CN109220593A - 一种藏红花、西红花的智能培育系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种藏红花、西红花的智能培育系统及其方法，包括主控制器、后台监控中心；本发明采用传感器技术、加权平均算法和动态取样算法，实现了对种植在大棚内的藏红花、西红花的精确控制，通过后台监控中心对大棚内的土壤和空气环境进行自动控制，又通过主控制器自动控制滴灌系统和松土注液装置以及风机对土壤进行松土作用和注入营养液或清水以及对大棚内进行通风作用，大大提高了对种植在大棚内的藏红花或西红花的培育过程中的精确性；该系统设计合理，具有较高的控制精确性，具有较高使用价值，适合推广应用。

Description

一种藏红花、西红花的智能培育系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种培育系统，尤其涉及一种藏红花、西红花的智能培育系统及其方法，具体来说是涉及一种培育藏红花、西红花过程中针对土壤及棚内空气环境的自动调节与控制的智能大棚监测控制系统及其方法。

背景技术

藏红花、西红花是一种濒危的传统名贵中药材，据《本草纲目》记载，藏红花、西红花具有强大的生理活性，其柱头入药，味甘性平，具有疏经活络、通经化淤、散淤开结、消肿止痛、凉血解毒等功效，能全面提高人体的免疫力，用于预防和治疗脑血栓、脉管炎、血亏体虚、产后淤血、神经衰弱、惊悸癫狂等疾病。近年来还发现藏红花柱头中的藏红花素具有抗癌效果，更加凸显了藏红花、西红花的药用价值。目前，藏红花、西红花已经被国家中医药管理局列为重点发展的中药材品种。由于野生藏红花、西红花的资源极其有限，需要人工栽培扩大产量才能满足广泛的药用需求，大规模人工栽培是目前藏红花、西红花的主要来源。

近年来，我国藏红花、西红花呈产业化发展趋势，已经成为世界上藏红花、西红花种植面积最广的国家之一，在浙江、江苏、上海、山东、北京、西藏、新疆等都有栽培，现有栽培面积5000余亩，平均亩产500～1000克，收购价格为25～30元/克，亩产值达12500～30000元，经济效益十分显著。尤其是浙江省具有藏红花、西红花30余年的栽培历史，在政府的大力支持下，种植面积逐年扩大，目前藏红花、西红花种植面积就达3800余亩，占全国西红花总面积的70％以上，2010年其球茎和花丝产值超过一亿，成为国内发展最快、产销量最大的中药材种植培育的省份之一，并成为农民增收、农业增效的重要产品。但是，藏红花、西红花种源少，产量极低，并且栽培技术要求较高，由于能作为中药材的仅为柱头部分，国产藏红花、西红花仅能满足国内市场需求的20～30％，依靠大量进口，导致藏红花、西红花价格奇高，加工后的藏红花、西红花销售价格高达每克上百元，上品藏红花、西红花的售价甚至每克超过400元。同时，由于栽培技术较低以及栽培条件较差导致不能结实，仅靠球茎无性繁殖，繁殖过程中种球品质退化严重，球茎变小花产量，产量下降，甚至不开花，最终导致藏红花、西红花的品质参差不齐。

发明内容

本发明解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种采用传感器技术、通过后台监控中心对大棚内的土壤和空气环境进行自动控制提高对种植在大棚内的藏红花或西红花的培育过程中的精确性使得能大幅提高藏红花或西红花种植的增产增收及培育质量的藏红花、西红花的智能培育系统及其方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种藏红花、西红花的智能培育系统，包括大棚、设在大棚地面上并用于培育藏红花或西红花的土壤、用于对系统进行自动控制的主控制器、用于采集土壤温度数据并将土壤温度数据传输给主控制器的土壤温度传感器、用于采集土壤湿度数据并将土壤湿度数据传输给主控制器的土壤湿度传感器、用于采集土壤PH值数据并将土壤PH值数据传输给主控制器的土壤PH值检测传感器、用于采集土壤养分数据并将土壤养分数据传输给主控制器的土壤养分检测传感器、用于采集大棚内的空气温度数据并将空气温度数据传输给主控制器的空气温度传感器、用于采集大棚内的空气湿度数据并将空气湿度数据传输给主控制器的空气湿度传感器、用于采集大棚内空气中的二氧化碳含量数据并将二氧化碳含量数据传输给主控制器的二氧化碳检测传感器、用于采集大棚内的空气压力数据并将空气压力数据传输给主控制器的空气压力传感器、用于对大棚内的空气产生风力的风机、对风机产生的风力进行检测的风速传感器、用于采集大棚内的光照强度数据的光照强度传感器、用于对藏红花或西红花培育过程中的生长状态进行摄像并将摄像采集得到的生长状态图像数据传输给主控制器的摄像头、与主控制器连接的后台监控中心，土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH值检测传感器、土壤养分检测传感器均设在土壤中，空气温度传感器、空气湿度传感器、二氧化碳检测传感器、空气压力传感器、风机、风速传感器、光照强度传感器、摄像头均设在大棚中，土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH值检测传感器、土壤养分检测传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、二氧化碳检测传感器、空气压力传感器、风机、风速传感器、光照强度传感器、摄像头均与主控制器连接，主控制器采用动态取样算法对接收到的数据进行预处理并得到预处理数据，主控制器通过加权平均算法对预处理数据进行数据处理，后台监控中心通过主控制器进行控制。

本发明的藏红花、西红花的智能培育系统还包括用于对土壤进行松土和/或注入营养液或清水的松土注液装置、用于将营养液或清水输送给松土注液装置的滴灌系统，松土注液装置、滴灌系统均与主控制器连接，滴灌系统与松土注液装置之间通过管路连通，松土注液装置可升降运动或可水平移动的固定连接在大棚上；主控制器对接收的数据进行数据处理，后台监控中心通过主控制器控制滴灌系统、松土注液装置和风机，滴灌系统通过管路向松土注液装置输送营养液或清水，松土注液装置对土壤进行松土作用和/或向土壤注入营养液或清水，通过风机产生的风力对大棚内的空气进行通风作用。

本发明的智能大棚监测控制系统还包括可打开或盖住大棚顶部的卷帘、用于对大棚内进行补偿光照强度并位于卷帘下面的补光灯，补光灯与主控制器连接，光照强度传感器设在大棚中，卷帘固定设在大棚顶部；若主控制器依据数据处理之后得到的光照强度数据判断藏红花或西红花处于光照强度不足的状态，则主控制器启动补光灯对大棚内进行补光作用。

本发明中，藏红花或西红花培育过程中的生长状态划分为四个阶段：发芽期、根茎叶生长期、开花期、结果期，通过摄像头对藏红花或西红花四个阶段的连续不间断的摄像并采集得到藏红花或西红花的不同阶段的生长状态图像数据，主控制器对接收到的生长状态图像数据进行数据处理并控制松土注液装置、滴灌系统、风机、补光灯。

本发明的智能大棚监测控制系统还包括紫外杀菌灯、杀虫灯、粘虫板，紫外杀菌灯、杀虫灯均设在大棚中，粘虫板插在土壤中，杀虫灯与粘虫板的组合实现对大棚内的灭虫功能，紫外杀菌灯具有杀菌消毒功能。

作为优选，土壤温度传感器的测量精度为±0.2℃；土壤湿度传感器的测量精度为±3％；土壤PH值检测传感器的测量精度为±0.02pH。

作为优选，空气温度传感器的测量精度为±0.2℃，分辨率为0.1℃；空气湿度传感器的测量精度为±3％，分辨率为0.1％；气压传感器的测量精度为±0.5KPa；风速传感器的精度为±1m/s，风机产生的风力为0.2-1.0m/s；光照强度传感器的测量精度为±5％。

作为优选，大棚设有围绕在大棚四周的温室，温室包括固定设在大棚外侧的外壁、固定设在大棚内侧的内壁、固定设在外壁与内壁之间的保温层。由外壁、保温层、内壁组合结构形成的温室，进一步提高了大棚的温度控制的效果。

作为优选，松土注液装置包括可升降运动或可水平移动的固定连接在大棚上的第一驱动机构、可上下运动的固定设在第一驱动机构中并由第一驱动机构驱动的松土注液杆，第一驱动机构与主控制器连接，滴灌系统与松土注液杆的内部中空之间通过管路连通，松土注液杆下部设有倒锥形头部，倒锥形头部四周均匀分布设有与松土注液杆的内部中空连通的注液通孔；第一驱动机构驱动松土注液杆向下运动并通过倒锥形头部插入土壤中，从而松土注液杆对土壤进行松土作用；滴灌系统通过管路向松土注液杆的内部中空输送营养液或清水，从而营养液或清水通过注液通孔从松土注液杆的内部中空注入土壤中。倒锥形头部的设置，既有助于松土注液杆更容易且更顺畅地插入土壤中，又有助于当电磁泵将营养液或清水抽入松土注液杆的内部中空时使得营养液或清水通过注液通孔产生喷洒效果。

作为优选，松土注液装置还包括与松土注液杆顶部固定连接的第一电机，第一电机与主控制器连接，第一电机对松土注液杆进行振动作用，从而插入土壤中的倒锥形头部对土壤进行松土作用。采用能产生轻微振动作用的第一电机，通过振动方式产生的轻微振动作用，进一步提高了对土壤进行松土作用的松土效果和效率。

作为优选，第一驱动机构包括可升降运动或可水平移动的固定连接在大棚上的气缸、可上下运动的套设在气缸中的活塞杆、固定设在气缸上的第一导向筒，气缸与主控制器连接，活塞杆穿过第一导向筒并沿第一导向筒上下运动，松土注液杆可上下运动的固定连接在两个活塞杆之间。第一导向筒的设置，使得活塞杆在升降运动过程中被限定在第一导向筒中，避免了活塞杆升降过程中出现摇晃、晃动、摆动甚至摇摆的情况，提高了第一驱动机构整体工作的平稳性和牢靠性。

作为优选，第一驱动机构还包括固定连接在两个活塞杆之间并随两个活塞杆上下运动的横梁、固定连接在横梁中间并随横梁上下运动的调节块、固定设在调节块下面并托住调节块的第二导向筒、固定设在调节块上面并压住调节块的固定块，松土注液杆上部通过第二导向筒和固定块可上下移动的固定套设在调节块中；调节块设有滑动槽，第二导向筒顶部设有与滑动槽相配合并沿滑动槽的槽壁水平滑动的凸起部。横梁、调节块再配合第一导向筒形成的组合结构设置，进一步提高了第一驱动机构整体工作的平稳性和牢靠性；第二导向筒、固定块再配合横梁、调节块、第一导向筒形成的组合结构设置，进一步提高了第一驱动机构整体工作的平稳性和牢靠性；滑动槽与凸起部的组合结构设置，使得固定块与第二导向筒带动松土注液杆并将松土注液杆限制在调节块的滑动槽中且沿滑动槽水平方向滑动，以便能调节至少两个松土注液杆之间的间距，使得两个松土注液杆之间的间距与两株藏红花或西红花之间的株距完全一致，从而实现了能根据土壤中种植的一行行的藏红花或西红花中两株藏红花或西红花的株距来灵活调节至少两个松土注液杆之间的距离以适应两株藏红花或西红花的株距。

作为优选，松土注液装置还包括可升降运动或可水平移动的固定连接在大棚上并带动两个气缸水平移动的第二驱动机构，第二驱动机构包括可升降运动或可水平运动的固定连接在大棚上的支撑架、可水平移动的固定连接在支撑架上的滑板、可水平移动的固定设在滑板前面并水平横向设置的横杆、固定设在滑板后面的滑块、可水平移动的套设在滑块中的横向丝杠、固定设在支撑架上并驱动横向丝杠水平移动的第二电机，第二电机与主控制器连接，支撑架固定设有与横向丝杠平行设置的两根平衡杆，横向丝杠位于两根平衡杆的中间位置，两个气缸固定设在横杆上。滑板、滑块、横向丝杠、横杆的传动组合，既大大提高了滑板及横杆水平移动的精确定位，又大大提高了第二驱动机构的牢靠性和工作平稳性；两根平衡杆的设置，使得滑板及横杆在水平移动过程中更平稳、更牢靠。

本发明中，若系统检测需要对土壤进行松土作用以及向土壤注入营养液或清水时，主控制器启动气缸，气缸驱动活塞杆沿第一导向筒向下运动，活塞杆带动横梁和调节块同时向下运动，调节块带动松土注液杆沿第二导向筒向下运动，直到松土注液杆的倒锥形头部插入藏红花或西红花所在的土壤中；在倒锥形头部插入土壤的同时，主控制器启动第一电机，第一电机对松土注液杆产生振动作用，松土注液杆的振动作用对土壤进行松土作用；当松土注液杆完成一个插入土壤动作之后，气缸驱动活塞杆沿第一导向筒向上运动，活塞杆带动横梁和调节块同时向上运动，调节块带动松土注液杆沿第二导向筒向上运动，直到松土注液杆的倒锥形头部从藏红花或西红花所在的土壤中拔出，使得松土注液杆能进行下一次插入土壤的动作；主控制器启动第二电机，第二电机驱动横向丝杠水平移动，横向丝杠带动滑块同时水平移动，滑块带动滑板同时水平移动，滑板带动支撑架同时水平移动，支撑架带动两个气缸、活塞杆及松土注液杆同时水平移动，从而支撑架再次通过水平移动的支撑架对松土注液杆进行水平位置微调并再次对准下一次需进行松土作用或注入营养液或清水的藏红花或西红花所在的土壤。

作为优选，松土注液装置还包括可水平滑动的固定设在大棚上的两对滑轮、固定设在两对滑轮之间并由两对滑轮带动水平移动的支撑座、固定连接在支撑座上并通过转轴驱动两对滑轮沿设置于大棚上的轨道水平滑动的第三驱动机构、固定设在支撑座两侧并正对的各一个支座、可升降运动的固定设在支座底部的升降机构，第三驱动机构、升降机构均与主控制器连接，支撑架可升降运动的固定连接在升降机构上。支撑座与支座的组合结构设置，保证了滑轮、第三驱动机构和升降机构的工作牢靠性和平稳性。

作为优选，升降机构包括可转动的固定连接在两个支座之间的连接杆、固定设在连接杆上并驱动连接杆转动的第三电机、固定设在支座上的外壳、固定设在外壳内并可旋转的固定套设在连接杆中的蜗轮、可升降运动的固定套设在蜗轮中的蜗杆，支撑架固定设在蜗杆底部；第三驱动机构包括固定套设在转轴上并带动转轴转动的从动轮、与从动轮配合并带动从动轮转动的主动轮、与主动轮固定连接并驱动主动轮转动的第四电机，两对滑轮可沿轨道水平滑动的固定套设在转轴中，第四电机固定设在支撑座上，第四电机与主控制器连接。外壳具有保护蜗轮与蜗杆的功能，避免了蜗轮与蜗杆工作过程中发生磕碰而导致蜗轮与蜗杆被破坏的情况；系统启动之后，当需要调整松土注液杆的高低位置以便能将松土注液杆更精确地定位在藏红花或西红花所在的土壤上方时，则通过主控制器启动第三电机，第三电机驱动连接杆转动，连接杆带动蜗轮同时旋转，蜗轮带动蜗杆同时向下运动，从而使得设置在蜗杆底部的支撑架相对支撑座上下移动；通过第三电机带动连接杆转动，从而实现蜗轮的旋转及蜗杆的自动升降，通过升降机构实现了对松土注液杆的自动升降功能。

作为优选，滴灌系统包括储存有营养液的第一储液罐、第一电磁阀、第一电磁流量计、储存有清水的第二储液罐、第二电磁阀、第二电磁流量计、电磁泵，第一电磁阀、第一电磁流量计、第二电磁阀、第二电磁流量计、电磁泵均与主控制器连接，第一储液罐、第一电磁阀、第一电磁流量计、电磁泵通过管路依次连接，第二储液罐、第二电磁阀、第二电磁流量计、电磁泵通过管路依次连接，电磁泵通过管路与松土注液杆连接并向松土注液杆的内部中空输送营养液或清水，营养液或清水从倒锥形头部的注液通孔注入土壤中。当主控制器检测得到需要向土壤中注入营养液时，主控制器启动电磁泵的同时打开第一电磁阀且关闭第二电磁阀，电磁泵通过管路将第一储液罐中的营养液抽入松土注液杆的内部中空，营养液通过倒锥形头部的注液通孔注入土壤中；当主控制器检测得到只需要向土壤中注入清水而不必注入营养液时，主控制器启动电磁泵的同时打开第二电磁阀且关闭第一电磁阀，电磁泵通过管路将第二储液罐中的清水抽入松土注液杆的内部中空，清水通过倒锥形头部的注液通孔注入土壤中。

本发明中，后台监控中心与主控制器对松土注液装置、滴灌系统和风机的控制过程如下：

土壤温度传感器采集得到土壤温度数据，并将土壤温度数据传输给主控制器；土壤湿度传感器采集得到土壤湿度数据，并将土壤湿度数据传输给主控制器；土壤PH值检测传感器采集得到土壤PH值数据，并将土壤PH值数据传输给主控制器；土壤养分检测传感器采集得到土壤养分数据，并将土壤养分数据传输给主控制器；空气温度传感器采集得到大棚内的空气温度数据，并将空气温度数据传输给主控制器；空气湿度传感器采集得到大棚内的空气湿度数据，并将空气湿度数据传输给主控制器；二氧化碳检测传感器采集得到大棚内空气中的二氧化碳含量数据，并将二氧化碳含量数据传输给主控制器；空气压力传感器采集得到大棚内的空气压力数据，并将空气压力数据传输给主控制器；

主控制器对接收到的土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤PH值数据、土壤养分数据、空气温度数据、空气湿度数据、二氧化碳含量数据、空气压力数据分别进行数据处理，再将数据处理之后得到的相对应的土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤PH值数据、土壤养分数据、空气温度数据、空气湿度数据、二氧化碳含量数据、空气压力数据分别与后台监控中心预先设定的阈值进行对比并得到对比结果，然后主控制器依据对比结果控制滴灌系统、松土注液装置和风机；

通过松土注液装置对土壤进行松土作用：主控制器启动第四电机，第四电机驱动主动轮转动，主动轮带动从动轮同时转动，从动轮带动转轴同时转动，转轴带动两对滑轮沿轨道同时水平滑动，两对滑轮带动支撑座同时水平移动，支撑座带动支撑架同时水平移动，支撑架带动两个气缸、活塞杆及松土注液杆同时水平移动，从而通过水平移动的支撑架将松土注液杆调节并定位在土壤中的一行行种植的藏红花或西红花的上方；

主控制器启动第三电机，第三电机驱动连接杆转动，连接杆带动蜗轮同时旋转，蜗轮带动螺杆同时向下运动或向上运动，螺杆带动支撑架同时向下运动或向上运动，支撑架带动松土注液杆同时向下运动或向上运动，向下运动或向上运动的松土注液杆靠近或远离下方的土壤；

主控制器启动第二电机，第二电机驱动横向丝杠水平移动，横向丝杠带动滑块同时水平移动，滑块带动滑板同时水平移动，滑板带动支撑架同时水平移动，支撑架带动两个气缸、活塞杆及松土注液杆同时水平移动，从而支撑架再次通过水平移动的支撑架对松土注液杆进行水平位置微调并对准下面藏红花或西红花所在的土壤；

主控制器启动气缸，气缸驱动活塞杆沿第一导向筒向下运动或向上运动，活塞杆带动横梁和调节块同时向下运动或向上运动，调节块带动松土注液杆沿第二导向筒向下运动或向上运动，直到松土注液杆的倒锥形头部插入藏红花或西红花所在的土壤中或从藏红花或西红花所在的土壤中拔出；在倒锥形头部插入土壤的同时，主控制器启动第一电机，第一电机对松土注液杆进行振动作用，倒锥形头部将振动作用同时传导到土壤中，从而松土注液杆完成对土壤的松土作用；在倒锥形头部拔出土壤的同时，主控制器关闭第一电机；

通过滴灌系统和松土注液杆向土壤注入营养液或清水：主控制器启动电磁泵的同时打开第一电磁阀且关闭第二电磁阀，电磁泵通过管路将第一储液罐中的营养液抽入松土注液杆的内部中空，营养液通过倒锥形头部的注液通孔注入土壤中；主控制器启动电磁泵的同时打开第二电磁阀且关闭第一电磁阀，电磁泵通过管路将第二储液罐中的清水抽入松土注液杆的内部中空，清水通过倒锥形头部的注液通孔注入土壤中；

通过风机产生的风力对大棚内的空气进行通风作用：主控制器启动风机，风机产生的风力对大棚内的空气进行通风作用，从而促进种植在土壤中的藏红花或西红花的呼吸作用。

一种藏红花、西红花的智能培育方法，包括如下步骤：主控制器对预处理数据进行数据处理的加权平均算法，加权平均算法包括如下步骤：

步骤一：分别设置土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤PH值数据、二氧化碳含量数据组合的权重W1为40％、土壤养分数据的权重W2为30％、生长状态图像数据的权重W3为30％；

步骤二：根据实时采集的土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤PH值数据、二氧化碳含量数据组合的数据X1、土壤养分数据X2、生长状态图像数据X3与其所占权重，计算出加权平均值P，P＝X1×W1+X2×W2+X3×W3/W1+W2+W3；

步骤三：根据所测加权平均值P与正常加权平均值P0比较，判断有无异常，若超过正负偏差20，则判断结果为异常Y1，否则为Y0；

步骤四：根据当前的工作状态，计算在单位时间内，累计采集N次所得的加权平均值P之和再除以N所得计算平均值PP；

步骤五：再计算平均值PP与正常加权平均值P0比较，即可确定最终的结果，异常为YY，否则为Y；

其中，土壤温度传感器采集得到土壤温度数据，并将土壤温度数据传输给主控制器；土壤湿度传感器采集得到土壤湿度数据，并将土壤湿度数据传输给主控制器；土壤PH值检测传感器采集得到土壤PH值数据，并将土壤PH值数据传输给主控制器；土壤养分检测传感器采集得到土壤养分数据，并将土壤养分数据传输给主控制器；二氧化碳检测传感器采集得到大棚内空气中的二氧化碳含量数据，并将二氧化碳含量数据传输给主控制器；摄像头对藏红花或西红花培育过程中的生长状态进行摄像，并将摄像采集得到的生长状态图像数据传输给主控制器。

作为优选，还包括主控制器对接收到的数据进行预处理并得到预处理数据的动态取样算法，动态取样算法通过如下Y_n函数进行数据预处理：

其中，Y_n为第n次采样的权值输出；X_n为第n次采样值；X_n-1为第n-1次采样值；ΔX为采样允许的最大权值偏差值。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：采用传感器技术、加权平均算法和动态取样算法，实现了对种植在大棚内的藏红花、西红花的精确控制，通过后台监控中心对大棚内的土壤和空气环境进行自动控制，又通过主控制器自动控制滴灌系统和松土注液装置以及风机对土壤进行松土作用和注入营养液或清水以及对大棚内进行通风作用，大大提高了对种植在大棚内的藏红花或西红花的培育过程中的精确性，使得在相同时间内与现有技术相比能大幅提高藏红花或西红花种植的培育产量和培育质量；又通过第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、升降机构、松土注液杆组合结构设置形成的松土注液装置，既大大提高了松土注液装置工作过程中的精确性和定位功能，又大大提高了系统整体的工作平稳性和牢靠性；该系统设计合理，具有较高的控制精确性，松土注液装置结构紧凑，充分利用了大棚内的空间位置，具有较高使用价值且节能环保，适合推广应用。

附图说明

图1为本发明的智能大棚监测控制系统实施例的结构示意图。

图2为本发明的智能大棚监测控制系统实施例的控制原理功能框图。

图3为本发明的第一驱动机构与第二驱动机构装配实施例的结构示意图。

图4为本发明的调节块与第二导向筒装配实施例的结构示意图。

图5为图4的分离结构示意图。

图6为本发明的支撑架固定连接在第三驱动机构上实施例的结构示意图。

图7为图6的正视图。

图8为本发明的温室实施例的结构示意图。

图9为本发明的滴灌系统对松土注液杆注入营养液或清水实施例的流程控制功能图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

智能大棚监测控制系统，如图1-9所示，包括大棚18、设在大棚18地面上并用于培育藏红花或西红花的土壤11、用于对系统进行自动控制的主控制器33、用于采集土壤温度数据并将土壤温度数据传输给主控制器33的土壤温度传感器17、用于采集土壤湿度数据并将土壤湿度数据传输给主控制器33的土壤湿度传感器17、用于采集土壤PH值数据并将土壤PH值数据传输给主控制器33的土壤PH值检测传感器12、用于采集土壤养分数据并将土壤养分数据传输给主控制器33的土壤养分检测传感器14、用于采集大棚18内的空气温度数据并将空气温度数据传输给主控制器33的空气温度传感器8、用于采集大棚18内的空气湿度数据并将空气湿度数据传输给主控制器33的空气湿度传感器7、用于采集大棚18内空气中的二氧化碳含量数据并将二氧化碳含量数据传输给主控制器33的二氧化碳检测传感器6、用于采集大棚18内的空气压力数据并将空气压力数据传输给主控制器33的空气压力传感器5、用于对大棚18内的空气产生风力的风机19、对风机19产生的风力进行检测的风速传感器20、用于采集大棚18内的光照强度数据的光照强度传感器4、用于对藏红花或西红花培育过程中的生长状态进行摄像并将摄像采集得到的生长状态图像数据传输给主控制器33的摄像头9、与主控制器33连接的后台监控中心21，土壤温度传感器17、土壤湿度传感器17、土壤PH值检测传感器12、土壤养分检测传感器14均设在土壤11中，空气温度传感器8、空气湿度传感器7、二氧化碳检测传感器6、空气压力传感器5、风机19、风速传感器20、光照强度传感器4、摄像头9均设在大棚18中，土壤温度传感器17、土壤湿度传感器17、土壤PH值检测传感器12、土壤养分检测传感器14、空气温度传感器8、空气湿度传感器7、二氧化碳检测传感器6、空气压力传感器5、风机19、风速传感器20、光照强度传感器4、摄像头9均与主控制器33连接；主控制器33采用动态取样算法对接收到的数据进行预处理并得到预处理数据，主控制器33通过加权平均算法对预处理数据进行数据处理，后台监控中心21通过主控制器33进行控制。

本发明的藏红花、西红花的智能培育系统还包括用于对土壤进行松土和/或注入营养液或清水的松土注液装置13、用于将营养液或清水输送给松土注液装置13的滴灌系统，松土注液装置13、滴灌系统均与主控制器33连接，滴灌系统与松土注液装置13之间通过管路连通，松土注液装置13可升降运动或可水平移动的固定连接在大棚18上；主控制器33对接收的数据进行数据处理，后台监控中心21通过主控制器33控制滴灌系统、松土注液装置33和风机19，滴灌系统通过管路向松土注液装置13输送营养液或清水，松土注液装置13对土壤11进行松土作用和/或向土壤11注入营养液或清水，通过风机19产生的风力对大棚18内的空气进行通风作用。

本发明的智能大棚监测控制系统还包括可打开或盖住大棚顶部的卷帘10、用于对大棚内进行补偿光照强度并位于卷帘10下面的补光灯3，补光灯与主控制器连接，光照强度传感器4设在大棚中，卷帘10固定设在大棚顶部；若主控制器依据数据处理之后得到的光照强度数据判断藏红花或西红花处于光照强度不足的状态，则主控制器启动补光灯3对大棚内进行补光作用。

本发明中，藏红花或西红花培育过程中的生长状态划分为四个阶段：发芽期、根茎叶生长期、开花期、结果期，通过摄像头9对藏红花或西红花四个阶段的连续不间断的摄像并采集得到藏红花或西红花的不同阶段的生长状态图像数据，主控制器对接收到的生长状态图像数据进行数据处理并控制松土注液装置13、滴灌系统、风机19、补光灯3。

本发明的智能大棚监测控制系统还包括紫外杀菌灯2、杀虫灯1、粘虫板15，紫外杀菌灯2、杀虫灯1均设在大棚中，粘虫板15插在土壤中，杀虫灯1与粘虫板15的组合实现对大棚内的灭虫功能，紫外杀菌灯2具有杀菌消毒功能。

本实施例中，松土注液装置13包括可升降运动或可水平移动的固定连接在大棚18上的第一驱动机构、可上下运动的固定设在第一驱动机构中并由第一驱动机构驱动的松土注液杆36，第一驱动机构与主控制器33连接，滴灌系统与松土注液杆36的内部中空之间通过管路连通，松土注液杆36下部设有倒锥形头部360，倒锥形头部360四周均匀分布设有与松土注液杆36的内部中空连通的注液通孔3600；第一驱动机构驱动松土注液杆36向下运动并通过倒锥形头部360插入土壤11中，从而松土注液杆36对土壤11进行松土作用；滴灌系统通过管路向松土注液杆36的内部中空输送营养液或清水，从而营养液或清水通过注液通孔3600从松土注液杆36的内部中空注入土壤11中。

本实施例中，松土注液装置13还包括与松土注液杆36顶部固定连接的第一电机31，第一电机31与主控制器33连接，第一电机31对松土注液杆36进行振动作用，从而插入土壤11中的倒锥形头部360对土壤11进行松土作用。

本实施例中，第一驱动机构包括可升降运动或可水平移动的固定连接在大棚18上的气缸32、可上下运动的套设在气缸32中的活塞杆35、固定设在气缸32上的第一导向筒34，气缸32与主控制器33连接，活塞杆35穿过第一导向筒34并沿第一导向筒34上下运动，松土注液杆36可上下运动的固定连接在两个活塞杆35之间。

本实施例中，第一驱动机构还包括固定连接在两个活塞杆35之间并随两个活塞杆35上下运动的横梁41、固定连接在横梁41中间并随横梁41上下运动的调节块38、固定设在调节块38下面并托住调节块38的第二导向筒37、固定设在调节块38上面并压住调节块38的固定块39，松土注液杆36上部通过第二导向筒37和固定块39可上下移动的固定套设在调节块38中；调节块38设有滑动槽380，第二导向筒37顶部设有与滑动槽380相配合并沿滑动槽380的槽壁水平滑动的凸起部370。

本实施例中，松土注液装置13还包括可升降运动或可水平移动的固定连接在大棚18上并带动两个气缸32水平移动的第二驱动机构，第二驱动机构包括可升降运动或可水平运动的固定连接在大棚18上的支撑架46、可水平移动的固定连接在支撑架46上的滑板44、可水平移动的固定设在滑板44前面并水平横向设置的横杆41、固定设在滑板44后面的滑块45、可水平移动的套设在滑块45中的横向丝杠42、固定设在支撑架46上并驱动横向丝杠42水平移动的第二电机30，第二电机30与主控制器33连接，支撑架46固定设有与横向丝杠42平行设置的两根平衡杆43，横向丝杠42位于两根平衡杆43的中间位置，两个气缸32固定设在横杆41上。

本发明中，若系统检测需要对土壤进行松土作用以及向土壤注入营养液或清水时，主控制器启动气缸，气缸驱动活塞杆沿第一导向筒向下运动，活塞杆带动横梁和调节块同时向下运动，调节块带动松土注液杆沿第二导向筒向下运动，直到松土注液杆的倒锥形头部插入藏红花或西红花所在的土壤中；在倒锥形头部插入土壤的同时，主控制器启动第一电机，第一电机对松土注液杆产生振动作用，松土注液杆的振动作用对土壤进行松土作用；当松土注液杆完成一个插入土壤动作之后，气缸驱动活塞杆沿第一导向筒向上运动，活塞杆带动横梁和调节块同时向上运动，调节块带动松土注液杆沿第二导向筒向上运动，直到松土注液杆的倒锥形头部从藏红花或西红花所在的土壤中拔出，使得松土注液杆能进行下一次插入土壤的动作；主控制器启动第二电机，第二电机驱动横向丝杠水平移动，横向丝杠带动滑块同时水平移动，滑块带动滑板同时水平移动，滑板带动支撑架同时水平移动，支撑架带动两个气缸、活塞杆及松土注液杆同时水平移动，从而支撑架再次通过水平移动的支撑架对松土注液杆进行水平位置微调并再次对准下一次需进行松土作用或注入营养液或清水的藏红花或西红花所在的土壤。

本实施例中，松土注液装置13还包括可水平滑动的固定设在大棚18上的两对滑轮51、固定设在两对滑轮51之间并由两对滑轮51带动水平移动的支撑座52、固定连接在支撑座52上并通过转轴56驱动两对滑轮51沿设置于大棚18上的轨道180水平滑动的第三驱动机构、固定设在支撑座52两侧并正对的各一个支座50、可升降运动的固定设在支座50底部的升降机构，第三驱动机构、升降机构均与主控制器33连接，支撑架46可升降运动的固定连接在升降机构上。

本实施例中，升降机构包括可转动的固定连接在两个支座50之间的连接杆47、固定设在连接杆47上并驱动连接杆47转动的第三电机29、固定设在支座50上的外壳53、固定设在外壳53内并可旋转的固定套设在连接杆47中的蜗轮49、可升降运动的固定套设在蜗轮49中的蜗杆48，支撑架46固定设在蜗杆48底部；第三驱动机构包括固定套设在转轴56上并带动转轴56转动的从动轮55、与从动轮55配合并带动从动轮55转动的主动轮54、与主动轮54固定连接并驱动主动轮54转动的第四电机28，两对滑轮51可沿轨道180水平滑动的固定套设在转轴56中，第四电机28固定设在支撑座52上，第四电机28与主控制器33连接。

本实施例中，系统启动之后，当需要调整松土注液杆的高低位置以便能将松土注液杆更精确地定位在藏红花或西红花所在的土壤上方时，则通过主控制器启动第三电机，第三电机驱动连接杆转动，连接杆带动蜗轮同时旋转，蜗轮带动蜗杆同时向下运动，从而使得设置在蜗杆底部的支撑架相对支撑座上下移动；通过第三电机带动连接杆转动，从而实现蜗轮的旋转及蜗杆的自动升降，通过升降机构实现了对松土注液杆的自动升降功能。

本实施例中，滴灌系统包括储存有营养液的第一储液罐57、第一电磁阀26、第一电磁流量计25、储存有清水的第二储液罐58、第二电磁阀24、第二电磁流量计23、电磁泵27，第一电磁阀26、第一电磁流量计25、第二电磁阀24、第二电磁流量计23、电磁泵27均与主控制器33连接，第一储液罐57、第一电磁阀26、第一电磁流量计25、电磁泵27通过管路依次连接，第二储液罐58、第二电磁阀24、第二电磁流量计23、电磁泵27通过管路依次连接，电磁泵27通过管路与松土注液杆36连接并向松土注液杆36的内部中空输送营养液或清水，营养液或清水从倒锥形头部360的注液通孔3600注入土壤11中。

一种藏红花、西红花的智能培育方法，包括主控制器对预处理数据进行数据处理的加权平均算法，加权平均算法包括如下步骤：

步骤一：分别设置土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤PH值数据、二氧化碳含量数据组合的权重W1为40％、土壤养分数据的权重W2为30％、生长状态图像数据的权重W3为30％；

步骤二：根据实时采集的土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤PH值数据、二氧化碳含量数据组合的数据X1、土壤养分数据X2、生长状态图像数据X3与其所占权重，计算出加权平均值P，P＝(X1×W1+X2×W2+X3×W3)/(W1+W2+W3)；

步骤三：根据所测加权平均值P与正常加权平均值P0比较，判断有无异常，若超过正负偏差20，则判断结果为异常Y1，否则为Y0；

步骤四：根据当前的工作状态，计算在单位时间内，累计采集N次所得的加权平均值P之和再除以N所得计算平均值PP；

步骤五：再计算平均值PP与正常加权平均值P0比较，即可确定最终的结果，异常为YY，否则为Y；

其中，土壤温度传感器17采集得到土壤温度数据，并将土壤温度数据传输给主控制器33；土壤湿度传感器17采集得到土壤湿度数据，并将土壤湿度数据传输给主控制器33；土壤PH值检测传感器12采集得到土壤PH值数据，并将土壤PH值数据传输给主控制器33；土壤养分检测传感器14采集得到土壤养分数据，并将土壤养分数据传输给主控制器33；二氧化碳检测传感器6采集得到大棚18内空气中的二氧化碳含量数据，并将二氧化碳含量数据传输给主控制器33；摄像头9对藏红花或西红花培育过程中的生长状态进行摄像，并将摄像采集得到的生长状态图像数据传输给主控制器33。

本实施例中，还包括主控制器对接收到的数据进行预处理并得到预处理数据的动态取样算法，动态取样算法通过如下Y_n函数进行数据预处理：

其中，Y_n为第n次采样的权值输出；X_n为第n次采样值；X_n-1为第n-1次采样值；ΔX为采样允许的最大权值偏差值。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种藏红花、西红花的智能培育系统，其特征在于：包括大棚(18)、设在大棚(18)地面上并用于培育藏红花或西红花的土壤(11)、用于对系统进行自动控制的主控制器(33)、用于采集土壤温度数据并将土壤温度数据传输给主控制器(33)的土壤温度传感器(17)、用于采集土壤湿度数据并将土壤湿度数据传输给主控制器(33)的土壤湿度传感器(17)、用于采集土壤PH值数据并将土壤PH值数据传输给主控制器(33)的土壤PH值检测传感器(12)、用于采集土壤养分数据并将土壤养分数据传输给主控制器(33)的土壤养分检测传感器(14)、用于采集大棚(18)内的空气温度数据并将空气温度数据传输给主控制器(33)的空气温度传感器(8)、用于采集大棚(18)内的空气湿度数据并将空气湿度数据传输给主控制器(33)的空气湿度传感器(7)、用于采集大棚(18)内空气中的二氧化碳含量数据并将二氧化碳含量数据传输给主控制器(33)的二氧化碳检测传感器(6)、用于采集大棚(18)内的空气压力数据并将空气压力数据传输给主控制器(33)的空气压力传感器(5)、用于对大棚(18)内的空气产生风力的风机(19)、对风机(19)产生的风力进行检测的风速传感器(20)、用于采集大棚(18)内的光照强度数据的光照强度传感器(4)、用于对藏红花或西红花培育过程中的生长状态进行摄像并将摄像采集得到的生长状态图像数据传输给主控制器(33)的摄像头(9)、与主控制器(33)连接的后台监控中心(21)，土壤温度传感器(17)、土壤湿度传感器(17)、土壤PH值检测传感器(12)、土壤养分检测传感器(14)均设在土壤(11)中，空气温度传感器(8)、空气湿度传感器(7)、二氧化碳检测传感器(6)、空气压力传感器(5)、风机(19)、风速传感器(20)、光照强度传感器(4)、摄像头(9)均设在大棚(18)中，土壤温度传感器(17)、土壤湿度传感器(17)、土壤PH值检测传感器(12)、土壤养分检测传感器(14)、空气温度传感器(8)、空气湿度传感器(7)、二氧化碳检测传感器(6)、空气压力传感器(5)、风机(19)、风速传感器(20)、光照强度传感器(4)、摄像头(9)均与主控制器(33)连接；主控制器(33)采用动态取样算法对接收到的数据进行预处理并得到预处理数据，主控制器(33)通过加权平均算法对预处理数据进行数据处理，后台监控中心(21)通过主控制器(33)进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种藏红花、西红花的智能培育系统，其特征在于：土壤温度传感器的测量精度为±0.2℃；土壤湿度传感器的测量精度为±3％；土壤PH值检测传感器的测量精度为±0.02pH。

3.根据权利要求1或2所述的一种藏红花、西红花的智能培育系统，其特征在于：空气温度传感器的测量精度为±0.2℃，分辨率为0.1℃；空气湿度传感器的测量精度为±3％，分辨率为0.1％；气压传感器的测量精度为±0.5KPa；风速传感器的精度为±1m/s，风机产生的风力为0.2-1.0m/s；光照强度传感器的测量精度为±5％。

4.根据权利要求3所述的一种藏红花、西红花的智能培育系统，其特征在于：大棚设有围绕在大棚四周的温室，温室包括固定设在大棚外侧的外壁、固定设在大棚内侧的内壁、固定设在外壁与内壁之间的保温层。

5.一种藏红花、西红花的智能培育方法，其特征在于：包括主控制器对预处理数据进行数据处理的加权平均算法，加权平均算法包括如下步骤：

步骤一：分别设置土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤PH值数据、二氧化碳含量数据组合的权重W1为40％、土壤养分数据的权重W2为30％、生长状态图像数据的权重W3为30％；

步骤二：根据实时采集的土壤温度数据、土壤湿度数据、土壤PH值数据、二氧化碳含量数据组合的数据X1、土壤养分数据X2、生长状态图像数据X3与其所占权重，计算出加权平均值P，P＝(X1×W1+X2×W2+X3×W3)/(W1+W2+W3)；

步骤三：根据所测加权平均值P与正常加权平均值P0比较，判断有无异常，若超过正负偏差20，则判断结果为异常Y1，否则为Y0；

步骤四：根据当前的工作状态，计算在单位时间内，累计采集N次所得的加权平均值P之和再除以N所得计算平均值PP；

步骤五：再计算平均值PP与正常加权平均值P0比较，即可确定最终的结果，异常为YY，否则为Y；

其中，土壤温度传感器(17)采集得到土壤温度数据，并将土壤温度数据传输给主控制器(33)；土壤湿度传感器(17)采集得到土壤湿度数据，并将土壤湿度数据传输给主控制器(33)；土壤PH值检测传感器(12)采集得到土壤PH值数据，并将土壤PH值数据传输给主控制器(33)；土壤养分检测传感器(14)采集得到土壤养分数据，并将土壤养分数据传输给主控制器(33)；二氧化碳检测传感器(6)采集得到大棚(18)内空气中的二氧化碳含量数据，并将二氧化碳含量数据传输给主控制器(33)；摄像头(9)对藏红花或西红花培育过程中的生长状态进行摄像，并将摄像采集得到的生长状态图像数据传输给主控制器(33)。

6.根据权利要求5所述的一种藏红花、西红花的智能培育方法，其特征在于：还包括主控制器对接收到的数据进行预处理并得到预处理数据的动态取样算法，动态取样算法通过如下Y_n函数进行数据预处理：

其中，Y_n为第n次采样的权值输出；X_n为第n次采样值；X_n-1为第n-1次采样值；ΔX为采样允许的最大权值偏差值。