基本信息
- 項目名稱：
- 觀賞花卉花期控制的嵌入式解決方案
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 為滿足花店、節(jié)日活動和花卉展覽等多方面的市場需要，經(jīng)常會提出觀賞花卉提早、延遲甚至是反季開花等要求。但傳統(tǒng)的人工控制花期程序繁瑣，不僅增加人工的勞動強度，還會影響花卉的生長速度和質(zhì)量。 本設(shè)計以觀賞花卉日益增加的市場需求為背景，分析了人工控制花期的缺陷，提出一種根據(jù)不同花卉的生長需要，對溫室花房環(huán)境進行遠程多路的實時監(jiān)測與無線自動控制，進而實現(xiàn)對觀賞花卉花期控制的嵌入式解決方案。
- 詳細介紹：
- 日常生活中，為滿足花店、節(jié)日活動和花卉展覽等多方面的市場需要，經(jīng)常會提出觀賞花卉提早開花或延遲開花甚至是反季開花等要求。但花期控制程序繁瑣，不同溫室，不同花卉的生長條件不盡相同，傳統(tǒng)的人工管理存在著測量不全面，調(diào)節(jié)不及時，控制不精確等一系列問題，不僅增加了人工的勞動強度，還會影響花卉的生長速度和質(zhì)量。因此，需要一種根據(jù)不同花卉的生長需要，對花房環(huán)境進行多點實時檢測與自動控制的系統(tǒng)。 本設(shè)計以觀賞花卉日益增加的市場需求為背景，分析了人工控制花期的繁瑣與缺陷，提出一種根據(jù)不同花卉的生長需要，對溫室花房環(huán)境進行遠程多路的實時檢測與無線自動控制，進而實現(xiàn)對觀賞花卉花期控制的嵌入式解決方案。 該系統(tǒng)主要由以下四個單元組成： 1.“值班員”：無線測量節(jié)點。由溫濕度模塊，光照強度模塊和CO2濃度模塊和水肥控制模塊組成。該節(jié)點負責對花房環(huán)境的溫濕度、光照強度和CO2濃度監(jiān)測，分析測量數(shù)據(jù)，通過無線模塊將測量和控制數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機控制單元并執(zhí)行上位機發(fā)給它的相關(guān)命令。所有的數(shù)據(jù)采集均自動完成并實時傳送，避免了人工采集數(shù)據(jù)的繁瑣過程和人力成本。各個測量模塊的高精度數(shù)據(jù)采集，克服了由于人工測量讀數(shù)帶來的誤差，大大提高了工作效率與測量精度。 2.“指揮員”：上位機控制單元。上位機將接收實時花房環(huán)境數(shù)據(jù)并進行分析，將控制信息通過無線模塊傳輸給無線測量節(jié)點和執(zhí)行機構(gòu)，對花房內(nèi)的溫濕度、光照強度和水肥量進行實時調(diào)節(jié)，達到控制花期的目的。操作人員還可以將今后一段時間的花卉控制方案提前輸入系統(tǒng)，整個系統(tǒng)可以在無人的情況下持續(xù)工作控制花期，大大減少人力成本，實現(xiàn)花卉花期控制的自動化。 3.“對話窗”：顯示花房環(huán)境的監(jiān)控軟件。針對花房環(huán)境參數(shù)專門設(shè)計的可視化監(jiān)測軟件。操作人員可以清晰、直觀的在此界面上看到花房內(nèi)溫濕度和光照情況，以及歷史數(shù)據(jù)圖表曲線等，方便快捷。 4.“看門狗”：報警保護單元。當監(jiān)測到花房內(nèi)某項指標超過警戒值時，系統(tǒng)會自動報警，方便操作人員及時發(fā)現(xiàn)異常情況，并且把報警的信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，為日后調(diào)整控制方案提供依據(jù)。報警系統(tǒng)保證了無人值守時整個花房的安全，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 在系統(tǒng)中主要涉及的技術(shù)關(guān)鍵點是： 1.低功耗設(shè)計。由于花房中需要24小時不斷的長時間監(jiān)測，系統(tǒng)的低功耗設(shè)計占有重要位置;因此本方案中選用低功耗的MCF51QE128芯片作為各測量無線節(jié)點的芯片，各個節(jié)點的不間斷工作時間可達到5年。 2.環(huán)境數(shù)據(jù)的采集。通過溫濕度傳感器、感光模塊和二氧化碳模塊采集花卉周圍環(huán)境參數(shù)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和移動中值濾波算法處理，編寫程序?qū)?shù)據(jù)進行分析，給出合理的控制指令。 3.花房環(huán)境的控制。上位機依據(jù)花房環(huán)境參數(shù)發(fā)出控制指令，通過升溫、噴水、風干等措施控制溫濕度；通過改變光控玻璃透明度控制光照強度；通過水肥量控制模塊在規(guī)定時刻給花卉施加相應(yīng)量的水分和肥料。 4.數(shù)據(jù)無線傳輸。采用nRF905無線傳輸模塊來構(gòu)建花棚中的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，使花房形成一個統(tǒng)一的整體。 創(chuàng)新點： 1.超低功耗無線測量節(jié)點。高集成度，一個節(jié)點同時檢測溫濕度、光照、CO2濃度等參數(shù)；超低功耗設(shè)計；測量點可隨意擺放； 2.系統(tǒng)可根據(jù)實時環(huán)境自動控制加熱爐、風扇、噴淋裝置等執(zhí)行機構(gòu)； 3.專門設(shè)計的可視化軟件界面，工作人員操作簡捷，花房實時環(huán)境一目了然。
科學性、先進性
- 1.本系統(tǒng)可以按照預(yù)定的花卉控制方案對整個花房自動控制，并且有自動報警系統(tǒng)，可以做到無人看守自動化，降低人工成本。 2.花卉花期控制需要更靈活的、數(shù)據(jù)更精確的采集點。本系統(tǒng)測量精度高，可實時監(jiān)控，避免人工測量的誤差與反饋不及時。 3.測量節(jié)點體積小巧，集成度高，溫濕度、光照、二氧化碳等檢測模塊集成在一塊4cm×5cm的電路板上，測量時只需將此節(jié)點放置在目標地點上，避免獨立檢測儀表只能檢測一種參數(shù)的困擾。 4.本方案采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，各個測量節(jié)點的位置可根據(jù)實際需要任意改變放置位置，而不必困擾于有線傳輸?shù)匿伨€成本與測量點的選取。 5.針對花房環(huán)境實時檢測設(shè)計的可視化界面，操作人員可以隨時了解到花房內(nèi)的環(huán)境參數(shù)與歷史數(shù)據(jù)。 6.采用低功耗的MCF51QE128芯片，每個無線測量節(jié)點可不間斷工作5年，工作時間大幅提高，成本也隨之降低。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 目前，國內(nèi)專門針對花卉花期自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)可謂少之又少，或采用傳統(tǒng)的大棚控制方法，即固定點測量，有線傳輸數(shù)據(jù)的方式；但花卉作為觀賞植物，相比其他作物來講，對溫室環(huán)境更為敏感，要求更為嚴格。本方案專門為花卉花期自動化控制而設(shè)計，具有以下優(yōu)點： 1.本系統(tǒng)可以按照預(yù)定的花卉控制方案對整個花房自動控制，并且有自動報警系統(tǒng)，可以做到無人看守自動化，降低人工成本； 2.實時性的可視化監(jiān)控界面，方便測量人員了解花房內(nèi)的環(huán)境情況，并可查詢歷史數(shù)據(jù)； 3.測量全面，實時性高，將不同功能的測量模塊集成在一個測量節(jié)點上，采用無線傳輸?shù)姆绞?，因此具有測量方便靈活，控制精度高的優(yōu)勢。 4.減少人工成本，同時也減少人長時間在溫室花房工作而患病的可能性。 觀賞花卉花期控制的嵌入式解決方案可以在溫室花房，大中型花展和花店中使用，整個嵌入式系統(tǒng)成本功耗低，實現(xiàn)自動化控制，無需大量人力。同時，嵌入式系統(tǒng)的控制較人為控制更加精確，提高了對于生長環(huán)境要求苛刻的花卉培育成功的可能性。
同類課題研究水平概述
- 溫室環(huán)境測控在許多發(fā)達國家如荷蘭、美國、以色列等已相當先進，能夠達到對多因素綜合控制的水平，但價格昂貴，維護不方便，以荷蘭為代表的歐美國家溫室測控系統(tǒng)開始向網(wǎng)絡(luò)化、無線化方向發(fā)展。2002年英特爾公司率先在俄勒岡州建立第一個無線葡萄園，用于測量葡萄園中環(huán)境細微變化。傳感器節(jié)點被分布在葡萄園的每個角落，每隔一分鐘檢測一次土壤溫濕度或有害物質(zhì)的數(shù)量以確保葡萄可以健康生長，進而獲得大豐收。 國內(nèi)有關(guān)溫室環(huán)境監(jiān)控方面的研究起步較晚，70年代以來政府大力發(fā)展以塑料大棚為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)，1979年到1994年從歐美國家引進一系列現(xiàn)代化溫室。但這些溫室也存在著如下的不足： ? 價格昂貴，國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目前難以接受； ? 缺乏與我國氣候特點相適應(yīng)的溫室測控軟件，目前我國引進的溫室測控系統(tǒng)大多投資大、運行費用高，并且環(huán)境參數(shù)與我國氣候特點存在矛盾； ? 控制方式簡單，軟件模式固定； 隨后，我國出現(xiàn)一些國外技術(shù)的仿造產(chǎn)品，但造價仍較高，處于試驗階段，且并沒有推廣到廣大農(nóng)村，人們主要還是傳統(tǒng)的方法采用溫度計濕度計采集數(shù)據(jù)，通過人工操作加熱加濕，通風降溫來控制溫濕度。 隨著經(jīng)濟多元化的快速發(fā)展，在我國的許多地方，觀賞花卉的種植已經(jīng)成為當?shù)氐闹匾a(chǎn)業(yè)?；ɑ茏鳛橛^賞作物，相對于蔬菜等其它作物來講，具有更高的價值。但觀賞花卉相比其他作物，對環(huán)境溫度更加敏感，花房溫度要求也更為嚴格，如何有效地控制花期一直以來都是花農(nóng)在不斷探索的難題，而花期的控制又關(guān)系到花農(nóng)的經(jīng)濟利益。 但專門針對花卉所要求的苛刻敏感的溫室環(huán)境控制的研究在國內(nèi)少之又少。傳統(tǒng)的花期控制方式主要是通過已有經(jīng)驗，采用人工修剪、測量溫濕度和控制水肥等方式來完成。這種勞動方式不但花費人工的大量時間，而且效果也差強人意；而傳統(tǒng)檢測花房溫濕度則是通過人工讀取溫度計和濕度計的示數(shù)來完成；這樣的方式不僅人的勞動強度巨大，而且讀數(shù)精度也因人而異，形成很大誤差，效率也比較低，特別是對于大型花棚，實施難度成倍增大。此外，花棚里的環(huán)境不利于人們的身體健康，花棚里的空氣與外界流通不暢，易對工作人員造成不利影響。 這就迫切需要一種針對花房溫室環(huán)境進行自動控制的解決方案。因此，我們提出的“觀賞花卉花期控制的嵌入式解決方案”，通過無線數(shù)據(jù)傳輸將花房環(huán)境構(gòu)成統(tǒng)一整體，對花房環(huán)境進行實時監(jiān)控與自動化控制，大大降低人的勞動強度，提高勞動效益。
