CN104705080A

CN104705080A - 瓶养植株种植控制方法

Info

Publication number: CN104705080A
Application number: CN201510123280.XA
Authority: CN
Inventors: 温弘成; 陈诗艺
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: CN104705080B

Abstract

本发明涉及瓶养植株种植技术。本发明的瓶养植株种植控制方法，包括：S1，将罐体切换为第一颜色；S2，将罐体转动至初始角度；S3，利用视差摄像单元对罐体内的植株拍摄照片；S4，获取照片中最上方的非第一颜色像素点的位置；S5，计算出植株高度系数；S6，计算出照片中第二颜色像素比例值；S7，计算出照片中第三颜色像素比例值；S8，判断罐体是否转动一周完成；S9，将罐体恢复回透明状态；S10，获得当前植株生长总系数；S11，将当前植株生长总系数与标准植株生长系数进行比对；S12，判定比对结果是否是属于系数异常范围；S13，保持当前环境控制策略；S14，查找系数异常处理方案；S15，提示用户异常处理对策；S16，更新环境控制策略。本发明用于自动种植。

Description

瓶养植株种植控制方法

技术领域

本发明涉及瓶养植株种植的自动控制技术。

背景技术

当前蔬菜花卉的种植需要相对专业的种植技术以及大面积的种植场所，在种植期内还需要化肥农药等辅助，因此城市居民很难自己种植优质的绿色蔬菜。市面上的种植辅助装置仅能实现定时浇水，或利用液面传感器辅助养殖水培作物，无法对土培作物的生长环境进行监测和控制，作物本身的生长情况更是无法监测，更加无法根据生长情况进行控制和调整。

发明内容

因此，本发明提出一种瓶养植株自动化种植装置及其种植控制方法。

本发明通过如下技术方案实现：

一种瓶养植株种植控制方法，是对种植在种植装置内的植株进行种植控制，其特征在于，包括如下步骤流程：

S1，将罐体切换为第一颜色，并进入步骤S2；

S2，将罐体转动至初始角度，并进入步骤S3；

S3，罐体转动一定角度后，利用视差摄像单元对罐体内的植株拍摄照片，并进入步骤S4；

S4，获取照片中最上方的非第一颜色像素点的位置，并进入步骤S5；

S5，计算出植株高度系数，并进入步骤S6；

S6，计算出照片中第二颜色像素比例值，并作为植株正常叶面系数，并进入步骤S7；

S7，计算出照片中第三颜色像素比例值，并作为并作为植株非正常叶面系数，并进入步骤

S8，判断罐体是否转动一周完成：如果否，返回步骤S3；如果是，进入步骤S9；

S9，将罐体恢复回透明状态，并进入步骤S10；

S10，将每一张照片的植株高度系数、植株正常叶面系数、植株非正常叶面系数按权重汇总计算，获得当前植株生长总系数，并进入步骤S11；

S11，将当前植株生长总系数与标准植株生长系数进行比对，并进入步骤S12；

S12，判定比对结果是否是属于系数异常范围：如果否，则进入步骤S13；如果是，则进入步骤S14；

S13，保持当前环境控制策略；

S14，查找系数异常处理方案，并进入步骤S15或步骤S16；

S15，提示用户异常处理对策，并进入步骤S16；

S16，更新环境控制策略。

通过本发明的瓶养植株种植控制方法来对瓶养植株自动化种植装置内种植的植株的生长情况进行监测，并根据其生长情况来改变环境控制策略（如自动改变光照条件、土壤湿度、环境温度等），从而实现瓶养植株种植的智能化控制。

附图说明

图1是本发明的瓶养植株自动化种植系统的示意图；

图2是本发明一实施例的种植装置的立体图；

图3是本发明该实施例的种植装置的爆炸图；

图4是本发明瓶养植株种植控制方法的流程图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明首先提出一种瓶养植株自动化种植装置，该瓶养植株自动化种植装置是将传统的蔬菜田地种植切割为单一的种植单元，每个单元通过罐体内的各类传感器实时监控植株的生长环境和作物本身的成长状况，并在环境不理想时自动控制罐体内的换气温控给水机构来调节罐内环境，通过无线网络连接路由器后还能与服务器通信，让用户能通过手机远程监控和控制蔬菜花卉等植株的生长环境。

参阅图1所示，将多个种植装置1通过放置在支架2上，支架2可以是普通支架，或者支架2也可以是具有无线充电模块的支架，与之对应的种植装置1内具有无线充电模块，从而可以对种植装置1的内置电池进行充电，支架2上布置有给水管线3，用于对支架2上的多个种植装置1供水。从而即可实现在城市住宅的阳台自动化种植蔬菜花卉等瓶养植株。

参阅图2和图3所示，种植装置1具体结构是：托盘100上放置一个罐体200，托盘100内具有控制电路、与控制电路连接并提供电能的内置电池，此外还具有转动电机和转动机构，转动电机连接于控制电路，转动电机驱动转动机构，转动机构可以带动放置在托盘100上的罐体转动方向。如果为了实现无线充电功能，该托盘1内还具有无线充电模块，并与内置电池连接。优选的，该罐体200是由电致变色玻璃制成，电致变色玻璃的变色控制电路连接至控制电路，可以通过托盘100内的控制电路来控制罐体200改变颜色，从而改变进入罐体200内的光照量，改变种植装置内植株的光照条件；此外，罐体200上设有气孔。此外，罐体200还设有多个传感器，传感器的信号输出端连接至托盘100内的控制电路，如罐体200底部设有一组温湿度传感器，用于检测罐体内土壤的温度和湿度，如在罐体200上还设置另一组温湿度传感器，用于检测罐体内空气的温度和湿度，从而为种植装置1的种植条件改变提供参考。同时，罐体200上还可设有多个摄像头300，如罐体200上端和下端分别各设置2个摄像头，这4个摄像头300组成视差摄像单元，用于对植株的生长情况进行拍照采集，摄像头300的图像输出端连接至托盘100内的控制电路。该罐体200的顶端通过一连接环400来固定一顶盖500，顶盖上设置有风扇600，风扇600的控制端连接至托盘100内的控制电路，还设置有一环形的储水槽700，风扇600通过正转和反转还使外界空气进入或吸出，储水槽700用于暂时存储给水管线3流入的水，并在其出口设有电控阀门，电控阀门控制端连接至托盘100内的控制电路，通过电控阀门来控制储水槽700的水流入罐体200的数量，以进行灌溉条件（土壤湿度）的调整。此外，该顶盖500的位置还设有半导体温控模块800（半导体制冷片TEC），连接至托盘100内的控制电路，可以通过控制电路的控制实现制冷或制热，从而改变罐体200内的温度。以及，该顶盖500的位置还设有多个补光灯900（LED），补光灯900连接至托盘100内的控制电路，用于对罐体200内的植株提供补充光照（如在夜间）。

如果是为了实现长期自动控制，则按照图1所示将种植装置1摆放在具有给水管线3排线的支架2上。当然也可以采用单一的一个种植装置1进行种植，但是需要手动添水。在种植装置1的罐体200内的下方放入土壤和种子，开启本种植装置1的电源，远程设定植株的种类之后，本装置将根据设定条件自动开始控制罐体200内的环境，具体作用原理如下：

A，温度的调整：当温度传感器检测到温度过高时，由于热空气自然上升，因此启动顶部的风扇600，正向旋转，将罐体顶部聚集的热空气排出罐体，罐体外的冷空气则由下方的气孔进入罐体。当启动顶部风扇600后温度仍然过高时，托盘100内的控制电路将对半导体温控模块800通电，使半导体温控模块800的内表面降温，再控制顶部风扇600反向旋转，此时外部空气经顶部风扇600被吸入罐体200，经过风扇600下方的半导体温控模块800的半导体管内壁时，与半导体管内壁进行热交换，冷却下来之后吹入罐体200内部，罐体200内部的热空气由下方的气孔排出。如图2所示，当传感器检测到温度过低时，降低顶部风扇的转速，若温度无法提升，则对半导体模块反向通电，使内表面温度升高，顶部风扇反转之后，外部空气经半导体模块内壁加热后吹入罐体，罐体200内的冷空气由下方的气孔排出。

B，湿度的调整：当湿度传感器检测到土壤湿度不足时，开启顶部储水槽700的电控阀门，水通过罐体200内壁（内壁可以形成导流的管道槽）流入土壤，为避免土壤湿度过高，给水过程分阶段逐步进行，确保水分刚好渗透至土壤底部。假如湿度过大时候，也可以采用控制顶部半导体温控模块800制热并控制风扇600吹入热风，以加快土壤水汽蒸发实现。

C，光照强度的调整：当光照不足时，电致变色玻璃的罐体200变化为透明状态，同时底部托盘100缓慢旋转，确保罐体内作物的每个角度都能接受光照。若玻璃透明时光照依然不足，则开启顶部的补光灯900进行补充光照；当光照过量时，电致变色玻璃根据实际情况转变为半透明或不透明状态，以遮挡多余的光照。

此外，该种植装置1还可以通过罐体200上的不同位置的多个摄像头300组成视差摄像单元来对于植株成长状态进行监测。具体是：启动视差摄像头，同时底部托盘缓慢旋转，由于摄像头之间位置不同，通过对拍摄的图片进行视差运算，即可形成作物的3D模型，对作物的3D模型尺寸和颜色进行分析，即可得出作物的生长状态。此部分关于植株成长状态监测细节将在下面的瓶养植株种植控制方法中进一步详细说明。

此外，本发明还可以扩展远程控制功能，即在托盘100内安装无线通信模块，如wifi模块，通过wifi模块接入互联网，利用手机等智能终端接入互联网来对其进行实现对作物本身和生长环境实时监测和改变控制。

于是，基于上述的瓶养植株自动化种植装置，本发明还提出一种瓶养植株种植控制方法，具体说明如下：

参阅图4所示，本发明的瓶养植株种植控制方法包括如下步骤：

S1，将罐体200切换为第一颜色（优选是白色），并进入步骤S2。具体可通过托盘100内的控制电路来控制罐体200改变颜色，将电致变色玻璃的罐体200的颜色切换成白色。

S2，将罐体200转动至初始角度（初始角度可以设定为0°），并进入步骤S3。具体可通过托盘100内的控制电路来控制转动电机驱动转动机构，转动机构可以带动放置在托盘100上的罐体200转动。

S3，罐体200转动一定角度（如45°）后，利用视差摄像单元对罐体200内的植株拍摄照片，并进入步骤S4。具体可通过托盘100内的控制电路来启动罐体200上的多个摄像头300组成视差摄像单元来对于植株进行照片拍摄。

S4，获取照片中最上方的非第一颜色（非白色）像素点的位置，并进入步骤S5。具体可通过托盘100内的控制电路安装并运行图像识别软件来获取和分析实现，此部分可以参考现有图像识别技术，于此不再详细说明。

S5，计算出植株高度系数，并进入步骤S6。具体可通过托盘100内的控制电路基于图像识别软件的获取的非第一颜色（非白色）像素点的位置结果进行计算获得对应的高度系数。举例说明如下：由于罐体200的直径是一个可以预知的固定值，安装在罐体200上的不同的摄像头300所处高度也是一个可以预知的固定值，处于已知高度摄像头300拍摄到植株最高点必然会在罐体200为（第一颜色，如白色）背景的照片上投影成特定高度（通过步骤S4可以获得照片中最上方的非第一颜色（非白色）像素点的位置），又由于罐体200的直径也是一个预知的固定值，根据数学上的三角形比例法即可计算出植株高度系数。此高度系数不一定与植株的实际高度完全匹配，但是必然是与植株的高度变化成一个固定比例关系，完全可以反映出植株高度的变化。

S6，计算出照片中第二颜色（如绿色）像素比例值，并作为植株正常叶面系数，并进入步骤S7。具体可通过托盘100内的控制电路基于图像识别软件的获取计算。优选的，该第二颜色像素是反映植株正常生长的颜色，例如大多数植株是绿叶作物，可以选用绿色，当然根据种植的植株品种的不同，可以选取不同的第二颜色来对其正常生长进行表征。与上述植株高度系数类似的，此植株叶面系数虽然不一定与植株的实际第二颜色叶面面积值完全匹配，但是必然是与植株的第二颜色叶面面积变化成一个固定比例关系，完全可以反映出植株第二颜色叶面面积的变化。

S7，计算出照片中第三颜色（如黄色）像素比例值，并作为植株非正常叶面系数，并进入步骤S8。具体可通过托盘100内的控制电路基于图像识别软件的获取计算。优选的，该第三颜色像素是反映植株非正常生长的颜色，例如大多数植株是绿叶作物，叶面发黄则是非正常生长，可以选用黄色，当然根据种植的植株品种的不同，可以选取不同的第三颜色来对其非正常生长进行表征。与上述植株高度系数类似的，此植株叶面系数虽然不一定与与植株的实际第三颜色叶面面积值完全匹配，但是必然是与植株的第三颜色叶面面积变化成一个固定比例关系，完全可以反映出植株第三颜色叶面面积的变化。

S8，判断罐体200是否转动一周完成；如果否，返回步骤S3，如果是，进入步骤S9。

S9，将罐体200恢复回透明状态，并进入步骤S10。具体可通过托盘100内的控制电路来控制罐体200改变颜色，将电致变色玻璃的罐体200的颜色恢复回透明状态，使罐体200内的植株重新返回至正常生长状态。

S10，将每一张照片的植株高度系数、植株正常叶面系数、植株非正常叶面系数按权重汇总计算，获得当前植株生长总系数，并进入步骤S11。具体可通过托盘100内的控制电路的CPU按照一定权重分配进行汇总计算，关于权重分配表的设定是可以由本领域技术人员根据实际应用中进行设计和调整的，例如以平均权重来进行简单的汇总计算，或者根据植株的朝向（植株都有向阳性）的不同进行自动调整的智能汇总计算，或者根据不同植物的生长特性而匹配相应的更加合理的权重分配表来进行匹配汇总计算，等等。这些内容可由本领域技术人员参照植物学相关知识进行，于此不再详细说明。

S11，将当前植株生长总系数与标准植株生长系数进行比对，并进入步骤S12。具体可通过托盘100内的控制电路调取其存储单元内的数据库来将当前植株生长总系数与标准植株生长系数进行比对，比对算法可以采用现有技术的各种比对算法实现，于此不再详细说明。

S12，判定比对结果是否是属于系数异常范围：如果否，则进入步骤S13；如果是，则进入步骤S14。具体可通过托盘100内的控制电路的CUP运行相应的比对算法是可以预先设定一个系数异常范围的阈值的，如10%、15%、20%……等多档。

S13，保持当前环境控制策略。具体的，可通过托盘100内的控制电路按照程序设定的当前环境控制策略来控制该种植装置1温度传感器、湿度传感器、风扇600、半导体温控模块800等来实现温度、湿度、光照强度的调整控制，关于温度、湿度、光照强度的调整控制，可以参考上文的详细说明。

S14，查找系数异常处理方案，并进入步骤S15或步骤S16（可省略步骤S15）。具体的，可通过托盘100内的控制电路调取查找其存储单元内预先存储的对应处理方案。例如根据上述10%、15%、20%……等多档系数异常范围对应不同的处理方案。关于具体处理方案的设定则是由本领域技术人员参照植物学相关知识来进行设计，此部分并本发明的重点所在，于此不再详细说明。此外，关于控制电路的存储单元内存储处理方案也可以通过托盘100内安装无线通信模块进行下载和更新。

S15，提示用户异常处理对策，并进入步骤S16。具体是，该种植装置1可以安装一定的提示模块（如闪灯、扬声器或者显示屏等）来进行异常处理对策的提示，或者通过托盘100内安装无线通信模块将异常处理对策的提示发送至用户的终端（手机、电脑等）进行提示。需要说明的是，此步骤仅为了使本发明更加人性化，在实际使用中也可以省略该步骤，而直接进入步骤S16。

S16，更新环境控制策略。具体的，可通过托盘100内的控制电路根据步骤S14获得的处理方案，来控制该种植装置1温度传感器、湿度传感器、风扇600、半导体温控模块800等来实现温度、湿度、光照强度的调整控制，关于温度、湿度、光照强度的调整控制，同样可以参考上文的详细说明，于此不再赘述。

本发明的上述的瓶养植株种植控制方法可以由该种植装置1（通过托盘100内的控制电路执行），每隔一定时间（如8小时）运行一次，即可对瓶养植株的生长情况进行可靠检测并及时调整其种植调节，以实现瓶养植株种植的智能化控制。

由此可见，本发明不仅通过传感器实时监控瓶养植株的生长环境，还能在环境不利于作物生长时，通过调温、调湿、调光模块对内部环境进行调整。结合环境监控数据与视差摄像头生成的作物的生长模型，能够实现数据与结果的自动化闭环分析处理。

综上可见，通过本发明，可以让植株在相对封闭的良好环境下成长，从而大幅提升植株的品质、且体积小巧，能够解决城市居民的蔬菜花卉等植株种植需求。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种瓶养植株种植控制方法，是对种植在种植装置内的植株进行种植控制，其特征在于，包括如下步骤流程：

S1，将罐体切换为第一颜色，并进入步骤S2；

S2，将罐体转动至初始角度，并进入步骤S3；

S5，计算出植株高度系数，并进入步骤S6；

S7，计算出照片中第三颜色像素比例值，并作为并作为植株非正常叶面系数，并进入步骤S8；

S9，将罐体恢复回透明状态，并进入步骤S10；

S13，保持当前环境控制策略；

S14，查找系数异常处理方案，并进入步骤S15或步骤S16；

S15，提示用户异常处理对策，并进入步骤S16；

S16，更新环境控制策略。

2.根据权利要求1所述的瓶养植株种植控制方法，其特征在于：该步骤S1的第一颜色是白色。

3.根据权利要求1所述的瓶养植株种植控制方法，其特征在于：该步骤S5是基于图像识别软件的获取的非第一颜色像素点的位置结果进行计算获得对应的高度系数的。

4.根据权利要求1所述的瓶养植株种植控制方法，其特征在于：该步骤S6的第二颜色像素是绿色。

5.根据权利要求1所述的瓶养植株种植控制方法，其特征在于：该步骤S7的第三颜色像素是黄色。

6.根据权利要求1所述的瓶养植株种植控制方法，其特征在于：该步骤S12的系数异常范围具有多挡阈值。

7.根据权利要求1所述的瓶养植株种植控制方法，其特征在于：该步骤S14的系数异常处理方案还经过下载和更新。

8.根据权利要求1所述的瓶养植株种植控制方法，其特征在于：该种植装置上包括有：能够改变罐体颜色的变色单元、能够转动罐体的转动单元和能够对罐体内的植株拍摄照片的视差摄像单元。

9.根据权利要求8所述的瓶养植株种植控制方法，其特征在于：该视差摄像单元是由设置在罐体上的不同位置的多个摄像头组成。