一种人工光型植物生长环境智能化控制系统及其控制方法技术方案

技术编号:20362068 阅读:74 留言:0更新日期:2019-02-16 16:10
本发明专利技术公开了一种人工光型植物生长环境智能化控制系统及其控制方法,系统包括上位机、云服务器、监控节点、控制节点、环境数据采集节点、营养液数据采集节点,上位机与其所属的各个节点通过总线及以太网连接,上位机所属的各个节点物理上实现一个植物工厂,各个植物工厂通过上位机以太网连接到云服务器实现数据存储、分析及智能化控制。本发明专利技术能根据需求动态添加不定数量节点应对不同规模、不同需求植物工厂需要,对植物生长相关的多维参数进行采集,通过云服务器建模实现了植物生长过程二十四小时精确、智能的多维参数控制,在大大减少人工成本同时增加了产量。

【技术实现步骤摘要】
一种人工光型植物生长环境智能化控制系统及其控制方法
本专利技术属于植物生长环境控制
,具体涉及一种人工光型植物生长环境智能化控制系统及其控制方法。
技术介绍
所谓植物工厂,指的是不受气候条件影响为了实现周年有计划的植物安全生产密闭式或半密闭式的环境调控设施。商业化人工光型(密闭式)植物工厂的占地面积一般为300~3000m2,占地面积为1000m2的人工光型植物工厂若采用10层栽培架,以生菜为例每天的采收量约为7000株,每年能生产25万株生菜,该生产规模相当于同样占地面积陆地栽培的100倍;不仅如此,植物工厂还可以解决以下问题:(1)土地资源的匮乏、土地污染问题突出,市民对农产品的安全优质、稳定价格的期待越来越高。(2)批量生产高质量高附加值的药用、观赏类绿色植物。(3)寒冷、热带和干旱地区对于蔬菜周年稳定供给的需求日益增长,这些地区对其自给蔬菜和水果的市场需求越来越大。(4)干旱地区对节水栽培的需求十分迫切,人工光型植物工厂的灌溉水用量只有露地栽培的1/50。(5)地产地销将带来食品里程的缩减,这种需求日益扩大,通过在城市生活区设置人工光型植物工厂,可以减少生产地与消费地距离,减少长途运输所需的时间成本、能源成本和包装成本。当前世界上植物工厂的生产系统根据光照来源的不同分为自然光利用型、人工光利用型、自然光-人工光混合利用型的三大类:自然光利用型植物工厂利用自然光,厂房为大型玻璃温室或连栋塑料温室,室内设置各种环境因子的监测和调控设备,这类植物工厂多少受到自然条件的影响,种植植物类型也有一定程度限制,其最大难题是如何实现夏季降温与冬季加温的低成本和低能耗;人工光利用型植物工厂对植物照明灯进行光照调控以满足相应植物的照明需求;自然光-人工光混合利用型利用自然光,且在阴天光照不足或者夜间时通过植物补光灯为植物补充光照,由于利用了自然光,能够比人工光利用型工厂花费的照明成本更低,但因为利用了人工光,能够比自然光利用型工厂提供更快的生产效率;但是,由于需要自然光射入厂房,其厂房大多也为大型玻璃温室或连栋塑料温室,也存在与自然利用型工厂相同的种植植物类型受限、空间利用率低、夏季降温和冬季降温的成本高等问题。为了实现全年连续生产、提供反季绿色蔬菜、多植物类型种植和大空间利用率等目的,目前更倾向于通过人工光利用型工厂使用人工光来实现植物的照明需求。现有人工光利用型植物工厂建设正处于起步阶段,规模小、成本高、控制参数单一、培育过程不够智能,无法实现全自动培育。自2009年“发展绿色低碳”被列入韩国国家战略发展规划以来,以此为契机,韩国植物工厂技术研发进展比日本更为迅速,植物工厂的出口、植物生长促进用LED光照技术、无农药蔬菜栽培技术等均被作为热点研发课题,但所有的人工光型植物工厂的占地面积都在300m2以下,而且处于试验或开发阶段。2017年6月某企业在北京建设了占地200m2的植物工厂组培及无糖实验室,其植物工厂的规模较小,操作人员虽然可以监控植物生长各项环境参数,但是各项控制仍需手动操作。
技术实现思路
鉴于上述,本专利技术提供了一种人工光型植物生长环境智能化控制系统及其控制方法,能够对植物生长相关的环境的温度、湿度、CO2浓度、光照强度和营养液的温度、PH值、电导率、液位、溶解氧浓度等数据进行采集,并通过云服务器进行建模,在实现了植物生长过程二十四小时精确、自动多维控制的基础上进行智能化控制。一种人工光型植物生长环境智能化控制系统,包括云服务器以及多家植物工厂,所述植物工厂包含一台上位机和多个节点,各节点与上位机通信连接,这些节点按功能分为监控节点、控制节点、环境数据采集节点、营养液数据采集节点四类;其中:所述控制节点用于负责对环境设备进行调控;所述环境数据采集节点用于采集环境温度、湿度、CO2浓度、光照数据并通过上位机上传至云服务器;所述监控节点用于对植物生长过程进行实时监控和记录;所述营养液数据采集节点用于采集营养液温度、PH值、电导率、溶解氧浓度、液位数据并通过上位机上传至云服务器;所述上位机用于负责相关控制指令下发并将各节点状态及数据上传至云服务器。进一步地,上位机与云服务器之间、上位机与监控节点之间均通过以太网通信连接,上位机与控制节点、环境数据采集节点、营养液数据采集节点之间均通过485总线通信连接。进一步地,所述上位机通过账户管理其所在植物工厂中的节点,用户根据不同需求通过动态添加的方式添加节点。进一步地,所述控制节点负责的环境设备包括:环境的光照系统、加湿装置、冷暖型空调装置、新风装置、风机设备、CO2供应设备、营养液的循环装置、消毒装置、PH调节装置、浓度调节装置、温控装置、混匀装置、过滤装置、增氧装置、进液装置。进一步地,所述环境数据采集节点将采集到的数据实时显示并保存到本地数据库,定期上传到云服务器,同时环境数据采集节点通过点对点或多对点的方式与特定的控制节点相绑定。进一步地,所述营养液数据采集节点将采集到的数据实时显示并保存到本地数据库,定期上传到云服务器,同时营养液数据采集节点通过点对点的方式与特定的控制节点相绑定。进一步地,所述云服务器作为数据中枢对各植物工厂数据汇总后对各类植物建模,通过数据分析及开源机器学习系统TensorFlow实现植物培育过程的智能优化。进一步地,基于上述人工光型植物生长环境智能化控制系统的控制方法,具体过程如下:(1)由上位机对并完成初始化自检的控制节点进行数据读取,进而从本地数据库读取相关控制节点的设置参数;(2)若设定为智能控制模式,则利用监控节点对植物进行图像采集,并对图像进行预处理后输入至云服务器所训练得到的决策模型,输出得到关于植物生长情况的多个评价参数;(3)上位机读取环境数据采集节点和营养液数据采集节点的数据,并根据评价参数和设置参数对相关控制节点进行控制,即向控制节点下发相关控制指令。进一步地,所述步骤(2)中的决策模型由云服务器负责训练得到,其通过获取监控节点、环境数据采集节点、营养液数据采集节点的数据,并对数据进行预处理后得到大量样本,进而利用样本通过开源机器学习系统TensorFlow进行训练,得到关于植物生长情况的决策模型,该模型从输入到输出五个卷积层、一个最大池化层、两个全连接层和一个输出层组成,前两个卷积层后面均附带有池化层用以减少数据量。本专利技术人工光型植物生长环境智能化控制系统能根据需求动态添加不定数量节点应对不同规模、不同需求植物工厂需要,对植物生长相关的多维参数进行采集,通过云服务器建模实现了植物生长过程二十四小时精确、智能的多维参数控制。由于在植物工厂的密闭环境下生产绿色植物,产品附着细菌和虫害的概率可以降到室外种植的1/100,因此本专利技术可以大大提高蔬菜瓜果的保鲜期并可以实现无农药栽培。本专利技术对营养液实行循环利用,灌溉所需用水可以降到室外种植的1/50,实现了资源的节约和可持续发展;本专利技术更易保证绿色植物产品的高品质而不受外界气候条件的影响;本专利技术可以通过环境调控促进植物的光合作用和生长发育达到最高的生长效率,栽培周期可以缩短到常规的1/2~1/3,产量可以室外种植几十倍甚至上百倍,在提高了产量的同时大大减少了人工成本。附图说明图1为本专利技术控制系统的结构示意图。图2为本专利技术控制系统的智能控制流程示意图。图3为本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种人工光型植物生长环境智能化控制系统,其特征在于:包括云服务器以及多家植物工厂,所述植物工厂包含一台上位机和多个节点,各节点与上位机通信连接,这些节点按功能分为监控节点、控制节点、环境数据采集节点、营养液数据采集节点四类;其中:所述控制节点用于负责对环境设备进行调控;所述环境数据采集节点用于采集环境温度、湿度、CO2浓度、光照数据并通过上位机上传至云服务器;所述监控节点用于对植物生长过程进行实时监控和记录;所述营养液数据采集节点用于采集营养液温度、PH值、电导率、溶解氧浓度、液位数据并通过上位机上传至云服务器;所述上位机用于负责相关控制指令下发并将各节点状态及数据上传至云服务器。

【技术特征摘要】
1.一种人工光型植物生长环境智能化控制系统,其特征在于:包括云服务器以及多家植物工厂,所述植物工厂包含一台上位机和多个节点,各节点与上位机通信连接,这些节点按功能分为监控节点、控制节点、环境数据采集节点、营养液数据采集节点四类;其中:所述控制节点用于负责对环境设备进行调控;所述环境数据采集节点用于采集环境温度、湿度、CO2浓度、光照数据并通过上位机上传至云服务器;所述监控节点用于对植物生长过程进行实时监控和记录;所述营养液数据采集节点用于采集营养液温度、PH值、电导率、溶解氧浓度、液位数据并通过上位机上传至云服务器;所述上位机用于负责相关控制指令下发并将各节点状态及数据上传至云服务器。2.根据权利要求1所述的人工光型植物生长环境智能化控制系统,其特征在于:上位机与云服务器之间、上位机与监控节点之间均通过以太网通信连接,上位机与控制节点、环境数据采集节点、营养液数据采集节点之间均通过485总线通信连接。3.根据权利要求1所述的人工光型植物生长环境智能化控制系统,其特征在于:所述上位机通过账户管理其所在植物工厂中的节点,用户根据不同需求通过动态添加的方式添加节点。4.根据权利要求1所述的人工光型植物生长环境智能化控制系统,其特征在于:所述控制节点负责的环境设备包括:环境的光照系统、加湿装置、冷暖型空调装置、新风装置、风机设备、CO2供应设备、营养液的循环装置、消毒装置、PH调节装置、浓度调节装置、温控装置、混匀装置、过滤装置、增氧装置、进液装置。5.根据权利要求1所述的人工光型植物生长环境智能化控制系统,其特征在于:所述环境数据采集节点将采集到的数据实时显示并保存到本地数据库,定期上传到云服...

【专利技术属性】
技术研发人员:王洪亮王振华黄灿灿陈文浩潘健谢卫丰施高健范志浩汤乘风沈国金蔡强
申请(专利权)人:嘉兴卓远科技有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1