CN109975486A - 探究环境对植物生长过程影响的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了探究环境对植物生长过程影响的装置及方法，该装置包括水壶模型、光源模型、智能终端和AR平台；水壶模型的水壶瓶身靠近壶嘴处设置倾角传感器；当水壶模型倾斜倒水时，第一单片机实时读取倾斜角度计算出水流量。光源模型包括光强传感器，光强传感器通过调节内部接入电阻的大小，控制电流的大小，第二单片机实时获取电流，根据电流大小得出光照强度的状态。基于本发明提出的装置，还提出了探究环境对植物生长过程影响的方法。本发明针对植物生长影响最大的两个因素，光照和水分，提出了在实验室系统下的实物套件。通过传感器设计，将水流量和电流量化，作用于植物上，利用AR平台实时显示环境因素对植物生命活动的影响。

Description

探究环境对植物生长过程影响的装置及方法

技术领域

本发明涉及研究环境对植物生产影响的技术领域，具体提供了探究环境对植物生长过程影响的装置及方法。

背景技术

适宜的环境是植物生存的必要条件，外部环境对植物的生产过程产生巨大的影响。在植物赖以生存的自然环境中，包含着几个影响植物生长的重要因子，如空气(氧和二氧化碳)、光、热、水和无机盐(养料)等因素，对绿色植物的生存是缺一不可的，它们是绿色植物的生存条件，称为作物生长要素。例如，绿色植物中含有叶绿素，必需在阳光的照射下，才能将水分和空气中的二氧化碳，转变为植物生长所必需的有机物质，并且释放氧气。

但是在实验室系统下，如何针对外部环境，比如水、光照强度等对植物的生长产生影响进行研究，以及如何将植物的生长过程实时呈现出来是比较难实现的。在现有实验室系统中，如何实现将环境因子量化，以及环境因子量化数值的改变对植物生长产生的影响，通过虚拟系统显示出来成为需要解决的问题。

发明内容

针对以上缺点，本发明实施例提出了探究环境对植物生长过程影响的装置及方法。可以实时获取到环境因子的量化数值的改变，以及对植物产生的影响，通过虚拟系统将植物的生长过程呈现出来，方便实验室系统下研究环境因子对植物生长的影响。

探究环境对植物生长过程影响的装置，所述装置包括水壶模型、光源模型、智能终端和AR平台；

所述水壶模型的水壶瓶身靠近壶嘴处设置倾角传感器；所述倾角传感器内嵌入第一单片机；当所述水壶模型倾斜倒水时，所述第一单片机实时读取倾斜角度计算出水流量；

所述光源模型包括光强传感器和第二单片机；所述光强传感器通过调节内部接入电阻的大小，控制电流的大小；所述第二单片机实时获取电流，根据电流大小得出光照强度的状态；

所述第一单片机和第二单片机均通过WIFI与所述智能终端连接，所述第一单片机和第二单片机均与AR平台通信连接。

进一步的，所述第一单片机实时读取倾斜角度计算出水流量的公式为，所述水流量＝1/4π×r×r×v×time；

其中，所述r为壶嘴连接的管道管径；所述R的单位为m；所述v为水的流速；所述v的单位是m/s；所述time为浇灌时间；所述time的单位为s。

进一步的，所述光强传感器的内部电路包括电源、电流传感器、电流显示屏、环形电阻、电流表和灯泡；

所述电源依次通过电流传感器、电流显示屏、环形电阻的接触触点、电流表和灯泡串联。

进一步的，环形电阻的外部还设置有塑料外壳。

进一步的，所述第二单片机嵌入到所述电流传感器的内部。

进一步的，所述第二单片机实时获取电流，根据电流大小得出光照强度的状态的方法为；所述第二单片机采用Illumination函数得出光照强度的状态。

探究环境对植物生长过程影响的方法是基于探究环境对植物生长过程影响的装置实现的，所述方法包括探究水流量对植物生长过程影响的方法和探究光照强度对植物生长过程影响的方法；

所述探究水流量对植物生长过程影响的方法包括通过改变水壶的倾斜角度，获取水流量的累加值，进而输出水流量；

所述探究光照强度对植物生长过程影响的方法包括通过旋转光源外壳调节接入环形电阻的大小，然后查看输出电流值的大小；根据电流大小得出光照强度的状态。

进一步的，所述探究水流量对植物生长过程影响的方法包括通过改变水壶的倾斜角度，获取水流量的累加值，进而输出水流量包括：

使水壶的倾斜角度大于10度，获取水流量的累加值，进而输出水流量；当水壶的倾斜角度大于60度时，水流速达到最大值，则新获取系统当前时间并且获取本次角度变化的时间差；

当水壶的倾斜角度大于0度且小于10，且倾斜角度持续减小，则输出倾斜角度过小的提示；

当水壶的倾斜角度等于0度且当前角度小于上一角度时，则表示结束倒水。

进一步的，所述探究光照强度对植物生长过程影响的方法包括通过旋转光源外壳调节接入环形电阻的大小，然后查看输出电流值的大小；根据电流大小得出光照强度的状态包括：

当电流输出值小于0.15A时，则输出光照强度弱；

当输出电流大于等于0.15A且小于0.2A时，则输出光照强度适宜；

当输出电流大于等于0.2A时，则输出光照强度强。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明实施例提出了探究环境对植物生长过程影响的装置及方法，该装置包括水壶模型、光源模型、智能终端和AR平台；水壶模型的水壶瓶身靠近壶嘴处设置倾角传感器；倾角传感器内嵌入第一单片机；当水壶模型倾斜倒水时，第一单片机实时读取倾斜角度计算出水流量；并把水流量的计算结果通过WIFI发送给智能终端，同时在AR平台呈现。光源模型包括光强传感器和第二单片机，光强传感器通过调节内部接入电阻的大小，控制电流的大小，第二单片机嵌入到电流传感器的内部，第二单片机实时获取电流大小，根据电流大小得出光照强度的状态，并把光照强度的状态通过WIFI发送给智能终端，同时在AR平台呈现。光强传感器的内部电路包括电源、电流传感器、电流显示屏、环形电阻、电流表和灯泡，电源依次通过电流传感器、电流显示屏、环形电阻的接触触点、电流表和灯泡串联。基于本发明提出的探究环境对植物生长过程影响的装置，还提出了探究环境对植物生长过程影响的方法。本发明针对植物生长影响最大的两个因素，光照和水分，提出了在实验室系统下的实物套件。通过传感器设计，将水流量和电流量化，作用于植物上，并且在智能终端中对所获得的数据进行判断，利用增强现实(AR)技术在本地显示器上实时显示环境因素对植物生命活动的影响。使实验的数据更加精确控制，实验效果更加直观。

附图说明

图1是本发明实施例1提出的探究环境对植物生长过程影响的装置示意图；

图2是基于本发明实施例1提出的水壶模型中倾角传感器内部结构及数据传输图；

图3是基于本发明实施例1提出的光源模型结构示意图；

图4是基于本发明实施例1提出的光源模型中光强传感器内部电路图；

图5是基于本发明实施例1提出的光源模型中光强传感器数据传输图；

图6是基于本发明实施例1提出的水壶模型对植物生长过程影响的方法流程图；

图7是基于本发明实施例1提出的光源模型对植物生长过程影响的方法流程图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

本发明实施例1提出了探究环境对植物生长过程影响的装置，该装置为实物套件，如图1所示是本发明实施例1提出的探究环境对植物生长过程影响的装置示意图；该装置包括水壶模型、光源模型、智能终端和AR平台；

水壶模型的水壶瓶身靠近壶嘴处设置倾角传感器；倾角传感器内嵌入第一单片机；当水壶模型倾斜倒水时，第一单片机实时读取倾斜角度计算出水流量。第一单片机通过WIFI与智能终端连接，第一单片机与AR平台通信连接。

本发明实施例1中第一单片机采用STM32开发板。如图2所示是基于本发明实施例1提出的水壶模型中倾角传感器内部结构及数据传输图。当水壶模型倾斜倒水时，开发板内部的单片机将实时读取角度数据调用Waterflow 函数，计算水流量，得到了水流量的大小，从而可以通过数据的改变了实验中水分变量，计算完成后，通过WIFI将结果发送给智能终端。智能终端选择本地计算机或者远程计算机。

水流量＝1/4π×r×r×v×time；

其中，r为壶嘴连接的管道管径；R的单位为m；v为水的流速；v的单位是m/s；time为浇灌时间；time的单位为s。

光源模型包括光强传感器和第二单片机，光强传感器通过调节内部接入电阻的大小，控制电流的大小，第二单片机嵌入到电流传感器的内部，第二单片机实时获取电流大小，根据电流大小得出光照强度的状态，并把光照强度的状态通过WIFI发送给智能终端，同时在AR平台呈现。如图3所示基于本发明实施例1提出的光源模型结构示意图；在控制光强时，用户旋转光源手电筒的外壳，当顺时针旋转时，电阻触点上移，电阻变小，可以使光照强度变强，手电筒外端显示屏电流值变大，当逆时针旋转时，电阻触点下移，电阻变大，光照强度变弱，显示屏显示的电流值减小，当电阻触点移动到环形电阻接触触点外，电源关闭，显示屏数据为0。

如图4所示是基于本发明实施例1提出的光源模型中光强传感器内部电路图；光强传感器的内部电路包括电源、电流传感器、电流显示屏、环形电阻、电流表和灯泡，其中电源采用干电池，电源依次通过电流传感器、电流显示屏、环形电阻的接触触点、电流表和灯泡串联。环形电阻外部包裹塑料壳。

如图5所示基于本发明实施例1提出的光源模型中光强传感器数据传输图；其中第二单片机采用STM32开发板，第二单片机调用Illumination函数，得到光照强度的状态，之后将结果通过WIFI上传到智能终端，在AR设备上呈现出虚拟的植物生长状态。

基于本发明实施例1提出的探究环境对植物生长过程影响的装置，还提出了探究环境对植物生长过程影响的方法。

该方法包括探究水流量对植物生长过程影响的方法和探究光照强度对植物生长过程影响的方法；

探究水流量对植物生长过程影响的方法包括通过改变水壶的倾斜角度，获取水流量的累加值，进而输出水流量；

使水壶的倾斜角度大于10度，获取水流量的累加值，进而输出水流量；当水壶的倾斜角度大于60度时，水流速达到最大值，则新获取系统当前时间并且获取本次角度变化的时间差；

当水壶的倾斜角度大于0度且小于10，且倾斜角度持续减小，则输出倾斜角度过小的提示；

当水壶的倾斜角度等于0度时，则表示结束倒水。

探究光照强度对植物生长过程影响的方法包括通过旋转光源外壳调节接入环形电阻的大小，然后查看输出电流值的大小；根据电流大小得出光照强度的状态。

当电流输出值小于0.15A时，则输出光照强度弱；

当输出电流大于等于0.15A且小于0.2A时，则输出光照强度适宜；

当输出电流大于等于0.2A时，则输出光照强度强。

如图6是基于本发明实施例1提出的水壶模型对植物生长过程影响的方法流程图；

在步骤S601中，开始处理该流程；

在步骤S602中，倾斜水壶；

在步骤S603中，判断倾斜的角度是否大于10度；如果倾斜的角度大于10度，则执行步骤S604；如果倾斜的角度小于等于10度，则执行步骤S606；

在步骤S604中，获取水流量累加值。

在步骤S605中，输出水流量，然后返回步骤S602，在该步骤中，当水壶的倾斜角度大于60度时，水流速达到最大值，则新获取系统当前时间并且获取本次角度变化的时间差。

在步骤S606中，判断当前的角度是都大于上一角度，如果大于上一角度，则返回步骤S603；如果小于等于上一角度，则执行步骤S607；

在步骤S607中，判断当前角度是否为0，如果是0，则执行步骤S608；

在步骤S608中，整个流程结束。

如图7所示是基于本发明实施例1提出的光源模型对植物生长过程影响的方法流程图。

在步骤S701中，开始处理该流程；

在步骤S702中，旋转光源模型外壳；

在步骤S703中，判断显示屏是否有变化；如果显示屏有变化，怎执行步骤S705；如果显示屏没有变化，则执行步骤S704中。

在步骤S704中，继续旋转光源模型外壳。

在步骤S705中，继续调节光照强度；

在步骤S706中，第二单片机获取电流，并调用Illumination函数，得到光照强度的状态。当电流输出值小于0.15A时，则输出光照强度弱；当输出电流大于等于0.15A且小于0.2A时，则输出光照强度适宜；当输出电流大于等于0.2A时，则输出光照强度强。

在步骤S707中，第二单片机将光照强度的状态通过WIFI传送到智能终端。

在步骤S708中，流程结束。

对于图6所示的水壶模型对植物生长过程影响的方法流程图，以及图7 所示的光源模型对植物生长过程影响的方法流程图。两个流程可同时进行，以在AR平台呈现植物的虚拟生长情况。

尽管说明书及附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.探究环境对植物生长过程影响的装置，其特征在于，所述装置包括水壶模型、光源模型、智能终端和AR平台；

所述水壶模型的水壶瓶身靠近壶嘴处设置倾角传感器；所述倾角传感器内嵌入第一单片机；当所述水壶模型倾斜倒水时，所述第一单片机实时读取倾斜角度计算出水流量；

所述光源模型包括光强传感器和第二单片机；所述光强传感器通过调节内部接入电阻的大小，控制电流的大小；所述第二单片机实时获取电流大小，根据电流大小得出光照强度的状态；

所述第一单片机和第二单片机均通过WIFI与所述智能终端连接，所述第一单片机和第二单片机均与AR平台通信连接。

2.根据权利要求1所述的探究环境对植物生长过程影响的装置，其特征在于，所述第一单片机实时读取倾斜角度计算出水流量的公式为，所述水流量＝1/4π×r×r×v×time；

其中，所述r为壶嘴连接的管道管径；所述R的单位为m；所述v为水的流速；所述v的单位是m/s；所述time为浇灌时间；所述time的单位为s。

3.根据权利要求1所述的探究环境对植物生长过程影响的装置，其特征在于，所述光强传感器的内部电路包括电源、电流传感器、电流显示屏、环形电阻、电流表和灯泡；

所述电源依次通过电流传感器、电流显示屏、环形电阻的接触触点、电流表和灯泡串联。

4.根据权利要求3所述的探究环境对植物生长过程影响的装置，其特征在于，所述环形电阻的外部还设置有塑料外壳。

5.根据权利要求1所述的探究环境对植物生长过程影响的装置，其特征在于，所述第二单片机嵌入到所述电流传感器的内部。

6.根据权利要求1所述的探究环境对植物生长过程影响的装置，其特征在于，所述第二单片机实时获取电流，根据电流大小得出光照强度的状态的方法为；所述第二单片机采用Illumination函数得出光照强度的状态。

7.探究环境对植物生长过程影响的方法，是基于权利要求1至6任意一项所述的探究环境对植物生长过程影响的装置实现的，其特征在于，所述方法包括探究水流量对植物生长过程影响的方法和探究光照强度对植物生长过程影响的方法；

所述探究水流量对植物生长过程影响的方法包括通过改变水壶的倾斜角度，获取水流量的累加值，进而输出水流量；

所述探究光照强度对植物生长过程影响的方法包括通过旋转光源外壳调节接入环形电阻的大小，然后查看输出电流值的大小；根据电流大小得出光照强度的状态。

8.根据权利要求7所述的探究环境对植物生长过程影响的方法。其特征在于所述探究水流量对植物生长过程影响的方法包括通过改变水壶的倾斜角度，获取水流量的累加值，进而输出水流量包括：

使水壶的倾斜角度大于10度，获取水流量的累加值，进而输出水流量；当水壶的倾斜角度大于60度时，水流速达到最大值，则重新获取系统当前时间并且获取本次角度变化的时间差；

当水壶的倾斜角度大于0度且小于10，且倾斜角度持续减小，则输出倾斜角度过小的提示；

当水壶的倾斜角度等于0度且当前角度小于上一角度时，则表示结束倒水。

9.根据权利要求7所述的探究环境对植物生长过程影响的方法。其特征在于，所述探究光照强度对植物生长过程影响的方法包括通过旋转光源外壳调节接入环形电阻的大小，然后查看输出电流值的大小；根据电流大小得出光照强度的状态包括：

当电流输出值小于0.15A时，则输出光照强度弱；

当输出电流大于等于0.15A且小于0.2A时，则输出光照强度适宜；

当输出电流大于等于0.2A时，则输出光照强度强。