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    • 专利摘要:
    本实用新型涉及一种智能托管式植物培育室系统，包括检测模块、单片机模块、北斗定位模块、图像采集模块、执行装置和4G通信模块，以及设于植物培育室外部的太阳能供电模块、服务器和PC机，检测模块包括温度检测模块、土壤养分检测模块、土壤湿度检测模块、光照检测模块和二氧化碳浓度检测模块；执行装置包括温度调节装置、土壤湿度调节装置、光照调节装置和二氧化碳浓度调节装置；单片机模块内置机器视觉算法。本实用新型将人工智能技术、嵌入式技术、机器人技术以及物联网技术运用到植物培育中，用科技代人为劳动，解放劳动力、节约人工成本，提高培育质量，实现高质量的智能托管。同时，本系统操作简单，功能完善，并且实用性强。
    公开号:CN214336112U
    申请号:CN202120351423.3U
    申请日:2021-02-08
    公开日:2021-10-01
    发明作者:蒋成；郭迎庆；熊星；杨栋凯；张汉奇；陈刚；查秀梅
    申请人:Nanjing Forestry University；
    IPC主号:G09B23-38
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及一种智能托管式植物培育室系统，属于人工智能及植物智能培育技术领域。
    [n0002] 植物在生长中受到温度、土壤养分、土壤湿度、光照和二氧化碳浓度影响。在植物萌发生长过程中，若气温急剧下降，持续时间又长，则易受寒害，轻则生长减缓，重则导致死亡；高温则会导致植物叶绿素失活，水分快速蒸发而枯萎，加速植物生长导致早熟。土壤养分不良，将直接导致植物发育不良。土壤湿度条件对植物的生长有重要的影响，在温度适宜的条件下，土壤水分充裕时，植物才能长成发育；如果土壤缺水，植物生长也会缓慢，甚至导致死亡；土壤水分含量过高也会对植物生长产生不利影响，容易引起植物根部霉烂。植物的生长与光照强度有着密切的关系，若光照过弱，光合作用也就较弱，光合产物积累量少，影响植物的生长。二氧化碳浓度对植物生长也有重要影响，研究发现二氧化碳浓度的倍增对植物的光合作用具有明显的促进作用。
    [n0003] 人工智能技术、嵌入式技术、机器人技术以及物联网技术作为当前新兴科技，将其运用到植物培育中，用科技代人为劳动，可以解放劳动力、节约成本，也可以提高培育质量。因此，设计一种智能托管式植物培育室系统有着深远的意义。
    [n0004] 本实用新型的目的：将人工智能技术、嵌入式技术、机器人技术以及物联网技术运用到植物培育中，用科技代人为劳动，解放劳动力、节约人工成本，提高培育质量，实现高质量的智能托管式培育。
    [n0005] 为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：一种智能托管式植物培育室系统，包括设于植物培育室内部的检测模块、单片机模块、北斗定位模块、图像采集模块、执行装置和4G通信模块，以及设于植物培育室外部的太阳能供电模块、服务器和PC机；所述检测模块与单片机模块相连接，检测模块将检测到的信号传输给单片机模块；所述北斗定位模块与单片机模块相连接，北斗定位模块给单片机模块发送定位信息；所述图像采集模块与单片机模块相连接，图像采集模块将采集到的图像信息发送给单片机模块；所述单片机模块与执行装置相连接，单片机模块控制执行装置工作；所述单片机模块与4G通信模块相连接，单片机模块与4G通信模块双向传输数据；所述4G通信模块与工作机器人无线连接，4G通信模块给工作机器人发送数据；所述4G通信模块与服务器无线连接，4G通信模块与服务器无线连接双向传输数据；所述服务器与PC机无线连接，服务器与PC机无线连接双向传输数据；所述太阳能供电模块给植物培育室内部系统供电；
    [n0006] 其中，检测模块包括温度检测模块、土壤养分检测模块、土壤湿度检测模块、光照检测模块和二氧化碳浓度检测模块；执行装置包括温度调节装置、土壤湿度调节装置、光照调节装置和二氧化碳浓度调节装置；单片机模块内置机器视觉算法。
    [n0007] 作为本实用新型的一种优选技术方案：所述检测模块中温度检测模块、光照检测模块和二氧化碳浓度检测模块放置于植物培育室空间中；土壤养分检测模块和土壤湿度检测模块放置于土壤中，土壤养分检测模块和土壤湿度检测模块分别至少为一个，均匀放置于土壤中。
    [n0008] 作为本实用新型的一种优选技术方案：所述土壤养分检测模块包括氮检测模块、磷检测模块和钾检测模块。
    [n0009] 作为本实用新型的一种优选技术方案：光照调节装置不局限于调节单一光色。
    [n0010] 作为本实用新型的一种优选技术方案：所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和电压转换电路；太阳能电池板连接电压转换电路和蓄电池，太阳能电池板将电能输送给电压转换电路和蓄电池；蓄电池连接电压转换电路，蓄电池将电能输送给电压转换电路；电压转换电路连接植物培育室，电压转换电路将转换好的电压输送给植物培育室供电。
    [n0011] 作为本实用新型的一种优选技术方案：所述单片机模块采用TMS320F28035单片机；其中，TMS320F28035单片机串口通信功能引脚包括串口发送引脚SCI×TXD和串口接收引脚SCI×RXD。
    [n0012] 作为本实用新型的一种优选技术方案：所述4G通信模块的电路包括4G通信芯片EV21、+5V电源、地级、电阻R1、电阻R2、电阻R3、指示灯L1、指示灯L2和指示灯L3；
    [n0013] 其中，4G通信芯片EV21的各功能引脚包括供电引脚VIN、串口发送引脚TXD、串口接收引脚RXD、信号地引脚GND、工作状态指示引脚WORK、网络状态指示引脚NETMOD和服务器连接状态指示引脚LINK。
    [n0014] 作为本实用新型的一种优选技术方案：所述串口发送引脚SCI×TXD连接串口接收引脚RXD；串口接收引脚SCI×RXD连接串口发送引脚TXD；供电引脚VIN连接+5V电源；信号地引脚GND连接地级；工作状态指示引脚WORK连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接指示灯L1的一端，指示灯L1的另一端连接地级；网络状态指示引脚NETMOD连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接指示灯L2的一端，指示灯L2的另一端连接地级；服务器连接状态指示引脚LINK连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接指示灯L3的一端，指示灯L3的另一端连接地级。
    [n0015] 本实用新型所设计一种智能托管式植物培育室系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
    [n0016] 1、本实用新型所设计的一种智能托管式植物培育室系统，土壤养分检测模块检测土壤养分，单片机模块通过通信模块与机器人通信，利用机器人施肥，将检测技术和物联网技术和机器人技术运用于测土施肥。
    [n0017] 2、本实用新型所设计的一种智能托管式植物培育室系统，采用北斗定位模块，北斗卫星相比GPS卫星定位精度更高。
    [n0018] 3、本实用新型所设计的一种智能托管式植物培育室系统，利用图像采集模块以及机器视觉算法来对来对植物种类以及生长状态分析以及处理，将人工智能技术运用于植物培育。
    [n0019] 4、本实用新型所设计的一种智能托管式植物培育室系统，采用太阳能供电模块。根据其结构，有阳光时，由太阳能电池板给蓄电池充电以及给植物培育室供电；没有阳光时，由蓄电池给植物培育室供电。使用新能源，节能环保。
    [n0020] 图1为本实用新型设计一种智能托管式植物培育室系统的结构示意图；
    [n0021] 图2为本实用新型中太阳能供电模块的结构示意图；
    [n0022] 图3为本实用新型中4G通信模块电路的结构示意图；
    [n0023] 图4为本实用新型中PC机的功能示意图。
    [n0024] 下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
    [n0025] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
    [n0026] 本实用新型设计了一种智能托管式植物培育室系统，将人工智能技术、嵌入式技术、机器人技术以及物联网技术运用到植物培育中，用科技代人为劳动，解放劳动力、节约人工成本，提高培育质量，实现高质量的智能托管式培育。
    [n0027] 如图1所示，一种智能托管式植物培育室系统，包括设于植物培育室内部的检测模块、单片机模块、北斗定位模块、图像采集模块、执行装置和4G通信模块，以及设于植物培育室外部的太阳能供电模块、服务器和PC机；检测模块与单片机模块相连接，检测模块将检测到的信号传输给单片机模块；北斗定位模块与单片机模块相连接，北斗定位模块给单片机模块发送定位信息；图像采集模块与单片机模块相连接，图像采集模块将采集到的图像信息发送给单片机模块；单片机模块与执行装置相连接，单片机模块控制执行装置工作；单片机模块与4G通信模块相连接，单片机模块与4G通信模块双向传输数据；4G通信模块与工作机器人无线连接，4G通信模块给工作机器人发送数据；4G通信模块与服务器无线连接，4G通信模块与服务器无线连接双向传输数据；服务器与PC机无线连接，服务器与PC机无线连接双向传输数据；太阳能供电模块给植物培育室内部系统供电；其中，检测模块包括温度检测模块、土壤养分检测模块、土壤湿度检测模块、光照检测模块和二氧化碳浓度检测模块；执行装置包括温度调节装置、土壤湿度调节装置、光照调节装置和二氧化碳浓度调节装置；单片机模块内置机器视觉算法。
    [n0028] 在实际应用中，检测模块中温度检测模块、光照检测模块和二氧化碳浓度检测模块放置于植物培育室空间中；土壤养分检测模块和土壤湿度检测模块放置于土壤中，土壤养分检测模块和土壤湿度检测模块分别至少为一个，均匀放置于土壤中；其中，土壤养分检测模块包括氮检测模块、磷检测模块和钾检测模块。
    [n0029] 在实际应用中，图像采集模块，从系统启动起每隔6小时采集一次植物培育室内部图像传输给单片机模块，单片机采用TMS320F28035高性能浮点DSP处理器，单片机模块内置机器学习算法，单片机模块识别出植物培育室内所栽培的植物类型及生长状态；其中，生长状态包括植物生长所处阶段和植物健康度；单片机模块根据植物生长所处阶段生成相适应的培育方案；单片机模块识别出植物健康度，若识别出植物存在病株，则通过北斗定位模块定位出的位置信息，计算出病株所在区域信息，并提取出该区域的图像，将病株所在区域信息和该区域的图像经过4G通信模块和服务器后发送给PC机显示。
    [n0030] 在实际应用中，培育方案包括温度调节培育方案、土壤养分调节培育方案、土壤湿度调节培育方案、光照调节培育方案和二氧化碳浓度调节培育方案；
    [n0031] 温度调节培育方案的实施涉及温度检测模块、单片机模块和温度调节装置；温度检测模块检测植物培育室内部温度传输给单片机模块，单片机模块根据温度调节培育方案判断是否需要温度调节，若需要温度调节，则单片机模块控制温度调节装置加热和制冷功能；
    [n0032] 土壤养分调节培育方案的实施涉及土壤养分检测模块包括氮检测模块、磷检测模块和钾检测模块、单片机模块、4G通信模块和工作机器人；土壤养分检测模块检测植物培育室内土壤的养分含量包括氮、磷和钾含量情况传输给单片机模块，单片机模块根据土壤养分调节培育方案判断是否需要土壤养分调节，若需要土壤养分调节，则单片机模块生成氮、磷和钾肥料的配方通过4G通信模块发送给工作机器人，工作机器人根据接收到的配方自动配置肥料，并走最优路线进行施肥。
    [n0033] 土壤湿度调节培育方案的实施涉及土壤湿度检测模块、单片机模块和土壤湿度调节装置；土壤湿度检测模块检测植物培育室内土壤的湿度传输给单片机模块，单片机模块根据土壤湿度调节培育方案判断是否需要土壤湿度调节，若需要土壤湿度调节，则单片机模块控制土壤湿度调节装置进行灌溉；
    [n0034] 光照调节培育方案的实施涉及光照检测模块、单片机模块和光照调节装置；光照检测模块检测植物培育室内光照强度传输给单片机模块，单片机模块根据光照调节培育方案判断是否需要光照调节，若需要光照调节，则单片机模块控制光照调节装置进行补光；特别地，光照调节装置不局限于单一光色；
    [n0035] 二氧化碳浓度调节培育方案的实施涉及二氧化碳浓度检测模块、单片机模块和二氧化碳浓度调节装置；二氧化碳浓度检测模块检测植物培育室内二氧化碳浓度信息并传输给单片机模块，单片机模块根据二氧化碳浓度调节培育方案判断是否需要二氧化碳浓度调节，若需要二氧化碳调节，则单片机模块控制二氧化碳调节装置增补二氧化碳。
    [n0036] 如图2所示，太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和电压转换电路；太阳能电池板连接电压转转电路和蓄电池，太阳能电池板将电能输送给电压转换电路和蓄电池；蓄电池连接电压转转电路，蓄电池将电能输送给电压转换电路；电压转换电路连接植物培育室，电压装换电路将转换好的电压输送给植物培育室供电。
    [n0037] 在实际应用中，有阳光时，由太阳能电池板给蓄电池充电以及给植物培育室供电；没有阳光时，由蓄电池给植物培育室供电。
    [n0038] 如图3所示，TMS320F28035单片机串口通信功能引脚包括串口发送引脚SCI×TXD和串口接收引脚SCI×RXD；4G通信模块的电路包括4G通信芯片EV21、+5V电源、地级、电阻R1、电阻R2、电阻R3、指示灯L1、指示灯L2和指示灯L3；其中，4G通信芯片EV21的各功能引脚包括供电引脚VIN、串口发送引脚TXD、串口接收引脚RXD、信号地引脚GND、工作状态指示引脚WORK、网络状态指示引脚NETMOD和服务器连接状态指示引脚LINK。
    [n0039] 在实际应用中，串口发送引脚SCI×TXD连接串口接收引脚RXD；串口接收引脚SCI×RXD连接串口发送引脚TXD；供电引脚VIN连接+5V电源；信号地引脚GND连接地级；工作状态指示引脚WORK连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接指示灯L1的一端，指示灯L1的另一端连接地级，指示灯L1处于闪烁状态表示4G通信模块正常工作；网络状态指示引脚NETMOD连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接指示灯L2的一端，指示灯L2的另一端连接地级，指示灯L2常亮表示网络连接正常，指示灯L2不亮表示无网络连接；服务器连接状态指示引脚LINK连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接指示灯L3的一端，指示灯L3的另一端连接地级，指示灯L3常亮表示服务器连接正常，指示灯L2不亮表示无服务器连接。
    [n0040] 在实际应用中，如图4所示，PC机功能包括控制植物培育室系统的启停、显示植物的种类、显示植物的生长阶段、显示培育方案、显示植物的健康情况、显示病株的提取图片以及定位坐标、显示检测模块检测到的信息、显示各个执行装置的工作状态和显示工作机器人的工作状态。
    [n0041] 最后应说明的是：以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
    权利要求:
    Claims (8)
    [0001] 1.一种智能托管式植物培育室系统，其特征在于：包括设于植物培育室内部的检测模块、单片机模块、北斗定位模块、图像采集模块、执行装置和4G通信模块，以及设于植物培育室外部的太阳能供电模块、服务器和PC机，所述检测模块与单片机模块相连接，检测模块将检测到的信号传输给单片机模块，所述北斗定位模块与单片机模块相连接，北斗定位模块给单片机模块发送定位信息，所述图像采集模块与单片机模块相连接，图像采集模块将采集到的图像信息发送给单片机模块，所述单片机模块与执行装置相连接，单片机模块控制执行装置工作，所述单片机模块与4G通信模块相连接，单片机模块与4G通信模块双向传输数据，所述4G通信模块与工作机器人无线连接，4G通信模块给工作机器人发送数据，所述4G通信模块与服务器无线连接，4G通信模块与服务器无线连接双向传输数据，所述服务器与PC机无线连接，服务器与PC机无线连接双向传输数据，所述太阳能供电模块给植物培育室内部系统供电，
    其中，检测模块包括温度检测模块、土壤养分检测模块、土壤湿度检测模块、光照检测模块和二氧化碳浓度检测模块，执行装置包括温度调节装置、土壤湿度调节装置、光照调节装置和二氧化碳浓度调节装置，单片机模块内置机器视觉算法。
    [0002] 2.根据权利要求1所述一种智能托管式植物培育室系统，其特征在于：所述检测模块中温度检测模块、光照检测模块和二氧化碳浓度检测模块放置于植物培育室空间中，土壤养分检测模块和土壤湿度检测模块放置于土壤中，土壤养分检测模块和土壤湿度检测模块分别至少为一个，均匀放置于土壤中。
    [0003] 3.根据权利要求1至2任意一项所述一种智能托管式植物培育室系统，其特征在于：所述土壤养分检测模块包括氮检测模块、磷检测模块和钾检测模块。
    [0004] 4.根据权利要求1所述一种智能托管式植物培育室系统，其特征在于：所述光照调节装置光照调节装置包括单一光色调节模式和多种光色调节模式。
    [0005] 5.根据权利要求1所述一种智能托管式植物培育室系统，其特征在于：所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和电压转换电路，太阳能电池板连接电压转换电路和蓄电池，太阳能电池板将电能输送给电压转换电路和蓄电池，蓄电池连接电压转换电路，蓄电池将电能输送给电压转换电路，电压转换电路连接植物培育室，电压转换电路将转换好的电压输送给植物培育室供电。
    [0006] 6.根据权利要求1所述一种智能托管式植物培育室系统，其特征在于：所述单片机模块采用TMS320F28035单片机，其中，TMS320F28035单片机串口通信功能引脚包括串口发送引脚SCI×TXD和串口接收引脚SCI×RXD。
    [0007] 7.根据权利要求6所述一种智能托管式植物培育室系统，其特征在于：所述4G通信模块包括4G通信芯片EV21、+5V电源、地级、电阻R1、电阻R2、电阻R3、指示灯L1、指示灯L2和指示灯L3，
    其中，4G通信芯片EV21的各功能引脚包括供电引脚VIN、串口发送引脚TXD、串口接收引脚RXD、信号地引脚GND、工作状态指示引脚WORK、网络状态指示引脚NETMOD和服务器连接状态指示引脚LINK。
    [0008] 8.根据权利要求7所述的一种智能托管式植物培育室系统，其特征在于：所述串口发送引脚SCI×TXD连接串口接收引脚RXD，串口接收引脚SCI×RXD连接串口发送引脚TXD，供电引脚VIN连接+5V电源，信号地引脚GND连接地级，工作状态指示引脚WORK连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接指示灯L1的一端，指示灯L1的另一端连接地级，网络状态指示引脚NETMOD连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接指示灯L2的一端，指示灯L2的另一端连接地级，服务器连接状态指示引脚LINK连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接指示灯L3的一端，指示灯L3的另一端连接地级。
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