一种基于数据驱动的智能植物培育系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于数据驱动的智能植物培育系统及其使用方法，用于解决现有植物栽培过程中无法精准调整花卉植物所需的土壤环境的技术问题。本发明专利技术包括中央处理模块、无线通讯模块、服务器和移动终端，移动终端与服务器相连接，服务器通过无线通讯模块与中央处理模块相连接；所述中央处理模块通过无线通讯模块分别与图像采集模块、湿度检测模块、酸碱度检测模块、水量控制模块和酸碱度调整模块相连接；所述中央处理模块、湿度检测模块、酸碱度检测模块、水量控制模块和酸碱度调整模块均设置在智能花盆上。本发明专利技术借助完善的软硬件控制系统，根据植物种类、地区、季节自动调整浇水量和施肥量，实现了对植物生长环境的全自动调整和系统安全监控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据驱动的智能植物培育系统及其使用方法
本专利技术涉及花卉类植物培育
，特别是指一种基于数据驱动的智能植物培育系统及其使用方法。
技术介绍
随着人们的生活水平不断提高，越来越多的家庭注重舒适、健康的环境，在家中养殖一些盆栽花卉成为越来越多人们的选择，既赏心悦目，又可以净化空气。但培育好一盆植物需要付出大量的心血和精力，特别是名贵品种更是需要大量经验的积累和专业知识。随着智能家居的普及与智能技术的发展，越来越多的智能化花盆通过自动控制技术和智能物联网技术实现花卉品种的培育。但是市面上的智能花盆功能单一，实现的只是按照设定的时间进行没有感知的浇水或提醒人们浇水，并没有针对具体花卉或所处地区、季节不同，而自动调整浇水量或酸碱度，也就是说其不够“智能”。针对此类情况，设计一种基于大数据的智能植物培育系统是十分必要的。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中存在的不足，本专利技术提出了一种基于数据驱动的智能植物培育系统及其使用方法，该系统基于大量栽培花卉植物的经验数据，借助完善的土壤湿度和酸碱度控制模块，根据花卉植物种类、地区、季节的不同来自动调整浇水量和施肥量供给的自动化管理系统，从而解决了现有植物栽培过程中无法精准调整花卉植物所需的土壤环境的技术问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于数据驱动的智能植物培育系统，包括中央处理模块、无线通讯模块、服务器和移动终端，移动终端与服务器相连接，服务器通过无线通讯模块与中央处理模块相连接；所述中央处理模块通过无线通讯模块分别与图像采集模块、湿度检测模块、酸碱度检测模块、水量控制模块和酸碱度调整模块相连接；所述中央处理模块、湿度检测模块、酸碱度检测模块、水量控制模块和酸碱度调整模块均设置在智能花盆上。所述湿度检测模块包括湿度传感器，湿度传感器与中央处理模块相连接，湿度传感器设置在智能花盆上；所述水量控制模块包括第一水泵，第一水泵与中央处理模块相连接，第一水泵设置在智能花盆上方。所述酸碱度检测模块包括PH值传感器，PH值传感器与中央处理模块相连接，PH值传感器设置在智能花盆上；所述酸碱度调整模块包括第二水泵和第三水泵，第二水泵和第三水泵均与中央处理模块相连接，第二水泵和第三水泵均设置在智能花盆上。所述中央处理模块包括DSP处理器和PID控制器，DSP处理器与PID控制器相连接，PID控制器分别与湿度传感器、第一水泵、PH值传感器、第二水泵和第三水泵相连接；DSP处理器通过无线通讯模块与服务器、图像采集模块相连接。一种基于数据驱动的智能植物培育系统的使用方法，其步骤如下：S1、在移动终端中输入植物的类型、植物所在地区、植物当前生长情况3路信息，将由时钟确定的季节、日期与植物的类型、植物所在地区、植物当前生长情况通过无线通信模块上传至服务器；S2、利用服务器中训练好的CatBoost分类器对季节、日期、植物的类型、植物所在地区、植物当前生长情况进行处理得到植物的土壤湿度和酸碱度值，并通过服务器将植物的土壤湿度和酸碱度值传输至中央处理模块；S3、中央处理模块根据植物的土壤湿度和酸碱度值调整水量控制模块和酸碱度调整模块，其中，水量控制模块的控制周期为10s，酸碱度调整模块的控制周期为1天；S4、每隔24小时启动图像采集模块，利用图像采集模块采集植物的实时花朵或叶片信息，并将植物的实时花朵或叶片信息上传至中央处理模块中与植物前2次的生长信息进行对比，判断植物是否正常生长，如果发现连续3次植物花朵或叶片出现枯萎缩小，执行步骤S5，否则，循环步骤S4；S5、中央处理模块向移动终端发出警报信号，提醒用户及时查看植物的生长状态，用户主动调整植物的土壤湿度、酸碱度的信息，并调整后的土壤湿度、酸碱度上传到服务器；S6、服务器将调整后的实时土壤湿度、酸碱度的信息和植物历史数据进行综合，不断训练CatBoost分类器的参数，得到最优分类模型，返回步骤S2。所述利用服务器中训练好的CatBoost分类器对季节、日期、植物的类型、植物所在地区、植物当前生长情况进行处理得到植物的土壤湿度和酸碱度值的方法为：S21、根据植物的相关数据包括季节、日期、植物的类型、植物所在地区和植物当前生长情况构造系统数据集D＝{(xi,yi),i＝1,2,…,n,xi∈Rh,yi∈R}，其中，n为样本个数，h为每个样本的特征个数；S22、对系统数据集进行筛选和预处理，将季节、日期、植物的类型、植物所在地区和植物当前生长情况转换为数值型数据，作为CatBoost分类器的特征输入；S23、利用CatBoost分类器对每种植物xi的数值型数据进行训练，得到植物xi的分类模型Hi，在训练过程利用梯度估计方法对分类模型Hi沿着梯度负方向训练，如此循环进行最终得到最优CatBoost模型；S24、将最优CatBoost模型部署在服务器中，由移动终端向服务器发送与植物相关的数据，服务器中的最优CatBoost模型实时判别植物的土壤湿度和酸碱度，并向移动终端发送植物的土壤湿度和酸碱度。所述将与植物相关的数据转换为数值型数据的方法为：1)对与植物相关的数据进行随机排序，生成多组随机排列，其次，给定一个序列，针对每个特征，对于同类别的特征计算其平均样本值；2)利用公式(1)将排序后的特征值转化为数值：其中，σ＝(σ1，…，σn)表示其中一组排列，P表示先验概率，a表示先验的权重系数(a＞0)，代表这一组排列中第j行数据的第k列特征，代表第p行数据的第k列特征，表示第j行数据对应的标签，j＝1,2，…，p-1表示数据的列号。有监督机器学习的衡量指标准确率的评价准则为：其中，TP为TruePositive将正类样本分类为正类；FP为FalsePositive将负类样本分类为负类；FN为FalseNegative将正类样本分类为负类；TN为TrueNegative将负类样本分类为正类。本技术方案能产生的有益效果：1)本专利技术综合了基于摄像头的图像采集处理模块、基于土壤水分变送器的土壤湿度检测模块、基于土壤PH值传感器的土壤酸碱度检测模块等多种不同形式的传感器模块，能够实时监控花卉植物栽培过程中的状态，为精准调节打下基础；2)本专利技术集合了大量专家培育不同花卉植物的栽培数据和记录，通过训练这些数据，得到不同维度、不同季节、不同花期下土壤的湿度和酸碱度应有的量值，并借助PID控制实现水量、肥料的精确调整，确保花卉植物的最优生长坏境；3)为了更好的监控花卉植物的状态，引入基于OpenMV4H7机器视觉的图像采集模块，实时采集花卉植物的图像信息并进行对比，如若发现枯萎把报警信息通过手机APP发布，要求用户介入人工调整，并将其调整后的信息输入服务器用于分类器的训练更新，确保系统的普适性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数据驱动的智能植物培育系统，包括中央处理模块、无线通讯模块、服务器和移动终端，移动终端与服务器相连接，服务器通过无线通讯模块与中央处理模块相连接；其特征在于，所述中央处理模块通过无线通讯模块分别与图像采集模块、湿度检测模块、酸碱度检测模块、水量控制模块和酸碱度调整模块相连接；所述中央处理模块、湿度检测模块、酸碱度检测模块、水量控制模块和酸碱度调整模块均设置在智能花盆上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的智能植物培育系统，包括中央处理模块、无线通讯模块、服务器和移动终端，移动终端与服务器相连接，服务器通过无线通讯模块与中央处理模块相连接；其特征在于，所述中央处理模块通过无线通讯模块分别与图像采集模块、湿度检测模块、酸碱度检测模块、水量控制模块和酸碱度调整模块相连接；所述中央处理模块、湿度检测模块、酸碱度检测模块、水量控制模块和酸碱度调整模块均设置在智能花盆上。


2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的智能植物培育系统，其特征在于，所述湿度检测模块包括湿度传感器，湿度传感器与中央处理模块相连接，湿度传感器设置在智能花盆上；所述水量控制模块包括第一水泵，第一水泵与中央处理模块相连接，第一水泵设置在智能花盆上方。


3.根据权利要求2所述的基于数据驱动的智能植物培育系统，其特征在于，所述酸碱度检测模块包括PH值传感器，PH值传感器与中央处理模块相连接，PH值传感器设置在智能花盆上；所述酸碱度调整模块包括第二水泵和第三水泵，第二水泵和第三水泵均与中央处理模块相连接，第二水泵和第三水泵均设置在智能花盆上。


4.根据权利要求3所述的基于数据驱动的智能植物培育系统，其特征在于，所述中央处理模块包括DSP处理器和PID控制器，DSP处理器与PID控制器相连接，PID控制器分别与湿度传感器、第一水泵、PH值传感器、第二水泵和第三水泵相连接；DSP处理器通过无线通讯模块与服务器、图像采集模块相连接。


5.根据权利要求1-4任一项所述的基于数据驱动的智能植物培育系统的使用方法，其特征在于，其步骤如下：
S1、在移动终端中输入植物的类型、植物所在地区、植物当前生长情况3路信息，将由时钟确定的季节、日期与植物的类型、植物所在地区、植物当前生长情况通过无线通信模块上传至服务器；
S2、利用服务器中训练好的CatBoost分类器对季节、日期、植物的类型、植物所在地区、植物当前生长情况进行处理得到植物的土壤湿度和酸碱度值，并通过服务器将植物的土壤湿度和酸碱度值传输至中央处理模块；
S3、中央处理模块根据植物的土壤湿度和酸碱度值调整水量控制模块和酸碱度调整模块，其中，水量控制模块的控制周期为10s，酸碱度调整模块的控制周期为1天；
S4、每隔24小时启动图像采集模块，利用图像采集模块采集植物的实时花朵或叶片信息，并将植物的实时花朵或叶片信息上传至中央处理模块中与植物前2次的生长信息进行对比，判断植物是否正常生长，如果发现连续3次植物花朵或叶片出现枯萎缩小，执行步骤S5，否则，循环步骤S4；
S5、中央处理模块向移动终端发出警报信号，提...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海泉，苏孟豪，温盛军，张姗姗，赵宇轩，李昊泽，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41