CN111324091A - 一种基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统 - Google Patents

一种基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，创建相同可控一致的生产环境，可控地完成生产过程管理，减少劳动力使用数量，不用或少用农药，从而提高农产品的质量和产量。其技术方案为：本发明基于物联网技术实现在种植过程中水位调控，完成种植过程自动化，全程生长过程自动监视与调控。

Description

一种基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统
技术领域
本发明涉及种植装置，具体涉及基于物联网实现的结合物理隔离悬浮式的种植系统。
背景技术
植物生长种植过程中需要吸取自身生长所需的各种水分、养分，传统操作主要通过土壤中广泛的浇水、施肥完成，这会涉及大量的用工和土壤结构的改变，从而造成种植成本增加。
而且，在植物种植过程中也会遇到大量人工控制的对象和环节，用人工控制的手段进行植物种植，不仅会增加种植成本，也会让控制效果变得不够精确和稳定。
因此，如何开发一种自动化程度较高的种植系统，是目前亟待解决的问题之一。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，创建相同可控一致的生产环境，可控地完成生产过程管理，减少劳动力使用数量，不用或少用农药，从而提高农产品的质量和产量。
本发明的技术方案为：本发明公开了一种基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，系统包括控制中心模块、环境监测监控模块、悬浮槽模块、种植浮盘模块、植物生长监测监控模块；
控制中心模块和环境监测监控模块、悬浮槽模块、种植浮盘模块、植物生长监测模块分别建立通信，植物生长监测模块、环境监测监控模块、悬浮槽模块和种植浮盘模块之间也相互建立通信，其中：
控制中心模块，通过和各模块的通信，接收各模块上传的数据，向各模块发出调控信号，实现各模块之间的数据传输并对监测和调控所使用的物联网设备进行控制；
环境监测监控模块，用于通过传感器对种植槽及种植环境的参数进行测定和反馈，通过和控制中心模块的交互对种植环境的参数进行调控；
悬浮槽模块，通过和控制中心模块的交互对悬浮槽内的水位与养分进行监测和调整；
种植浮盘模块，通过和控制中心模块的交互对种植浮盘内的水分与养分进行监测和调整；
植物生长监测模块，采集种植的植物生长数据并上传到控制中心模块。
根据本发明的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统的一实施例，种植环境的参数包括但不限于温度、湿度、光照、二氧化碳含量。
根据本发明的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统的一实施例，悬浮槽模块包括悬浮槽以及与悬浮槽配套的测定设备，其中测定设备包括液位计、温度计和肥力仪。
根据本发明的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统的一实施例，悬浮槽模块还包括与悬浮槽配套的调控设备，调控设备包括水循环及水位调控装置、水槽成分监测装置和浮盘水位监测装置。
根据本发明的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统的一实施例，植物生长监测模块包括在悬浮槽四周安装的具有监视、监测功能的物联网遥感设备，物联网遥感设备包括基于无线网络的作物生长感知节点及配套摄像头。
根据本发明的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统的一实施例，种植浮盘模块包括种植浮盘以及与种植浮盘配套的无线传感器装置，无线传感器装置安装在种植浮盘中心以测试温度、水分、肥力状况和植物生长状况。
根据本发明的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统的一实施例，种植浮盘的内部是相互隔断的种植槽，种植槽底部通过一通孔与悬浮槽内的液体相通。
根据本发明的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统的一实施例，种植槽内部进一步由相互隔断的内格构成。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的种植系统基于物联网实现，具有自动化调控、操作简便、生长过程记录与调控的功能，且适合种植不同类别限根生长植物。本发明的种植系统能够实现在种植过程中水位高度自动调控，完成生产过程管理自动化，全程生长过程自动监视与调控。由此，本发明可以创建相同可控一致的生产环境，科学可控地完成生产过程管理，减少劳动力使用数量，不用或少用农药，提高农产品的质量和产量。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了本发明的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统的一实施例的原理图。
图2A示出了本发明的系统实施例中的悬浮槽模块的结构图。
图2B示出了本发明的系统实施例中的悬浮槽模块的原理图。
图3示出了本发明的系统实施例中的种植浮盘模块的结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
图1示出了本发明的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统的一实施例的原理。请参见图1，本实施例的种植系统包括以下几个模块：
控制中心模块、环境监测监控模块、悬浮槽模块、种植浮盘模块、植物生长监测监控模块。
控制中心模块和环境监测监控模块、悬浮槽模块、种植浮盘模块、植物生长监测模块分别建立通信。植物生长监测模块、环境监测监控模块、悬浮槽模块和种植浮盘模块之间也相互建立通信。
控制中心模块用于实现：通过环境监测监控模块实现种植环境(例如温度、湿度、二氧化碳含量等环境因素)的监测与调控；通过悬浮槽模块实现悬浮槽内水位与养分监测和调整；通过种植浮盘模块实现悬浮盘内水分及养分监测和调整；通过植物生长监测模块实现种植植物生长的数据采集和传输；实现各个模块之间的数据传输以及对监测和调控所使用的物联网设备的控制。各个模块上均安装有物联网设备，包括信息采集、信息控制、信息传输等功能的设备。
环境监测监控模块用于通过传感器对种植槽及种植环境中的温度、湿度、光照、二氧化碳含量进行测定和反馈。
植物生长监测模块包括在悬浮槽四周安装的具有监视、监测功能的物联网遥感设备，主要包括基于无线网络的作物生长感知节点及配套摄像头，这些遥感设备把观测到的植物生长数据最终传输到控制中心模块。
如图2A和2B所示，悬浮槽模块包括：悬浮槽以及与悬浮槽配套的测定设备和调控设备，其中测定设备包括液位计11、温度计12和肥力仪13。调控设备包括水循环及水位调控装置14、水槽成分监测装置和浮盘水位监测装置。
悬浮槽是一种长方形槽式结构，四周由坚固的不锈钢或者塑料等材料焊接或连接而成。悬浮槽内部装有种植植物生长必需的液体营养成份。液体可以保证种植浮盘浮动，悬浮槽底部能够承受灌注一定高度水位的重量。在悬浮槽的一侧装有液位计11、温度计12和肥力仪13。液位计11用于测定水位的高度及水槽底部承受压力与浮力。温度计12用于测定水槽内水温。肥力仪13用于测定水中PH值氮磷物质的肥力含量。
在悬浮槽的一端，由装有水泵以及水流循环系统管道构成的水循环及水位调控装置14。液位计11将浮盘重量与浮力信息传输到控制中心模块。控制中心模块通过控制水循环及水位调控装置14中的水泵开关与水流速度完成浮力调控。
水循环及水位调控装置14包括水管和水泵，液位计11将监测到的水位数值反馈到控制中心模块，控制中心模块按照种植需求启动水泵进行注水和泄水，调整到需要的水位高度。
水循环及水位调控装置14、水槽成分监测装置共同运作以调控水循环速度和水槽内成分的构成。浮盘水位装置则用于监控浮盘中水位的高低。
如图3所示，种植浮盘模块包括：种植浮盘以及与种植浮盘配套的无线传感器装置21。无线传感器装置21装在种植浮盘的中心，用于测试温度、水分(湿度)、肥力状况(养分)、以及植物生长状况。
种植浮盘是一种盒状结构，位于悬浮槽内的液面上。种植浮盘由高浮力的材料制成，材料包括泡沫、塑料、不锈钢、木块、棉线、化学纤维材料以及各种高分子材料。种植浮盘的尺寸如下：长度10cm～100cm、宽度5cm～60cm、高度10cm～40cm。种植浮盘的内部是隔断的独立的种植槽(例如为方格槽)，方格底部通过通孔(例如圆孔)与外界相通，主要实现种植浮盘的方格槽内的种植植物能够从悬浮槽中获得水分与养分，满足植物生长需求。方格槽内部进一步由相互隔断的内格组成，其数量例如是1至99个。
植物生长监测模块包括在悬浮槽四周安装的具有监视、监测功能的物联网遥感设备31(如图2A中所示)，主要包括基于无线网络的作物生长感知节点及配套摄像头，这些遥感设备把观测到的植物生长数据最终传输到控制中心模块。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (8)

1.一种基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，其特征在于，系统包括控制中心模块、环境监测监控模块、悬浮槽模块、种植浮盘模块、植物生长监测监控模块；
控制中心模块和环境监测监控模块、悬浮槽模块、种植浮盘模块、植物生长监测模块分别建立通信，植物生长监测模块、环境监测监控模块、悬浮槽模块和种植浮盘模块之间也相互建立通信，其中：
控制中心模块，通过和各模块的通信，接收各模块上传的数据，向各模块发出调控信号，实现各模块之间的数据传输并对监测和调控所使用的物联网设备进行控制；
环境监测监控模块，用于通过传感器对种植槽及种植环境的参数进行测定和反馈，通过和控制中心模块的交互对种植环境的参数进行调控；
悬浮槽模块，通过和控制中心模块的交互对悬浮槽内的水位与养分进行监测和调整；
种植浮盘模块，通过和控制中心模块的交互对种植浮盘内的水分与养分进行监测和调整；
植物生长监测模块，采集种植的植物生长数据并上传到控制中心模块。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，其特征在于，种植环境的参数包括但不限于温度、湿度、光照、二氧化碳含量。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，其特征在于，悬浮槽模块包括悬浮槽以及与悬浮槽配套的测定设备，其中测定设备包括液位计、温度计和肥力仪。
4.根据权利要求3所述的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，其特征在于，悬浮槽模块还包括与悬浮槽配套的调控设备，调控设备包括水循环及水位调控装置、水槽成分监测装置和浮盘水位监测装置。
5.根据权利要求3所述的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，其特征在于，植物生长监测模块包括在悬浮槽四周安装的具有监视、监测功能的物联网遥感设备，物联网遥感设备包括基于无线网络的作物生长感知节点及配套摄像头。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，其特征在于，种植浮盘模块包括种植浮盘以及与种植浮盘配套的无线传感器装置，无线传感器装置安装在种植浮盘中心以测试温度、水分、肥力状况和植物生长状况。
7.根据权利要求6所述的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，其特征在于，种植浮盘的内部是相互隔断的种植槽，种植槽底部通过一通孔与悬浮槽内的液体相通。
8.根据权利要求7所述的基于物联网的物理隔离悬浮式种植系统，其特征在于，种植槽内部进一步由相互隔断的内格构成。
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