本發(fā)明屬于設施農(nóng)業(yè)技術領域，具體涉及一種溫室環(huán)境綜測儀及方法。

背景技術：

溫室環(huán)境的控制屬于智慧農(nóng)業(yè)的一部分，在滿足城市消費群需求、減輕種植業(yè)風險、充分利用自然光源、推廣農(nóng)業(yè)先進技術方面具有重要的作用。為了保證溫室環(huán)境滿足作物生長的要求，對溫室環(huán)境進行在線或離線檢測，并根據(jù)專家經(jīng)驗進行溫室環(huán)境質(zhì)量評估，指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就具有非常重要的意義。

目前市場的儀器普遍存在以下缺點：

(1)現(xiàn)有的溫室環(huán)境綜合測試儀，不能同時對多種環(huán)境數(shù)據(jù)進行同步測量，更缺少根據(jù)測量數(shù)據(jù)對溫室環(huán)境的評估，對于使用者缺少指導意義；

(2)現(xiàn)有的溫室環(huán)境綜合測試儀，缺少檢測數(shù)據(jù)遠方傳送功能，因此檢測的數(shù)據(jù)無法長期保存；同時，由于綜測儀是流動性測量，因此缺少測量地點的定位功能；

(3)由于傳感器測量的數(shù)據(jù)不準確，如果要基于這些測量的非精確數(shù)據(jù)完成溫室環(huán)境的質(zhì)量評估，就需要基于非精確數(shù)據(jù)的評估技術，而這一技術目前在理論和實際上是缺乏的。

針對上述問題，本發(fā)明設計一種新型的溫室環(huán)境綜合數(shù)據(jù)測量儀器，基于多種傳感器完成對溫室環(huán)境多因素的同步測量；增加gps定位功能，完成對測量地點的定位和測量時間的記錄；采用區(qū)間隨機向量函數(shù)連接rvfl(randomvectorfunctionallink)神經(jīng)網(wǎng)絡模型，開發(fā)基于非精確數(shù)據(jù)的溫室環(huán)境評估模型，實現(xiàn)溫室環(huán)境的質(zhì)量評估，并給出評估的可靠度，供使用者參考。目前基于區(qū)間rvfl神經(jīng)網(wǎng)絡評估模型的溫室環(huán)境綜合測試儀，在國內(nèi)外的研究和應用中尚未見到。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出一種溫室環(huán)境綜測儀及方法。

一種溫室環(huán)境綜測儀，包括：溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元、中央處理單元和服務器；

所述中央處理單元，包括：數(shù)據(jù)同步采集模塊、gps定位模塊、人機交互模塊、gprs遠傳模塊、usb設備接口、dsp核心處理模塊；

所述溫室環(huán)境采集單元的輸出端連接數(shù)據(jù)同步采集模塊的輸入端，所述數(shù)據(jù)同步采集模塊的輸出端連接dsp核心處理模塊的輸入端，所述gps定位模塊通過串行通信口連接dsp核心處理模塊，所述gprs遠傳模塊通過串行通信口連接dsp核心處理模塊，所述usb設備接口與dsp核心處理模塊的輸入端相連，所述人機交互模塊的輸入端連接dsp核心處理模塊的輸出端，所述gprs遠傳模塊通過網(wǎng)絡與服務器相連；

所述溫室環(huán)境采集單元，用于實時采集溫室環(huán)境參數(shù)；

所述數(shù)據(jù)同步采集模塊，用于將同步采集的溫室環(huán)境參數(shù)實時傳輸至dsp核心處理模塊；

所述gps定位模塊，用于采集當前溫室環(huán)境參數(shù)的采集時間、地點，并將此時間、地點傳輸至dsp核心處理模塊；

所述人機交互模塊，用于與dsp核心處理模塊進行信息交互，顯示實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)，選擇工作狀態(tài)、選定采集的溫室環(huán)境參數(shù)；所述工作狀態(tài)包括：在線狀態(tài)和離線狀態(tài)；

所述gprs遠傳模塊，用于實現(xiàn)dsp核心處理模塊與服務器之間的通訊，將實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)傳輸至服務器；

所述usb設備接口，用于提供usb存儲設備接入的通道；

所述dsp核心處理模塊，用于建立區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，將溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值和對應的溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值作為訓練樣本，訓練該區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，確定訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型；根據(jù)實時采集當前環(huán)境下的溫室環(huán)境參數(shù)作為訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡的輸入，得到當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度。

所述溫室環(huán)境參數(shù)，包括：空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、光照強度、土壤溫度、土壤濕度。

所述溫室環(huán)境采集單元，包括：空氣溫度傳感器、土壤溫度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳傳感器。

采用溫室環(huán)境綜測儀進行溫室環(huán)境綜測的方法，包括以下步驟：

步驟1：通過人機交互模塊選擇工作狀態(tài)、選定采集的溫室環(huán)境參數(shù)；

步驟2：開啟溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元進行溫室環(huán)境參數(shù)的采集；

步驟3：通過數(shù)據(jù)同步采集模塊將同步采集的溫室環(huán)境參數(shù)實時傳輸至dsp核心處理模塊；

步驟4：通過人機交互模塊顯示實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)；

步驟5：通過gps定位模塊采集當前溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的采集時間、地點，并將此時間、地點傳輸至dsp核心處理模塊；

步驟6：通過dsp核心處理模塊建立區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，將溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值和對應的溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值作為訓練樣本，訓練該區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，確定訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型；根據(jù)實時采集當前環(huán)境下的溫室環(huán)境參數(shù)作為訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡的輸入，得到當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度；

步驟6.1：將采集的p組溫室環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換為區(qū)間值；

步驟6.2：根據(jù)專家經(jīng)驗對監(jiān)測點所對應的溫室環(huán)境質(zhì)量進行等級劃分，得到n個溫室環(huán)境質(zhì)量等級；

步驟6.3：將溫室環(huán)境參數(shù)的區(qū)間值進行歸一化處理，得到歸一化后的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值；

步驟6.4：將溫室環(huán)境質(zhì)量等級用區(qū)間表示，得到溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值；

步驟6.5：建立區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，將p組歸一化后的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值和對應的溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值作為訓練樣本，訓練該區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，確定訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型；

步驟6.5.1：建立區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，根據(jù)溫室環(huán)境參數(shù)的個數(shù)l設定輸入層節(jié)點個數(shù)，根據(jù)溫室環(huán)境質(zhì)量等級個數(shù)n設定輸出層節(jié)點個數(shù)，設定隱含層節(jié)點個數(shù)m；

步驟6.5.2：設定輸入層節(jié)點到隱含層節(jié)點的初始點值權值、隱含層節(jié)點的點值閾值、隱含層節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始區(qū)間權值、隱含層的激勵函數(shù)；

步驟6.5.3：將歸一化后的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值作為區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型的輸入?yún)^(qū)間值，根據(jù)區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型的輸入?yún)^(qū)間值和輸入層到隱含層節(jié)點的初始點值權值，確定隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值；

所述根據(jù)區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型的輸入?yún)^(qū)間值和輸入層到隱含層節(jié)點的初始點值權值，確定隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值的計算公式如下所示：

其中，uj為第j個隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值，uj為隱含層第j個節(jié)點輸出的下限，為第j個隱含層節(jié)點輸出的上限，i∈[1，l]為輸入層節(jié)點，j∈[1，m]為隱含層節(jié)點，wi，j為第i個輸入層節(jié)點到第j個隱含層節(jié)點的權值，xi為歸一化后第i個溫室環(huán)境參數(shù)的下限值，為歸一化后第i個溫室環(huán)境參數(shù)的上限值，θj為第j個隱含層節(jié)點的閾值；

步驟6.5.4：將隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值的下限表示為隱含層的輸出下限矩陣up×l，將隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值的上限表示為隱含層的輸出上限矩陣并根據(jù)隱含層節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始權值的正負對隱含層的輸出矩陣進行重新歸類，得到重新歸類后的隱含層輸出下限矩陣ulp×l和重新歸類后的隱含層輸出上限矩陣uup×l；

步驟6.5.5：將溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值的下限表示為訓練樣本輸出值下限矩陣dp×n，將溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值的上限表示為訓練樣本輸出值上限矩陣

步驟6.5.6：根據(jù)重新歸類后的隱含層輸出下限矩陣ulp×l、重新歸類后的隱含層輸出上限矩陣uup×l、訓練樣本輸出值下限矩陣dp×n、訓練樣本輸出值上限矩陣采用最小二乘法訓練區(qū)間rvfl網(wǎng)絡的隱含層到輸出層權值，確定訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型。

步驟6.6：實時采集當前環(huán)境下的溫室環(huán)境參數(shù)，并轉(zhuǎn)換為區(qū)間值；

步驟6.7：將實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)的區(qū)間值進行歸一化處理，得到歸一化后的實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值；

步驟6.8：將歸一化后的實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值作為訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡的輸入，得到當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度；

步驟6.8.1：將歸一化后的實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值輸入訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡，得到其隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值；

步驟6.8.2：根據(jù)隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值和隱含層節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始權值，確定輸出層節(jié)點的區(qū)間輸出值，即當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級；

所述根據(jù)隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值和隱含層節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始權值，確定輸出層節(jié)點的區(qū)間輸出值的計算公式如下：

其中，yk為第k個輸出層節(jié)點的區(qū)間輸出值，為輸出層第k個節(jié)點輸出的上限，yk為輸出層第k個節(jié)點輸出的下限，k∈[1，n]為輸出層節(jié)點，為第j個隱含層節(jié)點到第k個輸出層節(jié)點權值的上限，βj，k為第j個隱含層節(jié)點到第k個輸出層節(jié)點權值的下限；

步驟6.8.3：比較輸出層節(jié)點的區(qū)間輸出值的大小，將輸出層節(jié)點的區(qū)間上限與下限的均值最大的區(qū)間輸出值作為評價結果，即當前溫室環(huán)境質(zhì)量等級class，并確定其評價結果的可信度ci；

所述當前溫室環(huán)境質(zhì)量等級class的計算公式如下所示：

其中，函數(shù)max返回評估后的溫室環(huán)境質(zhì)量等級class；

所述評價結果的可信度ci的計算公式如下所示：

其中，yclass為當前溫室環(huán)境質(zhì)量等級class對應輸出層節(jié)點輸出的下限，為當前溫室環(huán)境質(zhì)量等級class對應輸出層節(jié)點輸出的上限；

步驟7：當工作狀態(tài)為在線工作狀態(tài)時，通過gprs遠傳模塊將采集到的溫室環(huán)境參數(shù)、當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度上傳到服務器數(shù)據(jù)庫中，工作結束；

步驟8：當工作狀態(tài)為離線工作狀態(tài)時，將采集到的溫室環(huán)境參數(shù)、當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度存儲在本地usb存儲設備中，當網(wǎng)絡狀態(tài)良好時通過gprs遠傳模塊傳至服務器數(shù)據(jù)庫中，工作結束。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出基于一種溫室環(huán)境綜測儀及方法，該系統(tǒng)將同步數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、位置定位和數(shù)據(jù)遠傳功能集于一體，完成多種功能，起到使用者的助手功能，以及遠程數(shù)據(jù)采集終端的功能；該評估方法的創(chuàng)新基于非精確數(shù)據(jù)進行建模和評估，目前尚沒有好的方法。本發(fā)明提出采用區(qū)間神經(jīng)網(wǎng)絡模型建立基于非精確數(shù)據(jù)的評估模型，較好地解決了非精確數(shù)據(jù)的處理問題，使所開發(fā)的綜測儀能夠給出溫室環(huán)境評估結果和評估的可靠度，在國內(nèi)外屬于首創(chuàng)。在溫室環(huán)境綜測儀處于在線狀態(tài)時，溫室環(huán)境綜測儀直接將溫室環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和評價結果上傳到遠方服務器上；當溫室環(huán)境綜測儀處于離線狀態(tài)時，溫室環(huán)境綜測儀把溫室環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息和評價結果，按照時間、地點序列順序存儲在本地的usb存儲設備中，在溫室環(huán)境綜測儀聯(lián)網(wǎng)之后，再把溫室環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息和評價結果同步到服務器中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施方式中溫室環(huán)境綜測儀的結構框圖；

圖2為本發(fā)明具體實施方式中溫室環(huán)境綜測儀的電路原理圖；

圖3為本發(fā)明具體實施方式中溫室環(huán)境綜測儀進行溫室環(huán)境綜測的方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明具體實施方式中建立區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型得到當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度的流程圖；

圖5為本發(fā)明具體實施方式中訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明具體實施方式加以詳細的說明。

一種溫室環(huán)境綜測儀，如圖1所示，包括：溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元、中央處理單元和服務器。

所述中央處理單元，包括：數(shù)據(jù)同步采集模塊、gps定位模塊、人機交互模塊、gprs遠傳模塊、usb設備接口、dsp核心處理模塊。

如圖2所示，所述溫室環(huán)境采集單元的輸出端連接數(shù)據(jù)同步采集模塊的輸入端，所述數(shù)據(jù)同步采集模塊的輸出端連接dsp核心處理模塊的輸入端，所述gps定位模塊通過串行通信口連接dsp核心處理模塊，所述gprs遠傳模塊通過串行通信口連接dsp核心處理模塊，所述usb設備接口與dsp核心處理模塊的輸入端相連，所述人機交互模塊的輸入端連接dsp核心處理模塊的輸出端，所述gprs遠傳模塊通過網(wǎng)絡與服務器相連。

所述溫室環(huán)境采集單元，用于實時采集溫室環(huán)境參數(shù)。

所述溫室環(huán)境采集單元，包括：空氣溫度傳感器、土壤溫度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器、光照強度傳感器、二氧化碳傳感器。

本實施方式中，空氣溫度傳感器和土壤溫度傳感器均為熱電偶溫度傳感器，輔以冷端補償電路連接數(shù)據(jù)同步采集模塊的輸入端，輸出模擬電壓信號傳送給dsp核心處理模塊。

本實施方式中，熱電偶溫度傳感器探頭帶有長30mm、底面直徑為3m的圓柱形金屬外殼以及3m長的數(shù)據(jù)線。測量空氣溫度時，直接將空氣溫度傳感器置于空氣之中；測量土壤溫度時，將土壤溫度傳感器探頭埋于土壤表層以下植物根部處。所采用的熱電偶溫度傳感器為壓簧式感溫元件，具有抗振性能好、測溫精度高、機械強度高、耐壓性能好、性能可靠穩(wěn)定等優(yōu)點。

本實施方式中，空氣濕度傳感器型號為sht１0。sht１0通過串行類iic接口將數(shù)字信號傳送給dsp核心處理模塊。將sht10制作成探頭狀，sht10的獨特封裝表面令其在結露環(huán)境下使用。

本實施方式中，土壤濕度傳感器為csf１１土壤水分傳感器。csf11土壤水分傳感器輸出模擬電壓信號通過數(shù)據(jù)同步采集模塊傳送給dsp核心處理模塊。csf11土壤水分傳感器為圓柱封裝，長109mm，直徑40mm，底部帶有4根長60mm、直徑3mm的金屬探針。將土壤濕度傳感器垂直插入被測土壤，保證金屬探針全部插入土壤之中即可測量量溫室環(huán)境中的土壤水分。

本實施方式中，光照強度傳感器的型號為bh1750fvi，bh１750fvi光照強度傳感器輸出數(shù)字信號通過iic總線傳送至dsp核心處理模塊。bh1750fvi光照強度傳感器為半球封裝，尺寸為內(nèi)徑22mm、外徑26mm、外緣直徑28.5mm、高18mm。用絕緣硅膠將傳感器密封在溫室環(huán)境綜測儀表面，令半球封裝裸露在溫室環(huán)境中即可測量溫室環(huán)境中的光照強度。

本實施方式中，二氧化碳傳感器所選用的為s-100二氧化碳傳感器。s-100二氧化碳傳感器輸出數(shù)字信號通過iic總線傳送至dsp核心處理模塊。s-100二氧化碳傳感器的外形尺寸為32mm(長)×12mm(寬)×38mm(高)。s-100二氧化碳傳感器外部附著一層透析膜貼敷于溫室環(huán)境綜測儀外殼表面即可測量溫室環(huán)境中的二氧化碳濃度。

所述溫室環(huán)境參數(shù)，包括：空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、光照強度、土壤溫度、土壤濕度。

所述數(shù)據(jù)同步采集模塊，用于將同步采集的溫室環(huán)境參數(shù)實時傳輸至dsp核心處理模塊。

所述gps定位模塊，用于采集當前溫室環(huán)境參數(shù)的采集時間、地點，并將此時間、地點傳輸至dsp核心處理模塊。

本實施方式中，gps定位模塊，其主要功能是給溫室環(huán)境綜測儀提供時間、地點的參考，gps定位模塊通過串行通信口與dsp核心處理模塊進行信息交互。在處于在線狀態(tài)時，利用gps定位模塊得到時間、地點序列，記錄采集當前溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的采集時間、地點，并將此時間、地點作為此次溫室環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的一部分，將該信息作為判斷本次上傳的溫室環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和評價結果是否有效的參考；處于離線狀態(tài)時，gps定位模塊獲得的時間、地點信息順序存儲在本地的usb存儲設備中。

所述人機交互模塊，用于與dsp核心處理模塊進行信息交互，顯示實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)，選擇工作狀態(tài)、選定采集的溫室環(huán)境參數(shù)；所述工作狀態(tài)包括：在線狀態(tài)和離線狀態(tài)。

本實施方式中，人機交互模塊，采用lcd彩屏與按鍵相結合作為人機交互的接口，lcd彩屏的作用是與dsp核心處理模塊進行信息交互，顯示實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)，選擇工作狀態(tài)、選定采集的溫室環(huán)境參數(shù)。lcd彩屏、按鍵通過數(shù)據(jù)信號線與dsp核心處理模塊相連進行信息的交互。按鍵相比于觸摸屏更符合于實際溫室環(huán)境的應用，觸摸屏暴露在空氣中才能正常使用，在結露環(huán)境中，露珠會令觸摸屏出現(xiàn)誤觸發(fā)的情況，而按鍵可密封在功能面板之下，避免了誤操作提高可靠性。

所述gprs遠傳模塊，用于實現(xiàn)dsp核心處理模塊與服務器之間的通訊，將實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)傳輸至服務器。

本實施方式中，gprs遠傳模塊，使用的是gprsdtu無線串口數(shù)傳模塊，通過串行通信口與dsp核心處理模塊相連。此模塊內(nèi)置gprs無線模塊，提供標準rs232/485數(shù)據(jù)接口。實現(xiàn)溫室環(huán)境綜測儀與服務器之間數(shù)據(jù)的可靠高效傳輸。

所述usb設備接口，用于提供usb存儲設備接入的通道。

本實施方式中，當溫室環(huán)境綜測儀處于需要自行記錄溫室環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的離線狀態(tài)時，溫室環(huán)境綜測儀把gps定位模塊產(chǎn)生時間、地點序列加入把溫室環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息序列，并按照時間順序存儲在本地的usb存儲設備中，方便后續(xù)對數(shù)據(jù)的進一步分析、處理工作。

所述dsp核心處理模塊，用于建立區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，將溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值和對應的溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值作為訓練樣本，訓練該區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，確定訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型；根據(jù)實時采集當前環(huán)境下的溫室環(huán)境參數(shù)作為訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡的輸入，得到當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度。

本實施方式中，dsp核心處理模塊采用的dsp數(shù)字處理芯片為tms320f28335。dsp核心處理模塊的主要任務協(xié)調(diào)各模塊之間配合工作，將數(shù)據(jù)同步采集與人際交互系統(tǒng)采集的溫室數(shù)據(jù)通過模擬量接口和數(shù)字量接口發(fā)至dsp，利用區(qū)間rvfl神經(jīng)網(wǎng)絡評估模型算法給出評價結果，將記錄的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)和評價結果發(fā)送至lcd彩屏，方便使用人員及時了解當前溫室環(huán)境。

本實施方式中，電源部分采用外部24v直流電源與24v蓄電池搭配的供電方案，保證溫室環(huán)境綜測儀可長期穩(wěn)定工作。二者中只有一種處于工作狀態(tài)，默認采用24v直流電源供電。處于外部24v直流電源供電時，溫室環(huán)境綜測儀的充電電路根據(jù)24v蓄電池當前狀態(tài)選擇是否通過充電路給蓄電池充電。經(jīng)過dc-dc變換輸出電壓12v，12v-5v穩(wěn)壓電路選用的芯片為lm1084低壓差線性穩(wěn)壓器；12v-3.3v穩(wěn)壓電路選用的芯片為ams1117低壓差線性穩(wěn)壓器；12v-2.5v穩(wěn)壓電路選用的芯片為lm1084低壓差線性穩(wěn)壓器。

本實施方式中，外殼為長方體塑料盒子，局部開孔、帶有提手，在塑料外殼內(nèi)部裝入溫室環(huán)境綜測儀各部分電路模塊之后，進行貼膜、密封等處理工作。局部開孔是給人機交互接口、傳感器探出提供空間，帶有提手可方便操作人員攜帶，貼膜、密封保證溫室環(huán)境綜測儀內(nèi)部不進入水汽或直接進水，繼而保證溫室環(huán)境綜測儀各部分電路模塊不因受潮、進水而無法正常工作。塑料外殼外部帶有水銀溫度計的插槽，便于操作人員使用水銀溫度計校訂溫度。

采用溫室環(huán)境綜測儀進行溫室環(huán)境綜測的方法，如圖3所示，包括一下步驟：

步驟1：通過人機交互模塊選擇工作狀態(tài)、選定采集的溫室環(huán)境參數(shù)。

步驟2：開啟溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元進行溫室環(huán)境參數(shù)的采集。

步驟3：通過數(shù)據(jù)同步采集模塊將同步采集的溫室環(huán)境參數(shù)實時傳輸至dsp核心處理模塊。

步驟4：通過人機交互模塊顯示實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)。

本實施方式中，人機交互模塊顯示方式分兩種。方式一、數(shù)字的形式顯示在屏幕上，每采集一組溫室環(huán)境數(shù)據(jù)立即刷新在屏幕上；方式二、以不同顏色的曲線把每一種傳感器采集的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)顯示在直角坐標系中，根據(jù)每一種傳感器采集的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)描繪其對應的種溫室環(huán)境參數(shù)一段時間內(nèi)的變化趨勢。

步驟5：通過gps定位模塊采集當前溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的采集時間、地點，并將此時間、地點傳輸至dsp核心處理模塊。

步驟6：通過dsp核心處理模塊建立區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，將溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值和對應的溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值作為訓練樣本，訓練該區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，確定訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型；根據(jù)實時采集當前環(huán)境下的溫室環(huán)境參數(shù)作為訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡的輸入，得到當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度，如圖4所示。

步驟6.1：將采集的p組溫室環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換為區(qū)間值。

本實施方式中，溫室環(huán)境參數(shù)，包括：空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、光照強度、土壤溫度、土壤濕度。

將所采集的空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、二氧化碳濃度和光照強度值轉(zhuǎn)為區(qū)間值，用表示第i個檢測量，其中，zi表示第i個區(qū)間參數(shù)值的下限，表示第i個區(qū)間參數(shù)值的上限，i∈[1，l]，l為檢測量的總個數(shù)。

步驟6.2：根據(jù)專家經(jīng)驗對監(jiān)測點所對應的溫室環(huán)境質(zhì)量進行等級劃分，得到n個溫室環(huán)境質(zhì)量等級。

本實施方式中，同時將4個溫室環(huán)境質(zhì)量等級用向量重新標識并作為每組采集信號的期望輸出值，環(huán)境質(zhì)量等級為i時，其所對應的表示為[1000]；環(huán)境質(zhì)量評估等級為ii時，其所對應的表示為[0100]；環(huán)境質(zhì)量評估等級為iii時，其所對應的表示為[0010]；環(huán)境質(zhì)量評估等級為iv時，其所對應的表示為[0001]。

本實施方式中，將溫室環(huán)境質(zhì)量進行等級劃分為四類：i(優(yōu))、ii(良)、iii(中)、iv(差)，該等級評定依據(jù)是專家經(jīng)驗。

步驟6.3：將溫室環(huán)境參數(shù)的區(qū)間值進行歸一化處理，得到歸一化后的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值。

本實施方式中，將溫室環(huán)境參數(shù)的區(qū)間值進行歸一化處理，歸一化方法如式(1)所示：

其中，xi為歸一化處理后的第i個區(qū)間參數(shù)值，xi為歸一化處理后第i個區(qū)間參數(shù)值的下限，為歸一化處理后第i個區(qū)間參數(shù)值的上限，zmin為所有區(qū)間參數(shù)值下限的最小值，zmax為所有區(qū)間參數(shù)值上限的最大值，i為第i個區(qū)間參數(shù)值，min表示最小，max表示最大。

步驟6.4：將溫室環(huán)境質(zhì)量等級用區(qū)間表示，得到溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值。

本實施方式中，將溫室環(huán)境質(zhì)量等級用區(qū)間表示，得到溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值，如[1000]表示為[(1，1)(0，0)(0，0)(0，0)]。

步驟6.5：建立區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，將p組歸一化后的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值和對應的溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值作為訓練樣本，訓練該區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，確定訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，如圖5所示。

步驟6.5.1：建立區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型，根據(jù)溫室環(huán)境參數(shù)的個數(shù)l設定輸入層節(jié)點個數(shù)，根據(jù)溫室環(huán)境質(zhì)量等級個數(shù)n設定輸出層節(jié)點個數(shù)，設定隱含層節(jié)點個數(shù)m。

本實施方式中，由于溫室環(huán)境參數(shù)有6個，溫室環(huán)境質(zhì)量等級為4級，根據(jù)經(jīng)驗將隱含層節(jié)點個數(shù)確定為25，故確定神經(jīng)網(wǎng)絡的結構為6-25-4。

步驟6.5.2：設定輸入層節(jié)點到隱含層節(jié)點的初始點值權值、隱含層節(jié)點的點值閾值、隱含層節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始區(qū)間權值、隱含層的激勵函數(shù)。

本實施方式中，設定輸入層節(jié)點到隱含層節(jié)點的初始權值和閾值，其為[-1，1]之間的隨機點值；設定隱含層節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始權值，其為[-1，1]之間的隨機區(qū)間值；設定隱含層的激勵函數(shù)，將其設置為sigmoid函數(shù)。

步驟6.5.3：將歸一化后的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值作為區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型的輸入?yún)^(qū)間值，根據(jù)區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型的輸入?yún)^(qū)間值和輸入層到隱含層節(jié)點的初始點值權值，確定隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值。

所述根據(jù)區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型的輸入?yún)^(qū)間值和輸入層到隱含層節(jié)點的初始點值權值，確定隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值的計算公式如式(2)所示：

其中，uj為第j個隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值，uj為隱含層第j個節(jié)點輸出的下限，為第j個隱含層節(jié)點輸出的上限，i∈[1，l]為輸入層節(jié)點，j∈[1，m]為隱含層節(jié)點，wi，j為第i個輸入層節(jié)點到第j個隱含層節(jié)點的權值，xi為歸一化后第i個溫室環(huán)境參數(shù)的下限值，為歸一化后第i個溫室環(huán)境參數(shù)的上限值，θj為第j個隱含層節(jié)點的閾值。

步驟6.5.4：將隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值的下限表示為隱含層的輸出下限矩陣up×l，將隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值的上限表示為隱含層的輸出上限矩陣并根據(jù)隱含層節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始權值的正負對隱含層的輸出矩陣進行重新歸類，得到重新歸類后的隱含層輸出下限矩陣ulp×l和重新歸類后的隱含層輸出上限矩陣uup×l。

本實施方式中，將隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值的下限表示為隱含層的輸出下限矩陣up×l，如式(3)所示：

將隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值的上限表示為隱含層的輸出上限矩陣如式(4)所示：

根據(jù)隱含層節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始權值的正負對隱含層的輸出矩陣進行重新歸類，得到重新歸類后的隱含層輸出下限矩陣ulp×l如式(5)所示：

重新歸類后的隱含層輸出上限矩陣uup×l如式(6)所示：

其中，ulp，j為重新歸類后的隱含層輸出的下界，如式(7)所示：

uup，j為重新歸類后的隱含層輸出的上界，如式(8)所示：

其中，β_j表示隱含層到輸出層權值的下界，表示隱含層到輸出層權值的上界，up，j表示隱含層輸出值的下限，表示隱含層輸出值的上限。

步驟6.5.5：將溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值的下限表示為訓練樣本輸出值下限矩陣dp×n，將溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值的上限表示為訓練樣本輸出值上限矩陣

本實施方式中，將溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值的下限表示為訓練樣本輸出值下限矩陣dp×n，如式(9)所示：

將溫室環(huán)境質(zhì)量等級的區(qū)間值的上限表示為訓練樣本輸出值上限矩陣如式(10)所示：

步驟6.5.6：根據(jù)重新歸類后的隱含層輸出下限矩陣ulp×l、重新歸類后的隱含層輸出上限矩陣uup×l、訓練樣本輸出值下限矩陣dp×n、訓練樣本輸出值上限矩陣采用最小二乘法訓練區(qū)間rvfl網(wǎng)絡的隱含層到輸出層權值，確定訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡模型。

本實施方式中，采用最小二乘法訓練區(qū)間rvfl網(wǎng)絡的隱含層到輸出層權值如式(11)和式(12)所示：

β＝(ul^t·ul)^-1·(ul^t·d)(11)

其中，ul^t為ul的轉(zhuǎn)置，uu^t為uu的轉(zhuǎn)置，(·)^-1表示求逆矩陣。

步驟6.6：實時采集當前環(huán)境下的溫室環(huán)境參數(shù)，并轉(zhuǎn)換為區(qū)間值。

步驟6.7：將實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)的區(qū)間值進行歸一化處理，得到歸一化后的實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值。

步驟6.8：將歸一化后的實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值作為訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡的輸入，得到當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度。

步驟6.8.1：將歸一化后的實時采集的溫室環(huán)境參數(shù)區(qū)間值輸入訓練后的區(qū)間rvfl網(wǎng)絡，得到其隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值。

步驟6.8.2：根據(jù)隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值和隱含層節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始權值，確定輸出層節(jié)點的區(qū)間輸出值，即當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級。

所述根據(jù)隱含層節(jié)點的區(qū)間輸出值和隱含層節(jié)點到輸出層節(jié)點的初始權值，確定輸出層節(jié)點的區(qū)間輸出值的計算公式如式(13)所示：

其中，yk為第k個輸出層節(jié)點的區(qū)間輸出值，為輸出層第k個節(jié)點輸出的上限，yk為輸出層第k個節(jié)點輸出的下限，k∈[1，n]為輸出層節(jié)點，為第j個隱含層節(jié)點到第k個輸出層節(jié)點權值的上限，βj，k為第j個隱含層節(jié)點到第k個輸出層節(jié)點權值的下限。

步驟6.8.3：比較輸出層節(jié)點的區(qū)間輸出值的大小，將輸出層節(jié)點的區(qū)間上限與下限的均值最大的區(qū)間輸出值作為評價結果，即當前溫室環(huán)境質(zhì)量等級class如式(14)所示，并確定其評價結果的可信度ci如式(15)所示：

其中，函數(shù)max返回評估后的溫室環(huán)境質(zhì)量等級class。

其中，yclass為當前溫室環(huán)境質(zhì)量等級class對應輸出層節(jié)點輸出的下限，為當前溫室環(huán)境質(zhì)量等級class對應輸出層節(jié)點輸出的上限。

步驟7：當工作狀態(tài)為在線工作狀態(tài)時，通過gprs遠傳模塊將采集到的溫室環(huán)境參數(shù)、當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度上傳到服務器數(shù)據(jù)庫中，工作結束；

步驟8：當工作狀態(tài)為離線工作狀態(tài)時，將采集到的溫室環(huán)境參數(shù)、當前環(huán)境下的溫室環(huán)境質(zhì)量等級及其可信度存儲在本地usb存儲設備中，當網(wǎng)絡狀態(tài)良好時通過gprs遠傳模塊傳至服務器數(shù)據(jù)庫中，工作結束。