CN107632563A - 用于环境监测和控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于环境监测和控制的系统和方法，所述系统包括：监测装置、主控制单元以及通信模块，其中：监测装置，被布置在环境中用于监测环境相关的数据；主控制单元，与监测装置相连接以接收监测装置所监测的数据，并且将监测数据与相应的预期值进行比较，当二者之间存在偏差时，主控制单元发出控制信号；通信模块，该通信模块与主控制单元相连接以将主控制单元连接至云服务器，从而允许在主控制单元和云服务器之间交换数据，并且允许用户经由远程计算设备上的应用程序与云服务器进行交互，以实时获得监测装置所监测的数据并且相应地发送指令给主控制单元。本发明的系统能够实现更加高效和自动化的环境监测和控制。

Description

用于环境监测和控制的系统和方法

技术领域

本发明总体涉及对环境进行自动化监测和控制的领域，更具体地，涉及用于植物栽培设施的自动化监测和控制的系统和方法。

背景技术

目前已知有多种用于对环境进行监测和控制的方法。但是，这些监测和控制方法通常不能很好地实现实时监测以及远程及时控制。

例如，在目前的植物栽培领域，植物被种植在栽培设施中。由于栽培设施通常被布置在多个地方，并且管理者或种植者通常无法长时间持续地对其进行实时监测和控制，因此不能很好地管理栽培设施中的环境，也无法更好地满足植物生长需求。但是，由于栽培设施中的植物与自然环境中的植物相比，更加依赖于环境中的各项参数的准确设置。因此，只有对设施中的多种环境参数都进行准确监测和及时控制，才能更好地确保植物的生长环境，从而确保植物的健康生长或者保证其营养品质。

因此，亟需一种能够满足上述要求的用于环境监测和控制的系统和方法。

发明内容

本发明通过提供一种基于云服务的用于环境监测和控制的系统和方法来解决上述问题中的至少一个。

在本发明的一方面，提供一种用于环境监测和控制的系统，该系统包括监测装置、主控制单元以及通信模块，其中：

监测装置，被布置在环境中用于监测环境相关的数据；

主控制单元，与监测装置相连接以接收监测装置所监测的数据，并且将接收的监测数据与相应的预期值进行比较，当二者之间存在偏差时，所述主控制单元发出控制信号以进行控制；

通信模块，该通信模块与所述主控制单元相连接以将主控制单元连接至云服务器，从而允许在主控制单元和云服务器之间交换数据，并且允许用户经由远程计算设备上的应用程序与云服务器进行交互，以实时获得监测装置所监测的数据并且相应地发送指令给主控制单元。

由于本发明的用于环境监测和控制的系统中设置了通信模块，该通信模块能够允许管理者或种植者实时获得监测数据，并且远程地对主控制单元进行操作，例如根据预定的时间安排对环境参数进行检查或者在应用程序通知需要有紧急处理的状况时才进行处理，从而实现了更加高效和自动化的环境控制。

在一个优选实施方案中，所述系统进一步包括加料单元，所述加料单元与所述主控制单元连接以接收所述主控制单元发出的控制信号，并且根据所述控制信号对环境中的液体进行加料操作。

在一个优选实施方案中，所述系统进一步包括电控制单元，该电控制单元的一端连接至所述主控制单元，另一端连接至设置在环境中的照明设备、风扇、水泵、加氧器、液体冷却器和/或空气调节装置，以根据所述主控制单元发出的控制信号对所述照明设备、风扇、水泵、加氧器、液体冷却器和/或空气调节装置进行电控制操作。

在一个优选实施方案中，所述监测装置进一步包括液体监测装置，所述液体监测装置包括至少一个用于监测液体的温度、pH值、营养物浓度、含氧量、液位中至少之一的传感器。

在一个优选实施方案中，所述监测装置进一步包括空气监测装置，所述空气监测装置包括至少一个用于监测空气的温度、湿度、洁净度、和/或二氧化碳水平的传感器。

在一个优选实施方案中，所述加料单元进一步包括至少一个用于向液体中添加能够影响液体的pH值、营养物浓度、含氧量至少之一的对应物质的加料器。

在一个优选实施方案中，所述空气调节装置进一步包括至少一个用于调节空气的温度、湿度、洁净度、和/或二氧化碳水平的装置，以将空气的温度、湿度、洁净度、和/或二氧化碳水平调节至目标值。

在一个优选实施方案中，所述系统进一步包括计时电路，所述计时电路连接至所述主控制单元，以用于计时或设置系统时间。

在一个优选实施方案中，所述系统进一步包括扩展接口，所述扩展接口的一端连接至所述主控制单元，另一端连接至相应的调节或校准按键。

在一个优选实施方案中，所述系统进一步包括多路复用器，所述多路复用器被布置在主控制单元与监测装置和通信模块之间。

在一个优选实施方案中，所述监测装置包括pH传感器和EC传感器，所述pH传感器和EC传感器经由电力隔离器和数据隔离器连接至所述多路复用器。

在一个优选实施方案中，所述系统进一步包括用于电源连接和数据传输的至少一个连接器，所述至少一个连接器被相应地分别设置在外部电源、加料单元、电控制单元和LCD中的任一个与主控制单元之间。

在一个优选实施方案中，所述加料单元进一步包括半桥驱动器电路和至少一个蠕动泵，所述半桥驱动器电路与至少一个蠕动泵的马达相连，以选择性地驱动所述马达进行加料操作。

在一个优选实施方案中，所述电控制单元进一步包括至少一个继电器电路，所述继电器电路用于根据所述主控制单元发出的控制信号而相应地控制所述照明设备、风扇、水泵、加氧器、液体冷却器和/或空气调节装置的开关的接通或断开。

在一个优选实施方案中，所述通信模块包括WiFi模块和蓝牙模块。

在一个优选实施方案中，本发明的用于环境监测和控制的系统尤其适用于对植物栽培设施中的环境进行实时监测和控制。

在本发明的另一方面，提供一种用于环境监测和控制的方法，该方法包括以下步骤：

硬件初始化步骤，包括将监测装置、主控制单元以及通信模块进行初始化；

网络初始化步骤，包括使用通信模块将主控制单元连接至云服务器，以允许在主控制单元与云服务器之间交换数据，并且允许用户经由远程计算设备上的应用程序与云服务器进行交互；

环境监测步骤，包括使用监测装置监测环境相关的数据，并将所监测的数据发送给主控制单元；以及

环境控制步骤，包括使所述主控制单元将接收到的监测数据与相应的预期值进行比较，当二者之间存在偏差时，所述主控制单元发送控制信号以进行控制。

在一个优选实施方案中，所述硬件初始化步骤进一步包括以下各项中的一项或多项：初始化硬件的输入输出引脚；初始化分配地址；初始化系统时间；初始化LCD；初始化硬件之间的通信；初始化并且校准模数转换器；初始化中断引脚。

在一个优选实施方案中，所述网络初始化步骤进一步包括：使用通信模块中的WiFi模块将主控制单元连接至云服务器；如果无法自动获得WiFi配置，则启动蓝牙模块，发出LCD通知，由用户手动打开应用程序并且通过蓝牙连接至用于环境监测和控制的系统，用户提供WiFi配置以进行重新连接尝试。

在一个优选实施方案中，如果网络连接成功，则将用户在应用程序中设置的控制参数经由云服务器下载到主控制单元；如果网络连接失败，则发出LCD失败通知，使主控制单元运行默认控制数据。

在一个优选实施方案中，所述环境控制步骤进一步包括加料步骤，该加料步骤包括：

将接收到的关于环境中的液体的EC监测数据与相应的预期值进行比较，如果EC监测数据小于其相应的预期值，则使用加料器开始加入相应量的一种或多种营养物；或者，如果EC监测数据大于其相应的预期值，则相应增加液体供应量；

将接收到的关于液体的pH监测值与其相应的预期值进行比较，如果液体的pH监测值大于其相应的预期值，则使用加料器开始加入相应量的酸性溶液；或者，如果液体的pH监测值小于其相应的预期值，则使用加料器开始加入相应量的碱性溶液。

在一个优选实施方案中，所述方法进一步包括云服务器更新步骤，该云服务器更新步骤包括：

禁止所有中断；

禁止所有加料；

将所有测量值传送给云服务器；

计算自上次更新以来加料的量；

用所述自上次更新以来加料的量更新服务器。

在一个优选实施方案中，所述环境控制步骤进一步包括计算加料量的步骤，该计算加料量的步骤包括：

禁止所有中断；

判断是否存在当前加料有效的标记，如果存在，则计算加料有效的时间长度，如果不存在，则结束；

根据所计算的加料有效的时间长度计算总的加料量；

禁止所有正在进行的加料；

复位有效标记。

本发明的方法尤其适用于对植物无土栽培设施或基质栽培设施的环境进行实时监测和控制，当然也可以适用于其他需要进行实时监测和控制的环境。

本发明的方法使得用户、管理者或种植者能够远程地通过远程计算机或智能手机上的应用程序对一个或多个环境中的各种参数进行实时监测，查看监测数据，设定控制参数进行远程控制。而且，用户也可以仅在应用程序警报时或根据设定的时间安排查看监测数据，从而实现更加高效、及时、便捷的环境监测和控制。

附图说明

下面将结合附图对本发明的示例性实施方案进行描述，所述附图应被理解为示例性而非限制性的，在附图中：

图1示出根据本发明的用于环境监测和控制的系统的一个实施方案的示意图。

图2示出根据本发明的用于环境监测和控制的系统的进一步实施方案的示意图。

图3示出根据本发明的空气监测装置的一个实施方案的示意图。

图4示出根据本发明的用于环境监测和控制的方法的一个实施方案的流程图。

图5示出硬件初始化步骤的一个示意性流程图。

图6示出网络初始化步骤的一个示意性流程图。

图7示出用于环境监测步骤的一个示意性流程图。

图8示出用于环境控制步骤的一个示意性流程图。

图9示出用于服务器更新步骤的一个示意性流程图。

图10示出用于计算加料量的步骤的一个示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合附图进一步描述本发明的各个实施方案。在所有附图中，相同或相似的标号表示相同或相似的元件或者具有相同或相似功能的元件。应理解，下面结合附图描述的实施方案仅是示例性的，主要旨在用于解释本发明，而不意在限制本发明。

图1示出根据本发明的用于环境监测和控制的系统的一个实施方案的示意图。

如1中所示，一种用于环境监测和控制的系统10，该系统10包括主控制单元101、监测装置102、以及通信模块103。监测装置102被布置在例如植物栽培设施中用于监测各种环境参数或设备运行相关的数据。例如，该监测装置可以用于对环境中的空气、水、植物、光照以及一些电气设备进行监测。主控制单元101与监测装置102相连接以接收监测装置实时监测的数据，并且将监测数据与相应的预期值进行比较，当二者之间存在偏差时，所述主控制单元发出控制信号以进行控制。

通信模块103与所述主控制单元101相连接以将主控制单元连接至云服务器111，从而允许在主控制单元101和云服务器111之间交换数据，并且允许用户经由远程计算机或移动电话上的应用程序(APP)112与云服务器111进行交互，以实时获得在一个或多个环境中的监测装置所监测的数据，并且相应地从云服务器发送针对各项监测数据的控制参数指令给主控制单元101，该控制参数指令可包括关于监测参数的预期值，例如单个阈值或一个阈值范围。所述应用程序可以是例如基于网页的应用程序或基于智能手机的应用程序。

优选地，所述通信模块可以包括WiFi模块和蓝牙模块。所述WiFi模块例如是包括工业级GSM/CDMA WiFi接收器和发送器的GSM/CDMA WiFi模块。使用GSM/CDMA WiFi模块能够使得监测和控制系统具有可靠的互联网连接，并且可以连接至外部的云服务器，从而实现监测和控制系统对环境的持续监测、数据收集、分析和相应调整等操作。

优选地，所述系统进一步包括多路复用器108，所述多路复用器被布置在主控制单元101与监测装置102和通信模块103二者之间。

优选地，所述监测装置102可以进一步包括空气监测装置和液体监测装置。所述液体监测装置包括至少一个用于监测液体(例如，水)的温度、pH值、营养物浓度(EC值，electrical conductivity)、含氧量、液位中至少之一的传感器，例如，温度传感器、pH传感器、EC传感器、溶解氧传感器、液位传感器。所述传感器(例如，pH传感器和EC传感器)可以经由电力隔离器(例如，DC-DC隔离器)和数据隔离器连接至所述多路复用器108。

图2示出根据本发明的用于环境监测和控制的系统的进一步实施方案的示意图。

如图2中所示，一种用于环境监测和控制的系统100进一步包括用于外部电源和数据传输的至少一个连接器106，所述至少一个连接器106用于将主控制单元101分别连接至加料单元104、电控制单元105、LCD 109或外部电源110。

所述用于环境监测和控制的系统100进一步包括计时电路107，所述计时电路107连接至所述主控制单元101，以用于计时或设置系统时间。

优选地，所述系统进一步包括扩展接口113，所述扩展接口的一端连接至所述主控制单元，另一端连接至相应的调节或校准按键B1、B2、B3。所述调节或校准按键可以是例如WiFi按键、pH按键、EC按键或CO₂按键中的任意一个或多个，以允许管理者或用户直接对主控制单元或相应参数进行手动设置或校准。根据需要，所述扩展接口也可以用于连接其他对主控制单元进行操作的部件。

优选地，所述监测装置102接有至少一个电缆连接器，例如BNC(Bayonet NutConnector)连接器114，以实现较好的信号传输。

另外，在一个实施方案中，所述加料单元104可以经由至少一个连接器106与所述主控制单元101连接以接收所述主控制单元发出的控制信号，并且根据所述控制信号对环境中的液体(例如，水)进行加料操作。

优选地，所述加料单元进一步包括至少一个用于向液体中添加能够影响液体的pH值、营养物浓度、含氧量至少之一的对应物质的加料器(例如，至少一个蠕动泵)。所述蠕动泵可以用于例如向水中添加酸性溶液、碱性溶液、A营养物、B营养物或空气。

在一个实施例中，所述加料单元可以进一步包括半桥驱动器电路和至少一个蠕动泵。所述半桥驱动器电路与至少一个蠕动泵的相应马达相连，以根据不同的控制信号来对半桥驱动电路进行不同的使能操作从而选择性地驱动马达中的至少一个进行加料操作。优选地，所述马达都并联连接一个去耦电容。另外，所述马达可以是例如12V直流无刷马达。

图3示出根据本发明的空气监测装置的一个实施方案的示意图。

如图3所示，空气监测装置1021经由至少一个连接器106可以连接至主控制单元101。所述空气监测装置1021包括风扇1022、温湿度传感器1023以及二氧化碳传感器1024。所述温湿度传感器1023用于监测空气的温度和湿度，所述二氧化碳传感器1024用于监测空气中的二氧化碳水平。可选地，所述空气监测装置1021也可以包括用于监测空气的洁净度或其他参数的传感器。

根据空气监测装置监测到的数据，主控制单元可以把监测数据反馈给用户并且由用户设置控制参数，以使得空气调节装置根据用户设置的参数来对空气进行调节。优选地，所述空气调节装置可以包括至少一个用于调节空气的温度、湿度、洁净度、和/或二氧化碳水平的装置，以将空气的温度、湿度、洁净度、和/或二氧化碳水平调节至目标值。

另外，在一个实施方案中，电控制单元105的一端经由至少一个连接器106连接至所述主控制单元101，另一端连接至设置在环境中的照明设备、风扇、水泵、加氧器、液体冷却器和/或空气调节装置，以根据所述主控制单元的控制信号对所述照明设备、风扇、水泵、加氧器、液体冷却器和/或空气调节装置进行启动或关断或其他电控制操作。

在一个优选实施方案中，所述电控制单元105进一步包括至少一个继电器电路，所述继电器电路可以用于例如控制照明设备、风扇、水泵、加氧器、液体冷却器和/或空气调节装置的相应开关的接通或断开或其他操作。

所述电控制单元105可以根据主控制单元中的定时设置参数或预定设置规则对照明设备、风扇、水泵、加氧器、液体冷却器和/或空气调节装置进行按时启动或关断，例如早上6:00-晚上10:00开启；晚上10:00-次日早上6:00关闭。或者，当空气监测装置监测到环境内的温度超过27摄氏度时，就开启风扇或空气调节装置。另外，电控制单元105也可以根据用户经由远程计算设备上的应用程序对环境变化做出的及时响应而设置的参数来以其他方式操作照明设备、风扇、水泵、加氧器、液体冷却器和/或空气调节装置。例如，当液体监测装置监测到用于植物无土栽培设施的某一水箱中的水位下降到低于预定值时，就通知远程用户设置加水参数，然后电控制单元可以根据用户指示控制水泵打开加入预定量的水。

优选地，上述的主控制单元101、监测装置102、通信模块103、加料单元104、电控制单元105的外壳以及它们包含的相应部件(例如开关、连接器、蠕动泵、风扇等)都可以达到至少IP44的防护等级，从而确保实现较高的固体防护和液体防护等级，保证监测和控制系统的稳定运行。

在一个优选实施方案中，本发明的用于环境监测和控制的系统尤其适用于对植物无土栽培设施或基质栽培设施的环境进行实时监测和控制。但是，本发明的用于环境监测和控制的系统也可以适用于其他需要进行实时监测和控制的环境。

图4示出根据本发明的用于环境监测和控制的方法的一个实施方案的流程图。

优选地，如图4中所示，一种用于环境监测和控制的方法，该方法包括以下步骤：

开始步骤S10；

硬件初始化步骤S20，包括将监测装置、主控制单元以及通信模块进行初始化；

网络初始化步骤S30，包括使用通信模块将主控制单元连接至云服务器，以允许在主控制单元与云服务器之间交换数据，并且允许用户经由远程计算设备上的应用程序与云服务器进行交互；

环境监测步骤S40，包括使用监测装置监测环境相关的数据，并将所监测的数据发送给主控制单元；以及

环境控制步骤S50，包括使所述主控制单元将接收到的监测数据与相应的预期值进行比较，当二者之间存在偏差时，所述主控制单元发送控制信号以进行控制。

另外，在环境控制步骤S50之后的任意设定时间内，该方法返回到硬件初始化步骤S20，循环上述环境监测和控制过程。

所述预期值可以是单个阈值或一个阈值范围。

本发明的用于环境监测和控制的方法可以尤其用于对植物无土栽培设施的各种环境参数或设备运行相关的数据进行实时监测和控制。

图5示出硬件初始化步骤的一个示意性流程图。

优选地，如图5所示，所述硬件初始化步骤S20进一步包括：开始S21；初始化硬件的输入输出引脚S22；初始化分配地址S23；初始化系统时间S24；初始化LCD S25；初始化硬件之间的通信S26；初始化并且校准模数转换器S27；初始化中断引脚S28。其中，根据需要，所述硬件初始化步骤S20可以包括S22-S28中的任意一项或多项步骤。初始化硬件之间的通信可以包括初始化串口通信的步骤，例如初始化通用异步收发传输器(UART)通信。

应理解，上述初始化步骤S22-S28的执行顺序可以根据需要进行设定，而不限于上文所列出的文字表述上的先后顺序。另外，本发明中的其他方法步骤的执行顺序也不限于本文所示例的顺序。

初始化硬件的IO引脚步骤S22涉及对以下硬件至少之一的IO引脚进行初始化：WiFi模块、蓝牙模块、EC电路、pH电路、计时器电路、LCD屏幕、二氧化碳传感器、水温传感器、水泵、空气温度传感器、空气湿度传感器、营养物A的加料器、营养物B的加料器、pH加料器、照明设备以及冷却器等。

图6示出网络初始化步骤的一个示意性流程图。

优选地，如图6中所示，所述网络初始化步骤S30进一步包括：使用通信模块中的WiFi模块将主控制单元连接至云服务器；如果初始无法自动获得WiFi配置，则启动蓝牙模块，发出LCD通知，通知用户手动打开远程计算设备上的应用程序并且通过蓝牙连接至用于环境监测和控制的系统，在用于环境监测和控制的系统通过例如1分钟的蓝牙搜索循环找到蓝牙的情况下，用户通过蓝牙连接向用于环境监测和控制的系统提供WiFi配置以使得其中的WiFi模块能够进行重新连接尝试。如果网络连接最后成功，则将用户在应用程序中设置的控制参数经由云服务器下载到主控制单元。但是，如果网络连接失败，即如果使用用户提供的WiFi配置仍无法连接至云服务器、或者在用于环境监测和控制的系统通过例如1分钟的蓝牙搜索循环没有找到蓝牙的情况下，则发出LCD失败通知，使主控制单元运行默认控制数据。随后，设置系统的计时器标记，例如加料时间标记、传感器时间标记、服务器更新时间标记、系统重启时间标记等。在设置了系统的计时器标记之后，网络初始化步骤结束。优选地，还可以设置在一个网络初始化步骤结束例如10分钟之后重新开始网络初始化步骤，以检测或确认网络连接情况，不过如果在首次网络初始化步骤中，用于环境监测和控制的系统已经通过用户设置的蓝牙连接获得了WiFi配置，则可以不再进行蓝牙连接相关的步骤。

另外，替代地，也可以使用有线网络将主控制单元连接至云服务器。在通过有线网络连接的情况下，可以类似地将上述实例中的WiFi模块或相关配置替换为有线网络连接模块或相应的配置。

图7示出用于环境监测步骤的一个示意性流程图。

优选地，如图7中所示，该环境监测步骤S40包括：判断系统时间是否到达传感器标记时间S41；如果到达，则测量水温S42；使用温度对pH和EC进行校准S43；测量pH值S44；测量EC值S45；测量空气中的二氧化碳水平S46；测量空气温度S47；测量空气湿度S48。

可选地，该环境监测步骤S40也可以包括对环境中的液位、光照、植物、电力设备以及其他参数进行监测。

图8示出用于环境控制步骤的一个示意性流程图。

优选地，所述环境控制步骤S50进一步包括加料步骤，如图10中所示，该加料步骤包括：

判断系统时间是否到达传感器标记时间S51；如果到达，则禁止所有中断S52；将接收到的关于环境中的液体的EC测量值与相应的预期值进行比较S53，如果EC测量值小于其相应的预期值，则使用加料器开始加入相应量的营养物S54，以将EC值增加至其预期值；附加地或替代地，尽管图8中未示出，但可以理解如果EC测量值大于其相应的预期值，则可以相应增加液体供应量，例如使用水泵增加水量以降低水的EC浓度值。随后，可以设置未来的EC加料标记时间S55。EC预期值可以由种植者或用户根据植物的生长阶段以及植物的种类进行合理设置，因为不同植物在不同生长阶段对于营养物的需求是不同的。如果EC测量值不小于或不大于其相应的预期值，则将接收到的关于环境中的液体的pH测量值与相应的预期值进行比较S56，如果pH测量值(例如达到7.5-8.0)大于其相应的预期值(例如为6-7.5中的任意单个阈值或一个阈值范围)，则使用加料器开始加入相应的酸性物质S57，使得液体的pH值降低。例如，如果pH预期值是6，只要pH测量值大于等于6.1，则开始加酸，当pH降低到6时停止加酸。如果预期值是一个阈值范围的话，只要pH测量值大于预期值的上限就开始加酸，降低至测定值的下限就停止加酸。附加地或替代地，尽管图8中未示出，如果液体的pH监测值小于其相应的预期值，则可以使用加料器开始加入相应量的碱性溶液，以使得液体的pH值升高至预期值。然后，可以设置未来的pH加料标记时间S58；随后方法可以转到服务器更新步骤。

所述环境控制步骤也可以包括根据系统中的空气传感器、光照传感器、植物高度传感器、液位传感器等测得的监测数据，对空气、照明设备、水泵等进行相关控制。此外，也可以根据主控制单元中的定时控制数据对环境中的电气设备进行自动控制。

图9示出用于服务器更新步骤的一个示意性流程图。

优选地，如图9中所示，云服务器更新步骤S60包括：

判断系统时间是否到达服务器更新标记时间S61；

如果到达服务器更新标记时间，则禁止所有中断S62；

禁止所有加料S63；

将所有测量值转化成字符串并且传送给云服务器S64；

计算自上次更新以来加料的量S65；

可选地，进行网络初始化S66；以及

用所述自上次更新以来加料的量的数据更新服务器S67。

通过云服务器更新步骤，可以使云服务器上存储有最新的监测数据以及加料相关的最新数据，便于用户更好地进行监测和控制。

图10示出用于计算加料量的步骤的一个示意性流程图。

优选地，如图10中所示，计算加料量的步骤S70包括：

禁止所有中断S71；

判断是否存在当前加料有效的标记S72，如果存在，则计算加料有效的时间长度S73，如果不存在，则结束；

根据所计算的加料有效的时间长度计算总的加料量S74；

禁止所有正在进行的加料S75；

复位有效标记S76。

在本发明中，由于可以使用例如蠕动泵进行EC和pH加料操作，所以根据蠕动泵的构造，可以根据加料的时间长度来确定加料的量。

本发明的用于环境监测和控制的方法尤其适用于对植物无土栽培设施或基质栽培设施的环境进行实时监测和控制。但是，本发明的用于环境监测和控制的方法也可以适用于其他需要进行实时监测和控制的环境。

应理解，所提及的贯穿该说明书的“一个实施方案”意味着针对所述实施方案所描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。由此，贯穿该说明书的在各个位置中出现的短语“在一个实施方案中”未必全指的是相同的实施方案。而且，在一个或多个实施方案中，具体的多个特征、结构或特性可被结合到任何合适的组合和/或子组合中。另外，应理解的是，此处所提供的附图是用于对本领域普通技术人员进行解释的目的的，所述附图未必按比例画出。

所示的本发明的实施方案的上述说明，包括在摘要中所描述的，不意在是排他性的，或者是对所公开的准确形式的限制。相反，本发明的具体实施方案以及实施例都是出于示例目的，在不偏离本发明的较宽泛的精神和范围的情况下，可以做出各种等同修改。事实上，应理解的是，具体的参数值、范围等都是为了解释目的，根据本发明的教导在其它实施方案和实施方案中也可使用其它值。

可依据上述详细说明对本发明的实施方案进行修改。在下列权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于在说明书和权利要求中所公开的具体实施方案。相反，本发明的范围将完全由随附的权利要求决定，所述权利要求应根据对权利要求诠释的法律原则而被解释。相应地，本说明书和附图应被认为是示例性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种用于环境监测和控制的系统，其特征在于，包括监测装置、主控制单元以及通信模块，其中：

监测装置，被布置在环境中用于监测环境相关的数据；

主控制单元，与监测装置相连接以接收监测装置所监测的数据，并且将接收的监测数据与相应的预期值进行比较，当二者之间存在偏差时，所述主控制单元发出控制信号以进行控制；

通信模块，该通信模块与所述主控制单元相连接以将主控制单元连接至云服务器，从而允许在主控制单元和云服务器之间交换数据，并且允许用户经由远程计算设备上的应用程序与云服务器进行交互，以实时获得监测装置所监测的数据并且相应地发送指令给主控制单元。

2.根据权利要求1所述的用于环境监测和控制的系统，其中，进一步包括加料单元，所述加料单元与所述主控制单元连接以接收所述主控制单元发出的控制信号，并且根据所述控制信号对环境中的液体进行加料操作。

3.根据权利要求1或2所述的用于环境监测和控制的系统，其中，进一步包括电控制单元，该电控制单元的一端连接至所述主控制单元，另一端连接至设置在环境中的照明设备、风扇、水泵、加氧器、液体冷却器和/或空气调节装置，以根据所述主控制单元发出的控制信号对所述照明设备、风扇、水泵、加氧器、液体冷却器和/或空气调节装置进行电控制操作。

4.根据权利要求1或2所述的用于环境监测和控制的系统，其中，所述监测装置进一步包括液体监测装置，所述液体监测装置包括至少一个用于监测液体的温度、pH值、营养物浓度、含氧量、液位中至少之一的传感器。

5.根据权利要求1或2所述的用于环境监测和控制的系统，其中，所述监测装置进一步包括空气监测装置，所述空气监测装置包括至少一个用于监测空气的温度、湿度、洁净度、和/或二氧化碳水平的传感器。

6.一种用于环境监测和控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

硬件初始化步骤，包括将监测装置、主控制单元以及通信模块进行初始化；

网络初始化步骤，包括使用通信模块将主控制单元连接至云服务器，以允许在主控制单元与云服务器之间交换数据，并且允许用户经由远程计算设备上的应用程序与云服务器进行交互；

环境监测步骤，包括使用监测装置监测环境相关的数据，并将所监测的数据发送给主控制单元；以及

环境控制步骤，包括使所述主控制单元将接收到的监测数据与相应的预期值进行比较，当二者之间存在偏差时，所述主控制单元发送控制信号以进行控制。

7.根据权利要求6所述的用于环境监测和控制的方法，其中，所述硬件初始化步骤进一步包括以下各项中的一项或多项：初始化硬件的输入输出引脚；初始化分配地址；初始化系统时间；初始化LCD；初始化硬件之间的通信；初始化并且校准模数转换器；以及初始化中断引脚。

8.根据权利要求6所述的用于环境监测和控制的方法，其中，所述网络初始化步骤进一步包括：使用通信模块中的WiFi模块将主控制单元连接至云服务器；如果无法自动获得WiFi配置，则启动蓝牙模块，发出LCD通知，通知用户手动打开远程计算设备上的应用程序并且通过蓝牙连接至用于环境监测和控制的系统，用户提供WiFi配置以进行重新连接尝试。

9.根据权利要求8所述的用于环境监测和控制的方法，其中，如果网络连接成功，则将用户在应用程序中设置的控制参数经由云服务器下载到主控制单元；如果网络连接失败，则发出LCD失败通知，使主控制单元运行默认控制数据。

10.根据权利要求6所述的用于环境监测和控制的方法，其中，所述环境控制步骤进一步包括加料步骤，该加料步骤包括：

将接收到的关于环境中的液体的EC监测数据与相应的预期值进行比较，如果EC监测数据小于其相应的预期值，则使用加料器开始加入相应量的一种或多种营养物；或者，如果EC监测数据大于其相应的预期值，则相应增加液体供应量；

将接收到的关于液体的pH监测值与其相应的预期值进行比较，如果液体的pH监测值大于其相应的预期值，则使用加料器开始加入相应量的酸性溶液；或者，如果液体的pH监测值小于其相应的预期值，则使用加料器开始加入相应量的碱性溶液。