CN104012376A - 基于生态环境信息的智能浇花系统、方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于生态环境信息的自动浇水方法，包括如下步骤：(1)根据植物的生长周期数据决定浇水时机；(2)根据植物生长周期对应的湿度阈值、环境变量计算土壤的预期湿度；(3)比较土壤的实际湿度与土壤的预期湿度，当土壤的实际湿度小于土壤的预期湿度时，开始浇水；否则，不浇水；(4)在浇水过程中动态更新土壤的实际湿度，并比较土壤的实际湿度与土壤的预期湿度，当土壤的实际湿度大于土壤的预期湿度时，停止浇水。上述浇水方法在每次浇水时都考虑了植物生长周期以及环境变量对浇水量的影响，更适应植物生长规律，且节约水资源。本发明同时公开了基于生态环境信息的智能浇水系统及包含该系统的智能浇水装置。

Description

基于生态环境信息的智能浇花系统、方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种基于生态环境信息的智能浇花系统、方法及其装置，属于园艺设备技术领域。

背景技术

家庭养花不仅可以美化环境，还有利于身体健康。对于不熟悉花草养殖的人来说，给花浇水是一项颇为费时的工作，既需要符合花草本身的生长周期，又需要不断进行浇水，有较大的工作量。而且，很多时候由于照顾不善，尤其是在家庭人员长期外出，植物很长时间得不到水分的情况下，容易导致枯萎死亡。因此，有必要发明自动浇花装置，可以根据设定的时间，定时给予花足够的水分，保证花的健康成长。

现有的自动浇花设备普遍可以检测土壤的湿度，部分还可以根据监测结果自动开启水泵进行浇水。例如，专利号为ZL201220706800.1的中国实用新型中公开的自动浇水系统，包括单片机，与单片机连接的土壤湿度传感器，以及与单片机通过水泵电机驱动芯片连接的水泵电机。单片机接收传感器探测的土壤湿度值，再根据预置的土壤湿度参考值和土壤温度值，判断是否需要浇花，在判断需要浇花时，驱动水泵启动浇花，实现了自动控制的浇花方法，解决了照顾绿植不方便的问题。

但是现有技术中，对于浇水量的控制都是预先在自动浇花设备中设定的，在每次浇水时并不进行调整。因此，现有浇花设备普遍缺乏根据花草品种以及生长周期对浇水量进行调整的灵活性。

为了可以根据不同的花草品种选择不同的浇水量，在申请号为CN201210145075.X的发明申请中，在智能浇花装置中设置了“非常喜湿、喜湿、正常、喜干、非常喜干”5种供水模式供操作者根据花卉品种进行选择。这种浇花装置可以在浇花时选择花草品种对应的供水模式进行浇花，然而其对于具体的花草来说，依然不能根据其生长周期对浇水量进行调整。而在花草的不同生长周期中，除需要定期浇水外，浇水量的多少对花草的生长状况也起着决定性的作用，在不同的生长周期其需要的土壤湿度并不相同。因此，如果不能根据生长周期对土壤的湿度进行调整，将会影响花草的生长速度，甚至影响其健康状况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于生态环境信息的智能浇花系统、方法及其装置，可以根据花草的生长周期精确控制浇水。

为了实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于生态环境信息的自动浇水方法，包括如下步骤：

(1)根据植物的生长周期数据决定浇水时机；

(2)根据植物生长周期对应的湿度阈值、环境变量计算土壤的预期湿度；

(3)比较土壤的实际湿度与土壤的预期湿度，当土壤的实际湿度小于土壤的预期湿度时，开始浇水；否则，不浇水；

(4)在浇水过程中动态更新土壤的实际湿度，并比较土壤的实际湿度与土壤的预期湿度，当土壤的实际湿度大于土壤的预期湿度时，停止浇水。

其中较优地，植物的生长周期分为可循环的几个阶段，其中，每个阶段对应一组参数，每组参数至少包括浇水时间、浇水次数以及适宜的湿度阈值。

其中较优地，在所述步骤(2)中，使用如下公式计算土壤的预期湿度(D)：

D＝dn0+(dn1－dn0)×V1×V2；

其中，dn0、dn1分别表示在生长周期中第n个阶段植物适宜的最小湿度值和最大湿度值；

V1表示温度变量，V1＝F1(T)，T表示温度；V1＝[0.8,1]；

V2表示环境干湿变量，V2＝[0.8,1]。

一种基于生态环境信息的智能浇花系统，包括湿度读取模块、温度读取模块、计算模块、判断模块和控制模块；

其中，所述湿度读取模块用于读取土壤的实际湿度值；

所述温度读取模块用于读取环境温度值；

所述计算模块用于根据环境温度值计算温度变量，并根据生长周期对应的湿度阈值、温度变量和环境干湿变量计算土壤的预期湿度值；

判断模块，用于判断土壤的实际湿度值是否小于土壤的预期湿度值；

控制模块，用于根据判断模块的判断结果控制浇花系统的开启和关闭；使其当土壤的实际湿度值小于土壤的预期湿度值时进行浇水。

其中较优地，还包括存储模块，所述存储模块用于存储与植物生长周期相关的参数，植物的生长周期分为可循环的几个阶段，其中，每个阶段对应一组参数，每组参数至少包括浇水时间、浇水次数以及适宜的湿度阈值。

其中较优地，所述存储模块还用于存储与植物相关的环境干湿变量。

本发明提供的智能浇花系统、方法及其装置，根据环境变量和生长周期对应的湿度阈值计算土壤的预期湿度，并根据预期湿度与实际湿度的比较对浇水过程进行控制，在每次浇水时都考虑了植物生长周期以及环境变量对浇水量的影响，因此更符合植物生态学规律，适应植物生长，且节约水资源。

附图说明

图1是本发明提供的智能浇花装置的结构示意图；

图2是基于生态环境信息的自动浇水方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对上述发明内容进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的智能浇花装置包括作为中心控制单元的单片机，具体可以选用ATMEL公司的AVR系列单片机。在单片机外围，还配置有与之匹配的传感器模块，至少包括用于检测土壤湿度的湿度传感器和用于检测环境温度的温度传感器；中心控制单元分别与湿度传感器和温度传感器连接，用于获取环境信息。在单片机外部还设置有受其控制的电磁阀；电磁阀设置于浇水管路中，用于控制浇水管路的开启和关闭。

中心控制单元是该智能浇花装置的核心。中心控制单元用于根据植物的生态周期数据决定浇水时机；并且，中心控制单元用于根据植物生长周期对应的湿度阈值、根据温度传感器采集的温度以及环境干湿变量计算土壤的预期湿度，并根据湿度传感器采集的土壤的实际湿度与土壤的预期湿度的比较，控制浇水时间的长短，进而控制浇水量。

该中心控制单元内部内嵌有存储模块，湿度读取模块、温度读取模块、计算模块、判断模块和控制模块。其中，存储模块用于存储与植物生长周期相关的参数，植物的生长周期分为可循环的几个阶段，其中，每个阶段对应一组参数，每组参数至少包括浇水时间、浇水次数以及适宜的湿度阈值。存储模块中还存储有预先存入的植物对应的环境干湿变量，环境干湿变量是指植物的环境偏干或偏湿，例如当大盆小苗时，浇水可以少些，属于偏干的环境；当小盆大苗时，则需要多浇水，属于偏湿的环境。下文将对环境干湿变量的定义及取值进行详细的介绍，在此暂不详述。湿度读取模块用于读取土壤的实际湿度值；温度读取模块用于读取环境温度值；计算模块用于根据环境温度值计算温度变量，并根据存储模块中存储的生长周期对应的湿度阈值、温度变量和环境干湿变量计算土壤的预期湿度值。判断模块，用于判断土壤的实际湿度值是否小于土壤的预期湿度值；控制模块，用于根据判断模块的判断结果控制浇花系统的开启和关闭；从而使其当土壤的实际湿度值小于土壤的预期湿度值时进行浇水。

下面结合图2所示的具体流程图对上述智能浇花系统的自动控制过程进行描述。也就是对本发明提供的基于生态环境信息的自动浇水方法进行描述。

植物的生长周期分为可循环的几个阶段，可以用S0、S1、S2……表示，也可以用S0,(S1,S2)^*表示。在第二种表达方式中引入了正则表达式中的标记，*表示括弧中的S1、S2是反复循环的两个阶段。其中，在每个阶段对应一组参数，该组参数预先存储于存储模块中，在控制过程中，通过计算模块或判断模块对存储模块的访问获得。每组参数中至少包括该阶段花草适宜的浇水时间、浇水次数以及适宜的湿度阈值等。其中，在生长周期的各个阶段，可以设定浇花的时间和次数，例如，分别为早中晚三次，或者早晚两次，或早晨一次。每组参数中包括适宜的湿度阈值，湿度阈值与植物生长周期对应，表示为D0＝[d00,d01]，D1＝[d10,D11]，D2＝[d20,D21]…，其中D0，D1，D2……分别与生长周期中的第一阶段、第二阶段、第三阶段……对应。在存储模块中设置湿度阈值，是由于植物对湿度适应都有一个范围，根据温度和环境情况，湿度可以在这个范围内变化。通过湿度阈值、温度变量、环境干湿变量计算土壤的预期阈值，并通过不断对土壤的实际湿度与土壤的预期湿度进行比较，可以精确控制浇水过程，从而控制浇水量，是一种智能环保的浇水方法。

具体来说，本发明提供的基于生态环境信息的自动浇水方法，包括如下步骤：(1)根据植物的生长周期数据决定浇水时机。(2)根据植物生长周期对应的湿度阈值、环境变量计算土壤的预期湿度。环境变量包括温度变量V1、环境干湿变量V2及其他与环境相关的变量。(3)比较土壤的实际湿度与土壤的预期湿度，当土壤的实际湿度小于土壤的预期湿度时，开始浇水；否则，不浇水。(4)在浇水过程中，动态更新土壤的实际湿度，并比较土壤的实际湿度与土壤的预期湿度，当土壤的实际湿度大于土壤的预期湿度时，停止浇水。

如图2所示，首先读取花草生态周期参数，主要读取其中的浇花时间和浇水次数，判断模块通过判断是否到浇花时间对浇水时机进行判断。如果结果为是，则进入后续的自动控制浇水步骤；否则，不动作，返回浇水时机判断步骤，继续判断是否到浇花时间。

当进入自动控制浇水步骤后，湿度读取模块从湿度传感器读取土壤的实际湿度，温度读取模块从温度传感器读取环境温度；计算模块从存储单元中读取设置参数，主要读取生态周期中该生长阶段对应的湿度阈值，然后使用如下公式计算土壤的预期湿度D：

D＝dn0+(dn1－dn0)×V1×V2；

其中，dn0、dn1分别表示在生长周期中第n个阶段植物适宜的最小湿度值和最大湿度值；V1表示温度变量，V1＝F1(T)，T表示温度；V1＝[0.8，1]；V2表示环境干湿变量，V2＝[0.8，1]。

具体来说，环境温度会影响浇水，如果温度高，水分蒸发快，则应该多浇水；温度低，水分蒸发慢，则应该少浇水。温度变量V1被函数V1＝F1(T)映射到[0.8，1]之间；温度小于10℃，V1取0.8；温度在10℃与25℃之间，V1取0.9；温度在25℃以上，V1取1。环境设置为偏湿和偏干两种，有些环境，比如大盆小苗，浇水可以少些，属于偏干的环境；如果小盆大苗，则偏湿。环境干湿变量V2被函数映射到[0.8，1]，环境干湿变量V2在上述范围内取值，对于固定花盆的植物，其环境干湿变量V2是固定的，通常在存储模块中预先存储。

计算模块计算出土壤的预期湿度D后，判断模块对土壤的实际湿度与土壤的预期湿度D进行比较，当土壤的实际湿度小于土壤的预期湿度时，开始浇水；否则，不浇水，程序回到最初状态。也就是说，浇水过程是否进行并不唯一依赖于程序内部存储的浇花时间和次数进行确定，主要依赖于土壤的实际湿度与预期湿度之间的比较结果。

而在浇水过程中，湿度读取模块动态更新土壤的实际湿度，判断模块不断更新土壤的实际湿度与土壤的预期湿度之间的比较结果，当土壤的实际湿度大于土壤的预期湿度时，停止浇水。所以，在该浇水方法中，浇水过程始终以植物的实际湿度需求(即土壤的预期湿度)为指导，在每次浇水过程中，浇水量确保可以满足植物需求，但并不会过量。一方面节约水资源，另一方面也保证了植物的健康生长。

综上所述，本发明提供的智能浇花系统、方法及其装置，可以根据环境变量和生长周期对应的湿度阈值计算土壤的预期湿度，并根据预期湿度与实际湿度的比较对浇水过程进行控制。在每次浇水时，通过计算土壤的预期湿度对浇水过程进行控制，使得土壤的最后湿度由生长周期湿度阈值和环境变量共同决定。在上述浇水过程中，每次浇水过程都考虑到了植物生长周期以及环境变量对浇水量的影响，更符合植物生态学规律，适应植物生长，且节约水资源。

上面对本发明所提供的基于生态环境信息的智能浇花系统、方法及其装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (8)

1.一种基于生态环境信息的自动浇水方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据植物的生长周期数据决定浇水时机；

(2)根据植物生长周期对应的湿度阈值、环境变量计算土壤的预期湿度；

(3)比较土壤的实际湿度与土壤的预期湿度，当土壤的实际湿度小于土壤的预期湿度时，开始浇水；否则，不浇水；

(4)在浇水过程中动态更新土壤的实际湿度，并比较土壤的实际湿度与土壤的预期湿度，当土壤的实际湿度大于土壤的预期湿度时，停止浇水。

2.如权利要求1所述的自动浇水方法，其特征在于：

植物的生长周期分为可循环的几个阶段，其中，每个阶段对应一组参数，每组参数至少包括浇水时间、浇水次数以及适宜的湿度阈值。

3.如权利要求2所述的自动浇水方法，其特征在于：

在所述步骤(2)中，使用如下公式计算土壤的预期湿度(D)：

D＝dn0+(dn1－dn0)×V1×V2；

其中，dn0、dn1分别表示在生长周期中第n个阶段植物适宜的最小湿度值和最大湿度值；

V1表示温度变量，V1＝F1(T)，T表示温度；V1＝[0.8,1]；

V2表示环境干湿变量，V2＝[0.8,1]。

4.一种基于生态环境信息的智能浇花系统，其特征在于包括湿度读取模块、温度读取模块、计算模块、判断模块和控制模块；

其中，所述湿度读取模块用于读取土壤的实际湿度值；

所述温度读取模块用于读取环境温度值；

所述计算模块用于根据环境温度值计算温度变量，并根据生长周期对应的湿度阈值、温度变量和环境干湿变量计算土壤的预期湿度值；

所述判断模块，用于判断土壤的实际湿度值是否小于土壤的预期湿度值；

所述控制模块，用于根据判断模块的判断结果控制浇花系统的开启和关闭；使其当土壤的实际湿度值小于土壤的预期湿度值时进行浇水。

5.如权利要求4所述的智能浇花系统，其特征在于：

还包括存储模块，所述存储模块用于存储与植物生长周期相关的参数，植物的生长周期分为可循环的几个阶段，其中，每个阶段对应一组参数，每组参数至少包括浇水时间、浇水次数以及适宜的湿度阈值。

6.如权利要求5所述的智能浇花系统，其特征在于：

所述存储模块还用于存储与植物相关的环境干湿变量。

7.一种包括权利要求4所述的智能浇花系统的智能浇花装置。

8.一种基于生态环境信息的智能浇花装置，其特征在于包括中心控制单元，与中心控制单元连接的温度传感器和湿度传感器，以及受中心控制单元控制的电磁阀；

所述中心控制单元包括所述存储模块、所述湿度读取模块、所述温度读取模块、所述计算模块、所述判断模块和所述控制模块；

其中，所述存储模块用于存储与植物生长周期相关的参数，植物的生长周期分为可循环的几个阶段，其中，每个阶段对应一组参数，每组参数至少包括浇水时间、浇水次数以及适宜的湿度阈值；

所述存储模块还用于存储与植物相关的环境干湿变量；

所述湿度读取模块用于读取土壤的实际湿度值；

所述温度读取模块用于读取环境温度值；

所述计算模块用于根据环境温度值计算温度变量，并根据生长周期对应的湿度阈值、温度变量和环境干湿变量计算土壤的预期湿度值；

所述判断模块，用于判断土壤的实际湿度值是否小于土壤的预期湿度值；

所述控制模块，用于根据判断模块的判断结果控制浇花系统的开启和关闭；使其当土壤的实际湿度值小于土壤的预期湿度值时进行浇水。