CN110597325A - 一种蔬菜种植过程智能监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蔬菜种植过程智能监控系统及方法，其中系统包括图像采集模块、温湿度采集模块、主控制器、水肥装置、温控装置、补光装置，所述主控制器分别与图像采集模块、温湿度采集模块、水肥装置、温控装置和补光装置连接；所述图像采集模块用于采集图片信息；所述温湿度采集模块用于采集蔬菜种植环境的光照信息和温湿度信息；所述主控制器用于结合图片信息和预设的识别模型识别蔬菜的生长周期后，结合生长周期、光照信息和温湿度信息控制水肥装置、温控装置和补光装置的工作状态。本发明根据蔬菜的生长周期调控水、肥、温和光参数，从而达到蔬菜种植过程精准地进行监控，极大地提高了蔬菜种植的品质和产量，可广泛应用于蔬菜种植技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及蔬菜种植技术领域，尤其涉及一种蔬菜种植过程智能监控系统及方法。
背景技术
菜心的个体发育为下列4个生长期：种子发芽期、幼苗期、叶片生长期、菜薹形成期、开花结果期。不同的品种类型的每个生长周时间是不一致的。每个生长期对光照、气温、水、肥的要求是不一致的。比如菜心生长发育的适温为15～25℃。不同生长期对温度的要求不同，种子发芽和幼苗生长适温为25～30℃；叶片生长期需要的温度稍低，适温为15～20℃，15℃以下生长缓慢，30℃以上生长较困难。菜薹形成期适温为15～20℃，在昼温为20℃，夜温为15℃时，菜薹发育良好，约20～30天可形成质量好、产量高的菜薹；在20～25℃时，菜薹发育较快，只需10～15天便可收获，但菜薹细小，质量不佳。在25℃以上发育的菜薹质量更差。在特定的生长期，如果水、肥、光、温控制不好的话，菜心的品质将会非常不好。
当前菜心的种植主要采用的凭借人工经验对各个阶段需要的水、肥进行控制，在一些设施种植环境中，有部分进行了光的控制，但是实际上对于菜心而言，除了水、肥外，温、光对于菜心的品质影响非常大。当前对菜心种植过程的管理主要是采用人工方式，也很少采用大棚种植，这种种植模式存在以下不足：第一人工判断的主观性强，容易造成水、肥延误，从而导致菜心减产；第二菜心种植都是主要依靠外部环境，这样容易受到气象条件的影响，导致菜心品质不稳定，有时好有时坏。虽然目前也有采用基于物联网的设施种植模式，但是这样的种植都是采用按时间管理的方式，并且没有研究对菜心的种植过程提出降温管控，无法实现高品质菜心的种植。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够针对蔬菜种植全过程智能控制的系统及方法。
本发明所采用的第一技术方案是：
一种蔬菜种植过程智能监控系统，包括图像采集模块、温湿度采集模块、主控制器、水肥装置、温控装置、补光装置，所述主控制器分别与图像采集模块、温湿度采集模块、水肥装置、温控装置和补光装置连接；
所述图像采集模块用于采集蔬菜的图片信息；
所述温湿度采集模块用于采集蔬菜种植环境的光照信息和温湿度信息；
所述主控制器用于结合图片信息和预设的识别模型识别蔬菜的生长周期后，结合生长周期、光照信息和温湿度信息控制水肥装置、温控装置和补光装置的工作状态。
进一步，所述温湿度采集模块包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器以及数据采集单元，所述主控制器通过数据采集单元分别与空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、土壤温度传感器和土壤湿度传感器连接。
进一步，所述补光装置包括补光控制模块、补光机构和补硼机构，所述补光控制模块分别与主控制器、补光机构和补硼机构连接。
进一步，所述补光控制模块包括第一单片机和第一电磁继电器，所述补硼机构包括喷淋管道、第一电磁阀和装有硼物质的含硼容器，所述主控制器依次通过第一单片机和第一电磁继电器与第一电磁阀连接。
进一步，所述水肥装置包括水肥控制模块和水肥机构，所述水肥控制模块包括第二单片机和第二电磁继电器，所述水肥机构包括水肥管道、第二电磁阀和水肥一体容器，所述主控制器依次通过第二单片机和第二电磁继电器与第二电磁阀连接。
进一步，所述温控装置包括温度控制模块和控温机构，所述温度控制模块包括第三单片机和第三电磁继电器，所述控温机构包括冰水管道、第三电磁阀和地热线，所述主控制器依次通过第三单片机和第三电磁继电器与第三电磁阀连接。
进一步，所述补光机构包括第四电磁阀和补光灯，所述主控制器依次通过第一单片机和第一电磁继电器与第四电磁阀连接。
进一步，所述补光用钠灯、金卤灯和/或LED植物灯。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种蔬菜种植过程智能监控系统，包括以下步骤：
获取蔬菜的图片信息，并结合图片信息和预设的识别模型识别生长周期；
获取蔬菜生长环境的温湿度信息和光照信息，并结合生长周期、温湿度信息和光照信息控制蔬菜的生长环境。
进一步，所述结合生长周期、温湿度信息和光照信息控制蔬菜的生长环境这一步骤，具体包括以下步骤：
结合生长周期和预设的生长环境数据库获取当前蔬菜种植的水肥需求，并结合水肥需求和温湿度信息控制水肥灌溉时间；
根据生长周期和预设的生长环境数据库获取当前蔬菜种植的温度需求，并结合温度需求和温湿度信息控制蔬菜种植环境的昼温和夜温；
结合生长周期和预设的生长环境数据库获取当前蔬菜种植的光照要求，并结合光照要求和光照信息控制补光操作。
进一步，所述结合光照要求和光照信息控制补光操作这一步骤，具体为：
结合光照要求和光照信息获取补光时间，并在检测到补光时间时，进行补硼操作后，再进行补光操作。
本发明的有益效果是：本发明通过对蔬菜的生长周期进行识别，并根据蔬菜不同的生长周期调控水、肥、温和光参数，从而达到蔬菜种植过程精准地进行监控，极大地提高了蔬菜种植的品质和产量。
附图说明
图1是本发明一种蔬菜种植过程智能监控系统的结构框图；
图2是具体实施方式中补光装置中补硼机构的结构框图；
图3是具体实施方式中水肥装置的结构框图；
图4是具体实施方式中温控装置的结构框图；
图5是具体实施方式中补光装置中补光机构的结构框图；
图6是本发明一种蔬菜种植过程智能监控方法的步骤流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供了一种蔬菜种植过程智能监控系统，包括图像采集模块、温湿度采集模块、主控制器、水肥装置、温控装置、补光装置，所述主控制器分别与图像采集模块、温湿度采集模块、水肥装置、温控装置和补光装置连接；
所述图像采集模块用于采集蔬菜的图片信息；
所述温湿度采集模块用于采集蔬菜种植环境的光照信息和温湿度信息；
所述主控制器用于结合图片信息和预设的识别模型识别蔬菜的生长周期后，结合生长周期、光照信息和温湿度信息控制水肥装置、温控装置和补光装置的工作状态。
在本实施例系统中，所述图像采集模块主要是网络摄像头，也可采用高清摄像头或者其他摄像头来实现，本实施例中并不限定摄像头的型号与种类。所述网络摄像头可采用有线连接方式与主控制器连接，也可采用无线连接方式与主控制器连接，在本实施例中，所述网络摄像头通过wifi网络与主控制器连接。所述图像采集模块用于采集种植地块上蔬菜的图片，所述输出包括菜心、白菜等其他蔬菜，并将采集到图片发送至主控制器，其目的是为了实时地识别判断当前蔬菜的生长周期。
所述温湿度采集模块用于采集菜棚内的温湿度信息和光照信息，并将采集到从信息发送至主控制器，其中，所述温湿度采集模块可由现有的温度传感器和湿度传感器来实现。
所述水肥装置用于给蔬菜种植进行自动灌溉水肥的装置，所述装置的工作状态由主控制器控制，比如控制水肥装置的开启时间以及灌溉时间等。所述温控装置用于调控蔬菜种植环境的温度，所述温控装置由主控制器控制。所述补光装置用于给蔬菜进行补光，所述补光装置由主控制器控制。
所述主控制器可采用现有的服务器来实现，在本实施例中，采用电脑服务器来实现。所述在接收到图像采集模块发送过来的蔬菜图像后，结合预设的识别模型识别判断当前蔬菜的所处的生长阶段，即生长周期，比如菜心的种子发芽期、幼苗期、叶片生长期、菜薹形成期和开花结果期。其中，所述识别模型可采用现有的基于卷积神经网络来实现。当主控制器识别到蔬菜的生长周期后，从预设的数据库中获取蔬菜在该生长周期所需的水、肥、温、光数据，并根据水、肥、温、光数据控制水肥装置、温控装置和补光装置的工作状态，从而实现对蔬菜种植过程实现智能化的监控，实现蔬菜种植的品质和产量的稳定性；另外，针对蔬菜不同生长周期的水、肥、温、光进行按需调整，更加节约种植成本。其中，所述数据库主要用于主要存储不同蔬菜的生长过程中所需的水、肥、温、光数据，该数据库可设置在主控制器内，也可设置在其他设备上，再将该设备与主控制器连接。
参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述温湿度采集模块包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器以及数据采集单元，所述主控制器通过数据采集单元分别与空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、土壤温度传感器和土壤湿度传感器连接。
所述空气温度传感器用于采集菜棚内空气的温度数据，具体地，采集周期为1小时。所述空气湿度传感器用于采集菜棚内空气的湿度数据，具体地，采集周期为1小时；所述土壤温度传感器用于采集菜棚内土壤的温度数据，具体地，需要将土壤温度传感器埋入土壤0.5米，采集周期为1小时；所述土壤湿度传感器用于采集菜棚内土壤的湿度数据，具体地，需要将土壤湿度传感器埋入土壤0.5米，采集周期为1小时；光照传感器用于检测光照强度和光照时间等信息，具体地，采集周期为1小时。上述传感器均可采用现有的设备来实现，每个周期采集以上数据后，将数据传送至数据采集单元。具体的数据采集单元通过GSM或者无线网络与主控制器连接。数据采集单元主要是收集各种传感器上传的数据，并传送至主控制器。
参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述补光装置包括补光控制模块、补光机构和补硼机构，所述补光控制模块分别与主控制器、补光机构和补硼机构连接。
所述补光控制模块包括第一单片机和第一电磁继电器，所述补硼机构包括喷淋管道、第一电磁阀和装有硼物质的含硼容器，所述主控制器依次通过第一单片机和第一电磁继电器与第一电磁阀连接。
参照图5，所述补光机构包括第四电磁阀和补光灯，所述主控制器依次通过第一单片机和第一电磁继电器与第四电磁阀连接。所述补光用钠灯、金卤灯和/或LED植物灯。
所述补光控制模块主要是由单片机和电磁继电器构成，其中单片机连接主控制器，电磁继电器连接单片机和补硼机构和补光机构，其工作流程是单片机接收主控制器发送过来的控制指令，然后单片机发送指令给电磁继电器，电磁继电器对补硼机构和补光机构进行控制。
具体的补硼机构主要由含硼容器、电磁阀和种植地喷淋管道构成。工作流程是当电磁继电器控制把控制信号传递给电磁阀时，电磁阀进行开关切换，从而实现含硼容器的溶液进入到种植地喷淋管道，实现种植地补硼功能。
具体的补光机构主要由电磁阀和补光灯构成。工作流程是当电磁继电器控制把控制信号传递给电磁阀时，电磁阀开启补光灯开关，补光灯可以是植物补光用钠灯、金卤灯和LED植物灯。
参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述水肥装置包括水肥控制模块和水肥机构，所述水肥控制模块包括第二单片机和第二电磁继电器，所述水肥机构包括水肥管道、第二电磁阀和水肥一体容器，所述主控制器依次通过第二单片机和第二电磁继电器与第二电磁阀连接。
水肥控制模块连接主控制器和水肥机构，主要是由单片机和电磁继电器构成，其中单片机连接主控制器，电磁继电器连接单片机和水肥机构，其工作流程是单片机接收主控制器发送过来的控制指令，然后单片机发送指令给电磁继电器，电磁继电器控制水肥机构的开关。
具体的水肥机构主要由水肥一体容器、电磁阀和种植地水肥管道构成。工作流程是当电磁继电器控制把控制信号传递给电磁阀时，电磁阀进行开关切换，从而实现水肥一体容器的溶液进入到种植地水肥管道，实现种植地浇水功能。
参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述温控装置包括温度控制模块和控温机构，所述温度控制模块包括第三单片机和第三电磁继电器，所述控温机构包括冰水管道、第三电磁阀和地热线，所述主控制器依次通过第三单片机和第三电磁继电器与第三电磁阀连接。
温度控制模块连接主控制器和控温机构，主要是由单片机和电磁继电器构成，其中单片机连接主控制器，电磁继电器连接单片机和控温机构，其工作流程是单片机接收主控制器发送过来的控制指令，然后单片机发送指令给电磁继电器，电磁继电器控制控温机构的开关。
具体的控温机构主要由地热线、电磁阀和种植地冰水管道构成。工作流程是当电磁继电器控制把控制信号传递给电磁阀时，电磁阀进行开关切换，决定是通过地热线加热还是开通种植地冰水管道进行种植降温处理，通过以上两种方式实现种植地控温功能。
如图6所示，本实施例还提供了一种蔬菜种植过程智能监控方法，包括以下步骤：
S1、获取蔬菜的图片信息，并结合图片信息和预设的识别模型识别生长周期；
S2、获取蔬菜生长环境的温湿度信息和光照信息，并结合生长周期、温湿度信息和光照信息控制蔬菜的生长环境。
由于蔬菜在不同生长周期需要的水、肥、温、光不同，如果能够合理的调整菜棚内的这些参数，可以让蔬菜长得更快且质量更高。因此本实施例中，先通过采集蔬菜的图片信息识别判断蔬菜的生长周期后，实时采集菜棚内蔬菜生长环境的温湿度信息和光照信息，并控制蔬菜种植的生长环境，从而使蔬菜在不同的生长周期内获得相应的水、肥、温和光，提高了蔬菜的产量，也获得更高质量的蔬菜。
其中，步骤S2中结合生长周期、温湿度信息和光照信息控制蔬菜的生长环境这一步骤，具体包括步骤S21～S23：
S21、结合生长周期和预设的生长环境数据库获取当前蔬菜种植的水肥需求，并结合水肥需求和温湿度信息控制水肥灌溉时间；
S22、根据生长周期和预设的生长环境数据库获取当前蔬菜种植的温度需求，并结合温度需求和温湿度信息控制蔬菜种植环境的昼温和夜温；
S23、结合生长周期和预设的生长环境数据库获取当前蔬菜种植的光照要求，并结合光照要求和光照信息控制补光操作。
其中，步骤S23中结合光照要求和光照信息控制补光操作这一步骤，具体为：
结合光照要求和光照信息获取补光时间，并在检测到补光时间时，进行补硼操作后，再进行补光操作。
不同的蔬菜品种的所需的水、肥、温、光不同，因此需要预先建立生长环境数据库，该生长环境数据库记录有不同品种不同生长周期所需的水、肥、温、光参数，当识别到对应的蔬菜的生长周期后，直接从数据库中调取数据即可。上述步骤S21～S23的步骤并不固定，可以交换执行。
以下结合菜心种植的具体实现进行详细阐述S21～S23；
步骤一：主控制器根据菜心当前生长期的水肥需求，结合接收到的当前土壤温湿度、空气温湿度数据，决定要进行水肥管控的时间，发送控制信号给水肥模块，实现菜心水肥控制，每日进行4次水肥管控。
步骤二：根据菜心当前生长的温度需求，比如菜薹形成期适温为15～20℃,在昼温为20℃，夜温为15℃时，菜薹发育良好，约20～30天可形成质量好、产量高的菜薹。每天进行四次控温，白天2次，夜晚2次，主控制器在接收温度数据后，发送控温信号，如果需要升温则发送开启地热线开关，如果是需要降温则发送开启种植地冰水管道开关，实现种植地控温，保证菜心的品质。
步骤三：主控制器接收光照强度数据，主控制器接受温度数据，决定要进行补光的时间，在补光时先进行补硼操作，以增加菜心光合作用能力，然后进行补光操作，每日进行2次。
综上所述，本发明的种植过程监控系统及方法相对于现有技术，具有如下的有益效果：
1、由于蔬菜种植过程中所需的水、肥、温、光参数有人为控制，避免蔬菜种植受外界影响的因素，能够实现菜心种植的品质和产量的稳定性。
2、针对菜心不同生长周期的生长特征需求，实现菜心不同生长周期的水、肥、温、光进行按需管控，极大地提高菜心品质。
3、本发明采用按需调控，而按需调控的方式比按时间调控的方式要更加节约成本，因此更加有利实现品质和产量的管控。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种蔬菜种植过程智能监控系统，其特征在于，包括图像采集模块、温湿度采集模块、主控制器、水肥装置、温控装置、补光装置，所述主控制器分别与图像采集模块、温湿度采集模块、水肥装置、温控装置和补光装置连接；
所述图像采集模块用于采集蔬菜的图片信息；
所述温湿度采集模块用于采集蔬菜种植环境的光照信息和温湿度信息；
所述主控制器用于结合图片信息和预设的识别模型识别蔬菜的生长周期后，结合生长周期、光照信息和温湿度信息控制水肥装置、温控装置和补光装置的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种蔬菜种植过程智能监控系统，其特征在于，所述温湿度采集模块包括空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器以及数据采集单元，所述主控制器通过数据采集单元分别与空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、土壤温度传感器和土壤湿度传感器连接。
3.根据权利要求1所述的一种蔬菜种植过程智能监控系统，其特征在于，所述补光装置包括补光控制模块、补光机构和补硼机构，所述补光控制模块分别与主控制器、补光机构和补硼机构连接。
4.根据权利要求3所述的一种蔬菜种植过程智能监控系统，其特征在于，所述补光控制模块包括第一单片机和第一电磁继电器，所述补硼机构包括喷淋管道、第一电磁阀和装有硼物质的含硼容器，所述主控制器依次通过第一单片机和第一电磁继电器与第一电磁阀连接。
5.根据权利要求1所述的一种蔬菜种植过程智能监控系统，其特征在于，所述水肥装置包括水肥控制模块和水肥机构，所述水肥控制模块包括第二单片机和第二电磁继电器，所述水肥机构包括水肥管道、第二电磁阀和水肥一体容器，所述主控制器依次通过第二单片机和第二电磁继电器与第二电磁阀连接。
6.根据权利要求1所述的一种蔬菜种植过程智能监控系统，其特征在于，所述温控装置包括温度控制模块和控温机构，所述温度控制模块包括第三单片机和第三电磁继电器，所述控温机构包括冰水管道、第三电磁阀和地热线，所述主控制器依次通过第三单片机和第三电磁继电器与第三电磁阀连接。
7.根据权利要求3所述的一种蔬菜种植过程智能监控系统，其特征在于，所述补光机构包括第四电磁阀和补光灯，所述主控制器依次通过第一单片机和第一电磁继电器与第四电磁阀连接。
8.一种蔬菜种植过程智能监控系统，其特征在于，包括以下步骤：
获取蔬菜的图片信息，并结合图片信息和预设的识别模型识别生长周期；
获取蔬菜生长环境的温湿度信息和光照信息，并结合生长周期、温湿度信息和光照信息控制蔬菜的生长环境。
9.根据权利要求8所述的一种蔬菜种植过程智能监控方法，其特征在于，所述结合生长周期、温湿度信息和光照信息控制蔬菜的生长环境这一步骤，具体包括以下步骤：
结合生长周期和预设的生长环境数据库获取当前蔬菜种植的水肥需求，并结合水肥需求和温湿度信息控制水肥灌溉时间；
根据生长周期和预设的生长环境数据库获取当前蔬菜种植的温度需求，并结合温度需求和温湿度信息控制蔬菜种植环境的昼温和夜温；
结合生长周期和预设的生长环境数据库获取当前蔬菜种植的光照要求，并结合光照要求和光照信息控制补光操作。
10.根据权利要求9所述的一种蔬菜种植过程智能监控方法，其特征在于，所述结合光照要求和光照信息控制补光操作这一步骤，具体为：
结合光照要求和光照信息获取补光时间，并在检测到补光时间时，进行补硼操作后，再进行补光操作。
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