CN105638430B - 一种室内植物的智能培养系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内植物的智能培养系统，包括：控制板、光传感器、温度传感器、PWM调制器、LED灯板、继电器、风扇和循环水泵；所述光传感器、温度传感器、PWM调制器、继电器和循环水泵均与控制板连接；所述LED灯板与PWM调制器连接，风扇和继电器连接；所述温度传感器的信号输出端接控制板的I/O口输入接口，所述风扇中间接入继电器并将继电器接到控制板I/O口的输出接口；所述光照传感器的信号输出端接控制板的串口，所述LED灯板通过驱动器接的控制板的PWM输出口。本发明具有节约能源，结构简单，使植物更加稳健的生长等优点。

Description

一种室内植物的智能培养系统

技术领域

本发明涉及一种自动通风、自动调光和培养液循环的室内植物培养技术，特别涉及一种室内植物的智能培养系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高,大家越来越关注饮食安全。目前随着农业之类的化学用品广泛的使用，越来越多的杀虫剂和催熟剂用在我们天天吃的植物中。很多城市居民表示原来不敢吃肉现在连蔬菜也吃的提心吊胆。使得大家对拥有自家菜园的期望越来越高。但是城里的居民基本上都不会种菜，所以很有必要为他们提供一种高智能化的室内植物培养模式。现在很多盆栽或室内培养架都是采用土培，经常要浇水施肥十分麻烦并且人们也往往没时间去打理，所以水培方式越来越引起大家关注。由于在室内培养，光照不好，所以有效的提供光照对植物的光合作用和生长有着重大的影响，目前很多培养架都是采用普通光管以额定功率24小时给植物提供光源。首先普通光管不能提供植物最佳的光谱以供植物光合作用，其次十分的浪费能源，所以本设计实用红、蓝、白三种LED 灯作为植物光源，能够提供植物所需的光谱；并且通过光传感器检测光照强度，调整LED的光强，在保证满足植物的需求下尽量减少能源消耗。其次本设计加入自动通风模块，可以加速气体流动降低植物表面温度并且增强植物光合作用；更有专家提出通风可以增加植物运动，使植物生长更加稳健。

中国专利CN 104067927A公布了一种植物培养架,涉及生物工程技术领域, 为解决现有的植物培养架浪费水资源等问题而设计。该植物培养架包括框架,框架自上而下由隔板分割为多个空间层,最底层的空间层设置有营养液箱,其他空间层内设置有植物培养箱,设置有植物培养箱的空间层的顶部安装有照明灯,照明灯上设置有热沉,热沉内具有冷却水道,每个植物培养箱均通过第一水泵与营养液箱连接,通过第二水泵与热沉内的冷却水道连接。营养液箱内的营养液通过第一水泵输送至植物培养箱内,营养物质被植物吸收,而剩余的水则通过第二水泵输送至热沉内的冷却水道对照明灯进行冷却,冷却效果好,且大大节约了水资源。但是上述专利缺乏光的自动调节，并且没有自动通风功能。

中国专利CN 104542049A公布了一种适合多种植物区别养殖、可根据土壤湿度自动洒水的全自动室内植物培养系统。包括防水台体,其结构要点防水台体上由隔板分割成多个种植区域,每个种植区域内均设置有一个土壤湿度传感器,每个土壤湿度传感器的输出端口分别与计算机输入端口相连所述防水台体的上方相应于每个种植区域均设置有洒水头,每个洒水头均通过一个电磁阀与进水管连通每个电磁阀的控制端口分别与所述计算机的输出端口相连。但是上述专利为土培方式，并且没有考虑室内光照、通风等环境并不十分理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种室内植物的智能培养系统，该智能培养系统的结构简单，使用方便。

本发明的目的可以通过下述技术方案实现：一种室内植物的智能培养系统，包括：控制板、光传感器、温度传感器、PWM调制器、LED灯板、继电器、风扇和循环水泵；控制板可以采用型号为mini2440的ARM芯片；所述光传感器、温度传感器、PWM调制器、继电器和循环水泵均与控制板连接；LED灯板和PWM调制器连接，风扇和继电器连接；所述温度传感器的信号输出端接控制板的I/O 口输入接口，所述风扇中间接入继电器并将继电器接到控制板I/O口的输出接口；所述光照传感器的信号输出端接控制板的串口，所述LED灯板通过驱动器接的控制板的PWM输出口；

所述光传感器用于检测现场光照，控制板循环采集光传感器检测的数据，控制板将采集的光照与预先设定的光照进行比较，当采集的光照大小大于预先设定的光照大小时，控制板发送一个高占空比信号给PWM调制器，PWM调制器控制LED灯板，增强灯亮度；如果采集的光照大小小于预先设定的光照大小时，控制板发送一个底占空比信号给PWM调制器，PWM调制器将控制LED灯板，降低灯亮度；温度感器检测现场温度，控制板循环采集温度感器检测的数据，控制板将采集的温度与预先设定的温度进行比较，当采集的温度值大于预先设定的温度值时，控制板将发送一个高电平信号给继电器，使继电器闭环，从而打开风扇进行通风；如果采集的温度值小于预先设定的温度值时，控制板将发送一个低电平信号给继电器，使继电器断开，从而关闭风扇；控制板定时发送高低电平给循环水泵，从而实现水循环；温度传感器、控制板与风扇实现闭环自动通风，光照传感器、控制板与LED灯板实现光闭环自动控制。

为了使本发明的智能培养系统更加方便使用，所述智能培养系统还设计有培养架，所述培养架具有均与连接杆固定连接的底层培养液容器、下层培养槽、上层培养槽和顶层LED灯板，上层培养槽的底部安装有LED灯板，用于给下层培养槽中的植物提供光照；所述上层培养槽和下层培养槽上均放置一块泡沫板，泡沫板上放有定植篮；底层培养液容器中放置有循环水泵，所述循环水泵通过继电器连接到控制板的I/O输出口，所述控制板控制循环水泵定时将培养液从底层培养液容器中抽到最上层培养槽中，然后上层培养槽内的培养液在重力的作用下从上层培养槽的出口流入下层培养槽中，最后经过下层培养槽重新流入底层培养液容器中。

所述培养架培的尺寸最好为：长850mm、宽400mm、高1600mm；所述的培养槽长850mm、宽400m、深110mm；培养槽另一端离培养槽底部50mm处开有一个直径为20mm的出水口，保证培养液深为50mm～60mm；所述泡沫板长850mm、宽400m、高245mm；泡沫板上开有4行6列直径为32mm的圆孔24个，圆孔宽距和长距分别为 80m和120mm，每个圆孔上面有定植篮。

所述定植篮杯身和底部均为镂空状，有利于通风。

所述培养架从下到上依次为底层培养液容器、下层培养槽、上层培养槽和顶层LED灯板，所述底层培养液容器、下层培养槽、上层培养槽和顶层LED灯板与四根连接杆固定连接。

本发明的目的也可以通过以下技术方案实现：一种室内植物的智能培养系统，可以包括培养架和控制电路；

所述培养架的尺寸可以为：长850mm、宽400mm、高1600mm，所述培养架的架体从外观上看虽然有4层，但是用来种植物的却主要只有中间两层，最上面的是一层LED灯板用来给下面的第三层培养槽植物层提供光照，第三层底部还贴有一块LED灯板，用来给第二层培养槽植物层提供光照。底部是培养液容器层，用来装新鲜的培养液。水泵就放在培养液容器里，将培养液抽到第三层培养槽，再从第三层培养槽流入第二层培养层，最后回流入底层培养液容器中实现培养液循环。

所述控制电路包括光自动调节、风扇自动控制和培养液循环控制。首先将光传感器安装在架体适当的位置中，通过光传感器检测到室内的光强，然后将光强信息传递给控制板，控制板通过比较传递回来的外界实时光强和设定的最佳光强，然后改变PWM波形的占空比大小，从而调节LED灯板亮度，最终实现光的自动调节；风扇自动控制是通过温度传感器与控制板输入I/O口连接，温度传感器实时检测室内温度。然后将温度值通过I/O口传递给控制板，当温度达到事先设定的上限温度时，控制板通过输出I/O口输出高电平，继电器动作吸合使风扇回路接通，风扇开始转动。当温度传感器检测到温度低于上限温度值时，同理继电器断开使风扇回路断路，风扇停止转动，以实现自动通风；培养液循环实现是通过将继电器接在水泵和控制板之间，通过程序计时每隔一段时间让控制板输出高电平或低电平使继电器接通或断开，从而使水泵抽水或不抽水，实现培养液定时循环。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的智能培养系统结构简单，易于推广，使用方便，是一种智能化的室内植物培养模式，实现了让人们简单方便的吃上自己种的蔬菜。

2、本发明采用了两个闭环控制和一个水泵循环控制，解决了如何让植物在室内更易生长并且易于管理的问题；其中的温度传感器、控制板与风扇实现闭环自动通风，光照传感器、控制板与LED灯板实现光闭环自动控制。本设计也涉及到培养架外型、架体尺寸、培养槽尺寸、种植泡沫尺寸与开口等具体实现。本发明的创新点在于不仅能够实现普通培养架培养液的循环吸收方式，并且增加了自动通风和自动调光两个新技术。通过光的自动调节，不但使植物充分的利用光照进行光合作用并且节约能源；而自动通风的实现，一定程度上可以起到降温的作用，并且加快空气流动，利于植物光合作用，还促进了植物运动，使植物更加稳健的生长。

附图说明

图1为本发明的智能培养系统的控制电路原理框图。

图2为本发明的架体外型图；图中，1为顶层LED灯板、2为下层培养槽的LED灯板、3为上层培养槽、4为下层培养槽、5为底层培养液容器。

图3为本发明用于固定植物的泡沫板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种室内植物的智能培养系统，包括：控制板、光传感器、温度传感器、PWM调制器、LED灯板、继电器、风扇和循环水泵。所述光传感器、温度传感器、PWM调制器、继电器和循环水泵均与控制板连接。LED灯板和PWM 调制器连接，风扇和继电器连接。所述温度传感器的信号输出端接控制板的I/O 口输入接口，所述风扇中间接入继电器并将继电器接到控制板I/O口的输出接口。所述光照传感器的信号输出端接控制板的串口，所述LED灯板通过驱动器接的控制板的PWM输出口。

光传感器检测现场光照，控制板循环采集光传感器检测的数据，控制板将采集的光照与预先设定的光照进行比较，当采集的光照大小大于预先设定的光照大小时，控制板发送一个高占空比信号给PWM调制器，PWM调制器控制LED灯板，增强灯亮度；如果采集的光照大小小于预先设定的光照大小时，控制板发送一个低占空比信号给PWM调制器，PWM调制器将控制LED灯板，降低灯亮度。温度感器检测现场温度，控制板循环采集温度感器检测的数据，控制板将采集的温度与预先设定的温度进行比较，当采集的温度值大于预先设定的温度值时，控制板将发送一个高电平信号给继电器，使继电器闭环，从而打开风扇进行通风；如果采集的温度值小于预先设定的温度值时，控制板将发送一个低电平信号给继电器，使继电器断开，从而关闭风扇。控制板定时发送高低电平给循环水泵，从而实现水循环。温度传感器、控制板与风扇实现闭环自动通风，光照传感器、控制板与 LED灯板实现光闭环自动控制。所述控制板采用型号为mini2440的ARM芯片。

如图2所示，是本发明智能培养系统的培养架的结构图，从下到上分别是底层培养液容器5、下层培养槽4、LED灯板2、上层培养槽3和顶层LED灯板1。底层培养液容器5中装有适量培养液，并且水泵就放在底层培养液容器5中，经过继电器由控制板控制。水泵进水口浸没在培养液中，出水口经水管连接到培养槽3培养液入口。上层培养槽3的出水口经水管连接到下层培养槽4的进水口，而下层培养槽4的出水口经水管接回到底层培养液容器中。上层培养槽3和下层培养槽4中都放有如图3所示的泡沫板，泡沫板的每个圆孔上都会放有一个定植篮，所述定植篮杯身和底部均为镂空状，用来放入带有定植海绵的植物幼苗。上层培养槽3和下层培养槽4的侧面固定有一个风扇，风扇经继电器接到控制板上。顶层LED灯板1和LED灯板2分别给上层培养槽3和下层培养槽4上的植物提供光源。控制板上还有温度传感器和光照传感器，分别用来为风扇的自动控制和光自动调节提供反馈。

将足够的培养液倒入底层培养液容器5中，再将带有定值海绵的植物放到定植篮中。启动主控制板系统开关，培养液就会从底层培养液容器5中抽到上层培养槽3中，达到5～6cm深度后流入下层培养槽4中，同样达到5～6cm深度后流入底层培养液容器5中实现培养液循环。当光照传感器检测到外界光照强度过强或过暗时，放送信号给控制板，控制板根据信号调整PWM占空比放送相应的占空比波形给LED灯板，使LED灯板光照增强或减弱，实现光的自动调节。温度传感器液实时检测现场温度，当温度达到事先设定的上限温度时，控制板通过输出I/O 口输出高电平，继电器动作吸合使风扇回路接通，风扇开始转动。当温度传感器检测到温度低于上限温度值时，同理继电器断开使风扇回路断路，风扇停止转动，实现自动通风。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种室内植物的智能培养系统，其特征在于，包括：控制板、光传感器、温度传感器、PWM调制器、LED灯板、继电器、风扇和循环水泵；所述光传感器、温度传感器、PWM调制器、继电器和循环水泵均与控制板连接；所述LED灯板与PWM调制器连接，风扇和继电器连接；所述温度传感器的信号输出端接控制板的I/O口输入接口，所述风扇中间接入继电器并将继电器接到控制板I/O口的输出接口；所述光照传感器的信号输出端接控制板的串口，所述LED灯板通过驱动器接的控制板的PWM输出口；

所述光传感器用于检测室内植物的光照数据，控制板循环采集光传感器检测到的光照数据，控制板将采集的光照数据与预先设定的光照数据进行比较，当采集的光照数据大小大于预先设定的光照数据值时，控制板发送一个高占空比信号给PWM调制器，PWM调制器控制LED灯板，增强灯亮度；如果采集的光照大小小于预先设定的光照大小时，控制板发送一个低占空比信号给PWM调制器，PWM调制器将控制LED灯板，降低灯亮度；温度感器检测现场温度，控制板循环采集温度感器检测的数据，控制板将采集的温度与预先设定的温度进行比较，当采集的温度值大于预先设定的温度值时，控制板将发送一个高电平信号给继电器，使继电器闭环，从而打开风扇进行通风；如果采集的温度值小于预先设定的温度值时，控制板将发送一个低电平信号给继电器，使继电器断开，从而关闭风扇；控制板定时发送高低电平给循环水泵，从而实现水循环；温度传感器、控制板与风扇实现闭环自动通风，光照传感器、控制板与LED灯板实现光闭环自动控制；

所述智能培养系统还包括培养架，所述培养架具有均与连接杆固定连接的底层培养液容器、下层培养槽、上层培养槽和顶层LED灯板，上层培养槽的底部安装有LED灯板，用于给下层培养槽中的植物提供光照；所述上层培养槽和下层培养槽上均放置一块泡沫板，泡沫板上放有定植篮；底层培养液容器中放置有循环水泵，所述循环水泵通过继电器连接到控制板的I/O输出口，所述控制板控制循环水泵定时将培养液从底层培养液容器中抽到最上层培养槽中，然后上层培养槽内的培养液在重力的作用下从上层培养槽的出水口流入下层培养槽中，最后经过下层培养槽流入底层培养液容器中。

2.根据权利要求1所述的室内植物的智能培养系统，其特征在于，控制板采用型号为mini2440的ARM芯片。

3.根据权利要求1所述的室内植物的智能培养系统，其特征在于，所述培养架的尺寸为：长850mm、宽400mm、高1600mm；所述培养架的培养槽尺寸为：长850mm、宽400m、深110mm；离所述培养槽的底部50mm处开有一个直径为20mm的出水口，以保证培养槽中的培养液深度为50mm～60mm；所述泡沫板的尺寸为：长850mm、宽400m、高245mm；泡沫板上开有24个直径为32mm的若干圆孔，所述圆孔排列成4行6列，所述圆孔之间具有长为80m且宽为120mm的间距，并且每个圆孔上面均放置有定植篮。

4.根据权利要求1所述的室内植物的智能培养系统，其特征在于，所述定植篮的杯身和底部均为镂空状。

5.根据权利要求1所述的室内植物的智能培养系统，其特征在于，所述培养架从下到上依次为底层培养液容器、下层培养槽、上层培养槽和顶层LED灯板，所述底层培养液容器、下层培养槽、上层培养槽和顶层LED灯板与四根连接杆固定连接。