CN107966973A - 一种植物工厂的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种植物工厂的控制系统，包括：采集所述植物工厂的环境数据的数据采集装置；与所述数据采集装置通过第一无线网络连接，根据所述环境数据发出环境调控指令的控制器；与所述控制器通过第二无线网络连接，根据所述环境调控指令对所述植物工厂的环境进行调控的环境调控装置。本发明中数据采集装置与控制器通过第一无线网络连接，控制器与环境调控装置通过第二无线网络连接，各个装置之间的数据通讯均通过无线网络传输。与需要考虑植物工厂的空间位置的有线线路相比，无线网络节约了线路铺设成本，不需要进行线路的运行维护，数据传输依然高效可靠，而且各个装置分布可以更加灵活。相应的，本申请还公开了一种植物工厂的控制方法。

Description

一种植物工厂的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及植物培育领域，特别涉及一种植物工厂的控制系统及方法。

背景技术

近年来，随着现代化农业技术的不断进步，植物生长及相关技术得到了飞速发展，植物工厂的研究也随之开展。

传统植物工厂中，控制器与各设备之间的信息传递通过有线通信的方式进行，由于植物工厂本身的空间特性，设计通讯线路或增加更多的通讯线路需要设计人员投入较多精力，植物工厂的任何空间变化都需要考虑更改通讯线路的铺设位置，线路铺设成本较高，而且通讯线路占用了不必要的工厂空间和线路运维成本。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案，是本领域技术人员目前要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种植物工厂的控制系统及方法。其具体方案如下：

一种植物工厂的控制系统，包括：

采集所述植物工厂的环境数据的数据采集装置；

与所述数据采集装置通过第一无线网络连接，并根据所述环境数据发出环境调控指令的控制器；

与所述控制器通过第二无线网络连接，并根据所述环境调控指令对所述植物工厂的环境进行调控的环境调控装置。

优选的，所述控制系统还包括：

与所述第一无线网络和/或所述第二无线网络对应的ZigBee通信模块。

优选的，所述控制器为单片机。

优选的，所述数据采集装置包括：

光传感器、温度传感器、湿度传感器中的任意一种或几种；

对应的，所述环境调控装置包括：

补光装置、调温装置、调湿装置中的任意一种或几种。

优选的，所述控制系统还包括：

与所述控制器连接，对所述补光装置进行散热的散热装置。

优选的，所述散热装置为：

利用通道与营养液槽连接，并通过动力循环营养液对所述补光装置进行散热的散热装置。

优选的，所述控制系统还包括：

通过路由器与所述控制器无线连接，并对所述控制器进行远程控制的移动控制装置。

优选的，所述移动控制装置为：

获取工作人员发出的所述环境调控指令和/或显示所述环境数据与所述环境调控指令的移动控制装置。

优选的，所述控制系统还包括：

采集所述植物工厂的观察画面并将所述观察画面发送给所述移动控制装置的图像采集装置。

相应的，本发明还公开了一种植物工厂的控制方法，包括：

通过数据采集装置采集所述植物工厂的环境数据；

通过与所述数据采集装置通过第一无线网络连接的控制器，根据所述环境数据发出环境调控指令；

通过与所述控制器通过第二无线网络连接的环境调控装置，根据所述环境调控指令对所述植物工厂的环境进行调控。

本发明公开了一种植物工厂的控制系统，包括：采集所述植物工厂的环境数据的数据采集装置；与所述数据采集装置通过第一无线网络连接，根据所述环境数据发出环境调控指令的控制器；与所述控制器通过第二无线网络连接，根据所述环境调控指令对所述植物工厂的环境进行调控的环境调控装置。本发明中数据采集装置与控制器通过第一无线网络连接，控制器与环境调控装置通过第二无线网络连接，各个装置之间的数据通讯均通过无线网络传输。与需要考虑植物工厂的空间位置的有线线路相比，无线网络节约了线路铺设成本，不需要进行线路的运行维护，数据传输依然高效可靠，而且各个装置分布可以更加灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种植物工厂的控制系统的结构分布图；

图2为本发明实施例中一种具体的植物工厂的控制系统的结构分布图；

图3为本发明实施例中一种植物工厂的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种植物工厂的控制系统，参见图1所示，包括：

采集所述植物工厂的环境数据的数据采集装置1；

与所述数据采集装置1通过第一无线网络连接，并根据所述环境数据发出环境调控指令的控制器2；

其中，本实施例中的控制器2作为控制系统的核心，用于根据数据采集装置1发送的环境数据发出环境调控指令，控制器2中具有对应实现该步骤的程序。具体的，控制器2可以是PLC，也可以是单片机，其中的程序指令能够满足对植物工厂的控制要求即可。

与所述控制器2通过第二无线网络连接，并根据所述环境调控指令对所述植物工厂的环境进行调控的环境调控装置3。

可以理解的是，在植物生长发育过程中，起必要作用的环境因子包括光、温、水、肥、气。根据植物在不同阶段的生长，对于环境因子要进行适当的调控，以此来影响植物的光合作用、物质代谢等。具体途径包括调控植物的光照强度、光色和周期，以及生长温度、湿度、二氧化碳等诸多环境因子。因此，对应上述环境因子，本实施例中的数据采集装置1可以包括光传感器、温度传感器、湿度传感器中的任意一种或几种，对应环境调控装置3可以包括补光装置、调温装置、调湿装置中的任意一种或几种。

具体的，补光装置为可以调节光强度、光色和照射周期的补光装置，可以通过PWM控制的RGBLED灯组来实现，该灯组的高亮度大功率LED灯可以发出某一特定的光色为植物工厂进行补光，通过PWM控制可以精确地控制光色的比例和光照强度，控制补光装置的开关即可调节其照射周期。当然，也可以通过其他的补光装置达到补光目的。

其中，调温装置应当具有加热和/或制冷功能，其具体的实现方式可以是区域中控空调、小型空调、风扇或电暖气等调温设备，此处不作限制。

另外，数据采集装置1与控制器2通过第一无线网络连接，控制器2与环境调控装置3通过第二无线网络连接，通信数据通过无线网络进行传输，不需要铺设有线网络，节省了有线网络的线路铺设成本和运维成本。其中，第一无线网络和第二无线网络可以是同一种技术手段的无线网络，还可以是同一个无线网络的不同网络通信部分。

可以理解的是，系统中还包括第一无线网络和/或第二无线网络对应的通信模块，该通信模块具有对应的无线通讯技术。这里使用的无线通讯技术包括EnOcean、Zigbee，Z-Wave和Bluetooth(蓝牙)等短距离无线技术，下面对于每一种无线技术的通信标准、协议进行具体解释。

EnOcean无线通信标准被采纳为国际标准“ISO/IEC 14543-3-10”，这也是世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标准。EnOcean能量采集模块能够采集周围环境产生的能量，从光、热、电波、振动、人体动作等获得微弱电力。这些能量经过处理以后，用来供给EnOcean超低功耗的无线通讯模块，实现真正的无数据线，无电源线，无电池的通讯系统。EnOcean无线标准ISO/IEC14543-3-10使用868MHz，902MHz，928MHz和315MHz频段，传输距离在室外是300米，室内为30米。

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。Zigbee使用频段为2.4GHz，868MHz以及915MHz。在不使用功率放大器的前提下，Zigbee的有效传输范围为10-75m。

Z-Wave是由丹麦公司Zensys所主导的无线组网规格，Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为908.42MHz，868.42MHz信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。Z-Wave技术也是低功耗和低成本的技术，有力地推动着低速率无线个人区域网。

Bluetooth技术主要分为BT3.0+HS和4.0版本中加入的Wibree标准也就是BLE(Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙)。BLE技术是低成本，短距离，可互操作的鲁棒性好的无线技术，工作在2.4G频段。BLE采用可变连接时间间隔，几毫秒到几秒，利用快速的连接方式，平时可以处于“非连接”状态节省能源，此时链路两端相互间只是知晓对方，只有在必要时才开启链路，然后在尽可能短的时间内关闭链路，因此拥有极低的运行和待机功耗。

上述几种无线技术对应的无线网络，均具有易安装、易交互的特性，非常适宜应用于本实施例的控制系统中。当然，还可以应用对于其他无线技术的通信模块，此处不作限制。

本发明公开了一种植物工厂的控制系统，包括：采集所述植物工厂的环境数据的数据采集装置；与所述数据采集装置通过第一无线网络连接，根据所述环境数据发出环境调控指令的控制器；与所述控制器通过第二无线网络连接，根据所述环境调控指令对所述植物工厂的环境进行调控的环境调控装置。本发明中数据采集装置与控制器通过第一无线网络连接，控制器与环境调控装置通过第二无线网络连接，各个装置之间的数据通讯均通过无线网络传输。与需要考虑植物工厂的空间位置的有线线路相比，无线网络节约了线路铺设成本，不需要进行线路的运行维护，数据传输依然高效可靠，而且各个装置分布可以更加灵活。

本发明实施例公开了一种具体的植物工厂的控制系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

所述控制系统还包括与所述控制器2连接，对所述补光装置进行散热的散热装置。

可以理解的是，补光装置工作时发热严重，加装散热装置可以保证补光装置的工作效果，延长补光装置的寿命。

其中，该散热装置可以是用于补光装置的散热板、散热风扇的常用设施，也可以是与植物工厂的其他设备结合能够达到散热降温目的的组合装置。

具体的，该组合装置为通道与植物工厂内液体存储设备相连，通过动力循环上述液体以对补光装置进行散热。其中，动力循环一般是通过单片机控制变频器、水泵电机和电磁阀组成的动力循环系统完成的，控制变频器，利用水泵电机作为驱动源将上述液体抽到水冷板中，水冷板靠近散热装置能够吸收补光装置的热量，然后用电磁阀控制水冷板出口液体的流速，使液体以一定的流速回到液体存储设备中，由于通道较长，液体有足够的的时间降温。

上述液体可以是内含各类植物营养成分的营养液，随着动力循环，营养液中的含氧量升高，有利于植物生长。当然，考虑到营养液不宜长期暴露在空气中，以及营养液的成分可能沉积在散热装置内部或腐蚀循环通道，因此可以选择植物工厂内常用的较为纯净和稳定的纯净水，或选择营养液后对散热装置进行定期清洗。

本发明实施例公开了一种具体的植物工厂的控制系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图2所示，具体的：

所述控制系统还包括：

通过路由器与所述控制器2无线连接，对所述控制器2进行远程控制的移动控制装置4。

这里的移动控制装置4，一般为手机，还可以是平板电脑等其他可以手持移动的无线终端。移动控制装置4接入路由器的WiFi网络中，路由器与控制器2实现LAN通信，从而移动控制装置4与控制器2无线连接。具体的，当控制器2为单片机时，路由器可以通过网口RJ45与网络接入芯片DM9000与控制器连接通信。

具体的，移动控制装置4对控制器2的远程控制操作，包括：

获取工作人员发出的所述环境调控指令，和/或显示所述环境数据与所述环境调控指令的移动控制装置。

可以理解为，移动控制装置4内置了用于远程控制控制器2的操作软件，工作人员利用移动控制装置4，可以向控制器2发出环境调控指令，当然在工作人员不发环境调控指令时，控制器2利用内部存储的程序自行生成环境调控指令，可以将这两种不同的指令发送方法看做两种模式，工作人员发出环境调控指令的方式为手动模式，控制器发出环境调控指令的方式为自动模式。

一般的，移动控制装置4具有显示屏，可以显示控制器2收到的环境数据以及环境调控指令。

进一步的，移动控制终端4还能够存储管理整个控制系统的数据，该数据包括环境数据，还可以包括可以根据植物生长周期调整和设定的时间参数。

另外，控制系统还可以包括采集所述植物工厂的观察画面并将所述观察画面发送给所述移动控制装置的图像采集装置。相应的，工作人员可以选择在移动控制装置4的显示屏上查看观察画面，作为发送环境调控指令的依据之一。

可以看出，移动控制终端4的设计，方便了工作人员对控制系统的操作控制，从而实现更为人性化、更精确的系统运行管理。

相应的，本发明实施例还公开了一种植物工厂的控制方法，参见图3所示，包括：

S1：通过数据采集装置采集所述植物工厂的环境数据；

S2：通过与所述数据采集装置通过第一无线网络连接的控制器，根据所述环境数据发出环境调控指令；

S3：通过与所述控制器通过第二无线网络连接的环境调控装置，根据所述环境调控指令对所述植物工厂的环境进行调控。

本实施例中的控制方法应用于上述实施例中的植物工厂的控制系统中，具有与植物工厂的控制系统相同的有益效果。

其中，有关所述控制方法的具体细节，可以参考上述实施例中植物工厂的控制系统的描述，此处不再进行赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种植物工厂的控制系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种植物工厂的控制系统，其特征在于，包括：

采集所述植物工厂的环境数据的数据采集装置；

与所述数据采集装置通过第一无线网络连接，并根据所述环境数据发出环境调控指令的控制器；

与所述控制器通过第二无线网络连接，并根据所述环境调控指令对所述植物工厂的环境进行调控的环境调控装置。

2.根据权利要求1所述控制系统，其特征在于，还包括：

与所述第一无线网络和/或所述第二无线网络对应的ZigBee通信模块。

3.根据权利要求2所述控制系统，其特征在于，所述控制器为单片机。

4.根据权利要求3所述控制系统，其特征在于，所述数据采集装置包括：

光传感器、温度传感器、湿度传感器中的任意一种或几种；

对应的，所述环境调控装置包括：

补光装置、调温装置、调湿装置中的任意一种或几种。

5.根据权利要求4所述控制系统，其特征在于，还包括：

与所述控制器连接，并对所述补光装置进行散热的散热装置。

6.根据权利要求5所述控制系统，其特征在于，所述散热装置为：

利用通道与营养液槽连接，并通过动力循环营养液对所述补光装置进行散热的散热装置。

7.根据权利要求1至6任一项所述控制系统，其特征在于，还包括：

通过路由器与所述控制器无线连接，并对所述控制器进行远程控制的移动控制装置。

8.根据权利要求7所述控制系统，其特征在于，所述移动控制装置为：

获取工作人员发出的所述环境调控指令和/或显示所述环境数据与所述环境调控指令的移动控制装置。

9.根据权利要求8所述控制系统，其特征在于，还包括：

采集所述植物工厂的观察画面并将所述观察画面发送给所述移动控制装置的图像采集装置。

10.一种植物工厂的控制方法，其特征在于，包括：

通过数据采集装置采集所述植物工厂的环境数据；

通过与所述数据采集装置通过第一无线网络连接的控制器，根据所述环境数据发出环境调控指令；

通过与所述控制器通过第二无线网络连接的环境调控装置，根据所述环境调控指令对所述植物工厂的环境进行调控。