CN212306247U

CN212306247U - 一种盆栽植物生育动态自动监测与调控装置

Info

Publication number: CN212306247U
Application number: CN202020592965.5U
Authority: CN
Inventors: 郭新宇; 温维亮; 王传宇; 吴升; 樊江川
Original assignee: Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture
Current assignee: Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2030-04-20

Abstract

本实用新型涉及盆栽技术领域，公开了一种盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，包括：摄像模块、温湿度采集模块、PH值检测模块、控制模块及自动补水系统；摄像模块、温湿度采集模块、PH值检测模块分别连接控制模块，控制模块连接自动补水系统；本实用新型结构简单、设计巧妙，通过确定盆栽植物的种类及当前的生育阶段与水肥参数信息，将水肥参数信息与盆栽植物相应生育阶段的水肥阈值进行比对，便于较为准确地确定对盆栽植物的补水量与施肥量，以便通过自动补水系统对盆栽植物进行自动补水控制，并便于用户及时对盆栽植物进行定量地施肥，达到了对盆栽植物精细化管理的目的，确保了盆栽植物的健康成长。

Description

一种盆栽植物生育动态自动监测与调控装置

技术领域

本实用新型涉及盆栽技术领域，特别是涉及一种盆栽植物生育动态自动监测与调控装置。

背景技术

随着社会经济的不断的发展及社会消费水平不断的提高，人们的生活质量也随着不断的提高，人们对居家绿化的需求也越来越大，很多人喜欢在家里或者办公室种植盆栽花卉。通过种植花卉可以放松心情、陶冶情操、净化室内空气、美化家庭环境。

当前，在对盆栽植物的栽培过程中，通常基于对盆栽实时监测的温湿度信息与光照信息，进行光照和水分的自动补充，以实现对盆栽植物的自动栽培。由于不同植物在不同生育阶段所需要的水和肥力具有一定差异，而在现有技术中，在对盆栽植物进行自动栽培时，并没有基于盆栽植物的种类和生长阶段定量地对其进行相应的补水或施肥，从而难以对其实现精细化管理。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，用于解决当前在对盆栽植物进行自动栽培时，并没有基于盆栽植物的种类和生育阶段实现定量地对其进行相应的补水与施肥控制，从而难以对其实现精细化管理的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，包括：摄像模块、温湿度采集模块、PH值检测模块、控制模块及自动补水系统；所述摄像模块、所述温湿度采集模块、所述PH值检测模块分别连接所述控制模块，所述控制模块连接所述自动补水系统；其中，所述摄像模块用于采集盆栽植物当前的可见光图像信息，以便确定盆栽植物的种类与当前的生育阶段；所述温湿度采集模块与所述PH值检测模块分别用于采集盆栽植物的土壤温湿度信息与土壤PH值，以便获取盆栽植物的水肥参数信息，所述控制模块用于将所述水肥参数信息与所述盆栽植物相应生育阶段的水肥阈值进行比对，确定对所述盆栽植物的补水量与施肥量，并控制所述自动补水系统对所述盆栽植物进行的自动补水动作。

其中，所述控制模块连接语音控制模块与云服务器，所述云服务器连接用户终端。

其中，还包括：电动旋转装置与光照传感器；所述电动旋转装置上用于放置盆栽植物，所述电动旋转装置与所述光照传感器分别连接所述控制模块，所述光照传感器设置在所述电动旋转装置的一侧，并用于对所述盆栽植物一侧的光照强度进行采集。

其中，所述摄像模块设置在盆栽植物的一侧，所述摄像模块包括摄像头、自动折叠杆和收纳盒，所述摄像头与所述自动折叠杆分别连接所述控制模块，所述摄像头在所述自动折叠杆处于折叠状态时位于所述收纳盒内。

其中，所述自动补水系统包括供水管路与水泵，所述水泵连接所述控制模块，并安装在所述供水管路上，所述供水管路的出水端用于伸向所述盆栽植物。

其中，所述供水管路包括一根主管与多根支管，所述水泵安装在所述主管上，所述支管远离所述主管的一端用于伸向所述盆栽植物，所述支管上装有电控阀，所述电控阀连接所述控制模块。

本实用新型实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本实用新型实施例提供的盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，通过获取盆栽植物的可见光图像信息来确定其种类与生育阶段，并基于盆栽植物土壤的水肥参数信息，从而通过将水肥参数信息与盆栽植物相应生育阶段的水肥阈值进行比对，便于较为准确地确定对盆栽植物的补水量与施肥量，以便通过自动补水系统对盆栽植物进行自动补水控制，并便于用户及时对盆栽植物进行定量地施肥，达到了对盆栽植物精细化管理的目的，确保了盆栽植物的健康成长。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例所示的盆栽植物生育动态自动监测与调控装置的控制结构框图；

图2为本实用新型实施例所示的盆栽植物在电动旋转装置上的安装结构示意图；

图3为本实用新型实施例所示的基于盆栽植物生育动态自动监测与调控装置的方法的流程图；

图4为本实用新型实施例所示的对盆栽植物的生育动态进行自动模式与手动模式控制的流程图。

图中：1、摄像模块；2、温湿度采集模块；3、PH值检测模块；4、控制模块；5、自动补水系统；6、电动旋转装置；7、光照传感器；8、语音控制模块；9、云服务器；10、用户终端。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供了一种盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，包括：摄像模块1、温湿度采集模块2、PH值检测模块3、控制模块4及自动补水系统5；摄像模块1、温湿度采集模块2、PH值检测模块3分别连接控制模块4，控制模块4连接自动补水系统5；其中，摄像模块1用于采集盆栽植物当前的可见光图像信息，以便确定盆栽植物的种类与当前的生育阶段，温湿度采集模块2和PH值检测模块3分别用于采集盆栽植物的土壤温湿度信息和土壤PH值，以便获取盆栽植物的水肥参数信息，控制模块4用于将所述水肥参数信息与盆栽植物相应生育阶段的水肥阈值进行比对，确定对盆栽植物的补水量与施肥量，并控制自动补水系统5对盆栽植物进行的自动补水动作。

具体的，本实施例所示的装置可通过可见光图像信息识别盆栽植物的种类和当前的生育阶段，并通过温湿度采集模块2与PH值检测模块3采集到的信息获取盆栽植物的水肥参数信息，从而通过将水肥参数信息与盆栽植物相应生育阶段的水肥阈值进行比对，便于较为准确地确定对盆栽植物的补水量与施肥量，以便通过自动补水系统对盆栽植物进行自动补水控制，并便于用户及时对盆栽植物进行定量地施肥，达到了对盆栽植物精细化管理的目的，确保了盆栽植物的健康成长。

在此应指出的是，温湿度采集模块2可以为本领域所公知的温度传感器与湿度传感器，PH值检测模块3可以为本领域所公知的PH值传感器，其中，温湿度采集模块2与PH值检测模块3预埋于盆栽植物的花盆内，用于盆栽植物栽培土壤的温湿度及PH值数据的采集。与此同时，控制模块4可以为本领域所公知的PLC控制器。另外，盆栽植物相应生育阶段的水肥阈值是预先基于对该盆栽植物进行日常培育时从其对应生育阶段所需水肥参数的历史数据中获取，其中，对于每种盆栽植物而言，在其相应阶段正常生长所需的水肥参数显然维持在一个稳定的阈值范围内，该阈值范围即为本实施例所示的水肥阈值。

如图2所示，自动补水系统5包括供水管路与水泵，水泵安装在供水管路上，供水管路的出水端伸向盆栽植物，但不插入至盆栽植物相应的花盆内，其中，在盆栽植物为多个时，供水管路可由一根主管和多根支管组成，水泵安装在主管上，每根支管的出水端对应伸向一个盆栽植物，且在每根支管上装有电控阀，由此，控制模块4可通过控制水泵的启停来控制对各个盆栽植物的补水动作，并进一步通过对各个支管上电控阀开启时间的控制，来实现对各个盆栽植物补水量的定量控制。

与此同时，摄像模块1设置在盆栽植物的一侧，摄像模块1包括摄像头、自动折叠杆和收纳盒，摄像头与自动折叠杆分别连接控制模块4，其中，自动折叠杆可以理解为本领域所公知的多自由度的机械臂，如：三轴机械臂。控制模块4可基于控制指令对自动折叠杆的折叠与伸展状态进行控制，摄像头在自动折叠杆处于折叠状态时位于收纳盒内，而自动折叠杆在处于展开状态时，可对摄像头的高度及其镜头的角度进行控制，以便采集盆栽植物当前的可见光图像信息，并进一步获取盆栽植物的表型。

优选地，如图1与图2所示，本实施例中还包括：电动旋转装置6与光照传感器7；电动旋转装置6上用于放置盆栽植物，光照传感器7连接控制模块4，光照传感器7设置在电动旋转装置6的一侧，并用于对盆栽植物一侧的光照强度进行采集。

具体的，电动旋转装置6可以连接为本领域所公知的由旋转电机驱动的水平转台，在水平转台上放置盆栽植物。由于盆栽植物在长时间单面受光时，会因向光性而发生形态偏移或生长不均衡的现象，为了确保盆栽植物各个侧面光照的均匀性，以便直立地向上生长，本实施例可采用本领域所公知的光照传感器7采集盆栽植物某一单侧的光照强度，控制模块4可以通过内置的时钟统计盆栽植物的单侧光照时长，在单侧光照时长达到预设时间阈值时，向电动旋转装置6相应的旋转电机发送控制指令，以控制盆栽植物以预设角度旋转，比如：可将盆栽植物放置于电动旋转装置6上，在单侧光照时长达到设置的时间阈值为2小时时，可以此控制盆栽植物以45°或90°的预设角度旋转，如此通过控制盆栽植物的旋转来控制其受光面，确保了盆栽植物的各个方位受光的一致性。

优选地，如图1所示，本实施例中控制模块4连接语音控制模块8与云服务器9，云服务器9连接用户终端10。

具体的，语音控制模块8可以为本领域所公知的型号为LD3320的语音识别模块，在用户给予的语音信号与语音控制模块8内置的相应语音指令相匹配时，语音控制模块8即可对用户给予的语音信号进行有效识别，并通过控制模块4控制相应的执行部件完成相应的动作，例如：通过控制模块4基于自动补水系统5对盆栽植物进行定量地补水控制，并控制摄像模块1采集盆栽植物的可见光图像信息，并进一步获取盆栽植物的表型等。与此同时，控制模块4还可以将实时接收到的信息与处理获得的数据信息通过互联网、4G或5G网络发送至云服务器9，云服务器9也可进一步通过互联网、4G或5G网络将相应的信息发送用户终端10，以便用户对盆栽植物的相应信息进行远程观看，该用户终端10包括电脑、手机等；相应地，用户也可基于用户终端10对盆栽植物实施相应的决策指令，如：远程控制盆栽植物的补水、旋转等，如此大大提高了盆栽植物种养的趣味性和交互性，同时也为长期无法近距离照顾盆栽植物的用户提供了远程管理的手段。

参见图3，本实施例还提供了一种基于盆栽植物生育动态自动监测与调控装置的方法，包括：S1，采集盆栽植物当前的可见光图像信息与水肥参数信息，基于可见光图像信息确定盆栽植物的种类与生育阶段；S2，将盆栽植物的种类、生育阶段及水肥参数信息输入水肥决策模型，水肥决策模型输出与盆栽植物的生育阶段相应的水肥阈值，并将水肥参数信息与水肥阈值进行比对，生成对盆栽植物进行补水与施肥的决策指令；S3，基于决策指令对盆栽植物进行补水与施肥提示；其中，基于不同种类的盆栽植物在不同生育阶段所需水肥的历史数据建立水肥决策模型。

具体的，本实施例提供的方法，可基于本领域所公知的摄像模块获取盆栽植物的可见光图像信息，通过对可见光图像信息中的植株进行图像识别与高度识别，以此来确定盆栽植物的种类及其生育阶段，并可基于本领域所公知的PH值检测模块获取盆栽植物土壤的水肥参数信息，从而在将盆栽植物的种类、生育阶段及水肥参数信息输入水肥决策模型后，可根据水肥决策模型获得盆栽植物生育阶段相应的水肥阈值，进而通过将盆栽植物的水肥参数信息与水肥阈值进行比对，可生成对盆栽植物进行补水的补水量与进行施肥的施肥量的决策指令，并基于决策指令对盆栽植物进行补水与施肥提示。

由此可见，本实施例基于盆栽植物的种类和生育阶段及水肥参数信息，通过水肥决策模型便于自动且定量地控制对盆栽植物的补水与施肥，达到了对盆栽植物精细化管理的目的，确保了盆栽植物的健康成长。

在此应指出的是，在对盆栽植物进行栽培之前，可预先针对不同盆栽植物，开展多组试验，以通过大数据分析建立水肥决策模型，获取各个种类的盆栽植物在其相应生育阶段的水肥阈值。具体而言，水肥决策模型包括水分模型W_k(h,r)与肥力模型F_k(h,r)，其中，k为盆栽植物的种类，h为盆栽植物的高度，r为盆栽植物的侧视图投影面积，并且，盆栽植物的种类k、高度h及侧视图投影面积r均可对可见光图像信息的处理来获取。

由此，在水肥参数信息为盆栽植物的土壤温湿度信息与土壤PH值时，基于水分模型W_k(h,r)与肥力模型F_k(h,r)，可对应获取盆栽植物的生育阶段相应的土壤温湿度阈值与土壤PH值阈值，从而水分模型W_k(h,r)在盆栽植物当前的土壤温湿度信息低于土壤温湿度阈值时，生成对盆栽植物进行补水的决策指令，以便通过自动补水系统对盆栽植物进行定量地补水；相应地，肥力模型F_k(h,r)在盆栽植物当前的土壤PH值低于土壤PH值阈值时，生成对盆栽植物进行施肥的决策指令，以便用户对盆栽植物进行定量地追肥。反之，水分模型W_k(h,r)在盆栽植物当前的土壤温湿度信息高于土壤温湿度阈值时，或者，肥力模型F_k(h,r)在盆栽植物当前的土壤PH值高于土壤PH值阈值时，均无需干预。

优选地，本实施例中S1还包括：获取盆栽植物的单侧光照时长；相应地，S3还包括：在单侧光照时长达到预设时间阈值时，控制盆栽植物旋转预设角度。

具体的，盆栽植物在长时间单面受光时，会因向光性而发生形态偏移或生长不均衡的现象，为了确保盆栽植物各个侧面光照的均匀性，以便直立地向上生长，本实施例可采用本领域所公知的光照传感器采集盆栽植物某一单侧的光照强度，在单侧光照时长达到预设时间阈值时，控制盆栽植物以预设角度旋转，比如：可将盆栽植物放置于电动旋转装置上，在单侧光照时长达到设置的时间阈值为2小时，可以此控制盆栽植物以45°或90°的预设角度旋转，如此通过控制盆栽植物的旋转来控制其受光面，确保了盆栽植物的各个方位受光的一致性。

优选地，本实施例中S1还包括：以预设的时间发展节点连续采集盆栽植物的可见光图像信息，将采集的可见光图像信息发送至云服务器；云服务器基于接收到的可见光图像信息生成植株生长视频，并将植株生长视频发送至用户终端，其中，植株生长视频用于显示盆栽植物的表型随时间的动态变化，并同步显示盆栽植物的表型参数信息。

具体的，在获取盆栽植物的植株生长视频时，可通过本领域所公知的摄像模块具体获取对盆栽植物以预设的时间发展节点连续采集其侧视图像与顶视图像，将采集到的这些可见光图像信息通过互联网、4G或5G网络发送至云服务器，云服务器以此提取盆栽植物的二维表型参数信息，并基于对盆栽植物连续获取的二维表型参数信息处理得到盆栽植物的生长速率，然后，将以预设的时间发展节点连续采集的图像合成植株生长视频，并将对应的二维表型参数信息放入对应的视频帧中，由此实现对盆栽植物生长的直播，其中，摄像模块对盆栽植物的连续采集可以天为单位，二维表型参数信息包括盆栽植物的垂直投影面积、侧视投影面积、株高等。

与此同时，云服务器处理得到的植株生长视频可通过互联网、4G或5G网络发送至盆栽植物相应的控制模块或者用户终端，以便用户浏览观看，该用户终端包括电脑、手机等。

优选地，本实施例中还包括：对盆栽植物建立管理日志，并在对盆栽植物进行补水与施肥提示时，通过用户终端对用户进行信息提示，用户基于该信息提示，通过用户终端以远程操作的方式或在现场以语音指令的方式控制对盆栽植物的补水动作、旋转动作及进行可见光图像信息的采集动作；其中，管理日志包括盆栽植物的编号、栽培日期、补水次数，每次补水量、施肥次数、每次施肥量、转动次数、每次转动角度及以时间发展节点连续采集的盆栽植物的土壤温度信息、土壤湿度信息及土壤PH值。

具体的，通过对盆栽植物建立管理日志，便于用户通过用户终端远程查看相关的历史日志，实现对盆栽植物长相长势的可视化直播，达到远程监视的目的；与此同时，在对盆栽植物进行定量补水与定量施肥指示的基础上，还可便于用户通过用户终端以远程操作的方式或在现场以语音指令的方式对盆栽植物的栽培进行人工干预，大大提高了盆栽植物种养的趣味性和交互性。

与此同时，在基于语音控制模块在现场发送语音指令时，语音控制模块的核心部件为语音芯片，经麦克风阵列收集到语音，通过语音芯片进行噪声滤除、混响处理、修复衰减，与系统引擎中内置的指令进行匹配，当语音匹配满足一致性要求时，即认为是有效指令，以此实现对语音指令的识别，从而可通过相应的控制模块基于自动补水系统对盆栽植物进行定量地补水，并控制摄像模块采集盆栽植物的可见光图像信息，并进一步获取盆栽植物的表型等。

如图4所示，图4为本实施例对盆栽植物的栽培进行自动模式与手动模式的控制流程图。在自动模式下，基于自动采集盆栽植物的土壤温湿度、土壤PH值及单侧光照时长进行判断，在这三类指标达到相应的阈值时，可相应地自动控制对盆栽植物进行定量地补水，提示用户进行定量地施肥，并且还直接以默认的预设角度控制盆栽植物进行旋转。

与此同时，在手动模式下，基于自动采集盆栽植物的土壤温湿度、土壤PH值及单侧光照时长进行判断，在这三类指标达到相应的阈值时，向用户终端发送提醒，用户基于用户终端可控制摄像模块对盆栽植物进行观察，然后，由用户设定对盆栽植物是否需要补水，并控制补水量，并由用户设定对盆栽植物是否需要施肥，并控制施肥量，同时由用户设定对盆栽植物是否需要旋转，并控制旋转量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，其特征在于，包括：摄像模块、温湿度采集模块、PH值检测模块、控制模块及自动补水系统；所述摄像模块、所述温湿度采集模块、所述PH值检测模块分别连接所述控制模块，所述控制模块连接所述自动补水系统；

其中，所述摄像模块用于采集盆栽植物当前的可见光图像信息，以便确定盆栽植物的种类与当前的生育阶段；所述温湿度采集模块与所述PH值检测模块分别用于采集盆栽植物的土壤温湿度信息与土壤PH值，以便获取盆栽植物的水肥参数信息，所述控制模块用于将所述水肥参数信息与所述盆栽植物相应生育阶段的水肥阈值进行比对，确定对所述盆栽植物的补水量与施肥量，并控制所述自动补水系统对所述盆栽植物进行的自动补水动作。

2.根据权利要求1所述的盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，其特征在于，所述控制模块连接语音控制模块与云服务器，所述云服务器连接用户终端。

3.根据权利要求1或2所述的盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，其特征在于，还包括：电动旋转装置与光照传感器；所述电动旋转装置上用于放置盆栽植物，所述电动旋转装置与所述光照传感器分别连接所述控制模块，所述光照传感器设置在所述电动旋转装置的一侧，并用于对所述盆栽植物一侧的光照强度进行采集。

4.根据权利要求1或2所述的盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，其特征在于，所述摄像模块设置在盆栽植物的一侧，所述摄像模块包括摄像头、自动折叠杆和收纳盒，所述摄像头与所述自动折叠杆分别连接所述控制模块，所述摄像头在所述自动折叠杆处于折叠状态时位于所述收纳盒内。

5.根据权利要求1或2所述的盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，其特征在于，所述自动补水系统包括供水管路与水泵，所述水泵连接所述控制模块，并安装在所述供水管路上，所述供水管路的出水端用于伸向所述盆栽植物。

6.根据权利要求5所述的盆栽植物生育动态自动监测与调控装置，其特征在于，所述供水管路包括一根主管与多根支管，所述水泵安装在所述主管上，所述支管远离所述主管的一端用于伸向所述盆栽植物，所述支管上装有电控阀，所述电控阀连接所述控制模块。