一种智能植物墙系统技术方案

本发明专利技术是一种智能植物墙系统，植物墙结构部分、通讯与控制部分和网络部分，植物墙结构部分通过通讯与控制部分与网络部分建立联系，植物盆安装在植物墙铺设模块上，植物墙铺设模块安装在龙骨框架上，构成植物屏风，水箱用于给植物盆内的植物供水，通讯与控制部分包括植物盆模块、通用节点模块、其他终端设备和通讯拓扑网络，植物盆模块、其他终端设备和通讯拓扑网络均与通用节点模块连接，通用节点模块通过通讯拓扑网络与本地控制系统上位机连接，本地控制系统上位机与网络部分连接。本发明专利技术可以实现触摸植物互动，远程控制浇水、灯光效果和吹气，传感器数据采集和分析。结构上，便捷安装、模块化、拓展性强、方便移动。

【技术实现步骤摘要】
一种智能植物墙系统
本专利技术涉及垂直绿化领域，尤其涉及一种智能植物墙系统。
技术介绍
在植物墙领域中，有两种技术，其一是多层水槽结构，设计储水槽用于储水，进而将储水槽与种植盆一体化，或储水槽与种植盆可分离，但需在种植盆四周设置镂空或开孔结构等。最终实现让植物根部土壤可接触到储水槽，从而植物所需养分，如水分、肥料、空气等可以渗透进土壤，进而达到养护目的。上述方案有如下缺陷，第一，镂空或开孔结构容易使土壤掉落；第二，整体浇灌或滴灌的方式，无法满足植物养护中，不同种类的植物对水分的需求不一致的要求，从而导致植物生长状态不佳；第三，通过在水槽中浸湿土壤的浇水、施肥方法，容易导致水槽中残留水分与肥料，从而容易滋生蚊虫。其二是无纺布技术，将植物种植于无纺布袋子里面悬挂于垂直面，通过滴灌的方式定期对植物浇水。上述几种情况均采用无差别养护手段。实际上，植物墙的所有植物虽然在同一面墙上，但植物种类不同、植物的冠幅不同、所处墙面区域光照，风等不同等，均会导致植物的干湿程度或所需肥力的不同，因而无差别养护不是良好的植物养护手段。现有植物墙，需预先在墙面焊接龙骨，作为整体承重，后期难以移动位置。现有植物墙没有人体互动功能。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术的不足，而提供一种智能植物墙系统。本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案：一种智能植物墙系统，植物墙结构部分、通讯与控制部分和网络部分，植物墙结构部分通过通讯与控制部分与网络部分建立联系，植物墙结构部分包括若干植物盆、若干植物墙铺设模块、水箱和龙骨框架，植物盆安装在植物墙铺设模块上，植物墙铺设模块安装在龙骨框架上，构成植物屏风，水箱用于给植物盆内的植物供水，通讯与控制部分包括植物盆模块、通用节点模块、其他终端设备、通讯拓扑网络和本地控制系统上位机，植物盆模块、其他终端设备和通讯拓扑网络均与通用节点模块连接，通用节点模块通过通讯拓扑网络与本地控制系统上位机连接，本地控制系统上位机与网络部分连接。本地控制系统上位机通过基于Tormado框架与Websocket协议的长连接网络通讯与服务器系统连接。植物盆模块包括肥力传感器、土壤湿度传感器和人体触摸传感器，肥力传感器、土壤湿度传感器和人体触摸传感器将采集的数据传递给通用节点模块。植物盆模块还包括LED补光灯和水气喷头，LED补光灯和水气喷头均与通用节点模块连接。植物盆模块还包括数据采集与预处理系统，植物盆模块安装在植物盆上，肥力传感器、土壤湿度传感器和人体触摸传感器均与数据采集与预处理系统连接。通用节点模块包括电磁阀控制模块、LED驱动、节点数据分析系统、标准外设设备接口、电容式传感器通用接口、PWM通用控制器接口、电平转换模块和通讯模块，电磁阀控制模块与植物盆模块中的水气喷头连接，LED驱动与植物盆模块中的LED补光灯连接，节点数据分析系统与植物盆模块中的数据采集与预处理系统连接，标准外设设备接口用于连接其他终端设备，电容式传感器通用接口和PWM通用控制器接口为备用的通用接口，电平转换模块将12V或24V的电平转换成3.3V的电平，用于给通用节点模块和植物盆模块供电，通讯模块与节点数据分析系统连接，通讯模块用于数据交换。通用节点模块GCM(GeneralControlModule)为整个控制节点的基础控制单位，可通过接入不同的外设设备实现不同的功能其通用型号可搭载8位或32位单片机，拥有12V/24V电磁阀控制模块，LED驱动模块，外设设备接口，电容式传感器通用接口，PWM通用控制器接口。以下对GCM各组成部分进行说明：1电平转换模块控制系统电气总线采用12V或24V电平。在24V电气条件下，GCM采用Buck电路实现电平转换；在12V电气条件下，GCM利用LDO(Low-dropoutregulator)及其外设电路，实现电平转换。两者均将电平转换为3.3V电平，以供单片机及各类组件使用；2电磁阀控制模块电磁阀控制模块采用场效应管控制，利用逻辑电压控制12V或24V接口的通断，已达到控制电磁阀的目标。此外，在场效应管漏极接入续流二极管以避免电压的过激变化。GCM的电磁阀可以选择连接流体系统中的不同管道，达到向外设设备输送液体或气体的目的；3LED驱动利用恒流源LED驱动芯片及其外设电路实现对单个或多个0.5到3W级别LED灯的驱动；4电容式传感器通用接口GCM自身搭载一套电容检测系统，在不同频率下产生激励信号，与待测电容形成RC电路，通过检测上升与下降沿时间，实现对待测电容载体的检测。通过这一接口，GCM能够连接触摸检测、漏水检测、流体通过检测，水位检测等传感器并实现相关功能；5PWM通用控制器接口通过将单片机PWM信号输出至通用接口，GCM能够实现对水泵、气泵、灯光等控制器的连续调节；6通讯模块通过面向RS485的通讯芯片，以及节点对接点通讯模块，GCM能够实现与上位机间的半双工，主从均可发起的通讯。其中通讯芯片将单片机串口信号转化为适用RS485电气协议的差分电平，通过RJ45接头及含有多对双绞线的网线实现半双工主从现场通讯总线。点对点通讯模块通过在与收尾相接的GCM间架设多条特殊通讯功能线，实现节点向节点的信号传递，并通过这种方式实现通讯地址以及通讯发起令牌的分发，以实现通讯地址动态分发以及从机发起通讯的功能；7节点数据分析系统以植物盆模块为代表的外设设备会向GCM传输大量传感器或用户交互等信息。这些信息将通过GCM的数据分析系统进行分析，实现整个控制系统中数据计算的分布式结构，利用其边缘计算能力分担上位机计算压力，同时降低通讯网络开销，提高整体控制网络工作效率；8标准外设设备接口标准外设设备接口GPC(GeneralPeripheralConnector)8根接口线，其中两条为I2C通讯线，一条为设备热插拔检测线，两条为3.3V电平线，两条为恒流LED驱动线，一条为特殊功能线。其中特殊功能线为通用IO线，在不同终端设备接入时可具备不同功能。植物盆模块PM(PlanterModule)是系统中一种基础外设设备，植物种植于植物盆1的土壤中，PM包括肥力传感器、土壤湿度传感器、人体触摸传感器、LED补光灯、水气喷头、和数据采集与预处理系统，植物盆模块位于植物盆1内，肥力传感器、土壤湿度传感器和人体触摸传感器均与数据采集与预处理系统连接；土壤中埋有传感器激励极，其中肥力传感器主要通过计算激励极间的电阻，计算得到土壤当前电导率，通过湿度传感器的校准，进一步的得到土壤的肥力水平；土壤湿度传感器与GCM中电容传感器接口原理类似，通过更高的采样频率和更复杂的预处理算法，实现对土壤湿度的精确检测。通过对检测值突然变化的监测，同时还能够实现对人体触摸的探测；LED补光灯受GCM的LED驱动控制，对植物进行补光以及一定的局部加温，并实现灯光景观效果；水气喷头通过流体管道连接GCM的电磁阀，对土壤进行气体和液体补充；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能植物墙系统，其特征在于，植物墙结构部分、通讯与控制部分和网络部分，植物墙结构部分通过通讯与控制部分与网络部分建立联系，植物墙结构部分包括若干植物盆(1)、若干植物墙铺设模块(2)、水箱和龙骨框架(3)，植物盆(1)安装在植物墙铺设模块(2)上，植物墙铺设模块(2)安装在龙骨框架(3)上，构成植物屏风，水箱用于给植物盆(1)内的植物供水，通讯与控制部分包括植物盆模块、通用节点模块、其他终端设备、通讯拓扑网络和本地控制系统上位机，植物盆模块、其他终端设备和通讯拓扑网络均与通用节点模块连接，通用节点模块通过通讯拓扑网络与本地控制系统上位机连接，本地控制系统上位机与网络部分连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种智能植物墙系统，其特征在于，植物墙结构部分、通讯与控制部分和网络部分，植物墙结构部分通过通讯与控制部分与网络部分建立联系，植物墙结构部分包括若干植物盆(1)、若干植物墙铺设模块(2)、水箱和龙骨框架(3)，植物盆(1)安装在植物墙铺设模块(2)上，植物墙铺设模块(2)安装在龙骨框架(3)上，构成植物屏风，水箱用于给植物盆(1)内的植物供水，通讯与控制部分包括植物盆模块、通用节点模块、其他终端设备、通讯拓扑网络和本地控制系统上位机，植物盆模块、其他终端设备和通讯拓扑网络均与通用节点模块连接，通用节点模块通过通讯拓扑网络与本地控制系统上位机连接，本地控制系统上位机与网络部分连接。


2.根据权利要求1所述的一种智能植物墙系统，其特征在于，本地控制系统上位机通过基于Tormado框架与Websocket协议的长连接网络通讯与服务器系统连接。


3.根据权利要求1所述的一种智能植物墙系统，其特征在于，植物盆模块包括肥力传感器、土壤湿度传感器和人体触摸传感器，肥力传感器、土壤湿度传感器和人体触摸传感器将采集的数据传递给通用节点模块。


4.根据权利要求3所述的一种智能植物墙系统，其特征在于，植物盆模块还包括LED补光灯和水气喷头，LED补光灯和水气喷头均与通用节点模块连接。


5.根据权利要求3所述的一种智能植物墙系统，其特征在于，植物盆模块还包括数据采集与预处理系统，植物盆模块安装在植物盆(1)上，肥力传感器、土壤湿度传感器和人体触摸传感器均与数据采集与预处理系统连接。


6.根据权利要求5所述的一种智能植物墙系统，其特征在于，通用节点模块包括电磁阀控制模块、LED驱动、节点数据分析系统、标准外设设备接口、电容式传感器通用接口、PWM通用控制器接口、电平转换模块和通讯模块，电磁阀控制模块与植物盆模块中的水气喷头连接，LED驱动与植物盆模块中的LED补光灯连接，节点数据分析系统与植物盆模块中的数据采集与预处理系统连接，标准外设设备接口用于连接其他终端设备，电容式传感器通用接口和PWM通用控制器接口为备用的通用接口，电平转换模块将12V或24V的电平转换成3.3V的电平，用于给通用节点模块和植物盆模块供电，通讯模块与节点数据分析系统连接，通讯模块用于数据交换。


7.根据权利要求6所述的一种智能植物墙系统，其特征在于，通讯拓扑网络和通用节点模块中的通讯模块通过基于RS485的多主半双工通讯总线进行数据传输，通讯拓扑网络通过额外线缆依次传递通讯优先令牌实现主从双向发起，并通过现场总线拓扑网络实现节点数量倍增，通讯拓扑网络用于数据的传输。


8.根据权利要求1所述的一种智能植物墙系统，其特征在于，其他终端设备包括手持调试设备、流体测试设备、传感器Hub和通用控制Hub，手持调试设备、流体测试设备、传感器Hub和通用控制Hub均与通用节点模块中的标准外设设备接口连接。


9.根据权利要求1所述的一种智能植物墙系统，其特征在于，本地控制系统上位机包括本地控制系统，本地控制系统包括上位机数据分析系统、指令生成系统和本地数据库管理系统。


10.根据权利要求9所述的一种智能植物墙系统，其特征在于，网络部分包括用户与管理端、服务器系统和网络服务，用户与管理端通过服务器系统与网络服务连接，用户与管理端通过服务器系统，将其控制信息发送至本地控制系统上位机，同样的，本地控制系统上位机可将执行结果通过服务器系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙高然，张翔，雷思凯，辛伟康，陈海龙，林志彬，
申请(专利权)人：天津岸杉智能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12