些地點的數值和測量值一起由單片計算機采集并通過GPRS的手機網絡送到電信或移動公司的服務器中，這樣我們就能得到測量值和測量地點這樣的完整的信息了。
[0012]工作臺帶有一個電動的可伸縮的掛臂，可由單片計算機程序控制使它伸長或縮短，用以測量不同高度的參數值。
[0013]工作架采用可充電鋰電池作為動力源，在鋼絲索的一端，裝有非接觸式充電器，在工作架的一端裝有非接觸充電的接收機，當工作臺在單片計算機的的控制下，自動進行測量完成后會自動回到原來的位置，這時充電器的發射和接收器靠在一起就能進行充電操作，當充電完成后就會自動斷電，這樣工作臺就在預備工作狀態。可進行下一步的工作。充電一次可以足夠三天的工作，這樣可保證多次使用后電池容量下降時也能有足夠的電量保證正常工作。
[0014]測量架上可以安裝多種傳感器，由于傳感器安裝在可移動的工作架上，這樣每種傳感器只要有一個就可以了，這樣可能最大限度地減少傳感器的數量，本實用新型