CN108633815A - 一种室内生态养殖、种植（鱼草）共生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，包括承载及循环系统；承载及循环系统包括承载箱体；承载箱体上设有鱼缸养殖系统和装有补光灯系统的绿植种植系统；承载箱体内装有水处理系统、反消化补水系统和物联网控制器，鱼缸养殖系统、绿植种植系统和承载及循环系统通过物联网控制器与云端服务器相连，其上设有环境感知系统，环境感知系统通过物联网控制器与云端服务器相连，与自来水管连接的补水管及水位阀装在反消化补水系统上，反消化补水系统通过入水管路接到鱼缸养殖系统中，鱼缸养殖系统通过出水管路与绿植种植系统相连，绿植种植系统通过回水管路与反消化补水系统相连，入水管路和出水管路最高端下侧开有通气孔。实现了鱼草共生。
Description
技术领域
本发明属于室内生态环境营造技术领域，尤其涉及一种室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统。
背景技术
室内养鱼、种花目前都是以独立的方式凭经验在进行，需要大量的人工干预才能成活，例如：换水、喂食，浇水、上肥等。
室内养鱼与种花可以形成一个有效的生态循环系统。养鱼缸生态空间狭小，鱼类排泄物、食物分解物中的有害成分会在鱼缸中积累，使鱼类不能健康成长，或得病、或死亡。室内种植的绿植使用肥料、农药会导致环境污染，不使用会导致室内绿植难以健康成长。而鱼类的排泄物、鱼食分解出的元素及氮化物都是绿色植物所必须的肥料，绿植吸收并经过根系过滤后的水又能成为很好的养鱼用水，因此，如果建立起一个有效的鱼草共生的生态环境，对室内养鱼种花、美化室内环境能起到很好的效果。新生的大数据技术、物联网技术为室内生态系统的建立提供了强大的技术支持，在物联网与大数据技术支持下室内生态系统可以进行自主决策、自主操作，形成一套摆脱人们干预的自动化室内生态系统。
随着人们生活水平的提高，对室内绿化、室内养鱼的需求量迅速增加，一整套的室内生态解决方案与室内生态养殖、种植产品会有很大的市场空间。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种室内生态养殖、种植(鱼草) 共生系统，自动化程度高、养殖种植简单、实现成本低、操作简便、维护性强、系统构建灵活性与可复制性强。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，包括鱼缸养殖系统、绿植种植系统和承载及循环系统；所述的承载及循环系统包括承载箱体、反消化补水系统和物联网控制器；承载箱体上摆放有鱼缸养殖系统和绿植种植系统；绿植种植系统上安装有补光灯系统，承载箱体内部安装有水处理系统、反消化补水系统和物联网控制器，物联网控制器的电源与AC220V市电连接，物联网控制器与云端服务器通过互联网通信系统相连，物联网控制器与鱼缸养殖系统、绿植种植系统和承载及循环系统相连，鱼缸养殖系统、绿植种植系统和承载及循环系统上设置有环境感知系统，环境感知系统通过物联网控制器与云端服务器相连，补水管及水位阀安装在反消化补水系统上，补水管及水位阀与自来水管连接，反消化补水系统通过入水管路连接到鱼缸养殖系统中，鱼缸养殖系统通过出水管路与绿植种植系统相连通，绿植种植系统通过回水管路与反消化补水系统相连，入水管路和出水管路最高端下侧开有通气孔。
所述的鱼缸养殖系统包括养鱼缸；所述的养鱼缸上端设置有喂料机、鱼缸照明灯、辅料投料机以及溢水口，养鱼缸内安装有入水管路和出水管路，入水管路连接到反消化补水系统中，出水管路连接到绿植种植系统中，养鱼缸中还设置有供氧器。
所述的绿植种植系统包括绿植种植箱；所述的绿植种植箱中设置有花槽，绿植种植箱旁设置有回水槽，回水槽中设置有水处理系统，绿植种植箱中设置有土壤传感器组，花槽上设置有光照传感器，绿植种植箱上设置有空气质量传感器，回水槽中安装有用于检测养鱼水温的水温传感器，回水槽通过回水管路连接到反消化补水系统中。
所述的水处理系统包括过滤网和臭氧灭菌设备；回水槽前端设置有过滤网，回水槽中设置有臭氧灭菌设备。
所述的绿植种植箱上还设置有绿植攀爬墙，补光灯系统为LED补光灯，绿植攀爬墙上设置有LED补光灯。
所述的绿植攀爬墙上还设置有摄像头，摄像头与云端服务器相连。
所述的反消化补水系统包括反消化补水槽；所述的反消化补水槽内部设置有水温调节设备和循环水泵；反消化补水槽内安装有补水管及水位阀，循环水泵通过入水管路连接到鱼缸养殖系统中，反消化补水槽中设置有脱氧槽，反消化补水槽外设置有多元气体传感器，反消化补水槽内安装水位传感器。
所述的云端服务器包括报警模块、视频监控模块、专家生态管理模块和用户管理模块；所述的摄像头与视频监控模块相连，视频监控模块与报警模块相连，环境感知系统通过物联网控制器与生态管理模块相连，室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统通过物联网控制器与用户管理模块相连。
所述的云端服务器通过互联网通信系统连接到带有用户管控界面的用户终端，云端服务器还通过继电器控制器与室内空调相连。
物联网控制器在云端服务器中进行远程注册，物联网控制器中预先设置有云端服务器的域名及端口号，并以此寻址云端服务器；所述的用户终端为联网计算机用户或智能手机用户；用户通过联网计算机用户或智能手机用户与云端服务器连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，该系统引入云技术对数据进行管理、引入物联网技术进行感知与管控，从此养鱼种花不再烦恼，家有鱼、草不影响你出门云游。此种室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统将传统的养鱼、种花通过高技术手段，并通过互联网、大数据共享数据处理，可降低硬件成本，此室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，自动化程度高、养殖种植简单、实现成本低、操作简便、维护性强、系统构建灵活性与可复制性强，实现了鱼草共生。
附图说明
图1为本发明提供的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统的结构示意图；
图2为本发明提供的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统又一结构示意图；
图3为本发明提供的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统的数据链路及网络构成示意图；
图4为本发明提供的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统的感知与管控功能示意图；
图5为本发明提供的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统的服务器与室内终端设备应用程序流程示意图。
其中，1为鱼缸养殖系统；1-1为入水管路；1-2为出水管路；1-3为喂料机；1-4为鱼缸照明灯；1-5为辅料投料机；1-6为空气质量传感器；1-7为养鱼缸；2为绿植种植系统；2-1为绿植种植箱；2-2为回水槽；2-3为过滤网； 2-4为花槽；2-5为绿植攀爬墙；2-6为臭氧灭菌设备；2-7为土壤传感器组； 2-8为LED补光灯；2-9为回水管路；3为承载及循环系统；3-1为承载箱体； 3-2为反消化补水槽；3-3为水温调节设备；3-4为循环水泵；3-5为补水管及水位阀；3-6为物联网控制器；3-7为多元气体传感器；3-8为脱氧槽；4为室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统；4-1为云端服务器；4-2为继电器控制器；4-3为室内空调；4-4为联网计算机或智能手机。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1至图5，一种室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统4，包括鱼缸养殖系统1、绿植种植系统2和承载及循环系统3；所述的承载及循环系统 3包括承载箱体3-1、反消化补水系统和物联网控制器3-6；承载箱体3-1上摆放有鱼缸养殖系统1和绿植种植系统2；绿植种植系统2上安装有补光灯系统，承载箱体3-1内部安装有水处理系统、反消化补水系统和物联网控制器，物联网控制器的电源与AC220V市电连接，物联网控制器与云端服务器通过互联网通信系统相连，物联网控制器与鱼缸养殖系统1、绿植种植系统2 和承载及循环系统3相连，鱼缸养殖系统1、绿植种植系统2和承载及循环系统3上设置有环境感知系统，环境感知系统通过物联网控制器与云端服务器相连，补水管及水位阀3-5安装在反消化补水系统上，补水管及水位阀3-5 与自来水管连接，反消化补水系统通过入水管路1-1连接到鱼缸养殖系统1 中，鱼缸养殖系统1通过出水管路1-2与绿植种植系统2相连通，绿植种植系统2通过回水管路2-9与反消化补水系统相连，入水管路1-1和出水管路 1-2最高端下侧开有通气孔。
所述的鱼缸养殖系统1包括养鱼缸1-7；所述的养鱼缸1-7上端设置有喂料机1-3、鱼缸照明灯1-4、辅料投料机1-5以及溢水口，养鱼缸1-7内安装有入水管路1-1和出水管路1-2，入水管路1-1连接到反消化补水系统中，出水管路1-2连接到绿植种植系统2中，养鱼缸1-7中还设置有供氧器。
所述的绿植种植系统2包括绿植种植箱2-1；所述的绿植种植箱2-1中设置有花槽2-4，绿植种植箱2-1旁设置有回水槽2-2，回水槽2-2中设置有水处理系统，绿植种植箱2-1中设置有土壤传感器组2-7，花槽2-4上设置有光照传感器，绿植种植箱2-1上设置有空气质量传感器1-6，回水槽2-2中安装有用于检测养鱼水温的水温传感器，回水槽2-2通过回水管路2-9连接到反消化补水系统中。
所述的水处理系统包括过滤网2-3和臭氧灭菌设备2-6；回水槽2-2前端设置有过滤网2-3，回水槽2-2中设置有臭氧灭菌设备2-6。
所述的绿植种植箱2-1上还设置有绿植攀爬墙2-5，补光灯系统为LED 补光灯2-8，绿植攀爬墙2-5上设置有LED补光灯2-8。
所述的绿植攀爬墙2-5上还设置有摄像头，摄像头与云端服务器4-1相连。
所述的反消化补水系统包括反消化补水槽3-2；所述的反消化补水槽3-2 内部设置有水温调节设备3-3和循环水泵3-4；反消化补水槽3-2内安装有补水管及水位阀3-5，循环水泵3-4通过入水管路连接到鱼缸养殖系统1中，反消化补水槽3-2中设置有脱氧槽3-8，反消化补水槽3-2外设置有多元气体传感器3-7，反消化补水槽3-2内安装水位传感器。
所述的云端服务器4-1包括报警模块、视频监控模块、专家生态管理模块和用户管理模块；所述的摄像头与视频监控模块相连，视频监控模块与报警模块相连，环境感知系统通过物联网控制器3-6与生态管理模块相连，室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统通过物联网控制器3-6与用户管理模块相连。需要说明的是，所述的物联网控制器3-6与鱼缸养殖系统1、绿植种植系统2和承载及循环系统3中的各个传感器、各种阀门、循环水泵以及水温调节设备相连，来控制其的打开或关闭。
所述的云端服务器4-1通过互联网通信系统连接到带有用户管控界面的用户终端，云端服务器还通过继电器控制器4-2与室内空调4-3相连。
物联网控制器3-6在云端服务器4-1中进行远程注册，物联网控制器3-6 中预先设置有云端服务器4-1的域名及端口号，并以此寻址云端服务器4-1；所述的用户终端为联网计算机用户或智能手机用户4-4；用户通过联网计算机用户或智能手机用户4-4与云端服务器4-1连接。
进一步具体的，第一部分是该系统的硬件结构，所述的绿植种植箱、养鱼缸以及承载箱体，可以是集成为一体的一体化结构，也可以是通过管路连接的分布式结构。绿植种植箱可以是水培箱体、基质种植箱体、吊袋式垂直绿化墙等多种方式。养鱼缸可以是淡水养殖系统也可以是海水养殖系统；
第二部分是位于云端的服务器及软件部分，主要用于养殖、种植专家生态管理模块运行，传感器数据处理，养殖、种植策略生成。服务器通过互联网及通信协议获得生态养殖、种植箱体部分的传感器数据，通过专家生态管理模块进行分析，形成养殖、种植策略并通过互联网及通信协议下发给生态养殖、种植箱体中的物联网控制器按此策略控制执行以保证室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统的正常运行。专家生态管理模块中包括各种鱼类的适宜水温、有害气体溢出标准、喂食时间与定量等，植物的适宜温度、种植基质含水量、适宜肥料各类、光照参数等；
第三部分是人机界面，可以使用任意一台连接在互联网上的电脑或使用一部接入移动互联网的手机完成，人机界面是室内生态养殖、种植(鱼草) 共生系统的操作、管控平台，主要作用是：1、设置品种参数(养的鱼的种类，种植花草的种类)供专家生态管理模块决策使用；2、直接管控，可直接控制室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统中各个部分的开与关；3、视频交互窗口，如果室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统安装了网络视频摄像头，就可在人机界面中显示现场视频；4、现场数据显示，室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统所安装的所有传感器数据可以通过人机界面呈现，这一功能对有一定经验的用户或养殖专家生态管理模块中没有的品种非常有用；5、报警信息通报，当发生必须由人干预的事件时，如：需要加水，水温过低需检查加热设备等，可将事件内容向人机界面发送。当使用手机时，可通过短信息、微信发出；当使用电脑时，可通过电子邮件发出。
“室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统的实现方法”包括步骤：
一、系统结构部分按图纸制造并安装完成；
二、鱼缸用于养殖鱼类生物，包括一般鱼类、热带鱼类、海水鱼类及海水软体类，绿植种植箱用于种植各种植物，包括水养植物、基质种植植物、吊袋种植植物，主要为花、草及攀爬类植物。养鱼缸与绿植种植箱可以集成为一体也可以是各自独立的分布式结构；
三、生态循环构成方式为，使用养鱼的水对绿植进行灌溉，并利用绿植根系吸收、消化水中有害及杂质对水进行过滤，灌溉多余的水经过反消化补水槽收集、处理后经水泵输回鱼缸，以此构成一个室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，生态循环构成可以是集成方式也可以是用管路将各个部分连接的分布式结构；
四、承载箱体用于摆放养鱼缸、绿植种植箱。内部用于放置反消化补水槽、物联网控制器、布线等；
五、云端服务器中的软件、各个传感器、物联网控制器和执行部件组成了环境管控系统，用于管控系统中的水泵、补光、投料、喂食、调温、加氧、水处理等，工作方式为物联网控制器接收服务器发来的控制指令并执行指令要求的动作。主要通过执行部件的开/关设备电源实现；
六、环境感知系统用于感知系统环境参数，如：空气温度、水系温度、水系统中有害物含量、空气质量等，系统通过物联网控制器将环境参数上传给服务器，服务器经专家生态管理模块决策得到管理策略并下传给物联网控制器，实现依环境感知参数的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统自动化管控。
七、水处理系统用于进一步净化水系，主要包括过滤系统、活性炭吸附、臭氧杀菌处理。
八、物联网控制器通过互联网通信将本系统与云端服务器相连并传输数据，利用云服务器强大的数据运算与存储能力进行数据处理并运行专家生态管理模块并形成管控策略对室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统进行自动化管控。
九、视频监控系统用于远程查看系统运行情况。
十、用户(手机)终端程序运行于任意一台联网电脑或智能手机上，通过网页、手机APP或微信公众号使用户在任何位置，只要能连入互联网，就可观看系统现场并进行人工设置、操作。
进一步地，室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统的实现方法硬件构成由承载箱体、养鱼缸、种植箱构成。绿植种植箱形式可以是种植水培植物的水培箱体，也可以是装有种植基质的土培箱体，也可以是挂在垂直面上的种植袋阵列，绿植种植箱可以是其中的一种或多种并存。
系统中养鱼缸中的水灌溉绿植后流入反消化补水槽中，经过处理后用水泵打回到养鱼缸中，构成水系循环。水培使用漫灌，土培或种植袋使用滴灌。
水处理可以使用臭氧发生器，使用臭氧发生器时其安装位置位于水循环系统的最远端。
水温调节设备位于反消化补水槽中，并使用循环泵将加热的水注入养鱼缸中，保持整体水温。
系统不使用浸入水中的传感器测量水中有害成份含量，而使用多元气体传感器对水中溢出的气体成份检测来推算出水中有害物质的含量，并依此来管控系统。系统中使用的传感器包括：安装在种植箱体的种植环境传感器，包括：温度(空气、水温)、PH、盐度等；安装于补水箱上方的多元气体传感器，包括：CO2、氮氧化物、氨、烷类等及水位；安装于养鱼缸上方的环境传感器，包括：光照度、空气质量。
传感器系统检测到的数据，通过互联网送入云端服务器，使用云端服务器中的专家生态管理模块分析并形成管控策略，再通过互联网回传给系统实施管控。
室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统中包含一部通信、控制计算机，计算机与互联网连接，计算机上电时，程序使用服务器域名+端口号寻址服务器，并以socket长连接方式保持与服务器的通信，网络服务器与鱼草共生系统间的通信使用公共通信平台，包括互联网、移动互联网、WIFI、GPRS、蓝牙、NFC。
空调联动，当空气温度传感器感知室内温度过高或过低时，物联网控制器可通过WIFI、蓝牙控制继电器阵列控制器打开或关闭室内空调，控制室内温度。用此方法降低养殖温度效果好，成本低。
对海水养殖系统，使用反渗透膜净水器过滤缸中的海水，并用过滤后的纯净水与海盐合成海水后回注到养鱼缸中。
系统中使用的电力是经过降压处理的安全电力，为 AC38V/AC24V/AC12V或DC24V/DC12V/DC9V/DC5V。
植物补光使用特殊LED光源，每平方米能耗为5～8W。
需要说明的是，互联网通信用于将本系统与云端服务器相连，利用云端服务器强大的数据运算与存储能力进行数据处理并运行专家生态管理模块并对室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统进行自动化管控。
进一步地具体的：
案例一：一体化的淡水室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统的实现方法：
步骤1：设备制造与安装就位。按照设计图完成室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统整个箱体的生产，将承载及循环系统3安放在所需位置，将鱼缸养殖系统1、绿植种植系统2与其组装。将补水管3-5与自来水管连接，将物联网控制器电源与AC220V市电连接。
步骤2：传感器选择。针对淡水鱼养殖，选用以下传感器：水温传感器安装于水循环最远端回水槽2-2内；空气温度、湿度、PM2.5的空气质量传感器1-6安装于绿植墙上2-5，光照传感器安装于花槽上2-4，不设绿植墙时安装于绿植种植箱上2-1；在反消化补水槽3-2内安装水位传感器。
步骤3：设备注册。室内生态设备首次加电时物联网控制器3-6需在云端服务器4-1中进行远程注册，以便于后期自动化管控。物联网控制器3-6 必须注册后才能够开始工作。物联网控制器3-6中预先设置有云端服务器4-1 的域名及端口号，并以此寻址云端服务器4-1。当未注册成功的物联网控制器3-6每次上线时，指示灯提示注册，注册时由物联网控制器3-6发起注册请求，请求中包含物联网控制器3-6物理ID、自行生成的公钥。云端服务器4-1端审核后，生成物联网控制器3-6逻辑ID、专用安全证书、功能设置表 (继电器及控制设备名称)、传感器地址表(允许使用的传感器及总线地址)，与云端服务器4-1专用证书一起发送给物联网控制器3-6。物联网控制器3-6 按照注册信息进行设置后，即可正常工作。注册过程自动进行，无需手动干预。
步骤4：室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统与云端服务器4-1进行数据交换。室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统通过物联网控制器3-6与云端服务器4-1保持网络连接，物联网控制器3-6注册完成后，定时向内置的云端服务器4-1域名发送心跳数据以保持socket长连接用于数据交换。
步骤5：室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统建立。绿植种植箱内填充种植用培养基，种植适合的花草(如：红掌、绿萝、水芹)。打开自来水通过补水管3-5给反消化补水槽3-2上水，当水位到达水位传感器限位时，物联网控制器3-6打开循环水泵3-4通过入水管路1-1向鱼缸养殖系统1灌水，当水位到达溢水口位置时鱼缸养殖系统1中的水通过出水管路1-2流向绿植种植箱2-1，绿植种植箱2-1中的水通过过滤网2-3注入回水槽2-2，当水位高出回水管路2-9在回水槽2-2中的高度时，绿植种植箱2-1中的水通过回水管路2-9流回到反消化补水槽3-2。反消化补水槽3-2中水位到达补水管3-5 水位阀位置时，水位阀自动关闭，水位保持。为防止管路中水的负压回吸，在入水管路1-1、出水管路1-2最高端下侧开有通气孔。回水管路2-9在回水槽2-2中的高度可以调整，此高度控制绿植种植箱2-1中的水位高度。循环过程中，回水管路2-9的流量、出水管路1-2的流量、入水管路1-1流量应呈递减状态。
步骤6：用户设定养殖、种植参数。用户通过任意一台联入互联网的电脑或联入移动互联网的手机就可与云端服务器4-1连接。方式有网页方式、手机APP方式、微信公共号方式。云端服务器4-1数据库中记录每套室内生态终端中的养鱼、种植种类、数量信息。以微信公众号为例进行说明如下：用户登录微信，搜索“某某室内生态”公众号，点击关注，进入公众号，进入新注册用户页面，找到自己的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统(注册成功会显示于此)，点击“申请控制权”并按要求填写“授权码”，云端服务器4-1端收到后核查无误给予控制权，用户就可以在此公众号上进行鱼类品种、数量，花草品种、数量等相关信息设置，供专家生态管理模块使用。在此还可设置手动管控，即用户自己远程管控与委托管控(云端服务器中专家生态管理模块远程管控)。
步骤7：系统进入自动运行状态。如果用户选择“委托管控”方式，用户的室内生态终端就由云端服务器4-1接管。云端服务器4-1的管控模式运行方式如下：
定期巡检室内生态设备传感器，云端服务器4-1向物联网控制器3-6发送传感器巡检指令，或者物联网控制器3-6按设定时间0.1小时—24小时向云端服务器4-1上报所有传感器的现场环境数据。
云端服务器4-1按照专家生态管理模块及现场环境参数形成管控策略，并且下发给物联网控制器3-6并且执行相关操作。
步骤8：人工干预。适用于发烧友或针对云端服务器端没有数据的物种。用户通过联网计算机或智能手机4-4进入用户管控界面，通过界面上的管控按钮进行打开或关闭相应设备的控制动作。
步骤9：视频监控。将网络视频摄像头安装就位，连接网线或设置WIFI，在用户端设置视频监控后，就可远程实时观测现场情况。
步骤10：发生报警时。当专家生态管理模块通过现场数据发现有必须人为干预的事项时，如：补水槽1-8中水位过低时、养鱼缸1-7水温过低时、以及其它需要定时提醒的事项发生时，需要通过电子邮件、手机短信、微信等方式向用户发出报警信息，如：系统水量告急，需要加水！系统水温过低，请检查供电或加热器损坏！请按时添加鱼食！
案例二：分布式的生态养殖、种植(鱼草)共生系统的实现方法
分布式的系统管控方式与一体化的系统相同，只是不同单元之间要通过较长的管路连接，并注意防漏水。
步骤1：设备制造并摆放就位。将补水管3-5与自来水管连接，将物联网控制器电源与AC220V市电连接。将各个分立单元用管路连接，基本连接方法与一体化设备相同。
步骤2：传感器选择。针对淡水鱼养殖，选用以下传感器：水温传感器安装于水循环最远端回水槽2-2内；空气温度、湿度、PM2.5空气质量传感器1-6安装于绿植墙上2-5，光照传感器安装于花槽上2-4，不设绿植墙时安装于绿植种植箱上2-1；在反消化补水槽3-2内安装水位传感器。
步骤3：设备注册。室内生态设备首次加电时物联网控制器3-6需在云端服务器4-1中进行远程注册，以便于后期自动化管控。物联网控制器3-6 必须注册后才能够开始工作。物联网控制器3-6中预先设置有云端服务器4-1 的域名及端口号，并以此寻址云端服务器4-1。当未注册成功的物联网控制器3-6每次上线时，指示灯提示注册，注册时由物联网控制器3-6发起注册请求，请求中包含物联网控制器3-6物理ID、自行生成的公钥。云端服务器4-1端审核后，生成物联网控制器3-6逻辑ID、专用安全证书、功能设置表 (继电器及控制设备名称)、传感器地址表(允许使用的传感器及总线地址)，与云端服务器4-1专用证书一起发送给物联网控制器3-6。物联网控制器3-6 按照注册信息进行设置后，即可正常工作。注册过程自动进行，无需手动干预。
步骤4：室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统与云端服务器4-1进行数据交换。室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统通过物联网控制器3-6与云端服务器4-1保持网络连接，物联网控制器3-6注册完成后，定时向内置的云端服务器4-1域名发送心跳数据以保持socket长连接用于数据交换。
步骤5：鱼草共生系统建立。绿植种植箱内填充种植用培养基，种植适合的花草(如：红掌、绿萝、水芹)。打开自来水通过补水管3-5给反消化补水槽3-2上水，当水位到达水位传感器限位时，物联网控制器3-6打开循环水泵3-4通过入水管路1-1向鱼缸养殖系统1灌水，当水位到达溢水口位置时鱼缸养殖系统1中的水通过出水管路1-2流向绿植种植箱2-1，绿植种植箱 2-1中的水通过过滤网2-3注入回水槽2-2，当水位高出回水管路2-9在回水槽2-2中的高度时，绿植种植箱2-1中的水通过回水管路2-9流回到反消化补水槽3-2。反消化补水槽3-2中水位到达补水管3-5水位阀位置时，水位阀自动关闭，水位保持。为防止管路中水的负压回吸，在入水管路1-1、出水管路1-2最高端下侧开有通气孔。回水管路2-9在回水槽2-2中的高度可以调整，此高度控制绿植种植箱2-1中的水位高度。循环过程中，回水管路2-9的流量、出水管路1-2的流量、入水管路1-1流量应呈递减状态。
步骤6：用户设定养殖、种植参数。用户通过任意一台联入互联网的电脑或联入移动互联网的手机就可与云端服务器4-1连接。方式有网页方式、手机APP方式、微信公共号方式。云端服务器4-1数据库中记录每套室内生态终端中的养鱼、种植种类、数量信息。以微信公众号为例进行说明如下：用户登录微信，搜索“某某室内生态”公众号，点击关注，进入公众号，进入新注册用户页面，找到自己的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统(注册成功会显示于此)，点击“申请控制权”并按要求填写“授权码”，云端服务器4-1端收到后核查无误给予控制权，用户就可以在此公众号上进行鱼类品种、数量，花草品种、数量等相关信息设置，供专家生态管理模块使用。在此还可设置手动管控(用户自己远程管控)与委托管控(云端服务器中专家生态管理模块远程管控)。
步骤7：系统进入自动运行状态。如果用户选择“委托管控”方式，用户的室内生态终端就由云端服务器4-1接管。云端服务器4-1的管控模式运行方式如下：
定期巡检室内生态设备传感器，云端服务器4-1向物联网控制器3-6发送传感器巡检指令，或者物联网控制器3-6按设定时间(0.1小时—24小时) 向云端服务器4-1上报所有传感器的现场环境数据。
云端服务器4-1按照专家生态管理模块及现场环境参数形成管控策略，并且下发给物联网控制器3-6并且执行相关操作。
步骤8：人工干预。适用于发烧友或针对云端服务器端没有数据的物种。用户通过联网计算机或智能手机4-4进入用户管控界面，通过界面上的管控按钮进行打开或关闭控制。
步骤9：视频监控。将网络视频摄像头安装就位，连接网线或调能WIFI，在用户端设置视频监控后，就可远程实时观测现场情况。
步骤10：发生报警时。当专家生态管理模块通过现场数据发现有必须人为干预的事项时，如：补水槽1-8中水位过低时、养鱼缸1-7水温过低时、以及其它需要定时提醒的事项发生时，需要通过电子邮件、手机短信、微信等方式向用户发出报警信息，如：系统水量告急，需要加水！系统水温过低，请检查供电或加热器损坏！请按时添加鱼食！
案例三：海水室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统的实现方法
海水室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统可分为一体化与模块化两种实现方式，基本原理是一致的，实现方式也基本一致，不同点仅在于管路的布设与连接。这里以一体化的实现方法为例。
步骤1：设备制造与安装就位。按照设计图完成室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统箱体的生产，将承载及循环系统3安放在所需位置，将鱼缸养殖系统1、绿植种植系统2与其组装。将补水管3-5与自来水管连接，将物联网控制器电源与AC220V市电连接。
步骤2：传感器选择。针对海水鱼养殖，选用以下传感器：水温传感器安装于养鱼缸1-7外壁上；空气温度、湿度、PM2.5空气质量传感器1-6、光照传感器安装于绿植槽上2-4；在反消化补水槽3-2内安装水位、PH值、含盐量传感器，在养鱼缸1-7上方和补水槽1-8上方安装多元气体传感器组，包括：N、O、CO2、氨、甲烷等。多元气体传感器主要用于检测海鱼排泄物与其食品在鱼缸中分解后的微量气化物，并依此时一步计算出水质。
步骤3：设备注册。室内生态设备首次加电时物联网控制器3-6需在云端服务器4-1中进行远程注册，以便于后期自动化管控。过程与上述过程一样。注册过程自动进行，无需手动干预。
步骤4：室内生态设备终端与云端服务器4-1进行数据交换。室内生态终端设备通过物联网控制器3-6与云端服务器4-1保持网络连接，物联网控制器3-6注册完成后，定时向内置的云端服务器4-1域名发送心跳数据以保持socket长连接用于数据交换。
步骤5：海水鱼草共生系统建立。绿植种植箱内填充种植用培养基，种植适合的海水绿植(如：红树类、野豌豆、滨旋花、)。在辅料投料机1-5内加入海盐，关闭循环水泵3-4，打开自来水通过补水管3-5给反消化补水槽 3-2上水同时打开辅料投料机1-5加入海盐，物联网控制器3-6打开循环水泵 3-4通过入水管路1-1向鱼缸养殖系统1灌水，当水位到达溢水口位置时鱼缸养殖系统1中的水通过出水管路1-2流向绿植种植箱2-1，绿植种植箱2-1中的水通过过滤网2-3注入回水槽2-2，当水位高出回水管路2-9在回水槽2-2 中的高度时，绿植种植箱2-1中的水通过回水管路2-9流回到反消化补水槽 3-2。反消化补水槽3-2中水位到达补水管3-5水位阀位置时，水位阀自动关闭，水位保持。为防止管路中水的负压回吸，在入水管路1-1、出水管路1-2 最高端下侧开有通气孔。回水管路2-9在回水槽2-2中的高度可以调整，此高度控制绿植种植箱2-1中的水位高度。循环过程中，回水管路2-9的流量、出水管路1-2的流量、入水管路1-1流量应呈递减状态。当水位到达水位传感器限位时，检测水质并进行调整、熟化。当一切完成并且水质达到要求后，熟化三周后再放入海水鱼类。
海水生态系统维护。当系统探测到从绿植种植箱内回流的海水超出海水鱼养殖标准时，物联网控制器3-6启动反渗透过滤器对回流水进行处理，处理后的水为纯净水，此时需要加入海盐以保持盐度适合海水鱼类生存。应控制每次的水处理量，不致影响海水鱼类生存。
步骤6：用户设定养殖、种植参数。用户通过任意一台联入互联网的电脑或联入移动互联网的手机就可与云端服务器4-1连接。方式有网页方式、手机APP方式、微信公共号方式。云端服务器4-1数据库中记录每套室内生态终端中的养鱼、种植种类、数量信息。以微信公众号为例进行说明如下：用户登录微信，搜索“某某室内生态”公众号，点击关注，进入公众号，进入新注册用户页面，找到自己的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统(注册成功会显示于此)，点击“申请控制权”并按要求填写“授权码”，云端服务器4-1端收到后核查无误给予控制权，用户就可以在此公众号上进行海水鱼或淡水鱼选择，鱼类品种、数量，花草品种、数量等相关信息设置，供专家生态管理模块使用。在此还可设置手动管控(用户自己远程管控)与委托管控(云端服务器中专家生态管理模块远程管控)。
步骤7：系统进入自动运行状态。如果用户选择“委托管控”方式，用户的室内生态终端就由云端服务器4-1接管。云端服务器4-1的管控模式运行方式如下：
定期巡检室内生态设备传感器，云端服务器4-1向物联网控制器3-6发送传感器巡检指令，或者物联网控制器3-6按设定时间0.1小时—24小时向云端服务器4-1上报所有传感器的现场环境数据。
云端服务器4-1按照专家生态管理模块及现场环境参数形成管控策略，并且下发给物联网控制器3-6并且执行相关操作。
步骤8：人工干预。适用于发烧友或针对云端服务器端没有数据的物种。用户通过联网计算机或智能手机4-4进入用户管控界面，通过界面上的管控按钮进行打开或关闭控制。
步骤9：视频监控。将网络视频摄像头安装就位，连接网线或调能WIFI，在用户端设置视频监控后，就可远程实时观测现场情况。
步骤10：发生报警时。当专家生态管理模块通过现场数据发现有必须人为干预的事项时，如：补水槽1-8中水位过低时、养鱼缸1-7水温过低时、以及其它需要定时提醒的事项发生时，需要通过电子邮件、手机短信、微信等方式向用户发出报警信息，如：系统水量告急，需要加水！系统水温过低，请检查供电或加热器损坏！请按时添加鱼食！
本发明提供的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，该系统引入云技术对数据进行管理、引入物联网技术进行感知与管控，从此养鱼种花不再烦恼，家有鱼、草不影响你出门云游。此种室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统将传统的养鱼、种花通过高技术手段，并通过互联网、大数据共享数据处理，可降低硬件成本，此室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，自动化程度高、养殖种植简单、实现成本低、操作简便、维护性强、系统构建灵活性与可复制性强，实现了鱼草共生。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，其特征在于，包括鱼缸养殖系统(1)、绿植种植系统(2)和承载及循环系统(3)；所述的承载及循环系统(3)包括承载箱体(3-1)、反消化补水系统和物联网控制器(3-6)；承载箱体(3-1)上摆放有鱼缸养殖系统(1)和绿植种植系统(2)；绿植种植系统(2)上安装有补光灯系统，承载箱体(3-1)内部安装有水处理系统、反消化补水系统和物联网控制器，物联网控制器的电源与AC220V市电连接，物联网控制器与云端服务器通过互联网通信系统相连，物联网控制器与鱼缸养殖系统(1)、绿植种植系统(2)和承载及循环系统(3)相连，鱼缸养殖系统(1)、绿植种植系统(2)和承载及循环系统(3)上设置有环境感知系统，环境感知系统通过物联网控制器与云端服务器相连，补水管及水位阀(3-5)安装在反消化补水系统上，补水管及水位阀(3-5)与自来水管连接，反消化补水系统通过入水管路(1-1)连接到鱼缸养殖系统(1)中，鱼缸养殖系统(1)通过出水管路(1-2)与绿植种植系统(2)相连通，绿植种植系统(2)通过回水管路(2-9)与反消化补水系统相连，入水管路(1-1)和出水管路(1-2)最高端下侧开有通气孔。
2.根据权利要求1所述的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，其特征在于，所述的鱼缸养殖系统(1)包括养鱼缸(1-7)；所述的养鱼缸(1-7)上端设置有喂料机(1-3)、鱼缸照明灯(1-4)、辅料投料机(1-5)以及溢水口，养鱼缸(1-7)内安装有入水管路(1-1)和出水管路(1-2)，入水管路(1-1)连接到反消化补水系统中，出水管路(1-2)连接到绿植种植系统(2)中，养鱼缸(1-7)中还设置有供氧器。
3.根据权利要求2所述的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，其特征在于，所述的绿植种植系统(2)包括绿植种植箱(2-1)；所述的绿植种植箱(2-1)中设置有花槽(2-4)，绿植种植箱(2-1)旁设置有回水槽(2-2)，回水槽(2-2)中设置有水处理系统，绿植种植箱(2-1)中设置有土壤传感器组(2-7)，花槽(2-4)上设置有光照传感器，绿植种植箱(2-1)上设置有空气质量传感器(1-6)，回水槽(2-2)中安装有用于检测养鱼水温的水温传感器，回水槽(2-2)通过回水管路(2-9)连接到反消化补水系统中。
4.根据权利要求3所述的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，其特征在于，所述的水处理系统包括过滤网(2-3)和臭氧灭菌设备(2-6)；回水槽(2-2)前端设置有过滤网(2-3)，回水槽(2-2)中设置有臭氧灭菌设备(2-6)。
5.根据权利要求3所述的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，其特征在于，所述的绿植种植箱(2-1)上还设置有绿植攀爬墙(2-5)，补光灯系统为LED补光灯(2-8)，绿植攀爬墙(2-5)上设置有LED补光灯(2-8)。
6.根据权利要求5所述的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，其特征在于，所述的绿植攀爬墙(2-5)上还设置有摄像头，摄像头与云端服务器(4-1)相连。
7.根据权利要求1所述的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，其特征在于，所述的反消化补水系统包括反消化补水槽(3-2)；所述的反消化补水槽(3-2)内部设置有水温调节设备(3-3)和循环水泵(3-4)；反消化补水槽(3-2)内安装有补水管及水位阀(3-5)，循环水泵(3-4)通过入水管路连接到鱼缸养殖系统(1)中，反消化补水槽(3-2)中设置有脱氧槽(3-8)，反消化补水槽(3-2)外设置有多元气体传感器(3-7)，反消化补水槽(3-2)内安装水位传感器。
8.根据权利要求1-7任一项所述的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，其特征在于，所述的云端服务器(4-1)包括报警模块、视频监控模块、专家生态管理模块和用户管理模块；所述的摄像头与视频监控模块相连，视频监控模块与报警模块相连，环境感知系统通过物联网控制器(3-6)与生态管理模块相连，室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统通过物联网控制器(3-6)与用户管理模块相连。
9.根据权利要求1所述的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，其特征在于，所述的云端服务器(4-1)通过互联网通信系统连接到带有用户管控界面的用户终端，云端服务器还通过继电器控制器(4-2)与室内空调(4-3)相连。
10.根据权利要求9所述的室内生态养殖、种植(鱼草)共生系统，其特征在于，物联网控制器(3-6)在云端服务器(4-1)中进行远程注册，物联网控制器(3-6)中预先设置有云端服务器(4-1)的域名及端口号，并以此寻址云端服务器(4-1)；所述的用户终端为联网计算机用户或智能手机用户(4-4)；用户通过联网计算机用户或智能手机用户(4-4)与云端服务器(4-1)连接。
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