CN112602504A - 一种用于植物全生长周期的智能生长箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于植物全生长周期的智能生长箱，涉及植物培育技术领域。本发明包括生长箱；生长箱的顶部固定安装有升降机构；升降机构的底部分别固定安装有四通道可调光源和相机；生长箱的底部设置有自动配液系统。本发明通过相机来拍摄植物不同生长阶段的图像，而图像处理单元将植物高度数据和植物生长状况数据发送至主控单元，主控单元记录植物生长历史数据，并由此通过升降机构来调节相机与四通道可调光源的高度和通过控制四通道可调光源来调节光谱曲线以及通过自动配液系统来为植物配置适合不同生长阶段的营养液；此过程可提高光效，并减轻人们的劳动压力，保证植物的健康生长，为人们研究植物生长过程提供数据支持。

Description

一种用于植物全生长周期的智能生长箱

技术领域

本发明属于植物培育技术领域，特别是涉及一种用于植物全生长周期的智能生长箱。

背景技术

在现代农业科研中，需要用到植物生长箱来研究植物生长的过程中，并分析光照(如光照强度何光谱分布等)、空气、温度和水肥等因素对植物生长的影响，以提高人们培育植物的成活率及植物的健康值。

在现有的植物生长箱中培育植物，经常会碰到几个问题：1、现有的光谱大多为固定光谱分布的光源，植物在整个生长周期中，需要接收的光谱分布并不相同，这将导致光效降低；2、固定的照射距离，无法根据植株的高度不同来调整照射距离，从而达到光效利用的最大化；3、必须由人工根据植物的生长状况来调整营养液的配比参数，增加了人们的劳动压力，且配比参数存在一定的误差；4、无法对植物生长的状况来进行记录和实时监控；

因此亟需一种用于植物全生长周期的智能生长箱来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于植物全生长周期的智能生长箱，通过相机来拍摄植物不同生长阶段的图像，而图像处理单元将植物高度数据和植物生长状况数据发送至主控单元，主控单元记录植物生长历史数据，并由此通过升降机构来调节相机与四通道可调光源的高度和通过控制四通道可调光源来调节光谱曲线以及通过自动配液系统来为植物配置适合不同生长阶段的营养液；此过程可提高光效，并减轻人们的劳动压力，保证植物的健康生长，为人们研究植物生长过程提供数据支持；解决了光效利用率低、无法根据植物高度来调节光源高度和植物生长过程无法记录数据以及人们配置营养液，增加人们劳动压力的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种用于植物全生长周期的智能生长箱，包括生长箱；所述生长箱的顶部固定安装有升降机构；所述升降机构的底部分别固定安装有四通道可调光源和相机；所述生长箱的底部设置有自动配液系统；所述自动配液系统上方设置有植物生长盘；

所述植物生长盘包括栽植盘和营养液水盘；所述栽植盘内种植有植物；所述营养液水盘与自动配液系统相连通；

所述四通道可调光源为植物的生长调节自身的光谱曲线；

所述相机将拍摄的植物图像发送至图像处理单元；所述图像处理单元将植物高度数据和植物生长状况数据发送至主控单元；所述主控单元通过控制升降机构上升降电机的工作来调节四通道可调光源和相机的高度；所述主控单元通过调节四通道可调光源的独立通道光功率来调节光谱曲线；所述主控单元通过控制自动配液系统的自动配液单元来对营养液水盘进行供给；

所述主控单元与人机交互单元进行通讯连接；且所述主控单元记录植物生长历史数据。

进一步地，所述植物高度数据是相机顶好基准成像距离后，调整镜头的焦距，计算图像的梯度，梯度最大时为图像最佳焦距，由此可计算出植株最高点到相机的距离，进而得知植物高度数据。

进一步地，所述相机采用短景深的电动调焦镜头。

进一步地，所述植物生长状况数据是对植物的叶片进行检测；所述图像处理单元对彩色图像中的绿色通道进行处理，并计算出叶片的覆盖面积；同时对叶片的边缘进行锐化，提取出叶片的数量；由此得出植物叶片检测数据。

进一步地，所述植物生长历史数据包括植物种类、升降机构的高度数据、植物高度数据、光源各通道的光功率、植物生长状况数据和营养液的配比参数。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过相机来拍摄植物不同生长阶段的图像，而图像处理单元将植物高度数据和植物生长状况数据发送至主控单元，主控单元记录植物生长历史数据，并由此通过升降机构来调节相机与四通道可调光源的高度和通过控制四通道可调光源来调节光谱曲线以及通过自动配液系统来为植物配置适合不同生长阶段的营养液；此过程可提高光效，并减轻人们的劳动压力，自动对植物进行检测、监控和调整各项参数，保证了植物的健康生长，为人们研究植物生长过程提供数据支持。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明系统图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-生长箱，2-升降机构，3-四通道可调光源，4-相机，5-自动配液系统，6-植物生长盘。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，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“设置”、“底部”、“顶部”、“长度”、“上方”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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。

如图1-2所示，本发明为一种用于植物全生长周期的智能生长箱，包括生长箱1；生长箱1的顶部固定安装有升降机构2；升降机构2为现有技术；如可采用电机驱动螺旋升降机，进而来带动丝杆顶端的安装板升降来实现安装在安装板下表面上四通道可调光源3和相机4的升降；此外还可利用电机驱动多组交叉连杆的摆动来实现升降机构的升降；升降机构2的底部分别固定安装有四通道可调光源3和相机4；升降机构2上的升降电机受主控单元，故主控单元根据植物高度数据控制升降机构2升降，进而来调节四通道可调光源3和相机4的高度，最大化的提高光效；生长箱1的底部设置有自动配液系统5；自动配液系统5上方设置有植物生长盘6；自动配液系统5内的PLC控制面板可通过控制净水泵将净水抽至混合桶内，且自动配液系统5内的PLC控制面板通过原液泵将营养液原液抽至混合桶内与净水混合，而混合桶内可设置PH传感器以及EG传感器对液体浓度进行检测，并将检测数据发送至主控单元，主控单元根据混合后的营养液浓度等数据，来决定是否启动净水泵或原液泵；如果液体浓度以及PH等数据都合适，则主控单元与PLC控制面板进行通讯，来将混合后的营养液通过混合泵抽至营养液水盘内，为植物提供灌溉和营养需求；此外可根据不同植物对不同元素的需求不同(如钙、钾等)，来设置多个元素桶，并通过元素泵来将元素混合肥料抽至混合桶内。

植物生长盘6包括栽植盘和营养液水盘；栽植盘内种植有植物；营养液水盘与自动配液系统5相连通；自动配液系统5为不同生长阶段的植物配置不同的营养液，并向营养液水盘内提供营养液，为植物生长提供水源以及所需的营养。

四通道可调光源3为植物的生长调节自身的光谱曲线；四通道可调光源包括白光、远红光、蓝光和紫外光四个通道，每个通道可独立调整光功率；主控单元根据植物生长状况数据来控制四通道可调光源调整光源的光谱曲线，使之更有利于植物的生长；

相机4将拍摄的植物图像发送至图像处理单元；图像处理单元将植物高度数据和植物生长状况数据发送至主控单元；主控单元通过控制升降机构1上升降电机的工作来调节四通道可调光源3和相机4的高度；主控单元通过调节四通道可调光源3的独立通道光功率来调节光谱曲线；主控单元通过控制自动配液系统5的自动配液单元来对营养液水盘进行供给；

主控单元与人机交互单元进行通讯连接；用户通过人机交互单元查看整个系统的工作参数和植株状况，同时也可以设置整个系统的工作参数，预设植物种类和不同生长阶段的各个参数配置；且主控单元记录植物生长历史数据。

其中，植物高度数据是相机4顶好基准成像距离后，调整镜头的焦距，计算图像的梯度，梯度最大时为图像最佳焦距，由此可计算出植株最高点到相机的距离，进而得知植物高度数据；主控单元根据植物高度数据来调节升降机构2的高度。

其中，相机4采用短景深的电动调焦镜头。

其中，植物生长状况数据是对植物的叶片进行检测；图像处理单元对彩色图像中的绿色通道进行处理，并计算出叶片的覆盖面积；同时对叶片的边缘进行锐化，提取出叶片的数量；由此得出植物叶片检测数据。

植物高度数据和植物生长状况数据表征了植株的生长状况和生长阶段，主控单元根据这些信息，通过升降机构2调整四通道可调光源3和相机4的高度，使光源最大化的覆盖植物生长盘6，提高光源的利用率；并调整四通道可调光源3的光功率和光谱曲线，兼顾考虑植物生长的需求和节能；同时主控单元根据植物高度数据和植物生长状况数据，区分出植株的生长阶段，利用自动配液系统5配置适合此阶段的营养液；其次，不同的种类的植物在不同阶段需要的营养液不同，可在主控单元中设置好植物不同阶段的营养液配方，需要配置时，主控单元发送指令，自动配液系统5自动进行营养液配置。

其中，植物生长历史数据包括植物种类、升降机构2的高度数据、植物高度数据、光源各通道的光功率、植物生长状况数据和营养液的配比参数。

本实施例的一个具体应用为：

相机4对植物进行拍摄图像，且图像处理单元对图像进行处理，并将植物高度数据和植物生长状况数据发送至主控单元，主控单元根据植物高度来控制升降机构2带动相机4和四通道可调光源3升降，提高光的利率；主控单元并根据植物生长状况数据来调节四通道可调光源3的光功率以及产生适合不同阶段植物生长的光谱曲线；最火通过主控单元控制自动配液系统5来配置适合植物生长的营养液；本发明适合于各种植物的全生长周期的研究；且能够自动对植株进行检测、监控和自动调整系统参数(如高度、光功率、营养液配给参数)以及自动记录植物生长过程中的各参数和植株生长状况(如数据和图像)，并可自动生成各种报表和对比曲线；本发明的使用更加灵活，用户可方便的设置植物种类和相应的工作参数，减轻了人们的劳动压力，提高了植物的健康生长。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种用于植物全生长周期的智能生长箱，包括生长箱(1)；其特征在于：

所述生长箱(1)的顶部固定安装有升降机构(2)；所述升降机构(2)的底部分别固定安装有四通道可调光源(3)和相机(4)；所述生长箱(1)的底部设置有自动配液系统(5)；所述自动配液系统(5)上方设置有植物生长盘(6)；

所述植物生长盘(6)包括栽植盘和营养液水盘；所述栽植盘内种植有植物；所述营养液水盘与自动配液系统(5)相连通；

所述四通道可调光源为植物的生长调节自身的光谱曲线；

所述相机(4)将拍摄的植物图像发送至图像处理单元；所述图像处理单元将植物高度数据和植物生长状况数据发送至主控单元；所述主控单元通过控制升降机构(1)上升降电机的工作来调节四通道可调光源(3)和相机(4)的高度；所述主控单元通过调节四通道可调光源(3)的独立通道光功率来调节光谱曲线；所述主控单元通过控制自动配液系统(5)的自动配液单元来对营养液水盘进行供给；

所述主控单元与人机交互单元进行通讯连接；且所述主控单元记录植物生长历史数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于植物全生长周期的智能生长箱，其特征在于，所述植物高度数据是相机(4)顶好基准成像距离后，调整镜头的焦距，计算图像的梯度，梯度最大时为图像最佳焦距，由此可计算出植株最高点到相机的距离，进而得知植物高度数据。

3.根据权利要求2所述的一种用于植物全生长周期的智能生长箱，其特征在于，所述相机(4)采用短景深的电动调焦镜头。

4.根据权利要求1所述的一种用于植物全生长周期的智能生长箱，其特征在于，所述植物生长状况数据是对植物的叶片进行检测；所述图像处理单元对彩色图像中的绿色通道进行处理，并计算出叶片的覆盖面积；同时对叶片的边缘进行锐化，提取出叶片的数量；由此得出植物叶片检测数据。

5.根据权利要求1所述的一种用于植物全生长周期的智能生长箱，其特征在于，所述植物生长历史数据包括植物种类、升降机构(2)的高度数据、植物高度数据、光源各通道的光功率、植物生长状况数据和营养液的配比参数。

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