CN105974972A - 一种远程植物生长环境的智能监控系统及其智能监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程植物生长环境的智能监控系统，包括：控制器模块、服务器模块、执行器模块、客户端模块、传感器信息采集模块、视频采集模块和LED光源模块。本发明还公开了一种应用于远程植物生长环境的智能监控系统的智能监控方法，包括以下步骤：1、根据植物培养方案，在客户端模块上为植物设定环境变量的数值；2、实时监测远程植物生长环境的环境变量，判断其值是否在设定范围之内，如果实时数据与设定值不匹配，则控制器模块发送控制指令，让需要调整的环境变量对应的执行器模块进行调节操作，直到环境变量与设定值一致为止；3、控制器模块将采集到的信息发送到客户端模块。具有节省了人力成本，改善了植物的生长环境等优点。

Description

一种远程植物生长环境的智能监控系统及其智能监控方法

技术领域

本发明涉及一种植物培养技术，特别涉及一种远程植物生长环境的智能监控系统及其智能监控方法。

背景技术

“互联网+农业”是“互联网+”行动计划的重要组成部分,这意味着要充分利用互联网、大数据、云计算、物联网等一系列新的信息技术与农业跨界融合，创造基于互联网平台的现代农业新模式。

远程植物生长环境智能监控方法适用于家庭、植物工厂、大田等各种场合，通过智能控制系统为植物生长营造一个更合适的环境。目前我国国内植物培养所用种植技术的智能化程度相对较低，种植过程中人仍扮演者主要角色，对植物生长中的温度、湿度、CO₂浓度以及营养液等环境变量的监测不全面且自动控制能力较差，对植物的补光大多数也局限于单色光，而且植物的培养一般都需要培养员现场操作，无法实现远距离的监测、干预调控。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种远程植物生长环境的智能监控系统，该智能监控系统无需人工现场看守，达到智能高效的补光，并能实时控制植物生长所需营养和环境中温度、湿度等变量。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于所述的远程植物生长环境的智能监控系统的智能监控方法，该智能监控方法能够通过服务器模块远距离的监测和控制植物生长中的环境变量。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种远程植物生长环境的智能监控系统，包括：控制器模块、服务器模块、执行器模块、客户端模块、传感器信息采集模块、显示模块、视频采集模块和LED光源模块；所述传感器信息采集模块直接与控制器模块相连，实时监测植物生长的环境变量，并将数据发 送给控制器模块，控制器模块通过显示模块实时显示所监测的数据；所述执行器模块接收来自控制器模块的指令要求，通过控制多个执行机构来调节植物生长的环境变量；所述LED光源模块可以为植物生长提供红、蓝、白三色不同光质比的光源组合；所述视频采集模块可以实时监测植物所在环境的状况；所述服务器模块接收来自控制器模块传递的采集信息，并将数据发送到客户端模块；所述客户端模块可以通过网络摄像头查看植物生长情况，并经云端服务器远程发送控制指令，调节植物环境。

作为优选，传感器信息采集模块包括光照强度传感器，光照强度传感器接收来自自然光和LED光源的光照强度，并将采集到的数据与设定的光照值对比，控制器模块根据比较结果向LED光源模块发送控制指令，以调控远程植物生长环境的光照强度。

作为优选，传感器信息采集模块包括温度传感器，执行器模块包括风扇和加热管；温度传感器可以监测植物生长环境中的温度信息，并将数据发送给控制器模块，控制器模块将其与事先设定好的温度值进行对比。当测量值高于设定值时，控制器模块向风扇发送控制指令，降低环境温度；当测量值低于设定值时，控制器模块向加热器发送控制指令，升高环境温度，直到远程植物生长环境的温度在设定范围内为止。

作为优选，传感器信息采集模块包括湿度传感器，执行器模块包括加湿器和除湿器；湿度传感器可以监测植物生长环境中的湿度信息，并将数据发送给控制器模块，控制器模块将其与事先设定好的湿度值进行对比。当测量值高于设定值时，控制器模块向除湿器发送控制指令，降低环境湿度；当测量值低于设定值时，控制器模块向加湿器发送控制指令，增加环境湿度，直到远程植物生长环境的湿度在设定范围内为止。

作为优选，传感器信息采集模块包括CO₂传感器，执行器模块包括CO₂瓶；CO₂传感器可以监测植物生长环境中的CO₂浓度，并将数据发送给控制器模块，控制器模块将其与事先设定好的数值进行对比，控制器模块根据比较结果向CO₂瓶发送控制指令，以调控远程植物生长环境的CO₂浓度。

作为优选，传感器信息采集模块包括PH值传感器，执行器模块包括酸性溶液和碱性溶液投放装置；所述PH值传感器可以测量水培溶液的PH值，并将数据发送给控制器模块，控制器模块将其与事先设定好的数值进行对比。当测量值高于设定值时，控制器模块向酸性溶液投放装置发送控制指令，降低溶液或 土壤的PH值；当测量值低于设定值时，控制器模块向碱性溶液投放装置发送控制指令，增加溶液或土壤PH值，以调控远程植物生长环境的土壤或者水培溶液的酸碱度。

作为优选，传感器信息采集模块包括EC值传感器，执行器模块包括无机盐投放装置；EC值传感器可以测量溶液或土壤的电导率，并将数据发送给控制器模块，控制器模块将其与事先设定好的数值进行对比，控制器模块根据比较结果向无机盐投放装置发送控制指令，以调控远程植物生长环境的土壤或者水培溶液的电导率。

作为优选，将视屏采集模块与控制器模块相连，控制器模块能将视频采集模块采集的远程植物的生长信息传送到客户端模块。

作为优选，LED光源模块由红、蓝、白三色LED灯珠组成的组合光源，LED的光谱域宽正好与植物光合作用的光谱范围吻合，且其寿命长、发光效率高，根据不同植物需求，通过控制器模块调节或者产生与植物的生长需求相对应的光质比和光照强度，以促进植物生长。

作为优选，将服务器模块与控制器模块相连，服务器模块包括网关服务器和云端服务器，云端服务器可以接收来自控制器模块送达的采集数据，并将数据传送到客户端模块，用户能够利用客户端模块远程干预植物生长环境的环境变量。

作为优选，控制器模块采用以S3C2451处理器为核心的ARM9嵌入式开发板。

本发明的另一目的通过以下技术方案实现：一种实现远程植物生长环境的智能监控系统的智能监控方法，包括以下步骤：

一种应用于所述的远程植物生长环境的智能监控系统的智能监控方法，包括以下步骤：

步骤1、当智能监控系统开始运作后，首先完成控制器模块、执行器模块、传感器信息采集模块和LED光源模块的初始化配置，然后根据植物培养方案，在客户端模块上为植物设定环境变量的数值。

步骤2、利用传感器信息采集模块实时监测远程植物生长环境的环境变量，判断其值是否在设定范围之内，如果实时数据与设定值不匹配，则控制器模块发送控制指令，让需要调整的环境变量对应的执行器模块进行调节操作，直到环境变量与设定值一致为止。

步骤3、控制器模块将传感器信息采集模块和视频采集模块采集到的信息发 送到客户端模块，以便查看植物生长环境状态。

为了实现远程干预植物的生长环境，所述的智能监控方法还包括以下步骤：

用户利用客户端模块查看远程植物的生长状况，同时，用户通过客户端模块设定环境变量数值，所述环境变量数值经过服务器模块送达控制器模块，所述控制器模块根据环境变量数值控制执行器模块，以人工干预远程植物生长环境中的环境变量。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的远程智能监控系统是大数据、云计算、物联网等一系列的新的信息技术与农业的跨界融合。控制器模块根据传感器信息采集模块采集植物生长环境的信息，再发送指令让执行器模块进行环境参数调控，用植物生长最需要的红、蓝、白三色组成的组合光源提供补光，用户可以通过客户端模块随时随地的查看植物生长状况，既提高了植物培养效率，又节省了人力成本。

2、本发明的远程智能监控系统以S3C2451为核心，采用光质比可调节的以红、蓝、白三种光源为组合的LED面板灯对植物进行均匀补光，同时连接光照、温度、湿度、CO₂浓度、PH、EC等传感器和液晶显示屏，从而达到实时采集和显示植物生长中环境变量的目的，传感器信息采集模块采集的信息经WIFI通过网关服务器上传至云端服务器，用户能够随时随地通过客户端模块查看植物生长状况，并根据实际需求远程下达控制指令，通过风扇、加湿器等执行器模块来调节植物生长环境。本发明通过远程监测和控制植物生长过程中的主要环境变量，改善植物的生长环境，使得植物能够更加健康快速高效的成长。

附图说明

图1是本发明远程植物生长环境智能监控方法的整体结构框图。

图2是本发明远程植物生长环境智能监控方法的控制原理图。

图3是本发明远程植物生长环境智能监控方法的远程监控示意图。

图4是本发明远程植物生长环境智能监控方法的工作流程图。

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

影响植物生长的环境变量主要有光照、温度、湿度、CO₂浓度、PH值和EC值等条件，由于被控对象随时受到不确定外部因素的干扰，使得这些环境变量很难一直维持在理想状态，所以良好的监测设施和控制手段是必须的，以保证植物生长不受季节、气候和突然事故等的影响。

如图1所示，为了给植物生长提供最适当的环境，本实施例提供了一种远程植物生长环境的智能监控系统，该智能监控系统主要包括：控制器模块、服务器模块、执行器模块、客户端模块、传感器信息采集模块、显示模块、视频采集模块和LED光源模块。所述控制器模块主要由以S3C2451处理器为核心的嵌入式开发版组成，通过其I/O接口及一些扩展工具与其他模块相连。传感器信息采集模块将采集到的植物生长环境中的数据信息发送到控制器模块，控制器模块将采集信息通过显示模块实时显示的同时也根据实际作物的生长需求发送指令让执行器模块和LED光源模块中的执行机构进行相应的调节。当现场无人看守时，用户通过客户端模块远程查看植物生长环境，并根据需求对植物生长的环境变量远程调控。

如图2所示，植物生长环境智能监控系统的控制方法是在控制器模块、执行器、传感器、被控对象之间形成一个闭环，将环境变量的给定值与传感器信息采集模块采集到的数据的偏差作为控制器模块的输入，控制器模块根据偏差量发送控制指令，使执行器做出调节，从而达到远程控制植物生长环境的目的。其中执行器包含了水泵、CO₂瓶、风扇、加热管、加湿器、除湿器、酸碱溶液和无机盐投放装置、LED光源，传感器信息采集模块的传感器类型包括光照强度、温度、湿度、CO₂、PH值、EC值。

如图3所示，远程植物生长环境的智能监控系统，涉及到云端服务器1、网关服务器2、监控平台3、PC端4和移动端5。监控平台3可以利用WIFI将所测数据信息实时上传，而网关服务器2实时监听来自监控平台3的消息，并将数据传送给云端服务器1，云端服务器1将数据存储的同时把数据发送到PC端4和移动端5，这样用户不用在现场就能够以视频模式或者实时数据的方式查看植物的生长情况，也可以根据实际需求，通过客户端模块在远程下达控制指令，指令会经云端服务器1转发到控制器模块，进而让执行器做出相应调整。

如图4所示，为一种应用远程植物生长环境的智能监控系统的智能监控方法；本实施例中对于要培养的植物需预先设定好植物生长的培养方案，即光照、温度、 湿度、CO₂浓度、PH、EC等环境变量的相关数值，在实际种植过程中这些设定值也是可以实时调整的，该智能监控方法可以包括如下步骤：

第一步，当智能监控系统开始运作后，首先完成控制器模块、执行器模块、传感器信息采集模块和LED光源模块的初始化配置，然后根据植物培养方案，为植物设定环境变量的数值，为了避免执行机构频繁操作，一般允许环境变量参数在一定的范围内浮动，即设定一个上限值和一个下限值，当实际参数超过阈值时再采取调控措施。

第二步，如果光照时间超过了上限值，就关闭补光灯，否则正常开启补光灯，再判断光照强度是否超过上限值，如果光照过强，就调用光照强度处理子程序，降低光照强度，接着判断光质比是否需要调整，补光灯使用的是红、蓝、白共三种颜色的LED灯珠组合而成的光源，根据植物不同生长时期的需求，可以利用PWM技术调节三色光的比例，以保证实时光照最适合植物生长。

第三步，判断环境温度是否在设定范围之内，如果环境温度超过了温度上限值，就会调用风扇控制程序，降低环境温度，如果环境温度低于了温度下限值，就会调用加热管控制程序，直到环境温度在设定范围内为止。

第四步，判断环境中CO₂浓度是否低于下限值，一旦浓度过低，植物光合作用就会受阻，此时通过调用CO₂控制程序，让CO₂瓶释放气体来维持环境中CO₂浓度，保证植物光合作用的正常进行。

第五步，判断土壤或者水培溶液中的PH值是否在设定范围内，如果PH值超过了上限值，则开启酸性溶液投放装置控制程序，降低环境的酸碱度，如果PH值低于下限值，就开启碱性溶液投放装置控制程序，增加环境的酸碱度，直达环境PH值在设定范围内为止。

第六步，判断EC值是否低于下限值，EC值过低表示植物生长所需养分浓度过低，此时就需要调用无机盐投放装置控制程序，来增加环境中的养分，让植物正常成长。

第七步，判断湿度值是否在设定范围内，如果湿度超过了上限值，就开启除湿器控制程序，降低环境中的湿度，如果湿度低于下限值，则开启加湿器控制程序，增加环境中的湿度，直到实际湿度在设定范围内为止。

第八步，判断是否有人工干预，干预可以来自现场，也可以来自远程移动端，如果用户根据实际需求调整了环境变量的参数，程序中就会根据干预情况重新设定各变量的设定值、上限值、下限值，然后重新判断，进一步调节控制。

所有的监测数据都会通过显示模块实时显示，当环境变量超过设定范围值时都会有报警信息，视频采集模块也会实时监测植物生长环境，供用户在客户端模块远程查看，无需用户在现场，该远程监控系统为植物培养提供了更智能、更方便的操作。

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 (10)

1.一种远程植物生长环境的智能监控系统，其特征在于,包括：控制器模块、服务器模块、执行器模块、客户端模块、传感器信息采集模块、视频采集模块和LED光源模块；所述传感器信息采集模块与控制器模块相连，所述传感器信息采集模块实时监测植物生长环境里的环境参数，并将数据发送给控制器模块，控制器模块通过显示模块实时显示传感器信息采集模块所监测到的数据；所述执行器模块接收来自控制器模块的指令要求，所述执行器模块用于调节植物生长的环境变量；所述视频采集模块实时监测植物所在环境的状况；所述服务器模块接收来自控制器模块传递的采集信息，并将数据发送到客户端；所述客户端模块通过网络摄像头查看植物生长情况，并经云端服务器远程发送控制指令，以调节远程植物的生长环境。

2.根据权利要求1所述的远程植物生长环境的智能监控系统，其特征在于，所述传感器信息采集模块包括光照强度传感器；所述光照强度传感器接收来自自然光和LED光源的光照强度，并将采集到的数据与设定的光照值对比，所述控制器模块根据比较结果向LED光源模块发送控制指令，以调控远程植物生长环境的光照强度。

3.根据权利要求1所述的远程植物生长环境的智能监控系统，其特征在于，所述传感器信息采集模块包括温度传感器；所述执行器模块包括风扇和加热管；所述温度传感器监测远程植物生长环境中的温度信息，并将数据发送给控制器模块，控制器模块将测远程植物生长环境中的温度信息与预先设定的温度值进行对比，控制器模块根据比较结果向风扇或者加热管发送控制指令，以降低或者升高远程植物生长环境的温度。

4.根据权利要求1所述的远程植物生长环境的智能监控系统，其特征在于，所述传感器信息采集模块包括湿度传感器；所述执行器模块包括加湿器和除湿器；所述湿度传感器监测植物生长环境中的湿度信息，并将数据发送给控制器模块，控制器模块将湿度传感器监测到的湿度信息与预先设定的湿度值进行对比，控制器模块根据比较结果向除湿器和加湿器发送控制指令，以降低或者增加远程植物生长环境的湿度。

5.根据权利要求1所述的远程植物生长环境的智能监控系统，其特征在于，所述传感器信息采集模块包括CO₂传感器；所述执行器模块包括CO₂瓶；所述CO₂传感器监测远程植物生长环境中的CO₂浓度数据，并将CO₂浓度数据发送给控制器模块，控制器模块将远程植物生长环境中的CO₂浓度数据与预先设定的数值进行对比，控制器模块根据比较结果向CO₂瓶发送控制指令，以调控远程植物生长环境的CO₂浓度。

6.根据权利要求1所述的远程植物生长环境的智能监控系统，其特征在于，所述传感器信息采集模块包括PH值传感器；所述执行器模块包括酸性溶液和碱性溶液投放装置；所述PH值传感器测量远程植物生长环境中的PH值，并将数据发送给控制器模块，控制器模块将远程植物生长环境中的PH值与预先设定的数值进行对比，控制器模块根据比较结果决定向酸性溶液或者碱性溶液投放装置发送控制指令，以调控远程植物生长环境的土壤或者水培溶液的酸碱度。

7.根据权利要求1所述的远程植物生长环境的智能监控系统，其特征在于，所述传感器信息采集模块包括EC值传感器；所述执行器模块包括无机盐投放装置；所述EC值传感器可以测量远程植物生长环境中的电导率，并将远程植物生长环境中的电导率数据发送给控制器模块，控制器模块将远程植物生长环境中的电导率与预先设定的数值进行对比，控制器模块根据比较结果向无机盐投放装置发送控制指令，以调控远程植物生长环境土壤或者水培溶液的电导率。

8.根据权利要求1所述的远程植物生长环境的智能监控系统，其特征在于，所述智能监控系统还包括显示模块，所述控制器模块与显示模块相连；所述显示模块包括液晶显示屏，所述液晶显示屏用于实时查看植物生长环境中环境变量的数据；

所述控制器模块与LED光源模块相连；所述LED光源模块是由红、蓝、白三色LED灯珠组成的组合光源，所述控制器模块调节或产生与植物的生长需求相对应的光质比和光照强度，以促进植物生长；

所述控制器模块与服务器模块相连；所述服务器模块包括网关服务器和云端服务器，所述云端服务器接收来自控制器模块发送的采集数据，并将数据传送到客户端模块，用户通过客户端模块设定环境变量数值，所述环境变量数值经过服务器模块送达控制器模块，所述控制器模块根据所述环境变量数值控制执行器模块，以人工干预远程植物生长环境中的环境变量；

所述控制器模块采用以S3C2451处理器为核心的ARM9嵌入式开发板；

所述控制器模块与视屏采集模块相连，控制器模块将视频采集模块采集的远程植物的生长状况信息传送到客户端模块。

9.一种应用于权利要求1所述的远程植物生长环境的智能监控系统的智能监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、当智能监控系统开始运作后，首先完成控制器模块、执行器模块、传感器信息采集模块和LED光源模块的初始化配置，然后根据植物培养方案，在客户端模块上为植物设定环境变量的数值；

步骤2、利用传感器信息采集模块实时监测远程植物生长环境的环境变量，判断其值是否在设定范围之内，如果实时数据与设定值不匹配，则控制器模块发送控制指令，让需要调整的环境变量对应的执行器模块进行调节操作，直到环境变量与设定值一致为止；

步骤3、控制器模块将传感器信息采集模块和视频采集模块采集到的信息发送到客户端模块，以查看植物生长环境状态。

10.根据权利要求9所述的智能监控方法，其特征在于，还包括以下步骤：

用户利用客户端模块查看远程植物的生长状况，同时，用户通过客户端模块设定环境变量数值，所述环境变量数值经过服务器模块送达控制器模块，所述控制器模块根据环境变量数值控制执行器模块，以人工干预远程植物生长环境中的环境变量。