一種基於物聯網的植物智能管理系統的製作方法

2023-04-29 20:05:11

本發明屬於物聯網技術領域，具體涉及一種基於物聯網的植物智能管理系統。

背景技術：

目前，在大型花木養殖基地，工人主要採用人工修剪的方式來管理花草，但是這種傳統的管理方式不能滿足大型養殖基地的管理效率，需要大量的工人參與花木的管理，耗時費力，同時也無法實現實時的遠程管理。

技術實現要素：

（一）要解決的技術問題

為了解決上述問題，本發明提出了一種基於物聯網的植物智能管理系統，可以通過網絡遠程監控植物生長環境，並進行相關管理。只要在有網絡的情況下就可以登錄雲伺服器，即能實現網絡用戶通過Internet物聯網與Zigbee無線傳感網絡及總控制器之間互聯通信功能，即能使用戶隨時隨地對植物生長環境及植物的生長狀態進行同步監控功能。可在任意時刻、任意地點實現遠程監控植物的生長環境；並且能夠根據需求調控植物生長的溼度、溫度和光照時間。本發明適用於陽臺、陽光房、花房等室內植物生長環境。

（二）技術方案

一種基於物聯網的植物智能管理系統，包括：物聯網絡設備、嵌入式網關設備、Internet路由器、雲伺服器和用戶端；其中所述的物聯網絡設備由Zigbee協調器和若干終端節點組成，所述的若干終端節點包括監控整體環境的攝像頭，安裝在花盆上的GPS定位片，一種基於物聯網的植物修剪裝置，設置在花盆周圍監測光照度的光照傳感器，設置在天花板上給植物補光的補光裝置，設置在空氣中測試植物生長環境溫度和溼度的溫度傳感器和溼度傳感器，調控空氣溫度並帶有抽溼功能的空調，設置在天花板上給空氣增加溼度和花盆澆水的噴水裝置，設置在地面上擦乾噴水裝置落到地板上的水的擦水裝置；所述的嵌入式網關設備主要包括總控制器、ARM微控制器、Internet接口和物聯網卡；所述的Internet接口設置在總控制器上，所述的總控制器和Internet路由器之間通過網線連接Internet接口，以此達到網絡連接的目的；所述的GPS定位片、植物管理裝置、光照傳感器、補光裝置、溫度傳感器、溼度傳感器、空調、噴水裝置、擦水裝置的前端均設置有物聯網卡和ARM微控制器，以此達到若干終端節點與總控制器的無線連接；所述的用戶端包括安卓手機或ipad或電腦。

進一步的，所述的總控制器設置有單片機總控制模塊、電源模塊、存儲模塊、無線傳感模塊、視頻模塊、GPS定位片控制模塊、植物管理裝置控制模塊、光照傳感器控制模塊、補光裝置控制模塊、溫度傳感器控制模塊、溼度傳感器控制模塊、空調控制模塊、噴水裝置控制模塊、擦水裝置控制模塊，所述的無線傳感模塊包括Internet接口和Zigbee協調器控制模塊，所述的GPS定位片控制模塊、植物管理裝置控制模塊、光照傳感器控制模塊、補光裝置控制模塊、溫度傳感器控制模塊、溼度傳感器控制模塊、空調控制模塊、噴水裝置控制模塊、擦水裝置控制模塊分別各自與單片機總控制模塊和Zigbee協調器控制模塊連接；所述的存儲模塊、視頻模塊、電源模塊和無線傳感模塊與單片機總控制模塊連接，所述的單片機總控制模塊將視頻模塊接收到的視頻和GPS定位片控制模塊、植物管理裝置控制模塊、光照傳感器控制模塊、補光裝置控制模塊、溫度傳感器控制模塊、溼度傳感器控制模塊、空調控制模塊、噴水裝置控制模塊、擦水裝置控制模塊所接收到的工作記錄的數據傳輸到存儲模塊中進行保存；所述的無線傳感模塊與無線傳感網絡設備無線連接。

進一步的，所述的攝像頭直接把採集到的視頻資料庫傳至總控制器，對採集到的視頻和圖像進行管理和保存；然後總控制器再將視頻監控圖像數據通過Internet接入雲伺服器中轉站，最後用戶端通過移動通信網絡與雲伺服器互聯通信讀取視頻。

進一步的，所述的GPS定位片數量根據花盆數量而定，每一個GPS定位片都標有序號，1號花盆、2號花盆、3號花盆。。。。。。n號花盆，根據序號安裝在相對應的花盆上；GPS定位片的微控制內設置有接收模塊和發射模塊。

進一步的，所述的植物管理裝置包括外殼、枯葉識別器、距離探測器、電池、驅動裝置、修剪裝置和萬向輪，所述的枯葉識別器、距離探測器、電池、驅動裝置和修剪裝置安裝在外殼的內部，所述的萬向輪設置在外殼的底端；所述的外殼上端靠前邊設置有兩個圓形開口，用於安裝枯葉識別器和距離探測器，所述的外殼的最頂端設置有可開口的頂蓋，用於修剪裝置的進出；所述的枯葉識別器設置有修剪器攝像頭，安裝在圓形開口處；所述的修剪裝置包括360度可旋轉式接頭、三節不鏽鋼收縮杆和剪刀，所述的360度可旋轉式接頭、三節不鏽鋼收縮杆和剪刀之間通過螺母連接。

進一步的，不鏽鋼收縮杆的節數和長度可以根據屋內種植的植物的高度而定製。

進一步的，所述的植物管理裝置控制器設置有單片機控制模塊、無線模塊、電源模塊、驅動模塊、距離探測模塊和枯葉識別模塊，所述的無線模塊和電源模塊設置在單片機控制模塊的前端，所述的驅動模塊、距離探測模塊和枯葉識別模塊與單片機控制模塊連接。

進一步的，所述的枯葉識別模塊包括攝像頭視頻接收模塊、顏色識別模塊和溼度識別模塊。

進一步的，所述的補光裝置包括LED暖色日光燈、手動開關和控制開關，所述的控制開關設置在手動開關的前端；所述的控制開關和物聯網卡設置在補光裝置的控制器內部；補光裝置的微控制內設置有接收模塊和發射模塊。

進一步的，所述的噴水裝置包括通水管的主幹管、支管、水噴頭和電磁閥；所述的主幹管和支管通過螺紋連接；所述的水噴頭通過螺紋固定在支管的另一端；所述的電磁閥設置在支管的中間部分，其與噴水裝置控制器通過導線進行電性連接；所述的水噴頭採用下垂型噴淋頭，能將80％-100％的水向下噴，落到放在地面的花盆或地板上。

進一步的，所述的擦水裝置採用智能掃地機，在掃地機的控制器內部設置物聯網卡，使其能在Zigbee協調器區域網內接收總控制器的指令，在接收到指令後能隨意的在屋中行走，吸收掉地板上的水漬和灰層。

（三）有益效果

本發明提出的一種基於物聯網的植物智能管理系統，與現有技術相比較，其具有以下有益效果：本發明可以通過網絡遠程監控植物生長環境，並進行相關管理。只要在有網絡的情況下就可以登錄雲伺服器，即能實現網絡用戶通過物Internet物聯網與Zigbee無線傳感網絡及總控制器之間互聯通信功能，即能使用戶隨時隨地對植物生長環境及植物的生長狀態進行同步監控功能。可在任意時刻、任意地點實現遠程監控植物的生長環境；並且能夠根據需求調控植物生長的溼度、溫度和光照時間。本發明適用於陽臺、陽光房、花房等室內植物生長環境。

附圖說明

圖1是本發明的系統工作流程示意圖。

圖2是本發明的整個系統連接示意框圖。

圖3是本發明的總控制器內部模塊連接示意圖。

圖4是本發明的網絡界面示意圖。

附圖4的說明：邊上箭頭所指小框是指點開這個按鍵後，彈出的第二界面；如點開「設置」，就會彈出可以設置「溫度、溼度、光照時間」溫度、溼度、光照時間的小對話框。

圖5是本發明的植物管理裝置示意圖。

附圖中的標記及零部件標註：1-外殼、11-頂蓋、12-壓蓋片、2-枯葉識別器、3-距離探測器、4-修剪裝置、40-螺母、41-不鏽鋼收縮杆、42-滑槽、43-剪刀、44-360度可旋轉式接頭、5-萬向輪。

具體實施方式

如圖1所示，一種基於物聯網的植物智能管理系統，包括：物聯網絡設備、嵌入式網關設備、Internet路由器、雲伺服器和用戶端；其中所述的物聯網絡設備由Zigbee協調器和若干終端節點組成，所述的若干終端節點包括監控整體環境的攝像頭，安裝在花盆上的GPS定位片，一種基於物聯網的植物修剪裝置，設置在花盆周圍監測光照度的光照傳感器，設置在天花板上給植物補光的補光裝置，設置在空氣中測試植物生長環境溫度和溼度的溫度傳感器和溼度傳感器，調控空氣溫度並帶有抽溼功能的空調，設置在天花板上給空氣增加溼度和花盆澆水的噴水裝置，設置在地面上擦乾噴水裝置落到地板上的水的擦水裝置；所述的嵌入式網關設備主要包括總控制器、ARM微控制器、Internet接口和物聯網卡；所述的Internet接口設置在總控制器上，所述的總控制器和Internet路由器之間通過網線連接Internet接口，以此達到網絡連接的目的；所述的GPS定位片、植物管理裝置、光照傳感器、補光裝置、溫度傳感器、溼度傳感器、空調、噴水裝置、擦水裝置的前端均設置有物聯網卡和ARM微控制器，以此達到若干終端節點與總控制器的無線連接；所述的用戶端包括安卓手機或ipad或電腦。

其中，所述的總控制器設置有單片機總控制模塊、電源模塊、存儲模塊、無線傳感模塊、視頻模塊、GPS定位片控制模塊、植物管理裝置控制模塊、光照傳感器控制模塊、補光裝置控制模塊、溫度傳感器控制模塊、溼度傳感器控制模塊、空調控制模塊、噴水裝置控制模塊、擦水裝置控制模塊，所述的無線傳感模塊包括Internet接口和Zigbee協調器控制模塊，所述的GPS定位片控制模塊、植物管理裝置控制模塊、光照傳感器控制模塊、補光裝置控制模塊、溫度傳感器控制模塊、溼度傳感器控制模塊、空調控制模塊、噴水裝置控制模塊、擦水裝置控制模塊分別各自與單片機總控制模塊和Zigbee協調器控制模塊連接；所述的存儲模塊、視頻模塊、電源模塊和無線傳感模塊與單片機總控制模塊連接，所述的單片機總控制模塊將視頻模塊接收到的視頻和GPS定位片控制模塊、植物管理裝置控制模塊、光照傳感器控制模塊、補光裝置控制模塊、溫度傳感器控制模塊、溼度傳感器控制模塊、空調控制模塊、噴水裝置控制模塊、擦水裝置控制模塊所接收到的工作記錄的數據傳輸到存儲模塊中進行保存；所述的無線傳感模塊與無線傳感網絡設備無線連接。

其中，所述的攝像頭直接把採集到的視頻資料庫傳至總控制器，對採集到的視頻和圖像進行管理和保存；然後總控制器再將視頻監控圖像數據通過Internet接入雲伺服器中轉站，最後用戶端通過移動通信網絡與雲伺服器互聯通信讀取視頻。

其中，所述的GPS定位片數量根據花盆數量而定，每一個GPS定位片都標有序號，1號花盆、2號花盆、3號花盆。。。。。。n號花盆，根據序號安裝在相對應的花盆上；GPS定位片的微控制內設置有接收模塊和發射模塊。

其中，所述的植物管理裝置包括外殼、枯葉識別器、距離探測器、電池、驅動裝置、修剪裝置和萬向輪，所述的枯葉識別器、距離探測器、電池、驅動裝置和修剪裝置安裝在外殼的內部，所述的萬向輪設置在外殼的底端；所述的外殼上端靠前邊設置有兩個圓形開口，用於安裝枯葉識別器和距離探測器，所述的外殼的最頂端設置有可開口的頂蓋，用於修剪裝置的進出；所述的枯葉識別器設置有修剪器攝像頭，安裝在圓形開口處；所述的修剪裝置包括360度可旋轉式接頭、三節不鏽鋼收縮杆和剪刀，所述的360度可旋轉式接頭、三節不鏽鋼收縮杆和剪刀之間通過螺母連接。

其中，不鏽鋼收縮杆的節數和長度可以根據屋內種植的植物的高度而定製。

其中，所述的植物管理裝置控制器設置有單片機控制模塊、無線模塊、電源模塊、驅動模塊、距離探測模塊和枯葉識別模塊，所述的無線模塊和電源模塊設置在單片機控制模塊的前端，所述的驅動模塊、距離探測模塊和枯葉識別模塊與單片機控制模塊連接。

其中，所述的枯葉識別模塊包括攝像頭視頻接收模塊、顏色識別模塊和溼度識別模塊。

其中，所述的補光裝置包括LED暖色日光燈、手動開關和控制開關，所述的控制開關設置在手動開關的前端；所述的控制開關和物聯網卡設置在補光裝置的控制器內部；補光裝置的微控制內設置有接收模塊和發射模塊。

其中，所述的噴水裝置包括通水管的主幹管、支管、水噴頭和電磁閥；所述的主幹管和支管通過螺紋連接；所述的水噴頭通過螺紋固定在支管的另一端；所述的電磁閥設置在支管的中間部分，其與噴水裝置控制器通過導線進行電性連接；所述的水噴頭採用下垂型噴淋頭，能將80％-100％的水向下噴，落到放在地面的花盆或地板上。

其中，所述的擦水裝置採用智能掃地機，在掃地機的控制器內部設置物聯網卡，使其能在Zigbee協調器區域網內接收總控制器的指令，在接收到指令後能隨意的在屋中行走，吸收掉地板上的水漬和灰層。

人們可以在安卓手機或ipad或電腦上登錄網絡界面，在網絡界面上設置好溫度區域、溼度區域和光照時間；網絡界面會將設置好的值上傳至雲伺服器，雲伺服器通過物聯網將設置好的數值傳送給總控制器；由總控制器進行調控。所述的總控制器通過Zigbee協調器形成的區域網對各節點進行連接，總控制器將接收到的設置好的對比數值通過Zigbee協調器發送給溫度傳感器控制器、溼度傳感器控制器和光照傳感器控制器；溫度傳感器控制器、溼度傳感器控制器和光照傳感器控制器會將溫度傳感器、溼度傳感器和光照傳感器接收到的數值與對比數值進行比對，若是在對比數值範圍至以內，就會保存數據並在每天設定的時間將數據傳送給總控制器，再由總控制器上傳至雲伺服器；若是超出設置的對比數值範圍，微控制器會發出警報給總控制器，總控制器會用信息的模式給用戶端發出警報，提醒用戶登錄網絡界面去打開空調或者打開噴水裝置給植物澆水。當噴水裝置給植物澆水過後，可以再在網絡界面上通過總控制器給擦水裝置發出工作指令，讓擦水裝置去擦乾地板上的水。在出門時，將補光裝置的手動開關開在接通的狀態。若是光照時間不足，可以在網絡界面上通過總控制器給補光裝置控制器發出命令，合上控制開關，連接LED暖色日光燈線路，打開LED暖色日光燈給植物進行補光；當光照時間到達設置的對比值時，控制開關就會自動斷開，關閉燈光。攝像頭能錄入各裝置執行任務並且完成任務的狀態，還能記錄下植物的生長狀態。並將記錄的視頻和照片儲存在內存卡中，再通過總控制器將視頻和照片上傳至雲伺服器。

當用戶通過視頻或照片看到某個花盆裡的花需要修剪時，可以直接在網絡界面上通過總控制器點某一個花盆的數字，那個花盆的GPS定位片會發出信號給植物管理裝置，植物管理裝置會根據接收到的信號來到花盆前，給花盆裡的植物進行修剪。若是多個花盆需要修剪，植物管理裝置會根據數字的序列號逐個給花盆修剪。修剪完後，植物管理裝置會再回到自己原來的位置。

上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的構思和範圍進行限定。在不脫離本發明設計構思的前提下，本領域普通人員對本發明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入到本發明的保護範圍，本發明請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。