一種復(fù)制及重現(xiàn)植物生長(zhǎng)環(huán)境的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及植物生長(zhǎng)環(huán)境控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及復(fù)制及重現(xiàn)植物生長(zhǎng)環(huán)境的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，各種植物在各自獨(dú)特的地理環(huán)境中生存，它們?cè)谏蟽|年的自然環(huán)境生活進(jìn)化中形成了獨(dú)特的生長(zhǎng)需求，包括陽(yáng)光、溫度、濕度、二氧化碳濃度、土壤酸堿度等。在傳統(tǒng)種植業(yè)中，人們通常僅憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行種植，不能對(duì)植物當(dāng)前的生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)估，也不能精準(zhǔn)控制植物所需的水分及光照強(qiáng)度，植物的生產(chǎn)率低下，而且花費(fèi)的人工時(shí)間很多。
[0003]隨著機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，一些自動(dòng)控制農(nóng)業(yè)機(jī)械被用于種植，以預(yù)先確定的時(shí)間或數(shù)量對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行澆水或施肥。但是，這種農(nóng)業(yè)機(jī)械的澆水和植物光照的時(shí)間和強(qiáng)度通常是固定的，不能根據(jù)農(nóng)作物的當(dāng)前生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，智能化不足。此外，在水量和光照強(qiáng)度已經(jīng)充足的情況下，仍然按照預(yù)先確定的時(shí)間和數(shù)量對(duì)農(nóng)作物澆水或補(bǔ)光，不僅會(huì)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)造成不利影響，也容易造成資源浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)植物生長(zhǎng)環(huán)境各要素值的檢測(cè)技術(shù)較為復(fù)雜，需要專業(yè)人士操作，不利于推廣實(shí)施。對(duì)于一些生長(zhǎng)在偏遠(yuǎn)或極端條件下的經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的植物，為了提高這類植物的生產(chǎn)效率，對(duì)其源生長(zhǎng)環(huán)境的精確采集和在目標(biāo)場(chǎng)景環(huán)境下完全復(fù)制重現(xiàn)其源生長(zhǎng)環(huán)境提出了較高的技術(shù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的首要目的在于克服一些生長(zhǎng)在偏遠(yuǎn)或極端條件下的經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的植物生產(chǎn)效率不高的問題，提供一種復(fù)制及重現(xiàn)植物生長(zhǎng)環(huán)境的系統(tǒng)，能夠全自動(dòng)化的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)化采集植物生長(zhǎng)的源場(chǎng)景環(huán)境各參數(shù)值，并且能夠在目標(biāo)場(chǎng)景環(huán)境完全復(fù)制及重現(xiàn)植物生長(zhǎng)源場(chǎng)景環(huán)境，使得這些生長(zhǎng)在偏遠(yuǎn)或極端條件下的經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的植物生產(chǎn)效率大幅提升。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于克服現(xiàn)有植物種植技術(shù)中智能化程度不高的問題，提供一種復(fù)制及重現(xiàn)植物生長(zhǎng)環(huán)境的方法，該方法能做到植物生長(zhǎng)源場(chǎng)景環(huán)境和目標(biāo)場(chǎng)景環(huán)境的全自動(dòng)化的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)采集，以及目標(biāo)場(chǎng)景環(huán)境參數(shù)的精準(zhǔn)控制，該方法能實(shí)現(xiàn)節(jié)約人力資源成本及植物生長(zhǎng)環(huán)境的全智能可控化。
[0006]本發(fā)明的首要目的可以由下述的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0007]—種復(fù)制及重現(xiàn)植物生長(zhǎng)環(huán)境的系統(tǒng)，其包括源場(chǎng)景植物生長(zhǎng)環(huán)境部分和目標(biāo)場(chǎng)景植物生長(zhǎng)環(huán)境部分;源場(chǎng)景植物生長(zhǎng)環(huán)境部分獨(dú)自包括嵌入式ARM控制器模塊、電源模塊、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤PH傳感器、遠(yuǎn)程服務(wù)器、PC網(wǎng)頁(yè)前端;所述的電源模塊連接嵌入式ARM控制器模塊，用于提供嵌入式ARM控制器所需電源;所述空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤PH傳感器采集到的模擬電壓信號(hào)通過串口連接發(fā)送到嵌入式ARM控制器模塊;所述嵌入式ARM控制器模塊將傳感器采集到的模擬電壓信號(hào)值轉(zhuǎn)化為實(shí)際指標(biāo)值，并通過互聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)于遠(yuǎn)程服務(wù)器;所述PC網(wǎng)頁(yè)前端通過瀏覽器訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器數(shù)據(jù)并且在網(wǎng)頁(yè)上顯示前述傳感器實(shí)時(shí)數(shù)值；
目標(biāo)場(chǎng)景植物生長(zhǎng)環(huán)境部分獨(dú)自包括:嵌入式ARM控制器模塊、電源模塊、WiFi通信模塊、LED驅(qū)動(dòng)電路、LED面板燈調(diào)光模塊、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤PH傳感器、遠(yuǎn)程服務(wù)器、PC網(wǎng)頁(yè)前端、繼電器、水栗、風(fēng)扇;所述電源模塊連接LED驅(qū)動(dòng)電路和嵌入式ARM控制器模塊，用于提供LED驅(qū)動(dòng)電路及嵌入式ARM控制器所需電源;所述LED驅(qū)動(dòng)電路通過WiFi通信模塊與嵌入式ARM控制器模塊連接，驅(qū)動(dòng)LED面板燈;所述空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤PH傳感器采集到的模擬電壓信號(hào)通過串口連接發(fā)送到嵌入式ARM控制器模塊;所述PC網(wǎng)頁(yè)前端通過瀏覽器訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器顯示目標(biāo)場(chǎng)景植物生長(zhǎng)環(huán)境中各傳感器采集數(shù)值;所述的水栗、風(fēng)扇通過繼電器連接到嵌入式ARM控制器模塊;所述的嵌入式ARM控制器模塊將接收到的模擬電壓信號(hào)值轉(zhuǎn)化為實(shí)際指標(biāo)值，并通過網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，將目標(biāo)場(chǎng)景植物生長(zhǎng)環(huán)境實(shí)際指標(biāo)值與源場(chǎng)景植物生長(zhǎng)環(huán)境實(shí)際指標(biāo)值進(jìn)行比對(duì)，若存在差異，則產(chǎn)生控制指令，控制水栗及風(fēng)扇動(dòng)作，自動(dòng)調(diào)節(jié)LED面板燈光源，消除所述差異，使得目標(biāo)場(chǎng)景環(huán)境參數(shù)與源場(chǎng)景環(huán)境一致。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的源場(chǎng)景植物生長(zhǎng)環(huán)境部分只需要實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，目標(biāo)場(chǎng)景植物生長(zhǎng)環(huán)境部分需要實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并且與源場(chǎng)景植物生長(zhǎng)環(huán)境比較，對(duì)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行控制。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的LED驅(qū)動(dòng)電路與嵌入式ARM控制器模塊通過WiFi通信模塊相連，遵循WiFi協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的嵌入式ARM控制器模塊包括嵌入式ARM9主控板和單片機(jī)拓展板，嵌入式ARM9主控板采用友善之臂mini2440，單片機(jī)拓展板采用DFRobot Mega2560。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的LED驅(qū)動(dòng)電路采用恒流驅(qū)動(dòng)方式，通過PffM調(diào)光技術(shù)調(diào)節(jié)LED面板燈紅藍(lán)光比例。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的空氣溫度傳感器采用ds 18b20傳感器模塊、空氣濕度傳感器采用dhtll傳感器模塊、光照傳感器采用gy301傳感器模塊、二氧化碳濃度傳感器采用DFRobot出品模塊、土壤溫度傳感器采用祺鋒科技出品模塊、土壤濕度傳感器采用祺鋒科技出品模塊、土壤PH傳感器采用雷磁E-201-Z模塊。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的遠(yuǎn)程服務(wù)器與嵌入式ARM控制器模塊通過MQTT協(xié)議連接，用于網(wǎng)頁(yè)后臺(tái)管理和傳感器采集的數(shù)據(jù)的收發(fā)，遠(yuǎn)程服務(wù)器采用的是阿里云服務(wù)器。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)化地，所述的水栗、風(fēng)扇通過繼電器連接到嵌入式ARM控制器模塊GP1口，ARM控制器通過編程控制GP1 口輸出高低電平控制水栗、風(fēng)扇動(dòng)作。
[0015]利用所述系統(tǒng)的一種復(fù)制及重現(xiàn)植物生長(zhǎng)環(huán)境的方法，其包括以下步驟:
步驟一、由空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤PH傳感器全自動(dòng)的數(shù)據(jù)化采集源場(chǎng)景環(huán)境空氣溫度、空氣濕度、光照、二氧化碳濃度、土壤溫度、土壤濕度、土壤PH值；
步驟二、嵌入式ARM控制器模塊與遠(yuǎn)程服務(wù)器通信，并將步驟一中各傳感器采集到的指標(biāo)值在遠(yuǎn)程服務(wù)器上存儲(chǔ)；
步驟三、PC端與遠(yuǎn)程服務(wù)器通信，在網(wǎng)頁(yè)上精準(zhǔn)呈現(xiàn)指標(biāo)值；
步驟四、由空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤PH傳感器全自動(dòng)的數(shù)據(jù)化采集目標(biāo)場(chǎng)景環(huán)境空氣溫度、空氣濕度、光照、二氧化碳濃度、土壤溫度、土壤濕度、土壤PH值；
步驟五、嵌入式ARM控制器模塊與遠(yuǎn)程服務(wù)器通信，并將步驟四中傳感器采集到的指標(biāo)值在遠(yuǎn)程服務(wù)器上存儲(chǔ)；
步驟六、PC端與遠(yuǎn)程服務(wù)器通信，在網(wǎng)頁(yè)上精準(zhǔn)呈現(xiàn)指標(biāo)值并與源場(chǎng)景環(huán)境指標(biāo)比對(duì)；步驟七、嵌入式ARM控制器根據(jù)比對(duì)差異產(chǎn)生控制作用，控制水栗及風(fēng)扇動(dòng)作，自動(dòng)調(diào)節(jié)LED面板燈光源，消除差異，使得目標(biāo)場(chǎng)景環(huán)境指標(biāo)與源場(chǎng)景環(huán)境一致；
本發(fā)明的空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、土壤PH傳感器和嵌