CN107155861A - 一种智能自动化蔬菜水培系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能自动化蔬菜水培系统。该系统是由水培装置和智能控制装置组成；水培装置是由盛装营养液的箱体、水泵、进液管、水培定植管、回流管组成的一个封闭液体循环回路，在水培定植管的上表面设置有定植孔；智能控制装置包括微控制器处理单元，连接在微控制器处理单元进口端的数据采集单元、摄像头和联网装置，连接在微控制器处理单元出口端的执行控制单元、显示屏和移动操控装置，以及与上述各部件均相连的供电系统。不管您是否具有种菜经验、是否天天守在家里，利用本发明都会让您在自家阳台上或庭院里种植出新鲜、旺盛的有机蔬菜，不仅可以吃出健康，而且可以绿化家居空间、净化家居空气、体验到多种不同的田园乐趣。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能自动化蔬菜水培系统，特别适合于在家庭阳台或庭院进行小型叶菜类作物或茄果类作物的水培栽植。
背景技术
随着农产品污染的日益加剧以及城市生活压力的增大，越来越多的都市人希望拥有一个属于自己的绿色小天地。自己种植的蔬菜由于没有农药，吃起来更放心、更健康；而且在亲自种植蔬菜的过程中，家人会找到不同的田园乐趣：孩子通过接触绿色植物会更直观、更深刻地了解植物的生长过程，成人通过采摘蔬菜和感受绿色会有效缓解工作的压力，老人通过种植蔬菜可以回归田园、找到精神寄托。但是由于很多人从来没有亲手种植过、甚至没有亲眼看见过蔬菜的种植和生长过程，因此有很多人曾尝试着在自家阳台或庭院种植一些时令蔬菜而多次以失败收场：有的连芽都没有发；有的虽然勉强发芽了，但是还没来得及长成可以吃的蔬菜就夭折了。还有一些人虽然有种植蔬菜的经验，也能在自家阳台或庭院利用土培装置或水培装置培养出自己需要的有机蔬菜，但未必天天能守在家里，一旦主人出差或休闲度假离家几天，家中的蔬菜便由于无人管理常常出现枯萎、甚至死亡。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种智能自动化蔬菜水培系统。不管您是否具有种菜经验、是否天天守在家里，利用本发明都会让您在自家阳台上或庭院里种植出新鲜、旺盛的有机蔬菜，不仅可以吃出健康，而且可以绿化家居空间、净化家居空气、体验到多种不同的田园乐趣。
本发明的目的可通过下列技术措施来实现:
本发明的智能自动化蔬菜水培系统是由水培装置和智能控制装置组成；
所述水培装置包括通过管接头首尾相连的水培定植管，连接在所述水培定植管入口端的进液管，连接在所述水培定植管出口端的回流管，以及连接在进液管另一端的水泵和连接在回流管另一端盛装营养液的箱体；所述水泵浸没在所述箱体内腔里的营养液中，在所述水培定植管的上表面以间隔方式设置有若干个定植孔；
所述智能控制装置包括微控制器处理单元，与微控制器处理单元的进口端接口相连接的数据采集单元、摄像头和联网装置，与微控制器处理单元的出口端接口相连接的执行控制单元、显示屏和移动操控装置，以及与上述各部件均相连的供电系统；所述数据采集单元包括布置在水培定植管中营养液内的水位传感器、营养液浓度传感器和溶氧量传感器，以及布置在水培定植管外表面的光照传感器、温度传感器和湿度传感器；所述执行控制单元包括排气扇、加湿器、补光灯、供氧设备、营养液自动加注系统。
本发明中所述联网装置包括与以太网相连通的数据服务器、个人电脑及Wifi。
本发明中所述移动操控装置包括与移动通信网络相连通的GSM和个人手机。
本发明中所述显示屏为液晶显示屏。
本发明中所述摄像头为360度旋转摄像头（借助360度旋转摄像头可以远程监控或欣赏阳台农业园的生长情况，植物出现疾病问题时还可以实现远程专家会诊，便于远程指导医治）。
本发明中所述微控制器处理单元的型号为ARM11-S3C6410。
更进一步讲，传感器的数据采集单元是该智能自动化蔬菜水培系统的耳朵、眼睛和神经，能实时检测和收集阳台小环境内水培定植管中营养液内的浓度值（即EC值）、溶氧量及水位高低，能实时检测和收集阳台上的温度、湿度和光照量。这些信息被传感器的数据采集单元实时收集后，并及时上报给微控制器处理单元。
微控制器处理单元是该智能自动化蔬菜水培系统的核心和大脑。微控制器处理单元的微控制芯片（DSP/ARM）具有强大的数据处理能力，能够处理数据采集单元上报的状态信息、视频信息，并将获取到的状态参数与预存的理想环境生长环境参数进行比对，做出相应控制指令；微控制器处理单元的存储设备是专家数据库，存储着适合不同农作物生长的环境参数，并可以通过人机交互进行修改；与以太网相连通的数据服务器为每一个客户开启一个账号，存储设备上报的状态信息和视频，并根据信息绘制生长曲线，供客户范围查询。
执行控制单元是该智能自动化蔬菜水培系统的左右手，在接收到微控制器处理单元发出的控制指令后，驱动对应的执行机构进行工作。
供电系统是该智能自动化蔬菜水培系统的动力来源，为智能控制装置中的各零部件提供安全电压供电，并可根据实际需要实现定时休眠与开启，在保证安全及时获取蔬菜生长状态信息的同时，又能降低系统功耗、节约能源。
本发明的原理如下：
本发明是由水培装置和智能控制装置组成。水培装置是由盛装营养液的箱体、水泵、进液管、水培定植管、回流管组成的一个封闭液体循环回路，在水培定植管的上表面设置有定植孔。本发明通过为水培装置配备了智能控制装置，从而智能化创造出适合水培蔬菜生长的微环境：即主要通过分布在水培装置上的数据采集单元（水位传感器、营养液浓度传感器、溶氧量传感器、光照传感器、温度传感器和湿度传感器），来实时检测和收集阳台小环境内水培作物生长的状态参数，并将这些信息及时上报给微控制器处理单元；而微控制器处理单元将获取到的状态参数与预存的理想环境生长环境参数进行比对，然后做出相应控制指令、并下达给执行控制单元；而执行控制单元则在接收到控制指令后，驱动对应的执行机构（排气扇、加湿器、补光灯、供氧设备、营养液自动加注系统）进行工作。同时，本发明能实现远程可视化的管理和诊治：通过360度摄像头的清晰图片客户还可以实时远程了解家里蔬菜生长情况；当遇到不懂得蔬菜病虫害和蔬菜种植问题时，即使不在家，也可以通过手机实时传送图片到中国阳台园艺网，由蔬菜种植专家及时解答难题。
本发明的有益效果如下：
不管您是否具有种菜经验、是否天天守在家里，利用本发明都会让您在自家阳台上或庭院里种植出新鲜、旺盛的有机蔬菜，不仅可以吃出健康，而且可以绿化家居空间、净化家居空气、体验到多种不同的田园乐趣。
附图说明
图1是本发明中智能控制装置的连接结构示意图。
图2是本发明中水培装置的结构示意图。
图中序号：1、箱体，2、营养液，3、水泵，4、进液管，5、水培定植管，5-1、定植孔，6、回流管，7、管接头，8、电机，9、支撑架。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
如图1、图2所示，本发明的智能自动化蔬菜水培系统是由水培装置和智能控制装置组成；
所述水培装置包括通过管接头7首尾相连的水培定植管5，连接在所述水培定植管入口端的进液管4，连接在所述水培定植管出口端的回流管6，以及连接在进液管另一端的水泵3和连接在回流管另一端盛装营养液的箱体1；所述水泵3浸没在所述箱体内腔里的营养液2中，在所述水培定植管5的上表面以间隔方式设置有若干个定植孔5-1；
所述智能控制装置包括微控制器处理单元，与微控制器处理单元的进口端接口相连接的数据采集单元、摄像头和联网装置，与微控制器处理单元的出口端接口相连接的执行控制单元、显示屏和移动操控装置，以及与上述各部件均相连的供电系统；所述数据采集单元包括布置在水培定植管中营养液内的水位传感器、营养液浓度传感器和溶氧量传感器，以及布置在水培定植管外表面的光照传感器、温度传感器和湿度传感器；所述执行控制单元包括排气扇、加湿器、补光灯、供氧设备、营养液自动加注系统。
本发明中所述联网装置包括与以太网相连通的数据服务器、个人电脑及Wifi。
本发明中所述移动操控装置包括与移动通信网络相连通的GSM和个人手机。
本发明中所述显示屏为液晶显示屏。
本发明中所述摄像头为360度旋转摄像头（借助360度旋转摄像头可以远程监控或欣赏阳台农业园的生长情况，植物出现疾病问题时还可以实现远程专家会诊，便于远程指导医治）。
本发明中所述微控制器处理单元的型号为ARM11-S3C6410。
更进一步讲，传感器数据采集单元是该智能自动化蔬菜水培系统的耳朵、眼睛和神经，能实时检测和收集阳台小环境内水培定植管中营养液内的浓度值（即EC值）、溶氧量及水位高低，能实时检测和收集阳台上的温度、湿度和光照量。这些信息被传感器数据采集单元实时收集后，并及时上报给微控制器处理单元。
微控制器处理单元是该智能自动化蔬菜水培系统的核心和大脑。微控制器处理单元的微控制芯片（DSP/ARM）具有强大的数据处理能力，能够处理数据采集单元上报的状态信息、视频信息，并将获取到的状态参数与预存的理想环境生长环境参数进行比对，做出相应控制指令；微控制器处理单元的存储设备是专家数据库，存储着适合不同农作物生长的环境参数，并可以通过人机交互进行修改；与以太网相连通的数据服务器为每一个客户开启一个账号，存储设备上报的状态信息和视频，并根据信息绘制生长曲线，供客户范围查询。
执行控制单元是该智能自动化蔬菜水培系统的左右手，在接收到微控制器处理单元发出的控制指令后，驱动对应的执行机构进行工作。
供电系统是该智能自动化蔬菜水培系统的动力来源，为智能控制装置中的各零部件提供安全电压供电，并可根据实际需要实现定时休眠与开启，在保证安全及时获取蔬菜生长状态信息的同时，又能降低系统功耗、节约能源。
本发明的具体使用情况如下：
1、首先根据阳台不同的造型和面积大小，设计、组拼出本发明中对应的水培装置。即通过管接头7将固定在支撑架9上的水培定植管5首尾相连，组装好的水培定植管5的造型以实用、美观为主，这样可以最大化利用和美化阳台空间。然后在组装好的水培定植管5的入口端连接进液管4，在水培定植管5的出口端连接回流管6，进液管4另一端连接水泵3（同时水泵3与外部的电机8电连接），水泵3和回流管6的出口端均浸没在箱体1内腔里的营养液2中。
2、 按照图1将智能控制装置中的各功能模块及零部件通过接口和数据线连接在一起，并连通供电系统。
3、将装有已经育好蔬菜苗的定植杯直接插放进水培定植管5的上表面所开设的定植孔5-1即可（应注意保证蔬菜苗根系要浸入营养液至少2厘米，不要使全部根系曝露在空气中）。
4、启动水泵3开始供液，并设置自动供液体时间和前后两次供液的时间间隔。
5、通过智能化创造出适合水培蔬菜生长的微环境，传感器数据采集单元实时检测和收集阳台小环境内水培定植管中营养液内的浓度值（即EC值）、溶氧量及水位高低、温度值、湿度值和光照量，并及时将这些信息上报给微控制器处理单元。由于有相应的传感器在实时测量和及时汇报对应参数，任一参数达到临界值时，微控制器处理单元会发出的控制指令，驱动对应的执行机构进行工作：例如蔬菜生长过程中营养液EC值需要维持在1.0～2.0，PH值需要维持在6.0～6.9，当营养液下降到水位临界线和营养液浓度降低时，水位传感器的探头和营养液浓度传感器的探头会感应到这一切并及时上报给微控制器处理单元，微控制器处理单元发出指令开启营养液自动加注系统；夏季当营养液液温过高时，营养液中含氧量降低会影响蔬菜根部的正常呼吸，溶氧量传感器的会感应到这一切并及时上报给微控制器处理单元，微控制器处理单元发出指令，开启供氧设备对营养液进行加氧。再例如生菜生长的环境温度需要控制在白天15～25℃、夜间10～12℃，温度传感器的探头探测到温度不在要求范围内时，或者湿度传感器探测到湿度不在要求范围内时，及时上报给微控制器处理单元，微控制器处理单元发出指令，开启对应的补光灯补光、补热，或者开启相应的加湿器喷雾降温。
6、远程可视化的管理和诊治：通过360度摄像头的清晰图片客户还可以实时远程了解家里蔬菜生长情况。当遇到不懂得蔬菜病虫害和蔬菜种植问题时，即使不在家，也可以通过手机实时传送图片到中国阳台园艺网，由蔬菜种植专家及时解答难题。
Claims (6)
1.一种智能自动化蔬菜水培系统，其特征在于：它是由水培装置和智能控制装置组成；
所述水培装置包括通过管接头（7）首尾相连的水培定植管（5），连接在所述水培定植管入口端的进液管（4），连接在所述水培定植管出口端的回流管（6），以及连接在进液管另一端的水泵（3）和连接在回流管另一端盛装营养液的箱体（1）；所述水泵（3）浸没在所述箱体内腔里的营养液（2）中，在所述水培定植管（5）的上表面以间隔方式设置有若干个定植孔（5-1）；
所述智能控制装置包括微控制器处理单元，与微控制器处理单元的进口端接口相连接的数据采集单元、摄像头和联网装置，与微控制器处理单元的出口端接口相连接的执行控制单元、显示屏和移动操控装置，以及与上述各部件均相连的供电系统；所述数据采集单元包括布置在水培定植管中营养液内的水位传感器、营养液浓度传感器和溶氧量传感器，以及布置在水培定植管外表面的光照传感器、温度传感器和湿度传感器；所述执行控制单元包括排气扇、加湿器、补光灯、供氧设备、营养液自动加注系统。
2.根据权利要求1所述的智能自动化蔬菜水培系统，其特征在于：所述联网装置包括与以太网相连通的数据服务器、个人电脑及Wifi。
3.根据权利要求1所述的智能自动化蔬菜水培系统，其特征在于：所述移动操控装置包括与移动通信网络相连通的GSM和个人手机。
4.根据权利要求1所述的智能自动化蔬菜水培系统，其特征在于：所述显示屏为液晶显示屏。
5.根据权利要求1所述的智能自动化蔬菜水培系统，其特征在于：所述摄像头为360度旋转摄像头。
6.根据权利要求1所述的智能自动化蔬菜水培系统，其特征在于：所述微控制器处理单元的型号为ARM11-S3C6410。
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