CN108415487A - 一种自动化植物管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种自动化植物管理装置，塑料薄膜大棚内部的顶部设置光照传感器，植物根系土壤中设置土壤湿度传感器，大棚的钢架上通过吊绳挂设二氧化碳探测器和温湿度传感器，光照传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳探测器和温湿度传感器分别将大棚内部的实时光照强度值、土壤湿度值、二氧化碳含量值、环境温度值和湿度值发送到上位机，上位机通过互联网将大棚的光照强度值、土壤湿度值、二氧化碳含量值、环境温度值和湿度值与大棚中植物品种、种植月份打包上传云端服务器。本发明通过云端服务器实现对分散在各地的植物大棚的管理，通过云端服务器中的植物生长模型实现对植物生长过程的科学管理，能够让偏远地区种植户获得专业的种植指导。

Description

一种自动化植物管理装置

技术领域

本发明涉及农业种植领域，特别涉及一种自动化植物管理装置。

背景技术

我国是农业大国，虽然很多农业种植区已实现农业现代化，但当前所谓的农业现代化还停留在种植机械、收割机械的现代化，而随着技术的发展和科技的进步，现代农业有了新的定义。

云计算是将大量的网络资源统一起来，为用户提供高效、便捷的软件服务。在云计算模式下，用户可以通过各种“端”访问“云”，“端”可以是任何能够上网的电子设备，“云”就是提供的服务，“云”可能是巨大的、连成一片的、无边境的，也可能是渺小的、孤立的，总之它无处不在，能够提供给用户所需要的各种服务。

如何将云计算技术应用到农业生产，实现自动化植物管理，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出一种自动化植物管理装置，将物理技术、云计算技术与农业生产相结合，实现了植物生长过程的自动化管理。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种自动化植物管理装置，塑料薄膜大棚内部的顶部设置光照传感器，植物根系土壤中设置土壤湿度传感器，大棚的钢架上通过吊绳挂设二氧化碳探测器和温湿度传感器，光照传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳探测器和温湿度传感器分别将大棚内部的实时光照强度值、土壤湿度值、二氧化碳含量值、环境温度值和湿度值发送到上位机，上位机通过互联网将大棚的光照强度值、土壤湿度值、二氧化碳含量值、环境温度值和湿度值与大棚中植物品种、种植月份打包上传云端服务器；

云端服务器接收上位机上传的植物信息，云端服务器中预先设置有植物生长模型，模型中根据植物种类、种植月份、及大棚的环境情况，将下一时段的驱动程序下发到相应上位机，上位机将驱动程序编译后加载到PLC控制器，PLC控制器根据驱动程序调节大棚内部环境二氧化碳含量、光照强度、土壤湿度、空气温湿度。

可选地，所述云端服务器中的植物生长模型为预先设置，通过植物专家绘制植物生长过程中每天所需生长环境曲线，包括光照强度值曲线、土壤湿度值曲线、二氧化碳含量值曲线、空气温度值曲线和空气湿度值曲线，云端服务器将生长环境曲线转化为excel表，对应为具体数值。

可选地，所述云端服务器接收全国各地上位机上传的植物信息，并与预先设置的excel表中的数值进行比较，根据差值输出下一时段驱动程序到对应上位机。

可选地，所述上位机上传的植物信息中显示该植物实时的光照强度偏低，且该植物为喜红色光植物，则云端服务器中的植物生长模型下发的驱动程序中包含对LED灯组红色灯的开通时间的控制，PLC控制器通过继电器实现对LED灯组中各个色灯的开启和关闭控制。

可选地，所述塑料薄膜大棚采用钢架支撑，大棚整体为长方体状，其顶部四个边角处设置换气扇，换气扇固定在顶部钢架上。

可选地，所述塑料薄膜大棚内部还包括：补光系统、灌溉系统、加热系统、检测系统。

可选地，所述补光系统包括固定在大棚顶部钢架上的多个LED灯组，每个LED灯组包括红黄蓝三种色灯，多个LED灯组成矩阵分布，LED灯组之间的间隔距离根据灯组瓦数调整。

可选地，所述灌溉系统包括地表管路和顶部管路，地表管路负责土壤水分，顶部管路负责大棚内的湿度环境；地表管路迂回设置在植物根茎之间，为一端开口，一端封闭结构，管路上设置多个微孔，微孔对应植物根茎位置设置；地表管路开口端连接第一水泵，通过第一水泵供水，通过调节第一水泵的功率实现地表管路灌溉水量的控制；顶部管路盘设在大棚顶部钢架上，通过导管将喷头下探到LED灯组下方50-100cm处，喷头也是成矩阵分布，喷头的孔径为1-3mm，保证喷射出的水有雾化效果，顶部管路通过第二水泵供水。

可选地，所述加热系统为设置在大棚顶部钢架上的暖风机。

本发明的有益效果是：

(1)实现了植物生长过程的自动化监控及自动化管理；

(2)通过云端服务器实现了对分布在各地的大棚内部环境的控制和管理。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种自动化植物管理装置的大棚内部仰视结构示意图；

图2为本发明一种自动化植物管理装置的控制框图。

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。

本发明提出了一种自动化植物管理装置，包括塑料薄膜大棚、补光系统、灌溉系统、加热系统、检测系统、PLC控制器、上位机以及云端服务器。

如图1和图2所示，塑料薄膜大棚采用钢架支撑，大棚整体为长方体状，其顶部四个边角处设置换气扇10，换气扇固定在顶部钢架上。

补光系统包括固定在大棚顶部钢架上的多个LED灯组20，每个LED灯组包括红黄蓝三种色灯，多个LED灯组成矩阵分布，LED灯组之间的间隔距离根据灯组瓦数调整，原则为每瓦功率覆盖一平方米。

灌溉系统包括地表管路和顶部管路，地表管路负责土壤水分，顶部管路负责大棚内的湿度环境。地表管路迂回设置在植物根茎之间，为一端开口，一端封闭结构，管路上设置多个微孔，微孔对应植物根茎位置设置，孔径2-5mm。地表管路开口端连接第一水泵，通过第一水泵供水，通过调节第一水泵的功率实现地表管路灌溉水量的控制。顶部管路盘设在大棚顶部钢架上，通过导管将喷头30(图1)下探到LED灯组下方50-100cm处，以防止水汽对LED灯组造成电气短路，喷头也是成矩阵分布，喷头之间间隔距离保证植物全面覆盖，喷头的孔径为1-3mm，保证喷射出的水有雾化效果，顶部管路通过第二水泵供水。

加热系统为设置在大棚顶部钢架上的暖风机40(图1)，其数量根据大棚的面积设置，例如每千瓦覆盖10平方。

本发明的自动化植物管理装置还包括PLC控制器，PLC控制器控制换气扇的开关和转速，同时控制LED灯组的开关，还控制第一水泵和第二水泵的开关及功率，以及加热系统的开关及功率。

本发明的自动化植物管理装置还包括上位机，上位机通过互联网与云端服务器相连，同时通过数据线与PLC控制器相连接。大棚内部的顶部设置光照传感器，植物根系土壤中设置土壤湿度传感器，大棚的钢架上通过吊绳挂设二氧化碳探测器和温湿度传感器，光照传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳探测器和温湿度传感器分别将大棚内部的实时光照强度值、土壤湿度值、二氧化碳含量值、环境温度值和湿度值发送到上位机，上述各个数据的传输可以通过数据线传输或者无线传输，例如WiFi、蓝牙等。上位机通过互联网将大棚的光照强度值、土壤湿度值、二氧化碳含量值、环境温度值和湿度值与大棚中植物品种、种植月份打包上传云端服务器。

云端服务器接收全国各地上位机上传的植物信息，云端服务器中预先设置有植物生长模型，模型中根据植物种类、种植月份、及大棚的环境情况(包括光照强度值、土壤湿度值、二氧化碳含量值、环境温度值和湿度值)，将下一时段的驱动程序下发到相应上位机，上位机将驱动程序编译后加载到PLC控制器，PLC控制器根据驱动程序控制换气扇、LED灯组、第一水泵、暖风机、第二水泵，进而实现大棚内部环境二氧化碳含量、光照强度、土壤湿度、空气温湿度的调节。

例如，上位机上传的植物信息中显示该植物实时的光照强度偏低，且该植物为喜红色光植物，那么云端服务器中的植物生长模型下发的驱动程序中包含对LED灯组红色灯的开通时间的控制，例如2小时，PLC控制器控制LED灯组中红色灯在下一时段开通2小时。PLC控制器通过继电器实现对LED灯组中各个色灯的开启和关闭控制。

同理，植物生长模型通过下发驱动程序到上位机再到PLC控制器，可以实现对换气扇、第一水泵、暖风机、第二水泵的控制，进而实现对大棚环境中二氧化碳含量值、土壤湿度值和空气温湿度值的精确控制。

上位机向云端服务器发送植物信息的时间间隔可以是24小时、12小时等，根据当地气候变化情况设置，植物生长模型下发的驱动程序对应的大棚环境下一时段的调节时间也相应地为24小时、12小时等，与上传时间间隔相同。

云端服务器中的植物生长模型为预先设置，通过植物专家绘制植物生长过程中每天所需生长环境曲线，包括光照强度值曲线、土壤湿度值曲线、二氧化碳含量值曲线、空气温度值曲线和空气湿度值曲线，云端服务器将生长环境曲线转化为excel表，对应为具体数值。云端服务器接收全国各地上位机上传的植物信息，并与预先设置的excel表中的数值进行比较，根据差值输出下一时段驱动程序到对应上位机。

本发明的自动化植物管理装置通过云端服务器实现对分散在各地的植物大棚的管理，通过云端服务器中的植物生长模型实现对植物生长过程的科学管理，能够让偏远地区种植户获得专业的种植指导。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自动化植物管理装置，其特征在于，塑料薄膜大棚内部的顶部设置光照传感器，植物根系土壤中设置土壤湿度传感器，大棚的钢架上通过吊绳挂设二氧化碳探测器和温湿度传感器，光照传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳探测器和温湿度传感器分别将大棚内部的实时光照强度值、土壤湿度值、二氧化碳含量值、环境温度值和湿度值发送到上位机，上位机通过互联网将大棚的光照强度值、土壤湿度值、二氧化碳含量值、环境温度值和湿度值与大棚中植物品种、种植月份打包上传云端服务器；

云端服务器接收上位机上传的植物信息，云端服务器中预先设置有植物生长模型，模型中根据植物种类、种植月份、及大棚的环境情况，将下一时段的驱动程序下发到相应上位机，上位机将驱动程序编译后加载到PLC控制器，PLC控制器根据驱动程序调节大棚内部环境二氧化碳含量、光照强度、土壤湿度、空气温湿度。

2.如权利要求1所述的一种自动化植物管理装置，其特征在于，所述云端服务器中的植物生长模型为预先设置，通过植物专家绘制植物生长过程中每天所需生长环境曲线，包括光照强度值曲线、土壤湿度值曲线、二氧化碳含量值曲线、空气温度值曲线和空气湿度值曲线，云端服务器将生长环境曲线转化为excel表，对应为具体数值。

3.如权利要求2所述的一种自动化植物管理装置，其特征在于，所述云端服务器接收全国各地上位机上传的植物信息，并与预先设置的excel表中的数值进行比较，根据差值输出下一时段驱动程序到对应上位机。

4.如权利要求1所述的一种自动化植物管理装置，其特征在于，所述上位机上传的植物信息中显示该植物实时的光照强度偏低，且该植物为喜红色光植物，则云端服务器中的植物生长模型下发的驱动程序中包含对LED灯组红色灯的开通时间的控制，PLC控制器通过继电器实现对LED灯组中各个色灯的开启和关闭控制。

5.如权利要求1所述的一种自动化植物管理装置，其特征在于，

所述塑料薄膜大棚采用钢架支撑，大棚整体为长方体状，其顶部四个边角处设置换气扇，换气扇固定在顶部钢架上。

6.如权利要求5所述的一种自动化植物管理装置，其特征在于，所述塑料薄膜大棚内部还包括：补光系统、灌溉系统、加热系统、检测系统。

7.如权利要求6所述的一种自动化植物管理装置，其特征在于，所述补光系统包括固定在大棚顶部钢架上的多个LED灯组，每个LED灯组包括红黄蓝三种色灯，多个LED灯组成矩阵分布，LED灯组之间的间隔距离根据灯组瓦数调整。

8.如权利要求6所述的一种自动化植物管理装置，其特征在于，所述灌溉系统包括地表管路和顶部管路，地表管路负责土壤水分，顶部管路负责大棚内的湿度环境；地表管路迂回设置在植物根茎之间，为一端开口，一端封闭结构，管路上设置多个微孔，微孔对应植物根茎位置设置；地表管路开口端连接第一水泵，通过第一水泵供水，通过调节第一水泵的功率实现地表管路灌溉水量的控制；顶部管路盘设在大棚顶部钢架上，通过导管将喷头下探到LED灯组下方50-100cm处，喷头也是成矩阵分布，喷头的孔径为1-3mm，保证喷射出的水有雾化效果，顶部管路通过第二水泵供水。

9.如权利要求6所述的一种自动化植物管理装置，其特征在于，所述加热系统为设置在大棚顶部钢架上的暖风机。