CN108650321A - 一种智能菜园控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

为了解决现有的智能菜园利用程序固化浇水、施肥等农业操作过程使人们无法体验种植乐趣的问题，本发明提供一种智能菜园控制系统及其控制方法，包括用于对菜园进行温湿度控制的智能耕管装置、无线路由器、云端服务器和用于人机交互的手机APP终端；所述智能耕管装置通过无线路由器接入互联网，并与云端服务器进行通信，所述云端服务器通过移动互联网连接手机APP终端，使手机APP终端接收智能耕管装置发回的菜园的信息并通过所述手机APP终端发送指令经过云端服务器后控制智能耕管装置对菜园内的温湿度进行调整。本发明可实时监测作物生长情况，根据用户习惯提供一种新的人机交互方式，使种植过程更加有趣。

Description

一种智能菜园控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及智能农业领域，尤其涉及一种能够通过手机控制的智能菜园控制系统及其控制方法。
背景技术
在现代社会，绿色环保的概念已经深入人心，越来越多的人提倡绿色生活理念，人们对果蔬的要求已从数量型转变为质量型，要求果蔬优质、安全、营养、方便，因此绿色有机食品受到越来越多的人追捧，但是其居高不下的价格和数量的不足难以长期满足大众的需求，于是越来越多的居民愿意在阳台、屋顶等场所种植蔬菜，这样就可以吃上自己种出的无公害蔬菜，不仅可以让人们在闲暇之余亲近自然愉悦身心，还可以让人们体验到农耕的乐趣。
现有的智能农业领域中所涉及的智能菜园，一般都是定时对农作物进行水、肥管理，属于无人干预的田间管理模式。这种管理模式是对农业智能的大的提升，在耕作时，即使缺乏种植经验，没有时间管理，都可以通过智能菜园达成自己种菜这一心愿。但同时，这种固化的智能菜园模式也干预了人们体验到农耕的乐趣。
发明内容
为了解决现有的智能菜园利用程序固化浇水、施肥等农业操作过程使人们无法体验种植乐趣的问题，本发明提供一种智能菜园控制系统及其控制方法。
所述的一种智能菜园控制系统，包括用于对菜园进行温湿度控制的智能耕管装置、无线路由器、云端服务器和用于人机交互的手机APP终端；所述智能耕管装置通过无线路由器接入互联网，并与云端服务器进行通信，所述云端服务器通过移动互联网连接手机APP终端，使手机APP终端接收智能耕管装置发回的菜园的信息并通过所述手机APP终端发送指令经过云端服务器后控制智能耕管装置对菜园内的温湿度进行调整；所述的智能耕管装置中包括微处理器模块；其技术方案在于：
所述的云端服务器包括用于后台监管的IOT系统模块、用于对用户种植习惯进行分析的用户习惯分析模块、数据储存分析模块和指令收发模块；
所述指令收发模块通过移动互联网连接手机APP终端；
所述数据储存分析模块内储存有不同作物在各个生长阶段的生长模型；
所述用户习惯分析模块根据用户使用手机APP终端向智能耕管装置发送的控制指令数据，统计用户种植习惯的种植行为；所述用户习惯分析模块采集智能耕管装置中检测的菜园的温湿度数据分析家庭种植环境；
所述数据储存分析模块接收用户习惯分析模块采集的用户种植习惯、家庭种植环境数据结合手机APP终端采集的植物种类后，利用指令收发模块通过移动互联网向手机APP终端推送信息，指导用户对植物进行有针对性的管理。
所述的智能耕管装置包括：微处理器模块、用于对菜园进行浇水或除草或施肥的执行模块、无线通信模块、液态物料供应及控制模块、GPS定位模块、摄像头、土壤湿度传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器；
所述的微处理器模块采集设置在菜园中的土壤湿度传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器的数据并将采集到的数据通过无线通信模块通过无线路由器接入互联网后输送至数据储存分析模块；
所述的液态物料供应及控制模块包括分别与微处理器模块连接的电磁阀、流量传感器以及用于提供肥料的肥箱和用于排出肥料的液肥管；
所述的摄像头用于采集菜园的实时图像采集和杂草图片并将所采集到的图片发送至微处理器模块进行杂草识别；
所述的液肥管设置在执行模块上随执行模块移动至菜园中任一株需要施肥的植物旁；所述流量传感器设置在液肥管内，将液肥管内流量数据发送至微处理器模块，微处理模块根据该作物在不同生长阶段的生长模型控制电磁阀的开闭以达到精准施肥。
所述的手机APP终端包括手机中央处理器模块、用户登陆模块、信息采集存储模块以及控制模块；
所述的用户登陆模块用于采集用户的账户和密码；
所述的信息采集存储模块用于存储用户的账户和密码、该账户下对应的菜园的耕种面积、与云端服务器通信后获得的对应菜地内的空气温湿度，二氧化碳含量，光照强度，土壤湿度信息以及用户输入的作物种类信息；
所述的手机中央处理器模块采集控制模块发出的播种、浇水、除草、施肥的指令，通过云端服务器控制智能耕管装置执行相应动作。
一种应用了上述智能菜园控制系统的控制方法，其技术方案在于：所述的多个与同一云端服务器连接的手机APP终端之间通过移动网络形成可以相互访问的局域网；用户可通过手机APP终端上的APP客户端查询到同一云端服务器上连接的其他手机APP终端内信息采集存储模块中存储的作物种植种类、数量、状态等信息。
一种应用了上述智能菜园控制系统的控制方法，其技术方案在于：包括以下步骤：
（1）.安装智能耕管装置至菜园，观察无线路由器判断智能耕管装置是否与无线路由器进行通信从而连接到云端服务器；
（2）. 步骤（1）中的智能耕管装置接入互联网并能够与手机APP终端通信时，智能耕管装置还原为初始状态，并将其位置、型号等基本信息发送给云端服务器；
（3）.用户下载APP客户端至手机APP终端，并通过账号密码登录APP客户端，将手机APP终端与智能耕管装置绑定；通过手机APP终端获取菜园有效耕作面积、与所属地天气状况、周围用户分布等信息；
（4）.用户通过APP终端的控制模块，发送指令对耕管装置的远程实时控制；同时，与云端服务器进行通信查看菜园实时环境数据，在数据储存分析模块中查看行为分析数据；
（5）.用户可通过手机APP客户端接收到云端服务器发送来的信息推荐，种植意见，操作提示和补水提醒等消息提示。
有益效果：本发明根据用户种植习惯、家庭种植环境数据结合手机APP终端采集的植物种类后，利用指令收发模块通过移动互联网向手机APP终端推送信息，指导用户对植物进行有针对性的管理，其优点在于：①结合采集到的参数情况，可向用户发送浇水、除草、补种、补光等提示性信息，帮助用户完成种植过程，打造一种零经验种植体验，帮助用户进行种植，更加智能化。②通过位置信息，数据信息共享用户间的种植种类、数量等信息，并提供以菜易菜的模式，促进人与人之间的沟通交流。③可实时监测作物生长情况，无论用户在哪个地方，只要保证有网络的前提，均可进行相关操作，解放人力，节约时间。④提供一种新的人机交互方式，使种植过程更加有趣，在获得产出的同时体验农耕的乐趣。⑤不仅可以应用在城市居民身上，也可以应用在幼儿园、小学等场所，提供一种寓教于乐的新模式。
具体实施方式
一种智能菜园控制系统，包括用于对菜园进行温湿度控制的智能耕管装置、无线路由器、云端服务器和用于人机交互的手机APP终端；所述智能耕管装置通过无线路由器接入互联网，并与云端服务器进行通信，所述云端服务器通过移动互联网连接手机APP终端，使手机APP终端接收智能耕管装置发回的菜园的信息并通过所述手机APP终端发送指令经过云端服务器后控制智能耕管装置对菜园内的温湿度进行调整；所述的智能耕管装置中包括微处理器模块；其技术方案在于：所述的云端服务器包括用于后台监管的IOT系统模块、用于对用户种植习惯进行分析的用户习惯分析模块、数据储存分析模块和指令收发模块；所述指令收发模块通过移动互联网连接手机APP终端；所述数据储存分析模块内储存有不同作物在各个生长阶段的生长模型； 所述用户习惯分析模块根据用户使用手机APP终端向智能耕管装置发送的控制指令数据，统计用户种植习惯的种植行为；所述用户习惯分析模块采集智能耕管装置中检测的菜园的温湿度数据分析家庭种植环境；所述数据储存分析模块接收用户习惯分析模块采集的用户种植习惯、家庭种植环境数据结合手机APP终端采集的植物种类后，利用指令收发模块通过移动互联网向手机APP终端推送信息，指导用户对植物进行有针对性的管理。
需要明确的是：指导用户对植物进行有针对性的管理是指根据用户种植的作物种类和用户习惯分析，确定可以向用户推送信息的时间，如用户施肥的时间集中在下午，则在下午推送相关信息。同时，通过用户习惯分析还可以判断用户对种植植物的浇水、施肥等习惯，如用户乐于为植物浇水、施肥，则会在推送信息时，简易用户选择喜水、喜肥的作物，提升种植乐趣。
需要明确的是：所述的用户习惯分析模块中设置有多个家庭种植环境模型，通过对菜园的温湿度数据与家庭种植环境模型进行对比，找到最接近的家庭种植环境模型。
需要明确的是：所述无线通讯模块采用ESP8266，用于连接无线路由器的Wifi网络。
需要明确的是：所述IOT系统模块为后台监管模块，后台管理维护人员登录后可以查询到所有用户的设备使用情况，及时发现问题并进行维护；
所述的智能耕管装置包括：微处理器模块、用于对菜园进行浇水或除草或施肥的执行模块、无线通信模块、液态物料供应及控制模块、GPS定位模块、摄像头、土壤湿度传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器；所述的微处理器模块采集设置在菜园中的土壤湿度传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器的数据并将采集到的数据通过无线通信模块通过无线路由器接入互联网后输送至数据储存分析模块；所述的液态物料供应及控制模块包括分别与微处理器模块连接的电磁阀、流量传感器以及用于提供肥料的肥箱和用于排出肥料的液肥管；所述的摄像头用于采集菜园的实时图像采集和杂草图片并将所采集到的图片发送至微处理器模块进行杂草识别；所述的液肥管设置在执行模块上随执行模块移动至菜园中任一株需要施肥的植物旁；所述流量传感器设置在液肥管内，将液肥管内流量数据发送至微处理器模块，微处理模块根据该作物在不同生长阶段的生长模型控制电磁阀的开闭以达到精准施肥。
需要明确的是：所述的执行模块能够接收微处理器模块发出的指令，在所选的菜园耕地上进行浇水或除草或施肥的工作。此执行模块为现有技术中常见的装置，本文不再赘述。
需要明确的是：所述的执行模块中可以存在GPS定位模块，该GPS定位模块可将菜园的定位信息发送至云服务器中，该云服务器中可以通过大数据网络查询菜园所在位置的天气情况，结合作物生长模型为用户提供参考。
所述的手机APP终端包括手机中央处理器模块、用户登陆模块、信息采集存储模块以及控制模块；所述的用户登陆模块用于采集用户的账户和密码；所述的信息采集存储模块用于存储用户的账户和密码、该账户下对应的菜园的耕种面积、与云端服务器通信后获得的对应菜地内的空气温湿度，二氧化碳含量，光照强度，土壤湿度信息以及用户输入的作物种类信息；所述的手机中央处理器模块采集控制模块发出的播种、浇水、除草、施肥的指令，通过云端服务器控制智能耕管装置执行相应动作。
需要明确的是：所述手机APP终端鉴于移动终端平台的多样性，为满足使用不同终端的用户需求，移动客户端支持IOS、Android两种手机操作系统；所述手机APP终端的开发环境为Xcode环境，运行环境为Android2.2及以上版本或IOS7.0及以上版本，运维环境为自行搭建运维环境，主要负责APP监控与配置。
一种应用了上述智能菜园控制系统的控制方法，其技术方案在于：所述的多个与同一云端服务器连接的手机APP终端之间通过移动网络形成可以相互访问的局域网；用户可通过手机APP终端上的APP客户端查询到同一云端服务器上连接的其他手机APP终端内信息采集存储模块中存储的作物种植种类、数量、状态等信息。
一种应用了上述智能菜园控制系统的控制方法，其技术方案在于：包括以下步骤：
（1）.安装智能耕管装置至菜园，观察无线路由器判断智能耕管装置是否与无线路由器进行通信从而连接到云端服务器；
（2）. 步骤（1）中的智能耕管装置接入互联网并能够与手机APP终端通信时，智能耕管装置还原为初始状态，并将其位置、型号等基本信息发送给云端服务器；
（3）.用户下载APP客户端至手机APP终端，并通过账号密码登录APP客户端，将手机APP终端与智能耕管装置绑定；通过手机APP终端获取菜园有效耕作面积、与所属地天气状况、周围用户分布等信息；
（4）.用户通过APP终端的控制模块，发送指令对耕管装置的远程实时控制；同时，与云端服务器进行通信查看菜园实时环境数据，在数据储存分析模块中查看行为分析数据；
（5）.用户可通过手机APP客户端接收到云端服务器发送来的信息推荐，种植意见，操作提示和补水提醒等消息提示。
具体实施例1：用户可在网上下载手机APP客户端，之后凭借耕管装置机身上携带的邀请码进行注册登录。登录成功后用户可以远程控制耕管装置进行播种、除草、施肥、浇水等操作；用户可通过APP查看作物的生长参数，如实时视频，实时光照、土壤湿度等环境参数；设备在联网时会自动发送环境数据信息到云端服务器中，结合云端服务器中的参数模型，如需水模型等，反馈相关的服务信息到用户APP以引导用户进行科学的种植和管理，提高作物成活率；用户可通过手机APP发现周围用户及用户菜园中有哪些蔬菜并发出交换申请，若对方同意后便可进行相关的线下交换。
当用户在手机APP客户端选择播种功能时，在选择作物种类后，其内置程序会自动选择该作物相对应的最适行间距信息，将装置的有效种植面积进行网格状区域划分，实现精确播种、浇水、施肥等。如播种时，用户只需点击相应的网格位置后点击确定，便发送指令至无线通信模块，无线通信模块将指令内容转发给微处理器，微处理器处理后控制驱动模块驱动步进电机和工具头拾取机构拾取播种头按照用户的选择进行精准播种，在播种完成后微处理器模块会将每株作物的二维坐标信息通过无线通信模块发送给指令收发模块，指令收发模块将坐标信息发送至数据储存分析模块储存。
微处理器模块会自动采集各传感器采集的环境数据信息，将信息通过无线通信模块发送给指令收发模块，指令收发模块将数据信息发送至数据储存分析模块储存，其中空气温湿度、土壤湿度、二氧化碳含量、光照强度用于与作物生长模型进行比较，确定其与最适生长参数之间的差值，再结合其位置信息采集当地的天气情况，综合考量后将所需水的数量内嵌与提醒信息中发送到用户手机APP客户端中。当用户选择浇水时，其微处理器模块便根据其具体数值控制液态物料供应模块精准供水。摄像头用于采集菜园的实时图像采集和杂草图片并将所采集到的图片发送至微处理器模块，包含杂草识别和健壮苗识别，根据其识别结果控制液态物料供应模块精准施肥。
用户习惯分析模块可以记录用户的使用信息，包含用户的历史种植记录，一天内发送指令的高峰时间，记录的环境参数等信息，这些信息用户可以通过手机APP客户端查看，更好地了解自己的使用情况，为用户使用智能耕管装置提供依据；也可以通过数据分析，达到完善生长模型，掌握这一区域的参数信息并进行环境预测，向用户推送提醒信息帮助用户种植等目的。
需要明确的是：所述的智能耕管装置中的执行模块为现有技术，如申请号CN201710295571.6的专利申请中所述的技术方案。
需要明确的是：本文中未详述的技术方案均为现有技术。
以上所述仅为发明的较佳实施例而己，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能菜园控制系统，包括用于对菜园进行温湿度控制的智能耕管装置、无线路由器、云端服务器和用于人机交互的手机APP终端；所述智能耕管装置通过无线路由器接入互联网，并与云端服务器进行通信，所述云端服务器通过移动互联网连接手机APP终端，使手机APP终端接收智能耕管装置发回的菜园的信息并通过所述手机APP终端发送指令经过云端服务器后控制智能耕管装置对菜园内的温湿度进行调整；所述的智能耕管装置中包括微处理器模块；其特征在于：
所述的云端服务器包括用于后台监管的IOT系统模块、用于对用户种植习惯进行分析的用户习惯分析模块、数据储存分析模块和指令收发模块；
所述指令收发模块通过移动互联网连接手机APP终端；
所述数据储存分析模块内储存有不同作物在各个生长阶段的生长模型；
所述用户习惯分析模块根据用户使用手机APP终端向智能耕管装置发送的控制指令数据，统计用户种植习惯的种植行为；所述用户习惯分析模块采集智能耕管装置中检测的菜园的温湿度数据分析家庭种植环境；
所述数据储存分析模块接收用户习惯分析模块采集的用户种植习惯、家庭种植环境数据结合手机APP终端采集的植物种类后，利用指令收发模块通过移动互联网向手机APP终端推送信息，指导用户对植物进行有针对性的管理。
2.根据权利要求1所述的一种智能菜园控制系统，其特征在于：所述的智能耕管装置包括：微处理器模块、用于对菜园进行浇水或除草或施肥的执行模块、无线通信模块、液态物料供应及控制模块、GPS定位模块、摄像头、土壤湿度传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器；
所述的微处理器模块采集设置在菜园中的土壤湿度传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器的数据并将采集到的数据通过无线通信模块通过无线路由器接入互联网后输送至数据储存分析模块；
所述的液态物料供应及控制模块包括分别与微处理器模块连接的电磁阀、流量传感器以及用于提供肥料的肥箱和用于排出肥料的液肥管；
所述的摄像头用于采集菜园的实时图像采集和杂草图片并将所采集到的图片发送至微处理器模块进行杂草识别；
所述的液肥管设置在执行模块上随执行模块移动至菜园中任一株需要施肥的植物旁；所述流量传感器设置在液肥管内，将液肥管内流量数据发送至微处理器模块，微处理模块根据该作物在不同生长阶段的生长模型控制电磁阀的开闭以达到精准施肥。
3.根据权利要求1所述的一种智能菜园控制系统，其特征在于：所述的手机APP终端包括手机中央处理器模块、用户登陆模块、信息采集存储模块以及控制模块；
所述的用户登陆模块用于采集用户的账户和密码；
所述的信息采集存储模块用于存储用户的账户和密码、该账户下对应的菜园的耕种面积、与云端服务器通信后获得的对应菜地内的空气温湿度，二氧化碳含量，光照强度，土壤湿度信息以及用户输入的作物种类信息；
所述的手机中央处理器模块采集控制模块发出的播种、浇水、除草、施肥的指令，通过云端服务器控制智能耕管装置执行相应动作。
4.一种应用了权利要求3所述智能菜园控制系统的控制方法，其特征在于：所述的多个与同一云端服务器连接的手机APP终端之间通过移动网络形成可以相互访问的局域网；用户可通过手机APP终端上的APP客户端查询到同一云端服务器上连接的其他手机APP终端内信息采集存储模块中存储的作物种植种类、数量、状态等信息。
5.一种应用了权利要求1所述智能菜园控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）.安装智能耕管装置至菜园，观察无线路由器判断智能耕管装置是否与无线路由器进行通信从而连接到云端服务器；
步骤（1）中的智能耕管装置接入互联网并能够与手机APP终端通信时，智能耕管装置还原为初始状态，并将其位置、型号等基本信息发送给云端服务器；
（3）.用户下载APP客户端至手机APP终端，并通过账号密码登录APP客户端，将手机APP终端与智能耕管装置绑定；通过手机APP终端获取菜园有效耕作面积、与所属地天气状况、周围用户分布等信息；
（4）.用户通过APP终端的控制模块，发送指令对耕管装置的远程实时控制；同时，与云端服务器进行通信查看菜园实时环境数据，在数据储存分析模块中查看行为分析数据；
（5）.用户可通过手机APP客户端接收到云端服务器发送来的信息推荐，种植意见，操作提示和补水提醒等消息提示。
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