CN106613883A - 一种无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***及控制方法，整个栽培***包括立柱式栽培器、第一控制器、第二控制器。第一控制器在温湿度传感器、感光器、视觉传感器、数字光强度传感器、PH传感器、投入式液位变送器采集信号下，经过无线收发器，发给第二控制器，在主机通过无线收发器接收数据，经过相应的数学逻辑运算，控制风扇、电热丝、液压电磁阀、雾化喷头相应的动作，实现无线传输控制。本发明克服一般栽培***占地面积大，智能程度低，管理难度大的缺点，实现了基于阳台的小型智能实用栽培***，尽最大可能帮助城市居民能够在阳台处进行智能雾化栽培。

Description

一种无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***及控制 方法
技术领域
本发明属于智能雾化栽培领域，具体涉及一种无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***及控制方法。
背景技术
在传统土壤栽培中，尤其是设施栽培下，由于作物连作导致土壤中土传病虫害的大量发生，盐分积聚，养分失衡等已成为农业可持续生产中的难题，而雾化栽培可根本上解决土壤连作障碍的问题。加上我国是一个农业大国，人多地少，耕地面积逐年减少同时，随着工业化，城市化进程的不断加快，退耕还林工程的实施，“人增地减”的矛盾将愈加严重。在传统的土壤栽培中，肥料平均利用率仅有30％-40％；而雾化栽培根据植物的生长特性，在相应智能控制下可大幅提高养分利用率，雾化栽培摆脱了土壤的约束，在阳台采用立柱式雾培，可提高土壤利用率。为了更好地实现雾化栽培，必须结合控制***进行科学的栽培，在温湿度传感器、营养液PH传感器、液位传感器、光强度传感器、感光器、视觉传感器检测下，根据与相应植物的生长特性进行对比，合理地科学地进行调节植物生长环境，为了实现智能无土栽培，本发明提供了一种无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***，本发明不仅克服土壤栽培病害虫，水肥利用率低，占地面积大等缺点，而且在相应控制***下，根据植物生长特性，智能自动地进行调节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***及控制方法，以满足城市居民能在自家阳台上利用智能雾化栽培技术，经济有效地实现智能蔬菜雾化栽培。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***，其特征在于，包括立柱式栽培器、第一控制器、第二控制器，所述立柱式栽培器包括双层营养液池、培养皿和定植杯，所述营养液池上层为贮液室、下层为雾化室，所述贮液室和雾化室通过液位自动开关连接，所述雾化室通过主管道与培养皿相通，所述培养皿中设置多个定植杯，主管道上连接多个延伸至定植杯中的弥雾管；所述雾化室内设置有喷头、液位传感器，所述喷头通过一个继电器与第一控制器相连，所述液位传感器位于雾化室内的侧壁上、并与第二控制器相连；所述贮液室上设置进液管，所述进液管上设置有与第二控制器相连的液压电磁阀，所述液压电磁阀通过一个继电器与第二控制器相连，贮液室内设置有分别与第一控制器相连的PH传感器、投入式液位变送器；所述主气管外壁上设置分别与第一控制器相连的数字光强度传感器、视觉传感器，所述定植杯内壁上设置感光器和温湿度传感器，所述感光器和温湿度传感器均与第一控制器相连，所述第一控制器与第二控制器之间通信连接，
所述第一控制器用于分别通过感光器、温湿度传感器、数字光强度传感器、视觉传感器、投入式液位变送器采集定植杯内的光强度、植株生长环境的温度和湿度、环境光强、植株叶子的颜色、营养液的液位，并将采集到的信息传送给第二控制器；
所述第二控制器用于根据收到的数据以及内置的评判对比算法向液压电磁阀发出工作指令，控制液压电磁阀工作状态，根据液位传感器采集的雾化室内的液位信号控制营养液的添加。
进一步地，所述各个培养皿上面有一个日光灯，所述日光灯通过继电器与第一控制器相连。
进一步地，所述立柱式栽培器中培养皿的数量为多个，多个培养皿上下层叠设置、且对称分布。
进一步地，雾化室内设置由电热丝、风扇构成的送雾器，所述风扇和电热丝分别通过一个继电器与第二控制器相连，所述第二控制器根据判断结果控制电热丝和风扇的工作。
进一步地，所述培养皿间及培养皿与贮液室之间设置有相互贯通的回流管。
进一步地，感光器贴在定植杯内，一侧为微型二极管光源，对面一侧为感光片。
进一步地，第一控制器、第二控制器通过无线收发模块相互收发数据。
进一步地，所述的第二控制器采用μC/OS-Ⅱ实时多任务操作***。
所述的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***的控制方法，其特征还在于，包括以下步骤：
所述第一控制器分别通过感光器、温湿度传感器、数字光强度传感器、视觉传感器、投入式液位变送器采集定植杯内的光强度、植株生长环境的温度和湿度、环境光强、植株叶子的颜色、营养液的液位，并将采集到的信息传送给第二控制器；
所述第二控制器根据收到的数据以及内置的控制方法向液压电磁阀发出工作指令，控制液压电磁阀工作状态，根据液位传感器采集的雾化室内的液位信号控制营养液的添加；所述第二控制器内置的控制方法为神经网络拟合控制方法，视觉传感器、温湿度传感器、感光器的激活函数采用阈值函数分别为 得出F1＝w11f1(x)+w12f2(m)+w13f3(n)，光强度传感器采用阈值函数由F1函数和f4(j)拟合得出判断函数F2＝w21F1+w22f4(j)，其中w11+w12+w13＝1，w21+w22＝1，w11、w12、w13分别为视觉传感器、温湿度传感器、感光器的激活函数权系数，w21、w22分别为F1、f4(j)拟合权系数。
密封的通明玻璃或塑料的立柱式栽培器，在第二控制器根据第一控制器的投入式液位变送器采集的信息自动地打开液压电磁阀向双层营养液池的贮液室添加营养液，由于雾化室内表面右侧一个液位传感器检测到雾化室的水位，液位自动开关打开，贮液室向雾化室加入一定高度的营养液，雾化室内底部的喷头开始工作，使营养液雾化，通过右侧电热丝和风扇的作用，使雾化的雾滴经过主气管，再经过主气管与培养皿连接的弥雾管进入培养皿，使植株在在定植杯的固定作用下充分吸收营养液，同时培养皿第一控制器上的温湿度传感器、主气管外表面数字光强度传感器、定植杯内侧的感光器、主气管悬挂的视觉传感器、贮液室内表面左侧PH传感器和投入式液位变送器，开始检测植株生长环境的温度、湿度、光强，营养液的PH、水位等参数和植株根系的密集度及粗细，植株叶子的颜色，检测的信息通过第一控制器上的无线模块发送给第二控制器，采集的信号显示在第二控制器液晶显示器上，第二控制器设置四个键,通过选项键，加值键，减值键来修改相应的设定值,经过逻辑判断，发送相应的控制信息给第一控制器，控制相应的继电器动作，实现栽培器***能自动打开风扇调节温湿度，打开后备光源进行光照，打开液压阀添加营养液，控制喷头喷雾，整个栽培***在第一控制器和第二控制器相互传输信息间实现动态的调节。
本发明的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***采用立柱式栽培器，考虑更方便地输入营养液，检测营养的pH和水位，而不干扰喷头雾化，本栽培器采用双层营养液池，上层为贮液室，下层为雾化室，贮液室和雾化室通过液位自动开关连接，通过液位传感器的检测，在液位开关的控制下，自动调节雾化室的液位，避免喷头因雾化室的液位低或无液体而工作发热损坏。
考虑到尽可能在有限的空间内，栽培跟多的植株，方便栽培器安置和摆放，所以本发明的栽培箱采用空间立柱式结构，这样也可以让植株在生长期间避免相互干扰，更充分地吸收阳光。为了保证植株能够径向生长，培养皿采用定植杯。设计了相互贯通的回流管，不仅提高营养液的利用率，而且能使各个培养皿间的雾气处于循环状态，用于保证培养皿植株生长环境一致，更有利于采集信号的准确性和可靠性，便于智能控制。
本发明的线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***采取采用第一控制器，第二控制器通过无线模块相互收发收据。是因为仅用一个控制器不仅导致整个控制器复杂，各种传感器，控制器接线不方便，不美观，有可能因接线问题，导致传感器、控制器不能正常工作，第一控制器采集及第二控制器处理不必局限在固定的位置，克服空间上的局限性。
本发明的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***通过多个传感器采集的信息与根据植株生长特性的参数进行模糊控制，进行自动地控制相应的继电器动作，实现栽培器***能自动打开风扇调节温湿度，打开后备光源进行光照，打开液压阀添加营养液，打开喷头进行喷雾。
附图说明
图1为本发明所述智能阳台立柱式雾化栽培***原理图；
图2为本发明的采光器原理图；
图3为本发明的第一控制器原理图；
图4为本发明的第二控制器原理图；
图5为本发明的控制的流程图；
图6为推理控制拟合原理图。
图中：
1-喷头，2-雾化室，3-液位自动开关，4-营养液，5-PH传感器，6-贮液室，7-投入式液位变送器，8-温湿度传感器，9-植株，10-定植杯，11-培养皿，12-弥雾管，13-日光灯，14-光强度传感器，15-回流管，16-主气管，17-液压电磁阀，18-风扇，19-电热丝，20-液位传感器，21-第二控制器，22-继电器，23-视觉传感器，24-微型二极管光源，25-感光片。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，所述雾化栽培***包括立柱式栽培器、第一控制器、第二控制器21。立柱式栽培器包括双层营养液池、培养皿11和定植杯10，所述营养液池上层为贮液室6，下层为雾化室2，所述贮液室6和雾化室2通过液位自动开关3连接，所述雾化室2通过主管道与培养皿11相通，所述立柱式栽培器中培养皿11的数量为多个，多个培养皿11上下层叠设置、且对称分布。所述培养皿11间及培养皿11与贮液室6之间设置有相互贯通的回流管15，让营养液4回流到贮液室6，使营养液4循环利用。所述培养皿11中设置多个定植杯10，主管道上连接多个延伸至定植杯10中的弥雾管12。培养皿11经过弥雾管12输送雾滴给植株9，每个植株9固定在定植杯10上。所述贮液室6上设置进液管，所述进液管上设置有与第二控制器21相连的液压电磁阀17，所述液压电磁阀17通过一个继电器与第二控制器21相连，贮液室6内设置有分别与第一控制器相连的PH传感器5、投入式液位变送器7。所述雾化室2内设置有喷头1、液位传感器20，所述喷头1通过一个继电器与第一控制器相连，所述液位传感器20位于雾化室2内的侧壁上、并与第二控制器21相连。所述主气管16外壁上设置分别与第一控制器相连的数字光强度传感器14、视觉传感器23，所述定植杯10内壁上设置感光器和温湿度传感器8，感光器贴在定植杯10内，一侧为微型二极管光源24，对面一侧为感光片25。所述感光器和温湿度传感器8均与第一控制器相连。所述各个培养皿11上面、在左右对称的弥雾管12中间加了有一个日光灯13，所述日光灯13通过继电器与第一控制器相连。
雾化室2内还有电热丝19、风扇18构成的送雾器。所述风扇18和电热丝19分别通过一个继电器与第二控制器21相连，所述第二控制器21根据判断结果控制电热丝19和风扇18的工作。
所述第一控制器与第二控制器21之间通信连接，通过无线收发模块相互收发数据。所述第一控制器用于分别通过感光器、温湿度传感器8、数字光强度传感器14、视觉传感器23、投入式液位变送器7采集定植杯10内的光强度、植株9生长环境的温度和湿度、环境光强、植株9叶子的颜色、营养液4的液位，并将采集到的信息传送给第二控制器21；
所述的第二控制器21采用μC/OS-Ⅱ实时多任务操作***，用于根据收到的数据以及内置的评判对比算法向液压电磁阀17发出工作指令，控制液压电磁阀17工作状态，根据液位传感器20采集的雾化室2内的液位信号控制营养液4的添加。
所述第二控制器21内置的控制方法为神经网络拟合控制方法，视觉传感器23、温湿度传感器8、感光器的激活函数采用阈值函数分别为 得出F1＝w11f1(x)+w12f2(m)+w13f3(n)，光强度传感器14采用阈值函数由F1函数和f4(j)拟合得出判断函数F2＝w21F1+w22f4(j)，其中w11+w12+w13＝1，w21+w22＝1，w11、w12、w13分别为视觉传感器23、温湿度传感器8、感光器的激活函数权系数，w21、w22分别为F1、f4(j)拟合权系数。
第二控制器21还有按键及液晶显示器。为了实现第一控制器、第二控制器21能相互通信，两个控制器上有无线收发器模块。在第二控制器21根据第一控制器的投入式液位变送器7采集的信息自动地打开液压电磁阀17向双层营养液池的贮液室6添加营养液4，由于雾化室2内的液位传感器20检测到雾化室2的水位，液位自动开关3打开，贮液室6向雾化室2加入一定高度的营养液4，雾化室2内底部的喷头1开始工作，使营养液4雾化，通过电热丝19和风扇18的作用，使雾化的雾滴经过主气管16，再经过主气管16与培养皿11连接的弥雾管12进入培养皿11，使植株9在在定植杯10的固定作用下充分吸收营养液4，同时培养皿11第一控制器上的温湿度传感器8、主气管16外表面数字光强度传感器14、定植杯10内侧的感光器、主气管16悬挂的视觉传感器23、贮液室6内表面左侧PH传感器5和投入式液位变送器7，开始检测植株9生长环境的温度、湿度、光强，营养液4的PH、水位等参数和植株9根系的密集度及粗细，植株9叶子的颜色，检测的信息通过第一控制器上的无线模块发送给第二控制器21，采集的信号显示在第二控制器21液晶显示器上，第二控制器21设置四个键，通过选项键，加值键，减值键来修改相应的设定值,经过逻辑判断，发送相应的控制信息给第一控制器，控制相应的继电器动作，实现栽培器***能自动打开风扇18调节温湿度，打开后备光源进行光照，打开液压阀添加营养液4，控制喷头1喷雾，整个栽培***在第一控制器和第二控制器21相互传输信息间实现动态的调节。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***，其特征在于，包括立柱式栽培器、第一控制器、第二控制器，所述立柱式栽培器包括双层营养液池、培养皿(11)和定植杯(10)，所述营养液池上层为贮液室(6)、下层为雾化室(2)，所述贮液室(6)和雾化室(2)通过液位自动开关(3)连接，所述雾化室(2)通过主管道与培养皿(11)相通，所述培养皿(11)中设置多个定植杯(10)，主管道上连接多个延伸至定植杯(10)中的弥雾管(12)；所述雾化室(2)内设置有喷头(1)、液位传感器(20)，所述喷头(1)通过一个继电器与第一控制器相连，所述液位传感器(20)位于雾化室(2)内的侧壁上、并与第二控制器相连；所述贮液室(6)上设置进液管，所述进液管上设置有与第二控制器相连的液压电磁阀(17)，所述液压电磁阀(17)通过一个继电器与第二控制器相连，贮液室(6)内设置有分别与第一控制器相连的PH传感器(5)、投入式液位变送器(7)；所述主气管(16)外壁上设置分别与第一控制器相连的数字光强度传感器(14)、视觉传感器(23)，所述定植杯(10)内壁上设置感光器和温湿度传感器(8)，所述感光器和温湿度传感器(8)均与第一控制器相连，所述第一控制器与第二控制器之间通信连接，
所述第一控制器用于分别通过感光器、温湿度传感器(8)、数字光强度传感器(14)、视觉传感器(23)、投入式液位变送器(7)采集定植杯(10)内的光强度、植株(9)生长环境的温度和湿度、环境光强、植株(9)叶子的颜色、营养液(4)的液位，并将采集到的信息传送给第二控制器；
所述第二控制器用于根据收到的数据以及内置的评判对比算法向液压电磁阀(17)发出工作指令，控制液压电磁阀(17)工作状态，根据液位传感器(20)采集的雾化室(2)内的液位信号控制营养液(4)的添加。
2.根据权利要求1所述的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***，其特征在于，所述各个培养皿(11)上面有一个日光灯(13)，所述日光灯(13)通过继电器与第一控制器相连。
3.根据权利要求1所述的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***，其特征还在于：所述立柱式栽培器中培养皿(11)的数量为多个，多个培养皿(11)上下层叠设置、且对称分布。
4.根据权利要求1所述的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***，其特征还在于：雾化室(2)内设置由电热丝(19)、风扇(18)构成的送雾器，所述风扇(18)和电热丝(19)分别通过一个继电器与第二控制器相连，所述第二控制器根据判断结果控制电热丝(19)和风扇(18)的工作。
5.根据权利要求3所述的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***，其特征还在于：所述培养皿(11)间及培养皿(11)与贮液室(6)之间设置有相互贯通的回流管(15)。
6.根据权利要求1所述的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***，其特征还在于：感光器贴在定植杯(10)内，一侧为微型二极管光源(24)，对面一侧为感光片(25)。
7.根据权利要求1所述的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***，其特征还在于：第一控制器、第二控制器通过无线收发模块相互收发数据。
8.根据权利要求1所述的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***，其特征还在于：所述的第二控制器采用μC/OS-Ⅱ实时多任务操作***。
9.根据权利要求4所述的无线传输控制的智能阳台立柱式雾化栽培***的控制方法，其特征还在于，包括以下步骤：
所述第一控制器分别通过感光器、温湿度传感器(8)、数字光强度传感器(14)、视觉传感器(23)、投入式液位变送器(7)采集定植杯(10)内的光强度、植株(9)生长环境的温度和湿度、环境光强、植株(9)叶子的颜色、营养液(4)的液位，并将采集到的信息传送给第二控制器；
所述第二控制器根据收到的数据以及内置的控制方法向液压电磁阀(17)发出工作指令，控制液压电磁阀(17)工作状态，根据液位传感器(20)采集的雾化室(2)内的液位信号控制营养液(4)的添加；
所述第二控制器内置的控制方法为神经网络拟合控制方法，视觉传感器(23)、温湿度传感器(8)、感光器的激活函数采用阈值函数分别为 得出F1＝w11f1(x)+w12f2(m)+w13f3(n)，光强度传感器(14)采用阈值函数由F1函数和f4(j)拟合得出判断函数F2＝w21F1+w22f4(j)，其中w11+w12+w13＝1，w21+w22＝1，w11、w12、w13分别为视觉传感器(23)、温湿度传感器(8)、感光器的激活函数权系数，w21、w22分别为F1、f4(j)拟合权系数。
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