一种智能化室内多层水培种植系统的制作方法

1.本发明涉及室内植物种植领域，具体的说，涉及了一种智能化室内多层水培种植系统。


背景技术：

2.随着城市化进程的发展，城市内人口数量不断增加，居住环境也多以高层楼房居住为主，城市中虽有绿化场地和公园绿地，但是人们的大部分时间仍然以室内居住和工作为主，导致人们的日常生活中仍然缺少自然绿植。
3.随着时代的发展，以及人们对于美好生活的向往，和亲近自然的本性，造就了室内植物养植行业的发展。
4.以此同时，科研人员对于种植作物的要求是少量、多样，以获得各种不同参数下的多样性结果。
5.目前，室内植物的种植，存在散乱无序的问题，多为从市场上购买植被，在花盆中养护，需定期人工浇水，施肥，并按照植物习性进行特定养护，对于人工的要求较高，由于一般人缺乏专业知识，导致市面上能够室内种植的品种少之又少。
6.而科研人员虽具备专业知识，但是需养护的种类太多，分身乏术，对人工数量的要求过高。
7.目前也有专业的用于室内种植的设备存在，但是功能单一，仅具备自动浇灌水、补充光照等简单功能，一方面存在对人工的专业技能要求高的问题，另一方面无法适用于各种不同的植物品种，灵活性不足。
8.为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。


技术实现要素：

9.本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种定制化程度高、适用于多种植物同时养护、自动化和智能化程度高、降低技能要求的智能化室内多层水培种植系统。
10.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种智能化室内多层水培种植系统，包括多层种植架、云端服务器和移动设备端；所述多层种植架包括多层架体，所述多层架体的底部设置有水箱、水泵、二氧化碳气体储存罐、气泵、营养液补充模块和营养液泵，所述多层架体的上部设置有多层定植板，所述定植板上设置有补水槽，各层定植板的补水槽中设置有若干定植篮，定植篮上方的定植板底部设置有无级调节补光灯和光传感器，所述定植板上设置有通风结构；每层定植板中安装有温湿度传感器，所述水泵通过多级分支的水管连接各补水槽，末级分支的水管上安装有补水电磁阀；每层定植板上等间距的设置若干二氧化碳出气口，各二氧化碳出气口通过多级气管连接所述气泵，各二氧化碳出气口处安装二氧化碳排气电磁阀；所述营养液补充模块设置有ec、ph、do的闭环控制单元。控制单元包括传感器、以
专用嵌入式系统为核心的控制器、浓缩液泵、多个浓缩液槽、营养液槽、清水注入管道、清水液位控制器、清水液位传感器，液体混合器，所述浓缩液槽通过浓缩液泵连通营养液槽，所述清水注入管道连通所述营养液槽，所述清水液位控制器和清水液位传感器用于控制营养液槽中的液体液位，所述液体混合器设置于营养液槽中用于混合浓缩液和清水，所述营养液槽中设置有检测营养液浓度的传感器；其工作原理为：清水注入营养液槽，控制器通过传感器读取营养液槽中的参数，与目标参数比较，然后控制浓缩液泵将浓缩营养液按比例泵入到营养液槽内，此过程中，混合器连续工作，将浓缩液与清水充分混合，减少测量误差，提高闭环控制的精确度。当实测值与目标值的偏差小到设定的范围内后，暂停浓缩液泵的工作，当实测值与目标值的偏差不小于设定的范围，浓缩液泵再开始工作，如此循环，形成连续闭环的高精度控制。当接收到新的目标数据后，按新的目标数据来控制。
11.所述水泵、气泵、营养液泵、无级调节补光灯、光传感器、直线轨道、吹拂风机、温湿度传感器均连接控制器，所述控制器通过有线或无线网络与所述云端服务器和移动设备端实现通信。
12.基上所述，所述云端服务器部署有生长配方存储模块，通过以下方法对多层种植架上的植物进行养护：每个定植篮设置标签用于网络身份的识别，由人工将定植篮中新种入的植物所处的生长阶段信息录入移动设备端，再由移动设备端将生长阶段信息上传云端服务器，由云端服务器根据植物所处的生长阶段信息适配合适的生长配方，并将生长配方推送至多层种植架，由多层种植架上的控制器随时间安排执行；所述生长配方包含与时间关联的各项环境控制参数。
13.所述云端服务器部署的生长配方存储模块，可通过后台进行管理，包括增加、修改、删除；有生长配方分段程序，它们根据设备映像的状态与所引用的配方，从当前配方中运算形成下载数据进行发布，设备订阅发布，得到时自己在短时间内的运行参数。
14.设备从订阅中得到自己的控制信息，存储到存储模块中，按参数进行输出控制，按要求输出控制数据指定的值。
15.使用者种下作物，在移动端【选择】与实际作物一样的作物，并在菜单中指定其生长阶段，如播种、定植、扦插等，信息，确定即可，剩下的各种环境控制由云端系统完成，它根据算法确定在适合的时间为设备推送控制数据。
16.基上所述，所述生长配方的推送按时间属性分段发布，所述多层种植架仅执行当前收到的分段的生长配方，该方法降低了对网络的依赖，让设备端的设计更简单。
17.基上所述，所述移动设备端可上传自定义的生长配方至云端服务器的定制化配方模块，多层种植架的控制器从云端服务器中下载该定制化配方模块，所述多层种植架上设置有若干图像采集模组，所述图像采集模组用于获取植物的生长状态信息，并将生长状态信息上传至云端服务器，以形成对定制化配方模块的评价数据，根据评价数据的结果，将自定义的生长配方转化为生长配方并转存至生长配方存储模块。
18.基上所述，每层定植板包括底板、顶板和立板，所述立板支撑在底板和顶板之间，所述定植板中心处形成长槽形的透气空间，围绕所述透气空间形成所述补水槽，所述透气
空间和补水槽间设置有透气孔，所述定植篮沿补水槽环形分布。
19.基上所述，所述多层种植架上的立柱为分段立柱，可现场组装。
20.基上所述，所述多层种植架上还设置有环境温湿度传感器。
21.基上所述，所述多层种植架上安装有连接控制器的显示面板，用于展示各定植篮的状态信息和当前的环境信息。
22.基上所述，所述多层种植架上的各功能模块间通过modbus总线通信，设备通过开放的modbus总线连接各个子系统，整个系统可以灵活配置改变系统的组成与规模。
23.基上所述，所述通风结构包括设于各层定植板上的通风管道和风机，此方案为主动通风，使用风扇与管道（可能是结构设计自然形成的空气通路，也可能是真实的带孔管道）的组合驱动，使空气在作物叶片上流动。
24.基上所述，所述通风结构还包括设于各层定植板上的通风孔，此方案为自然通风，在定植板上设计有孔，利用热空气上升的原理，灯的热量加热空气，促成气流上升，在叶面形成气流。
25.本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明将植物的养护网络化，实现云种植，即将各种植物的生长过程中所需要的参数数据化，存储于云端，形成针对不同植物的生长配方，生长配方带有时间节点，每个时间节点所对应的各项参数均有特异性，通过对定植篮和定植板的标定，以及定植篮中植物状态的初始设定，即可从云端订阅生长配方，并根据配方存储的数据对补水、补光、营养液、风和二氧化碳气体肥料等进行高度定制化且自动化的养护，无需人员全程参与，大幅降低了养护人员的专业要求，使养护便利化，能够养护更多培育难度高的植物，极大丰富了室内种植品种的选择。
26.对于科研人员而言，可根据需要对每个定植板和定植篮进行自定义的参数设计，一次性设置之后便可自动执行，后期维护方便，最大限度的降低了人工的参与程度，降低了对人力的要求。
27.其中，由于不同植被所需营养液的浓度和量不同，因此，设置所述营养液补充模块，并使营养液的浓度可调，以适配不同生长阶段、不同作物的营养需求。
28.配置自定义的生长配方系统，根据自身对植物的了解和研究，形成独立的养护方案，并通过图像采集的方式上传植物的生长状态，作为对于自定义的生长配方的评价基础，以便将自定义的生长配方转化为公用的生长配方，供同地区或同生长环境的用户使用，最终将生长配方的丰富程度大幅提升，进一步优化个性化种植的配方系统，有利于用于找到适合自己的养护方案。
附图说明
29.图1是本发明中智能化室内多层水培种植系统中多层种植架的结构示意图。
30.图2是本发明中智能化室内多层水培种植系统的通信原理图。
31.图3是本发明中智能化室内多层水培种植系统中多层种植架的功能原理图。
32.图4是本发明中智能化室内多层水培种植系统的生长配方获取原理图。
33.图5是本发明中智能化室内多层水培种植系统的生长配方应用原理图。
34.图中：1.多层种植架；2.云端服务器；3.移动设备端；4.多层架体；5.水箱；6.水泵；7.二氧化碳储存罐；8.气泵；11.定植板；12.补水槽；13.定植篮；14.无级调节补光灯；15.光
传感器；16.通风管道；17.风机；18.水管；19.补水电磁阀；20.二氧化碳出气口；21.二氧化碳排气电磁阀；24.控制器；25.透气空间；26.显示面板。
具体实施方式
35.下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
36.如图1
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图5所示，一种智能化室内多层水培种植系统，包括多层种植架1、云端服务器2和移动设备端3。
37.所述多层种植架1包括多层架体4，所述多层架体的底部设置有水箱5、水泵6、二氧化碳气体储存罐7、气泵8、营养液储存罐9和营养液泵10，所述多层架体4的上部设置有多层定植板11，所述多层种植架1上的立柱为分段立柱，所述定植板11上设置有补水槽12，各层定植板的补水槽12中设置有若干定植篮13，定植篮13上方的定植板底部设置有无级调节补光灯14和光传感器15，所述定植篮13上方的定植板底部设置有通风结构，本实施例中，通风结构包括风机和通风管道，风机产生风，通过通风管道送至各层板的作物叶片处。
38.每层定植板上安装有温湿度传感器，所述水泵6通过多级分支的水管18连接各补水槽12，末级分支的水管上安装有补水电磁阀19。
39.每层定植板包括底板、顶板和立板，所述立板支撑在底板和顶板之间，所述定植板中心处形成长槽形的透气空间25，围绕所述透气空间形成所述补水槽12，所述透气空间和补水槽间设置有透气孔，所述定植篮沿补水槽环形分布。
40.每层定植板11上等间距的设置若干二氧化碳出气口20，各二氧化碳出气口20通过多级气管连接所述气泵8，各二氧化碳出气口处安装二氧化碳排气电磁阀21。
41.所述营养液补充模块设置有ec、ph、do的闭环控制单元。控制单元包括浓度检测传感器、以专用嵌入式系统为核心的控制器、浓缩液泵10、多个浓缩液槽9、营养液槽22、清水注入管道23、清水液位控制器、清水液位传感器，液体混合器，所述浓缩液槽9通过浓缩液泵10连通营养液槽22，所述清水注入管道23连通所述营养液槽22，所述清水液位控制器和清水液位传感器用于控制营养液槽22中的液体液位，所述液体混合器设置于营养液槽中用于混合浓缩液和清水。
42.营养液供应的工作原理：清水注入营养液槽，控制器通过传感器读取营养液槽中的参数，与目标参数比较，然后控制浓缩液泵将浓缩营养液按比例泵入到营养液槽内，此过程中，混合器连续工作，将浓缩液与清水充分混合，减少测量误差，提高闭环控制的精确度。当实测值与目标值的偏差小到设定的范围内后，暂停浓缩液泵的工作，当实测值与目标值的偏差不小于设定的范围，浓缩液泵再开始工作，如此循环，形成连续闭环的高精度控制。当接收到新的目标数据后，按新的目标数据来控制。
43.所述水泵6、气泵8、无级调节补光灯14、光传感器15、通风管道16、风机17、温湿度传感器均连接控制器24，所述控制器24通过有线或无线网络与所述云端服务器2和移动设备端3实现通信。
44.所述多层种植架1上还设置有环境温湿度传感器，用于检测环境的温湿度，以作为调节参照，所述多层种植架1上安装有连接控制器的显示面板26，用于展示各定植篮的状态信息和当前的环境信息。
45.所述云端服务器部署有生长配方存储模块和定制化配方模块，所述控制器上设置有生长配方下载和存储模块，所述移动设备端配置有用于读取和配置云端服务器和控制器上的生长配方的客户端，通过以下步骤对多层种植架上的植物进行养护：其中，生长配方存储模块中的生长配方，在最初为厂家通过科学的种植模式设定的基础生长配方，为理想模式下的最优方案，由用户共用，并随时间推移，生长配方会进一步的由官方优化，而丰富化则交给定制化配方模块，用于存储用户根据自身特点自定义的生长配方，这部分生长配方的设置转化为公用配方，可大幅度的丰富生长配方的多样性，转化的考核依靠图像采集模块所采集的图像中，植物生长状态的评估得分。
46.具体的养护过程如下：每个定植篮设置标签用于网络身份的识别，由人工将定植篮中新种入的植物所处的生长阶段信息录入移动设备端，再由移动设备端将生长阶段信息上传云端服务器，由云端服务器根据植物所处的生长阶段信息适配合适的生长配方，并将生长配方推送至多层种植架，由多层种植架上的控制器随时间安排执行；所述生长配方包含与时间关联的各项环境控制参数，即设置各定植篮所对应的水泵、气泵、营养液补充模块、无级调节补光灯、风机的工作模式，本实施例中，生长配方的下载采用分段下载的方式实现，仅下载对应当前生长过程的生长配方，所以工作模式并非不动的，而是随着时间的推移会有不同程度的变化，实现动态养护，这也是设计生长配方的初衷。
47.此处需要说明的是，在根据生长配方调节输出参数时，需要参考室外环境，尤其是温湿度数据，若室内温湿度水平稳定且满足要求，满足生长配方需求，可不启动水泵执行补水措施，生长配方的执行标准在于植物的当前状态是否与生长配方匹配。
48.为了丰富化生长配方的规模，所述移动设备端可上传自定义的生长配方至云端服务器的定制化配方模块，多层种植架的控制器从云端服务器中下载该定制化配方模块，所述多层种植架上设置有若干图像采集模组，所述图像采集模组用于获取植物的生长状态信息，并将生长状态信息上传至云端服务器，以形成对定制化配方模块的评价数据，根据评价数据的结果，将自定义的生长配方转化为生长配方并转存至生长配方存储模块。
49.该系统的应用使用简单，普通用户不需要专业知识也可以向作物提供专家级的环境要素，可管理私有配方，对于专业人士，可根据理论和经验形成私有配方，进行自动的反复验证，设备的自动化程度高，重复性高，有利于科研人员的重复性验证，有广泛的应用空间，适合专业人士、办公室人员、学生、老人和家庭主妇使用。
50.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。