[发明专利]基于大数据分析的温室远程植物生理生态监测控制系统

摘要

本发明属于植物监测技术领域，公开了一种基于大数据分析的温室远程植物生理生态监测控制系统，所述基于大数据分析的温室远程植物生理生态监测控制系统包括：湿度检测模块、温度检测模块、光照检测模块、单片机控制模块、二氧化碳控制模块、大数据计算模块、数据存储模块、显示模块。本发明通过大数据计算模块利用云服器集中大数据计算资源对检测数据进行分析处理，大大提高监测速度，进而提升监测效率；同时通过二氧化碳控制模块有效的提升二氧化碳的利用率，大大提升温室植物的光合作用效率，有利于植物的生长。

主权项

1.基于大数据分析的温室远程植物生理生态监测控制系统，其特征在于，所述基于大数据分析的温室远程植物生理生态监测控制系统包括：湿度检测模块，与单片机控制模块连接，用于通过湿度传感器检测温室内的湿度信息；湿度检测模块的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数表示为：其中，τ为时延偏移，f为多普勒频移，0＜a,b＜α/2，x*(t)表示x(t)的共轭，当x(t)为实信号时，x(t)＜p＞＝|x(t)|＜p＞sgn(x(t))；当x(t)为复信号时，[x(t)]＜p＞＝|x(t)|p‑1x*(t)；温度检测模块，与单片机控制模块连接，用于通过温度传感器检测温室内的温度信息；温度检测模块的接收信号的信号模型表示为：r(t)＝x1(t)+x2(t)+…+xn(t)+v(t)其中，xi(t)为时频重叠信号的各个信号分量，各分量信号独立不相关，n为时频重叠信号分量的个数，θki表示对各个信号分量载波相位的调制，fci为载波频率，Aki为第i个信号在k时刻的幅度，Tsi为码元长度；光照检测模块，与单片机控制模块连接，用于通过光照传感器检测温室内的光照强度信息；光照检测模块在可编程逻辑器件门列阵中，内嵌32位的NiosII软核CPU，SDRAM控制器与外围的SDRAM存储器芯片，构成本系统的SDRAM存储系统，用于存放NiosII软核CPU运行时的程序和在运行时所产生的重要的数据，JTAG UART控制器通过JTAG线与上位PC机相连，实现程序的下载和在线调试功能；EPSC控制器及其外围的EPSC存储芯片，构成一个串行的电可擦除的存储系统，主要用于存储FPGA配制文件与NiosII软核CPU执行程序代码；LCD控制器及其LCD显示器用于显示光强度值；BH1750光照度传感器模块通过I2C数据总路线与FPGA中的NiosII进行通信，PIO1口为BH1750光强度传感器模块提供SCL时钟信号，而POI2提供SDA信号；所述BH1750的应用电路结构具体为：由数字型光强度传感器集成电路BH1750、外围的两个电阻R1、R2和外围两个电容C1、C2组成，集成电路BH1750的第2引脚ADD和第3引脚GND接地0电位；集成电路BH1750的第1引脚VCC和第5引脚DVI接供电电源；集成电路BH1750的第1引脚VCC和第5引脚DVI分别接上滤波电容C1和C2，集成电路BH1750的第4引脚SDA和第6引脚SCL分别接上拉电阻R1和R2，FPGA芯片通过4引脚SDA和第6引脚SCL读取光照数据；单片机控制模块，与湿度检测模块、温度检测模块、光照检测模块、二氧化碳控制模块、大数据计算模块、数据存储模块、显示模块连接，用于调度各个模块正常工作；单片机控制模块对接收信号s(t)进行非线性变换，按如下公式进行：其中A表示信号的幅度，a(m)表示信号的码元符号，p(t)表示成形函数，f_c表示信号的载波频率，表示信号的相位，通过该非线性变换后得到：二氧化碳控制模块，与单片机控制模块连接，用于对温室内的二氧化碳浓度进行控制；大数据计算模块，与单片机控制模块连接，用于通过云服器集中大数据资源进行对检测数据计算分析处理；大数据计算模块的处理方法包括：跳频混合信号时频域矩阵进行预处理：第一步，对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定根据接收信号的平均能量来确定；第二步，找出p时刻(p＝0,1,2,…P‑1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b₁(p,q),b₂(p,q),…,b_M(p,q)]^T，其中数据存储模块，与单片机控制模块连接，用于存储检测的数据信息；显示模块，与单片机控制模块连接，用于通过显示器显示检测的数据信息。