CN111324158A - 一种智能花盆控制系统与方法 - Google Patents

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CN111324158A CN202010142548.5A CN202010142548A CN111324158A CN 111324158 A CN111324158 A CN 111324158A CN 202010142548 A CN202010142548 A CN 202010142548A CN 111324158 A CN111324158 A CN 111324158A
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李永平
戴征武
章伟聪
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Abstract

本发明涉及智能加点领域，具体公开了一种智能花盆控制系统与方法，包括用户端、服务器，和含有检测模块、调节模块和交互模块的智能花盆。通过检测实时土壤湿度以及光照强度，进行补水补光操作。同时采用第一预设算法计算光照强度，增加光照强度检测的准确性，并通过图像检测单元，获取实时检测视频图像，并利用驱动单元与服务器端的信息交互，在发生恶劣天气形势下，及时驱动智能花盆进入室内，避免因环境造成的损失，同时还可根据需求远程操控智能花盆各个运作单元的运行，从而使得操作更加人性化。

Description

一种智能花盆控制系统与方法
技术领域
本发明涉及智能家电领域，具体涉及一种智能花盆控制系统与方法。
背景技术
随着社会的进步，人们的生活质量与日俱增，越来越多的家庭开始注重健康舒适的生活空间。在家居生活中，工作和学习环境中放置一些盆栽花卉既可以通过光合作用吸收二氧化碳，净化室内空气，还可以陶冶情操，让我们的工作、生活和学习更加愉悦。而随着科技的高速发展，智能家居的概念也频频出现在各大媒介上，进入公众的视线。城市建设正走向智能化，智能化的进步也自然而然直接带动了相关产业的发展，其中智能化家具的普及，正随着其技术发展越来越走向显示生活。只需要手机等智能终端的设备支持，就可以从远端对家中的智能家具进行操控，智能花盆的研究也成为研究者争先研究的对象，并且也已经出现了很多产品为人们所用。
但现有的智能花盆项目，往往只对浇花进行了智能化改进，从而对花盆进行定时定点定量的浇灌。但是，由于我国地域广大，囊括热带与寒温带之间所有得气候环境，同时沿海地区紧邻太平洋，内陆地区也受其它地方的冷暖气流影响，使得我国很多地方都处于气候多变的环境下。而现有的智能花盆虽然可能考虑到了光照度、土壤湿度以及养料含量对绿植的生长影响，但是并未将我国复杂的天气系统考虑到影响因素中。
现有技术中，如公开号为CN107258524A的中国专利，公开了一种智能花盆，能够自主给植物浇水，提高植物成活率，但其并未将光照强度和天气形式纳入调节范围中；又如公开号为CN107360878A的中国专利，也公开了一种智能花盆，能够提供给植物均匀足够的光线，但其并不能根据实际情况对光照强度进行适应性调节，同时也并未将天气形势的影响加入考量范围。
发明内容
为了更好的对智能花盆的光照强度、土壤水分贮存量进行调节，同时避免恶劣天气形式可能对花盆造成的危害，本发明提出了一种智能花盆控制系统，具体包括用户端、服务器，和含有检测模块、调节模块和交互模块的智能花盆，其中：
用户端，用于设置绿植种类并传输给服务器，并从服务器获取实时参数信息并显示；
服务器，用于获取实时天气形势信息，并根据绿植种类将相应的预设阈值范围和天气形势信息传输给交互模块；
检测模块，用于检测并利用预设计算公式获得智能花盆的实时参数信息；
交互模块，用于接收天气形势信息，并将实时参数信息上传至服务器进行储存；
调节模块，用于根据实时参数信息和预设阈值范围调节智能花盆的各项参数，并根据天气形势信息调整智能花盆的位置；
用户端，还用于从服务器获取参数信息并显示。
进一步地，所述天气形势信息包括降雨强度、风力等级和气温情况；所述实时参数信息包括智能花盆实时的光照强度、土壤水分贮存量和监控图像信息。
进一步地，所述检测模块包括图像检测单元和湿度检测单元，其中：
图像检测单元，用于检测智能花盆内绿植和智能花盆外环境的图像信息，并利用第一预设计算公式获得智能花盆的光照强度；
湿度检测单元，用于检测并利用第二预设计算公式获得智能花盆的土壤水分贮存量。
上述中，所述第一预设计算公式为：
Figure BDA0002399582100000021
其中，E表示光照强度，F＝f/D，f和D为相机的焦距和有效孔径，τ为相机镜头的光透过率，R为叶片反射率，gv为相机增益，l为镜头与叶片的距离，I为图像灰度值；
所述第二预设计算公式为：
W＝0.1*h*d*w
其中，W表示土壤水分贮存量，0.1表示单位换算系数，h表示土壤厚度，d表示土壤容重，w表示土壤湿度。
进一步地，所述调节模块包括补光单元、补水单元和驱动单元，其中：
补光单元，用于在智能花盆的实时光照强度低于预设阈值范围时，根据预设阈值范围，对光照强度进行调节；
补水单元，用于在智能花盆的实时土壤水分贮存量低于预设阈值范围时，根据预设阈值范围，对土壤水分贮存量进行调节；
驱动单元，用于在天气形势出现降雨超过25mm、6级及以上风力等级或气温超过35℃时控制智能花盆移动到室内。
进一步地，所述用户端还包括远程控制单元，用于通过控制信号调节智能花盆的补光单元或补水单元的运行，或者控制驱动单元移动花盆。
本发明还提供了一种智能花盆控制方法，包括智能花盆、用户端和服务器，包括步骤：
S1：服务器获取实时天气形势信息以及用户端的绿植种类信息；
S2：根据绿植种类获取预设阈值范围；
S3：通过智能花盆检测并获得智能花盆的实时参数信息并储存；
S4：根据实时参数信息和预设阈值范围调节智能花盆的各项参数，并根据天气形势调整智能花盆的位置；
S5：发送实时参数信息至用户端并显示；
其中，所述实时参数信息包括智能花盆实时的光照强度、土壤水分贮存量和监控图像信息。
进一步地，所述步骤S3中包括步骤：
判断光照强度是否处于预设阈值范围，若否进入步骤S4，若是则进入步骤S5；
判断土壤水分贮存量是否处于预设阈值范围，若否进入步骤S4，若是则进入步骤S5；
判断天气形势是否出现强降雨、6级及以上风力等级或气温超过35℃，若是进入步骤S4，若否则进入步骤S5。
进一步地，所述步骤S4中，包括步骤：
若是光照强度低于预设阈值范围，对智能花盆进行光照补足；
若是土壤水分贮存量低于预设阈值，对智能花盆进行水分补足；
若是天气形势出现降雨超过25mm、6级及以上风力等级或气温超过35℃的情况，控制智能花盆移动至室内。
进一步地，还包括步骤：
S6：根据需求，由用户端调节智能花盆的补光单元或补水单元的运行，或者控制驱动单元移动花盆。
与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种智能花盆控制系统与方法，同时将光照强度、土壤湿度和天气形式加入到了控制量中，保证光照强度和土壤水分贮存量的精确检测的同时，也避免了恶劣天气形式可能会对智能花盆造成的伤害；
(2)通过图像检测单元，能够同时实时采集花盆内绿植和花盆外环境的图像信息并上传至用户端显示，不但满足了光照强度检测的需求，还能够让用户能够通过图像检测单元起到远程监控的作用；
(3)通过第一预设计算公式，能够有效避免传统光照强度计算方法因叶片为漫反射体，各方向的光强和光通量不同，导致的光照强度检测不准确的问题，利用本算法使得检测结果更加真实，对于光照强度的调节更加精确；
(4)通过交互模块和驱动单元，能够在接收到天气形式信息后，及时对天气形式进行判断，并在出现不利天气形式的情况下控制驱动单元将智能花盆移动至室内，避免恶劣天气对绿植以及智能花盆造成损害；
(5)同时，根据实际需求，用户可以通过手上的用户端和智能花盆中的远程控制单元，对智能花盆进行远程操作，控制补光单元、补水单元和驱动单元的运行，有效避免因故障导致某一功能单元无法自动运行的情况发生，保证绿植生长环境的处于良好状态。
附图说明
图1为智能花盆的结构示意图；
图2为一种智能花盆控制系统的模块示意图；
图3为一种智能花盆控制方法的方法步骤图；
附图标记说明：1-补光单元、2-补水单元、3-驱动单元、4-图像检测单元、5-湿度检测单元、6-转轴、7-储水箱、8-花盆主体、9-交互模块。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
为了更好的对智能花盆的光照强度、土壤水分贮存量进行调节，同时避免恶劣天气形式可能对花盆造成的危害，本发明提出了一种智能花盆控制系统，如图1和图2所示，具体包括用户端、服务器，和含有检测模块、调节模块和交互模块的智能花盆，其中：
用户端，用于设置绿植种类并传输给服务器，并从服务器获取实时参数信息并显示；
服务器，用于获取实时天气形势信息，并根据绿植种类将相应的预设阈值范围和天气形势信息传输给交互模块；
检测模块，用于检测并利用预设计算公式获得智能花盆的实时参数信息；
交互模块，用于接收天气形势信息，并将实时参数信息上传至服务器进行储存；
调节模块，用于根据实时参数信息和预设阈值范围调节智能花盆的各项参数，并根据天气形势信息调整智能花盆的位置；
用户端，还用于从服务器获取参数信息并显示。
进一步地，所述天气形势信息包括降雨强度、风力等级和气温情况；所述实时参数信息包括智能花盆实时的光照强度、土壤水分贮存量和监控图像信息。
通过将光照强度、土壤水分贮存量和天气形式同时加入控制量中，保证了光照强度和土壤水分贮存量的检测的同时，也避免了恶劣天气形式可能会对智能花盆造成的伤害。
而本发明在所述检测模块中，同时设有图像检测单元6和湿度检测单元5。
所述图像检测单元4，含有一个设置在智能花盆上可360°旋转(通过转轴6实现)的光学摄像头，通过该光学摄像头能够获取智能花盆内绿植和智能花盆外环境的图像信息，获取图像的亮度与像素灰度信息，同时，利用第一预设计算公式，以图像信息和其他相机固有数据信息，如焦距、有效孔径和镜头光透过率等为数据计算出光照强度数据。
通常来讲，光照强度为物体表面单位面积下通过的光通量，而对于被均匀光照射的物体来说，其物体表面接收的光照强度是一样的。但由于绿植表面为漫反射体，其接收到的光照强度和光通量并不相同，但是亮度都是一致的，同时由于叶片反射率相同，因此表面光照强度E与亮度L之间的关系为：
Figure BDA0002399582100000061
根据成像照度ES与亮度L之间的关系,利用几何光学中近轴定律以及光度学关系得到：
Figure BDA0002399582100000062
式中F＝f/D，f和D为相机的焦距和有效孔径，τ为相机镜头的光透过率，l为镜头与叶片的距离。
相机的成像照度ES与图像像素灰度I之间存在关系式如下：
Figure BDA0002399582100000063
式中，t为曝光时间，gv为相机增益系数，无量纲常量。
通过结合式(1)、(2)和(3)，得出叶片光照度与图像灰度之间的关系式，即第一预设计算公式为：
Figure BDA0002399582100000071
而叶片种类确定后，焦距f、时间t均为已知量，而相机增益gv、叶片反射率、透过率τ也都是常数，因此可设
Figure BDA0002399582100000072
因此第一预设计算公式也可等价为：
Figure BDA0002399582100000073
通过上述所述的一些公式推出的第一预设计算公式，能够有效避免传统光照强度计算方法因叶片为漫反射体，各方向的光强和光通量不同，导致的光照强度检测不准确的问题，利用本算法使得检测结果更加真实，对于光照强度的调节更加精确。
同时通过图像检测单元4，能够同时实时采集花盆内绿植和花盆外环境的图像信息并上传至用户端显示，不但满足了光照强度检测的需求，还能够让用户能够通过图像检测单元起到远程监控的作用。
通过湿度检测单元5，包含一个插入智能花盆土壤中的湿度检测计，通过湿度检测计检测出的检测数据，并利用第二预设计算公式，获取土壤水分贮存量，其中，第二预设计算公式为：
W＝0.1*h*d*w
其中，W表示土壤水分贮存量，0.1表示单位换算系数，h表示土壤厚度，d表示土壤容重，w表示土壤湿度。
同时，所述调节模块包括补光单元1、补水单元2和驱动单元3，其中：
补光单元1，含有一个亮度可调节的LED光源，用于在智能花盆的图像检测单元4检测到实时光照强度低于预设阈值范围时，根据预设阈值范围，对光照强度进行适应性调节；
补水单元2，含有一个流量可调节的灌水装置(水分储存在储水箱7中)，用于在智能花盆的湿度检测单元5检测到实时土壤水分贮存量低于预设阈值范围时，根据预设阈值范围，对土壤水分贮存量进行适应性调节；
驱动单元3，含有驱动电机以及滑轮装置，用于在交互模块接收到服务器发送的天气形势信息中出现降雨超过25mm、6级及以上风力等级或气温超过35℃时，控制智能花盆移动到室内。
利用交互模块9与驱动单元3之间的联动，能够在接收到服务器发送的天气形式信息后，及时对天气形式进行判断，并在出现不利天气形式的情况下控制驱动单元将智能花盆移动至室内，避免恶劣天气对绿植以及智能花盆造成损害。
同时，智能花盆中还包括一个远程控制单元(集成在交互模块9中)，用于通过控制信号调节智能花盆的补光单元1或补水单元2的运行，或者控制驱动单元3移动花盆。通过该单元，根据实际需求，用户可以通过手上的用户端和智能花盆中的远程控制单元，对智能花盆进行远程操作，控制补光单元1、补水单元2和驱动单元3的运行，有效避免因故障导致某一功能单元无法自动运行的情况发生，保证绿植生长环境的处于良好状态。
综上所述，本实施例所述的一种智能花盆控制系统与方法，不但将光照强度、土壤水分贮存量加入到了控制量中，保证光照强度和土壤水分贮存量的精确检测，同时，还首次将天气形势这一在现有技术中不曾考虑到的影响因素加入到了智能花盆的控制变量中，避免了恶劣天气形式可能会对智能花盆造成的伤害。
同时，通过图像检测单元4，能够同时实时采集花盆内绿植和花盆外环境的图像信息并上传至用户端显示，不但满足了获取图像中亮度与像素灰度信息的需求，还能够让用户能够通过图像检测单元起到远程监控的作用；并利用第一预设计算公式，通过亮度和像素灰度信息计算光照强度，有效避免传统光照强度计算方法因叶片为漫反射体，各方向的光强和光通量不同，导致的光照强度计算不准确的问题，使得利用本算法计算得到结果更加真实，对于光照强度的调节更加精确。
通过交互模块9和驱动单元3之间的联动，能够在接收到服务器发送的天气形式信息后，及时对天气形式进行判断，并在出现不利天气形式的情况下控制驱动单元3将智能花盆移动至室内，避免恶劣天气对绿植以及智能花盆造成损害；并且，根据实际需求，用户可以通过手上的用户端和智能花盆中的远程控制单元，对智能花盆进行远程操作，控制补光单元1、补水单元2和驱动单元3的运行，有效避免因故障导致某一功能单元无法自动运行的情况发生，保证绿植生长环境的处于良好状态。
实施例二
为了更好的理解本发明的发明点，本实施例以方法步骤的形式对本发明进行进一步地阐述，如图3所示，一种智能花盆控制方法，主要包括步骤：
S1：服务器获取实时天气形势信息以及用户端的绿植种类信息；
S2：根据绿植种类获取预设阈值范围；
S3：通过智能花盆检测并获得智能花盆的实时参数信息并储存；
S4：根据实时参数信息和预设阈值范围调节智能花盆的各项参数，并根据天气形势调整智能花盆的位置；
S5：发送实时参数信息至用户端并显示；
S6：根据需求，由用户端调节智能花盆的补光单元或补水单元的运行，或者控制驱动单元移动花盆。
其中，所述实时参数信息包括智能花盆实时的光照强度、土壤湿度和监控图像信息。
智能花盆通过图像检测单元中的光学摄像头获取智能花盆中的绿植图像，并由图像中提取出图像亮度和像素灰度信息，并利用这些信息通过第一预设计算公式
进一步地，当智能花盆处于运行状态下时，服务器会不间断的获取天气形式信息并接收来自用户端的信息(包括绿植种类信息和控制信息)，以及智能花盆的实时参数信息。并根据实时参数信息，对智能花盆进行相应调节。
其中，在步骤S3中，当实时参数处于异常状态时：
当光照强度低于预设阀值范围，则进入步骤S4，并通过调节模块中的补光单元，通过补光单元中的可调节LED光源对智能花盆进行光照补足，并实时检测光照强度，保证光照强度维持在预设阀值范围中。
当土壤水分贮存量低于预设阀值，也进入步骤S4中，但此时是通过调节模块中的补水单元，通过流量可调节的灌水装置，对智能花盆中的土壤水分贮存量进行调节，并在土壤水分贮存量达到预设阀值范围内时，停止灌水。
而当服务器获取的天气形势信息中出现恶劣天气情况，如强降雨(降雨量超过25mm)、6级及以上风力等级或温度超过35℃时，服务器发送控制信息远程控制驱动单元运行，控制智能花盆移动至室内，避免恶劣天气形式对绿植的生长造成破坏。当然若是出现台风、雷暴等可能会对绿植造成破坏的气象事件，服务器也会进行如上操作，保证绿植不受破坏。
综上所述，本实施例所述的一种智能花盆控制系统与方法，不但将光照强度、土壤水分贮存量加入到了控制量中，保证光照强度和土壤水分贮存量的精确检测，同时，还首次将天气形势这一在现有技术中不曾考虑到的影响因素加入到了智能花盆的控制变量中，避免了恶劣天气形式可能会对智能花盆造成的伤害。
同时，通过图像检测单元，能够同时实时采集花盆内绿植和花盆外环境的图像信息并上传至用户端显示，不但满足了获取图像中亮度与像素灰度信息的需求，还能够让用户能够通过图像检测单元起到远程监控的作用；并利用第一预设计算公式，通过亮度和像素灰度信息计算光照强度，有效避免传统光照强度计算方法因叶片为漫反射体，各方向的光强和光通量不同，导致的光照强度计算不准确的问题，使得利用本算法计算得到结果更加真实，对于光照强度的调节更加精确。
通过交互模块和驱动单元之间的联动，能够在接收到服务器发送的天气形式信息后，及时对天气形式进行判断，并在出现不利天气形式的情况下控制驱动单元将智能花盆移动至室内，避免恶劣天气对绿植以及智能花盆造成损害；并且，根据实际需求，用户可以通过手上的用户端和智能花盆中的远程控制单元，对智能花盆进行远程操作，控制补光单元、补水单元和驱动单元的运行，有效避免因故障导致某一功能单元无法自动运行的情况发生，保证绿植生长环境的处于良好状态。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种智能花盆控制系统，其特征在于，包括用户端、服务器，和含有检测模块、调节模块和交互模块的智能花盆，其中：
用户端，用于设置绿植种类并传输给服务器，并从服务器获取实时参数信息并显示；
服务器，用于获取实时天气形势信息，并根据绿植种类将相应的预设阈值范围和天气形势信息传输给交互模块；
检测模块，用于检测并利用预设计算公式获得智能花盆的实时参数信息；
交互模块，用于接收天气形势信息，并将实时参数信息上传至服务器进行储存；
调节模块，用于根据实时参数信息和预设阈值范围调节智能花盆的各项参数，并根据天气形势信息调整智能花盆的位置；
用户端，还用于从服务器获取参数信息并显示。
2.如权利要求1所述的一种智能花盆控制系统，其特征在于，所述：
天气形势信息包括降雨强度、风力等级和气温情况；
实时参数信息包括智能花盆实时的光照强度、土壤水分贮存量和监控图像信息。
3.如权利要求2所述的一种智能花盆控制系统，其特征在于，所述检测模块包括图像检测单元和湿度检测单元，其中：
图像检测单元，用于检测智能花盆内绿植和智能花盆外环境的图像信息，并利用第一预设计算公式获得智能花盆的光照强度；
湿度检测单元，用于检测并利用第二预设计算公式获得智能花盆的土壤水分贮存量。
4.如权利要求3所述的一种智能花盆控制系统，其特征在于，所述，
第一预设计算公式为：
Figure FDA0002399582090000021
其中，E表示光照强度，F＝f/D，f和D为相机的焦距和有效孔径，τ为相机镜头的光透过率，R为叶片反射率，gv为相机增益，l为镜头与叶片的距离，I为图像灰度值；
第二预设计算公式为：
W＝0.1*h*d*w
其中，W表示土壤水分贮存量，0.1表示单位换算系数，h表示土壤厚度，d表示土壤容重，w表示土壤湿度。
5.如权利要求2所述的一种智能花盆控制系统，其特征在于，所述调节模块包括补光单元、补水单元和驱动单元，其中：
补光单元，用于在智能花盆的实时光照强度低于预设阈值范围时，根据预设阈值范围，对光照强度进行调节；
补水单元，用于在智能花盆的实时土壤湿度低于预设阈值范围时，根据预设阈值范围，对土壤湿度进行调节；
驱动单元，用于在天气形势出现降雨超过25mm、6级及以上风力等级或气温超过35℃时控制智能花盆移动到室内。
6.如权利要求5所述的一种智能花盆控制系统，其特征在于，所述用户端还包括远程控制单元，用于通过控制信号调节智能花盆的补光单元或补水单元的运行，或者控制驱动单元移动花盆。
7.一种智能花盆控制方法，包括智能花盆、用户端和服务器，其特征在于，包括步骤：
S1：服务器获取实时天气形势信息以及用户端的绿植种类信息；
S2：根据绿植种类获取预设阈值范围；
S3：通过智能花盆检测并获得智能花盆的实时参数信息并储存；
S4：根据实时参数信息和预设阈值范围调节智能花盆的各项参数，并根据天气形势调整智能花盆的位置；
S5：发送实时参数信息至用户端并显示；
其中，所述实时参数信息包括智能花盆实时的光照强度、土壤湿度和监控图像信息。
8.如权利要求7所述的一种智能花盆控制方法，其特征在于，所述步骤S3中包括步骤：
判断光照强度是否处于预设阈值范围，若否进入步骤S4，若是则进入步骤S5；
判断土壤湿度是否处于预设阈值范围，若否进入步骤S4，若是则进入步骤S5；
判断天气形势是否出现降雨超过25mm、6级及以上风力等级或气温超过35℃，若是进入步骤S4，若否则进入步骤S5。
9.如权利要求7所述的一种智能花盆控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，包括步骤：
若是光照强度低于预设阈值范围，对智能花盆进行光照补足；
若是土壤湿度低于预设阈值范围，对智能花盆进行水分补足；
若是天气形势出现降雨超过25mm、6级及以上风力等级或气温超过35℃的情况，控制智能花盆移动至室内。
10.如权利要求7所述的一种智能花盆控制方法，其特征在于，还包括步骤：
S6：根据需求，由用户端调节智能花盆的补光单元或补水单元的运行，或者控制驱动单元移动花盆。
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