本發(fā)明屬于智能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于多傳感器信息融合的遠程菜窖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，隨著人民生活水平的不斷提高，人們對冬季菜選擇的品味越來越高，雖然有了蔬菜大棚技術(shù)，但是對于北方大部分地區(qū)來說，還是不能滿足冬天對于蔬菜的需要，而對于冬儲大白菜、蘿卜、土豆、包菜、大蔥等廉價、無公害，且營養(yǎng)價值高的蔬菜還是具有重要意義，特別是對于北方地區(qū)部隊來說冬季必須要做好蔬菜的冬儲冬備工作，保證冬季蔬菜供應(yīng)，才能保障好部隊的戰(zhàn)備和訓(xùn)練，冬天的蔬菜儲存工作是北方寒區(qū)冬季的一項重要的戰(zhàn)備任務(wù)。對于冬季蔬菜儲藏來說在北方目前還是以使用傳統(tǒng)的地下菜窖為主要手段，特別是對于處于寒帶地區(qū)的部隊，還是大量的采用傳統(tǒng)的地下菜窖來儲存蔬菜。

菜窖內(nèi)溫度、濕度必須控制在一定的范圍，儲存的蔬菜品種才能正常保存，二氧化碳等有害氣體的濃度也需要在人員進入菜窖之前進行檢測，以避免二氧化碳濃度較高使進入人員產(chǎn)生窒息中毒。因此有必要對菜窖內(nèi)的溫度、濕度以及二氧化碳濃度等進行檢測控制，以達到安全長期儲存蔬菜的要求。

在北方，特別是新疆和東北地區(qū)，冬季外界溫度為- 20至-30攝氏度且空氣干燥，地下菜窖一般埋深三到五米，溫度在10攝氏度左右，空氣潮濕，傳統(tǒng)地下菜窖一般依靠人工通過用溫濕度計來查看菜窖溫濕度，再通過手動啟動排風(fēng)設(shè)備進行內(nèi)外界空氣對流，來調(diào)節(jié)菜窖溫濕度，以達到良好的保存蔬菜的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：目前應(yīng)用于冷凍和冷藏的技術(shù)主要有冷庫中的溫度控制系統(tǒng)和氣調(diào)保鮮庫兩種方式。

冷庫中溫度一般在零下十度以下，不需要精確地溫度控制。目前冷庫中使用最多的是單點溫度控制系統(tǒng)，通過冷庫內(nèi)溫度傳感器測量溫度上報給溫度控制器，溫控器根據(jù)設(shè)定的溫度值來判斷打開還是關(guān)閉制冷機工作；這種溫度控制方式大多是應(yīng)用在冷庫之中，需要的溫控精度不高的場合；

這種溫控系統(tǒng)不能實現(xiàn)遠程監(jiān)控，溫度控制精度不高，且只能檢測一個固定點的溫度，對于面積較大的菜窖（如某部菜窖蔬菜存儲間使用面積為290平方米），整個菜窖溫度是不均勻的，進風(fēng)口溫度高，出風(fēng)口溫度低，這種溫控系統(tǒng)不能很好的控制菜窖內(nèi)的溫度；而對于濕度和二氧化碳的檢測和控制，目前儲存蔬菜和水果的冷庫中還沒有使用；這種方式適合于冷庫等粗放式管理儲存方式，不適用于精細化管理的菜窖。

氣調(diào)保鮮庫是一種全密封式冷庫，通過調(diào)節(jié)庫內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳、乙烯濃度等環(huán)境參數(shù)達到水果長期保鮮，其溫濕度控制與冷庫控制基本相同，其內(nèi)部有氣體檢測控制設(shè)備主要有：制氮機、二氧化碳脫除機、乙烯脫除機等；

氣調(diào)庫設(shè)備造價高，一般的氣調(diào)庫系統(tǒng)造價均在幾十萬，且氣調(diào)庫需要全密封環(huán)境，人員一般很少進出；由于氣調(diào)保鮮庫造價太高（根據(jù)儲存量大小價格高低不同，大多數(shù)造價達到幾十萬），目前這種同時檢測溫濕度及二氧化碳濃度的保鮮庫大多應(yīng)用于昂貴的水果儲存領(lǐng)域；這種技術(shù)根本不適用于地下菜窖的大量的蔬菜保管；

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種基于多傳感器信息融合的遠程菜窖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，本發(fā)明研究的系統(tǒng)通過智能傳感器監(jiān)測菜窖溫濕度以及二氧化碳濃度，并根據(jù)不同蔬菜種類所需要的儲存環(huán)境不同來自動通過空氣對流的形式，調(diào)節(jié)蔬菜儲存溫度和濕度，并將采集溫濕度大數(shù)據(jù)與蔬菜儲存情況進行記錄對比，修正菜窖儲存蔬菜的溫濕度和二氧化碳值，以達到精細化儲存蔬菜的目的。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于多傳感器信息融合的遠程菜窖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括服務(wù)器，服務(wù)器連接主控制器，主控制器分別連接環(huán)境設(shè)備控制器和智能節(jié)點，環(huán)境設(shè)備控制器連接環(huán)境設(shè)備，智能節(jié)點還連接傳感器；

傳感器檢測菜窖內(nèi)環(huán)境狀態(tài)得出環(huán)境參數(shù)，并將環(huán)境參數(shù)傳送至智能節(jié)點，智能節(jié)點計算出環(huán)境參數(shù)的平均值，并將平均值發(fā)送至主控制器，服務(wù)器內(nèi)存儲有預(yù)先設(shè)置好的環(huán)境參數(shù)閾值，主控制器從服務(wù)器中提取環(huán)境參數(shù)閾值，并將接收到的平均值與環(huán)境參數(shù)閾值范圍進行比對，通過比對結(jié)果判斷環(huán)境狀態(tài)是否需要調(diào)整，若需要調(diào)整則由主控制器發(fā)送命令信息到環(huán)境設(shè)備控制器，環(huán)境設(shè)備控制器根據(jù)命令信息對應(yīng)的控制指令自動控制環(huán)境設(shè)備的工作或停止，或通過手動控制環(huán)境設(shè)備的工作或停止；智能節(jié)點采集的環(huán)境參數(shù)平均值可存儲在主控制器中或服務(wù)器中；

菜窖內(nèi)還安裝有攝像頭，攝像頭連接服務(wù)器并將視頻信息存儲在服務(wù)器內(nèi)；

服務(wù)器連接控制終端，控制終端可調(diào)用、查看服務(wù)器內(nèi)存儲的環(huán)境參數(shù)平均值及視頻信息；

控制終端可遠程發(fā)送控制命令至服務(wù)器，由服務(wù)器將該控制命令傳輸給主控制器，主控制器根據(jù)控制命令對應(yīng)的指令自動控制環(huán)境設(shè)備的工作或停止，直至環(huán)境參數(shù)平均值在預(yù)設(shè)值的閾值范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，環(huán)境設(shè)備包括排風(fēng)機或加濕器。

優(yōu)選地，主控制器上設(shè)有LED觸控顯示屏，用于顯示環(huán)境參數(shù)的平均值，以及用于觸摸控制環(huán)境設(shè)備。

優(yōu)選地，智能節(jié)點采用加權(quán)平滑算法計算環(huán)境參數(shù)的平均值。

優(yōu)選地，控制終端為PC、PAD或智能手機。

優(yōu)選地，服務(wù)器與控制終端采用有線或無線連接，若采用無線連接，則無線連接方法包括網(wǎng)絡(luò)連接。

優(yōu)選地，智能節(jié)點將采集到的環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)通過485現(xiàn)場總線技術(shù)上傳給主控制器。

優(yōu)選地，智能節(jié)點采集的環(huán)境參數(shù)包括濕度、溫度或二氧化碳濃度。

本發(fā)明還提供一種基于多傳感器信息融合的遠程菜窖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括如下具體步驟：

（一）在菜窖內(nèi)設(shè)置多個監(jiān)測點安裝傳感器和攝像頭，不間斷測量各個監(jiān)測點的溫度、濕度和二氧化碳濃度，并通過智能節(jié)點將測得的數(shù)據(jù)采用加權(quán)平滑算法計算出平均值，即平均溫度、平均濕度和平均二氧化碳濃度值；

（二）值班室內(nèi)的LED觸控顯示屏上實時顯示各個菜窖內(nèi)的溫度、濕度和二氧化碳濃度的平均值，并預(yù)先設(shè)置各個菜窖內(nèi)所儲存的蔬菜需要的環(huán)境參數(shù)閾值范圍，可以手動控制各個環(huán)境設(shè)備工作或停止，同時顯示各個環(huán)境設(shè)備相應(yīng)的工作狀態(tài)，以及實時顯示經(jīng)手動調(diào)整后各個菜窖內(nèi)的溫度、濕度和二氧化碳濃度的平均值，并可以通過LED觸控顯示屏的操作界面設(shè)置自動控制的環(huán)境參數(shù)閾值；

（三）根據(jù)檢測計算得到的各個菜窖內(nèi)的溫度、濕度和二氧化碳濃度的平均值，通過主控制器與預(yù)先設(shè)定的并存儲在主控制器或服務(wù)器中的各個菜窖的環(huán)境參數(shù)閾值進行對比，主控制器自動控制相對應(yīng)的環(huán)境設(shè)備工作或停止，對菜窖環(huán)境進行動態(tài)調(diào)控，使菜窖內(nèi)的溫度、濕度及二氧化碳濃度的平均值保持在設(shè)定的閾值范圍之內(nèi)；

（四）服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)與主控制器連接，主控制器實時上傳監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)給服務(wù)器，工作人員可通過控制終端在值班室以外的地方隨時查看調(diào)用存儲在服務(wù)器中的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度和二氧化碳濃度的平均值，并同時可通過安裝在菜窖內(nèi)的攝像頭查看菜窖內(nèi)部的情況。

前述基于多傳感器信息融合的遠程菜窖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)不依賴于服務(wù)器，可在不開啟服務(wù)器的情況下，由帶有LED觸控顯示屏的主控制器獨立工作，實現(xiàn)溫、濕度及二氧化碳濃度的動態(tài)控制。

本發(fā)明的有益效果是：

為實現(xiàn)集中菜窖內(nèi)環(huán)境的職能監(jiān)測控制，本發(fā)明采用智能節(jié)點配合多傳感器融合技術(shù)進行環(huán)境檢測，將采集到的參數(shù)數(shù)據(jù)通過485現(xiàn)場總線技術(shù)上傳給帶有觸摸屏的主控制器，由主控制器針對個房間所儲存蔬菜的不同要求，對各個房間內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進行分析，基于各個房間預(yù)設(shè)的溫濕度閾值，采用模糊控制的方法，通過光電隔離系統(tǒng)控制相應(yīng)的排風(fēng)機以及加濕器工作，對菜窖內(nèi)的環(huán)境進行智能動態(tài)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對菜窖內(nèi)各個功能房間的環(huán)境進行智能控制，也可通過觸摸屏對菜窖內(nèi)的各種設(shè)備進行手動控制；

本發(fā)明設(shè)計的系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器中的菜窖環(huán)境智能監(jiān)控軟件，監(jiān)控菜窖內(nèi)的環(huán)境情況和控制菜窖內(nèi)的設(shè)備工作，并可以通過視頻系統(tǒng)查看蔬菜的儲存情況和菜窖內(nèi)的情況，實現(xiàn)在辦公室內(nèi)就可以對菜窖環(huán)境和蔬菜儲存情況進行實時監(jiān)控；可以實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測菜窖內(nèi)各個功能房間的溫度、濕度及二氧化碳濃度情況，以及各個排風(fēng)機和加濕器的工作狀態(tài)；同時可手動控制排風(fēng)機和加濕器工作和停止；以及可設(shè)定各個功能房間儲存蔬菜所需要的溫濕度控制閾值；并且可長期記錄存儲菜窖的溫濕度及二氧化碳數(shù)據(jù)，并能夠查看各個參數(shù)的變化曲線，可記錄整個菜窖內(nèi)各個房間的環(huán)境參數(shù)信息大數(shù)據(jù)，菜窖管理人員可以通過系統(tǒng)所記錄的菜窖內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，對比蔬菜的儲存質(zhì)量從而結(jié)合大數(shù)據(jù)信息得到蔬菜儲存的最佳溫濕度值；最后還能夠通過菜窖內(nèi)部的攝像頭，采用視頻的方式監(jiān)控菜窖內(nèi)部的情況。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的整體原理框圖；

圖2為菜窖內(nèi)的智能節(jié)點與傳感器連接框圖；

圖3為實施例菜窖布局圖；

圖4為實施例菜窖應(yīng)用原理框圖。

具體實施方式

實施例1

本實施例提供一種基于多傳感器信息融合的遠程菜窖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，原理如圖1所示，包括服務(wù)器，服務(wù)器連接主控制器，主控制器分別連接環(huán)境設(shè)備控制器和智能節(jié)點，環(huán)境設(shè)備控制器連接環(huán)境設(shè)備，如圖2所示，智能節(jié)點還連接傳感器；傳感器檢測菜窖內(nèi)環(huán)境狀態(tài)得出環(huán)境參數(shù)，并將環(huán)境參數(shù)傳送至智能節(jié)點，智能節(jié)點計算出環(huán)境參數(shù)的平均值，并將平均值發(fā)送至主控制器，服務(wù)器內(nèi)存儲有預(yù)先設(shè)置好的環(huán)境參數(shù)閾值，主控制器從服務(wù)器中提取環(huán)境參數(shù)閾值，并將接收到的平均值與環(huán)境參數(shù)閾值范圍進行比對，通過比對結(jié)果判斷環(huán)境狀態(tài)是否需要調(diào)整，若需要調(diào)整則由主控制器發(fā)送命令信息到環(huán)境設(shè)備控制器，環(huán)境設(shè)備控制器根據(jù)命令信息對應(yīng)的控制指令自動控制環(huán)境設(shè)備的工作或停止，或通過手動控制環(huán)境設(shè)備的工作或停止；智能節(jié)點采集的環(huán)境參數(shù)平均值可存儲在主控制器中或服務(wù)器中；菜窖內(nèi)還安裝有攝像頭，攝像頭連接服務(wù)器并將視頻信息存儲在服務(wù)器內(nèi)；服務(wù)器連接控制終端，控制終端可調(diào)用、查看服務(wù)器內(nèi)存儲的環(huán)境參數(shù)平均值及視頻信息；控制終端可遠程發(fā)送控制命令至服務(wù)器，由服務(wù)器將該控制命令傳輸給主控制器，主控制器根據(jù)控制命令對應(yīng)的指令自動控制環(huán)境設(shè)備的工作或停止，直至環(huán)境參數(shù)平均值在預(yù)設(shè)值的閾值范圍內(nèi)。

前述環(huán)境設(shè)備包括排風(fēng)機和加濕器；主控制器上設(shè)有LED觸控顯示屏，用于顯示環(huán)境參數(shù)的平均值，以及用于觸摸控制環(huán)境設(shè)備；智能節(jié)點采用加權(quán)平滑算法計算環(huán)境參數(shù)的平均值；控制終端為PC電腦；服務(wù)器與控制終端采用網(wǎng)絡(luò)連接；智能節(jié)點將采集到的環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)通過485現(xiàn)場總線技術(shù)上傳給主控制器；智能節(jié)點采集的環(huán)境參數(shù)包括濕度、溫度或二氧化碳濃度。

本實施例還提供一種基于多傳感器信息融合的遠程菜窖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括如下具體步驟：

（一）在菜窖內(nèi)設(shè)置多個監(jiān)測點安裝傳感器和攝像頭，不間斷測量各個監(jiān)測點的溫度、濕度和二氧化碳濃度，并通過智能節(jié)點將測得的數(shù)據(jù)采用加權(quán)平滑算法計算出平均值，即平均溫度、平均濕度和平均二氧化碳濃度值；

（二）值班室內(nèi)的LED觸控顯示屏上實時顯示各個菜窖內(nèi)的溫度、濕度和二氧化碳濃度的平均值，并預(yù)先設(shè)置各個菜窖內(nèi)所儲存的蔬菜需要的環(huán)境參數(shù)閾值范圍，可以手動控制各個環(huán)境設(shè)備工作或停止，同時顯示各個環(huán)境設(shè)備相應(yīng)的工作狀態(tài)，以及實時顯示經(jīng)手動調(diào)整后各個菜窖內(nèi)的溫度、濕度和二氧化碳濃度的平均值，并可以通過LED觸控顯示屏的操作界面設(shè)置自動控制的環(huán)境參數(shù)閾值；

（三）根據(jù)檢測計算得到的各個菜窖內(nèi)的溫度、濕度和二氧化碳濃度的平均值，通過主控制器與預(yù)先設(shè)定的并存儲在主控制器或服務(wù)器中的各個菜窖的環(huán)境參數(shù)閾值進行對比，主控制器自動控制相對應(yīng)的環(huán)境設(shè)備工作或停止，對菜窖環(huán)境進行動態(tài)調(diào)控，使菜窖內(nèi)的溫度、濕度及二氧化碳濃度的平均值保持在設(shè)定的閾值范圍之內(nèi)；

（四）服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)與主控制器連接，主控制器實時上傳監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)給服務(wù)器，工作人員可通過控制終端在值班室以外的地方隨時查看調(diào)用存儲在服務(wù)器中的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度和二氧化碳濃度的平均值，并同時可通過安裝在菜窖內(nèi)的攝像頭查看菜窖內(nèi)部的情況。

前述基于多傳感器信息融合的遠程菜窖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)不依賴于服務(wù)器，可在不開啟服務(wù)器的情況下，由帶有LED觸控顯示屏的主控制器獨立工作，實現(xiàn)溫、濕度及二氧化碳濃度的動態(tài)控制。

以下通過具體案例進一步說明本實施例的原理：①②③④⑤⑦⑧⑨⑩

如圖3所示，①-⑦為小風(fēng)機排風(fēng)口，用于局部調(diào)節(jié)菜窖溫濕度；⑧為進風(fēng)口；主排風(fēng)道為菜窖主要排風(fēng)設(shè)備，用于調(diào)節(jié)菜窖整體的溫濕度；根據(jù)整個菜窖的排風(fēng)進風(fēng)情況，以及菜窖的整體布局，擬布置多個智能節(jié)點。

土豆間、蘿卜間和腌菜間面積較小，且通風(fēng)較好采用一個智能節(jié)點放置在整個房間的正中央，配合多個溫濕度及二氧化碳傳感器即可完成環(huán)境檢測；大白菜間由于蔬菜架比較密集，且房間較大，房間個地方溫濕度不均勻，因此采用三個智能節(jié)點，安裝在室內(nèi)的三個柱子上，每個智能節(jié)點均配三個溫度、濕度傳感器，一個二氧化碳傳感器；主控制節(jié)點根據(jù)各個位置的智能節(jié)點所檢測的溫濕度情況，依據(jù)設(shè)定好的環(huán)境參數(shù)值，通過模糊控制算法來控制①-⑦個風(fēng)機或主風(fēng)機以及各個加濕器運行，進而對各個房間內(nèi)的環(huán)境進行動態(tài)調(diào)節(jié)。

原理框圖如圖4所示：

智能節(jié)點采用ARM7內(nèi)核的微處理器，配合外圍電路對各傳感器數(shù)據(jù)進行采集，計算出平均溫度、濕度以及二氧化碳濃度，并將環(huán)境數(shù)據(jù)定時通過485總線發(fā)送給主控制器；主控制器采用基于ARM cortex-m3核心的微處理器為核心的控制板，采集智能節(jié)點發(fā)送的溫濕度的數(shù)據(jù)，并通過軟件算法計算房間內(nèi)的溫濕度及二氧化碳濃度，將環(huán)境參數(shù)以及風(fēng)機設(shè)備工作情況的數(shù)據(jù)通過485總線發(fā)送給上位計算機；并根據(jù)環(huán)境情況和設(shè)定的閾值通過設(shè)備控制器自動開啟或關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備或加濕設(shè)備，通過帶有光電隔離的繼電器；設(shè)備控制器采用光電隔離低壓繼電器和空氣斷路器控制開關(guān)來控制風(fēng)機以及加濕器的運行或關(guān)閉；溫濕度傳感器采用FM-KWS溫濕度傳感器，二氧化碳傳感器采用LM393紅外空氣二氧化碳傳感器。

該系統(tǒng)指標：

（1）系統(tǒng)響應(yīng)速度：小于2秒（每2秒更新一次監(jiān)測數(shù)據(jù)）；

（2）溫度控制：范圍-30～70℃；精度：±0.2℃；分辨率0.1℃；

（3）濕度控制：范圍0～100%；精度：±1%；分辨率：0.1%；

（4）二氧化碳測量：范圍0～5000ppm，精度：10ppm，分辨率：1ppm，（二氧化碳濃度含量對人體生理反應(yīng)影響如下：350～450ppm，同一般室外環(huán)境；350～1000ppm，空氣清新，呼吸順暢；1000～2000ppm，感覺空氣渾濁，并開始覺得昏昏欲睡 ；2000～5000ppm，感覺頭痛、嗜睡、呆滯、注意力無法集中、心跳加速、輕度惡心；大于5000ppm，可能導(dǎo)致嚴重缺氧，造成永久性腦損傷、昏迷、甚至死亡）。

（5）測量數(shù)據(jù)存儲記錄時間：根據(jù)主控計算機電腦硬盤大小決定。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。