CN104932435A - 调节室内植物生长环境的智能系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种调节室内植物生长环境的智能系统，其特征在于：它包括微控制器(1)、模拟温度传感器(2)、土壤湿度传感器(3)、LED灯珠(4)、低压电热丝(5)、环境光传感器(6)、RGB灯珠(7)、数字温度传感器(8)以及SD卡读写器(9)，本发明能有效地将空气中的二氧化碳固定并且释放出氧气，相较于传统的将植物摆放在室内，而不对其状态与生理活动不进行调节而言，本发明能够更加有效地净化室内空气环境，保证其在低照度环境下以及低根区温度环境下生理活动维持在较高水平，不仅不会释放出更多的二氧化碳，还能够促进其吸附有害气体、控制植物吸收室内如甲醛等有害气体，净化室内空气环境的能力。
Description
技术领域
本发明属于室内环境净化设备技术领域，具体讲就是涉及一种调节室内植物生长环境的智能系统及其控制方法，能够调节室内生长植物所处的环境，是室内生产植物净化室内空气环境能力得到大幅提高。
背景技术
近来，人们对环境的要求越来越高，为了更好的净化室内环境，人们将植物搬进了室内，希望用植物调节室内的空气环境。相较于使用空气清洁剂、空气清新器净化空气的方法，室内种植盆栽，利用植物自身净化空气的方式，不仅不会使人们过多地暴露在人造化学物质的各种不确定因素之下，还能起到适当的调节室内湿度，调节室内二氧化碳浓度的作用。此外，由植物调节的室内环境更加能够还原一个较为原生态的环境，能够起到美化室内环境的作用，相比之下，其它人为改善室内环境的方法利用工业化学物质存在许多不利的副作用。然而，植物的生长过程也包括对环境有利的一面和不利的一面，例如植物生长包括光合作用和呼吸作用两个方面，光合作用释放氧气有利于改善室内环境，呼吸作用释放二氧化碳，会增加环境空气中二氧化碳含量，另外植物生长产生的有利于环境的方面也是需要一定条件的，植物不是在任何环境下都能产生对环境最有利的方面，例如：植物在低环境光条件下呼吸作用会强于光合作用，所以夜间不但不会生成氧气减少二氧化碳浓度，还会提升该浓度。此外，植物在高温和低温时生理活动都会减弱，这对植物吸附室内如甲醛等有害物质的效果以及植物自我修复都是不利的。
为了促使植物在最佳外部环境下生长以利于其产生最有利的生产环境，目前最常见的就是大棚蔬菜，通过调节大棚温度促其生产，过程比较简单，也无法全面的控制植物的多种生产环境参数，无法使室内植物生长产生最佳效果，实现最大的净化空气目的。
发明内容
本发明的目的是针对现有室内植物生长过程中由于外部环境的原因无法发挥最大的空气净化能力，提供一种调节室内植物生长环境的的智能系统及其控制方法，通过调控植物所处的环境条件，促进其对于室内二氧化碳的吸收作用以及对于有害气体的吸附作用，并且将其生长条件考虑在内，保证其正常生长，避免缺水、低温等条件下对植物过度刺激而引起的损伤。极大的提高了室内植物净化空气的能力。
技术方案
为了实现上述技术目的，本发明设计一种调节室内植物生长环境的的智能系统，其特征在于：它包括微控制器、模拟温度传感器、土壤湿度传感器、LED灯珠、低压电热丝、环境光传感器、RGB灯珠、数字温度传感器以及SD卡读写器，所述模拟温度传感器通过导线连接到微控制器主板上的模拟温度传感器接口，所述土壤湿度传感器通过导线连接至微控制器主板上的模拟湿度传感器接口，所述数字温度传感器通过导线连接至微控制器主板上的数字输入接口，所述低压电热丝、LED灯珠、RGB灯珠分别通过导线连接至微控制器主板上对应的数字输出接口，所述环境光传感器、SD卡读写器通过导线连接至微控制器主板上的串行总线接口。
所述LED灯珠为红色、蓝色、绿色、白色4种，能够反映不同运行状况。
上述调节室内植物生长环境的智能系统的控制方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：
第一步，获取外界信息，即通过模拟温度传感器、土壤湿度传感器、环境光传感器获取空气温度、土壤温度、土壤湿度、环境光强环境条件信息数据；
第二步，分析数据，微控制器对获取的数据进行分析；
第三步，系统做出相应响应，即系统根据步骤得到的环境条件信息数据控制相应部件的工作，包括控制RGB灯珠补偿环境照射光强以调节植物的生长、二氧化碳的吸收、氧气的释放以及有害气体的吸收，，控制低压电热丝加热土壤温度，控制LED灯珠反映当前系统运行状态；
第四步，存储数据，系统将所获取处理的信息通过SD卡读写器存储于SD卡之中，以备数据集中分析、软件的程序更新设计。
有益效果
本发明能有效地将空气中的二氧化碳固定并且释放出氧气，并且吸附空气中如甲醛等有害气体，相较于传统的将植物摆放在室内，而不对其状态与生理活动不进行调节而言，本发明能够更加有效地净化室内空气环境，保证其在低照度环境下以及低根区温度环境下生理活动维持在较高水平，不仅不会释放出更多的二氧化碳，还能够促进其净化室内空气环境的能力。
附图说明
附图1是本发明中智能系统的连接示意图。
附图2是本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
实施例
如附图1所示，一种调节室内植物生长环境的的智能系统，其特征在于：它包括微控制器1、模拟温度传感器2、土壤湿度传感器3、LED灯珠4、低压电热丝5、环境光传感器6、RGB灯珠7、数字温度传感器8以及SD卡读写器9，所述模拟温度传感器2通过导线连接到微控制器1主板上的模拟温度传感器接口，所述土壤湿度传感器3通过导线连接至微控制器1主板上的模拟湿度传感器接口，所述数字温度传感器8通过导线连接至微控制器1主板上的数字输入接口，所述低压电热丝5、LED灯珠4、RGB灯珠7分别通过导线连接至微控制器1主板上对应的数字输出接口，所述环境光传感器6、SD卡读写器9通过导线连接至微控制器1主板上的串行总线接口。
所述LED灯珠4为红色、蓝色、绿色、白色4种，能够反映不同运行状况。
如附图2所示，上述述调节室内植物生长环境的智能系统的控制方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：
第一步，获取外界信息，即通过模拟温度传感器2、土壤湿度传感器3、环境光传感器6获取空气温度、土壤温度、土壤湿度、环境光强环境条件信息数据；
第二步，分析数据，微控制器1对获取的数据进行分析；
第三步，系统做出相应响应，即系统根据步骤2得到的环境条件信息数据控制相应部件的工作，包括控制RGB灯珠7补偿环境照射光强以调节植物的生长、二氧化碳的吸收、氧气的释放以及有害气体的吸收，，控制低压电热丝5加热土壤温度，控制LED灯珠4反映当前系统运行状态；
第四步，存储数据，系统将所获取处理的信息通过SD卡读写器9存储于SD卡之中，以备数据集中分析、软件的程序更新设计。
本发明的工作原理是系统通过温度传感器分别获取室内与土壤温度。如果室内温度低于16摄氏度，将点亮蓝色LED发出警告，提醒室内温度过低，同时向连接电热丝的数字引脚持续输出高电平，以起到提升土壤温度的效果。在土壤温度恢复到一定水平时，降低向数字引脚的电压，同时分析土壤温度趋势，不断改变电压输出值，使土壤温度维持在正常水平。
当室内温度水平恢复至18摄氏度之上时，系统将向数字引脚输出低电平，停止电热丝的加热功能。
当室内温度与土壤温度偏高时，将点亮红色LED灯发出警告，提醒室内温度较高。由于室内环境空间较大，温度无法由系统自主调节，故只能靠空调系统等大功率控温设备调节。
系统通过土壤湿度传感器获取土壤湿度，在土壤湿度较低时，如果继续刺激植物的生理活动过程，植物有可能因为脱水而死亡。故当土壤湿度连续低于10%的湿度超过12小时后，系统将关闭自主调节功能，停止对于植物的刺激，以保证植物的存活。同时，当土壤湿度连续低于15%湿度超过8小时后，将闪烁白色LED灯发出警告，提醒浇水。当土壤湿度超过85%后，同样将常量白色LED等发出警告提示停止浇水，防止植物烂根死亡。
系统通过环境光传感器获取当前室内照度,当室内照度低于300Lux时，将启动RGB灯珠。在植物敏感度较高的两种波长的光——蓝光与红光中，由于蓝光对于人的刺激小于红光，故采用蓝光进行光照补偿。当室内照度高于300Lux时将停止光照补偿。系统将输出蓝光（RGB数值分别为0,0,255，此时波长为435nm左右，对植物光合作用促进作用较大），对植物叶片进行照射，达到补偿日光照射不足的问题，保证植物在低照明环境下依然能够维持光合作用速率大于呼吸作用速率，保证氧气的持续产生。
系统采用一个1KB EEPROM进行数据存储，供提供1024个可存储0～255数字的存储位，地址分别为0-1023。在本系统中，需要存储的数据为室内温度、土壤温度、土壤湿度、数据缓存用于存储短周期数据与断电保护数据区用于记录当前系统状态，
植物功能调节系统的动作均基于每5秒采样数据值，以提供最快速的调节功能。当连续5次采样达到数据要求后，系统各项功能即作出相应相应，对植物的生长环境进行调节。
土壤湿度在第一次五秒采样数据值高于85%时即发出警告，以即时反馈浇水是否过度。
土壤干燥警告在连续12次每小时存储值低于10%时发出，提醒用户浇水，同时又防止用户浇水过于频繁。
本发明能有效地将空气中的二氧化碳固定并且释放出氧气，相较于传统的将植物摆放在室内，而不对其状态与生理活动不进行调节而言，本发明能够更加有效地净化室内空气环境，保证其在低照度环境下以及低根区温度环境下生理活动维持在较高水平，不仅不会释放出更多的二氧化碳，还能够吸附室内有害气体、促进其净化室内空气环境的能力。
Claims (3)
1.一种调节室内植物生长环境的的智能系统，其特征在于：它包括微控制器(1)、模拟温度传感器(2)、土壤湿度传感器(3)、LED灯珠(4)、低压电热丝(5)、环境光传感器(6)、RGB灯珠(7)、数字温度传感器(8)以及SD卡读写器(9)，所述模拟温度传感器(2)通过导线连接到微控制器(1)主板上的模拟温度传感器接口，所述土壤湿度传感器(3)通过导线连接至微控制器(1)主板上的模拟湿度传感器接口，所述数字温度传感器(8)通过导线连接至微控制器(1)主板上的数字输入接口，所述低压电热丝(5)、LED灯珠(4)、RGB灯珠(7)分别通过导线连接至微控制器(1)主板上对应的数字输出接口，所述环境光传感器(6)、SD卡读写器(9)通过导线连接至微控制器(1)主板上的串行总线接口。
2.如权利要求1所述的一种调节室内植物生长环境的的智能系统，其特征在于：所述LED灯珠(4)为红色、蓝色、绿色、白色4种，能够反映不同运行状况。
3.一种调节室内植物生长环境的智能系统的控制方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：
(a)获取外界信息，即控制系统通过模拟温度传感器(2)、土壤湿度传感器(3)、环境光传感器(6)获取空气温度、土壤温度、土壤湿度、环境光强环境条件信息数据；
(b)分析数据，控制微控制器(1)对获取的数据进行分析；
(c)系统做出相应响应，即系统根据步骤(2)得到的环境条件信息数据控制相应部件的工作，包括控制RGB灯珠(7)发出特定波长补偿环境照射光强以调节植物的生长、二氧化碳的吸收、氧气的释放以及有害气体的吸收，控制低压电热丝(5)加热土壤温度，控制LED灯珠(4)反映当前系统运行状态；
(d)存储数据，系统将所获取处理的信息通过SD卡读写器(9)存储于SD卡之中,以备数据集中分析、软件的程序更新设计。
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