一种基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统，所述监测系统包括植物工厂大数据云平台、生长环境监测单元、生长环境控制单元、数据传输单元、供电单元。本实用新型专利技术植物工厂植物生长参数监测系统的通信单元采用Zigbee无线通信技术，它具有低功耗、低成本、可以灵活自组网等特点。此外，Zigbee技术采用IEEE802.15.4协议，可以保证数据稳定可靠的传输。本实用新型专利技术植物工厂植物生长参数监测系统对植物工厂植物生长环境的温度、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，采集数据全面，更加完整的了解植物生长环境。更加完整的了解植物生长环境。更加完整的了解植物生长环境。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统


[0001]本技术属于智慧农业监测领域，涉及一种基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，传统农业种植已不能满足人们对食物的要求。面对粮食短缺的问题，植物工厂逐渐出现在人们的视野当中。植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，建设植物工厂可以提高种植物产量、缩短种植物的生长时间。
[0003]植物工厂具有很大的发展潜力，首先，它可以保证粮食安全，高产量种植水稻可以满足国内粮食自给自足，从而解决了国内粮食供给不足的问题；其次，建设植物工厂也是积极响应了国家提出的“双碳”战略目标，植物工厂可以充分利用类似风能以及光伏这些清洁能源来满足植物工厂内部耗能需求，种植出国家需要的农作物，减少碳排放，而且内部产生的二氧化碳也会被植物吸收，这样可以达到“双碳”目标；最后，植物工厂也同时促进很多产业链，比如烟草行业、粮食行业、畜牧业等。总的来说，植物工厂有着很好的发展前景。
[0004]我国植物工厂的发展正处于起步阶段，现阶段国内提出的植物工厂大多数存在规模小、成本高、控制参数单一等问题。而且对于监控系统来说，数据传输方式以及控制算法等方面还不够完善，很多控制命令仍需手动操作。因此，为了更好的、更加智能的对植物工厂植物生长参数进行监控，需要开发出一种更为智能的植物工厂植物生长参数监测系统。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的缺点，本技术提供了一种监测与控制参数更为全面的基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统。
[0006]本技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统，包括植物工厂大数据云平台、生长环境监测单元、生长环境控制单元、数据传输单元、供电单元，其中：
[0008]所述生长环境监测单元用于通过各种参数监控传感器对植物生长环境参数进行监测，并通过数据传输单元将监测的数据传输到植物工厂大数据云平台当中；
[0009]所述植物工厂大数据云平台用于对生长环境监测单元监测的数据进行存储，并采用PID控制算法对这些数据进行分析计算，得到相应的控制命令，并通过数据传输单元将控制命令传输到生长环境控制单元；
[0010]所述生长环境控制单元用于根据植物工厂大数据云平台的控制命令对植物工厂生长环境进行调节；
[0011]所述供电单元用于为植物工厂大数据云平台、生长环境监测单元、生长环境控制单元、数据传输单元进行供电。
[0012]本技术中，所述生长环境监测单元通过传感器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。
[0013]本技术中，所述生长环境控制单元包括环境的电加热器、制冷机、加湿设备、二氧化碳生成器、光照系统、营养液的温控装置、pH调节装置、浓度调节装置、进液装置以及增氧装置。根据相应的控制命令来开启相应的装置。
[0014]本技术中，所述数据传输单元使用Zigbee无线传输技术将生长环境监测单元采集到的参数进行封装，然后传输到植物工厂大数据云平台，并将植物工厂大数据云平台决策得到的控制命令传输到生长环境控制单元当中。
[0015]本技术中，所述供电单元可以采用清洁能源对植物工厂进行供电，清洁能源包括风力发电、光伏发电等。
[0016]相比于现有技术，本技术具有如下优点：
[0017]1、植物工厂大数据云平台可以将采集到的海量数据存储起来，并且控制模型采用比例积分微分控制，提高控制性能。
[0018]2、本技术植物工厂植物生长参数监测系统的通信单元采用Zigbee无线通信技术，它具有低功耗、低成本、可以灵活自组网等特点。此外，Zigbee技术采用IEEE802.15.4协议，可以保证数据稳定可靠的传输。
[0019]3、本技术植物工厂植物生长参数监测系统对植物工厂植物生长环境的温度、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，采集数据全面，更加完整的了解植物生长环境。
附图说明
[0020]图1是基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统的整体结构示意图；
[0021]图2是基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统的通信单元流程图；
[0022]图3是基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统的通信网络拓扑图；
[0023]图中：1
‑
终端，2
‑
路由器，3
‑
协调器。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本技术的保护范围中。
[0025]本技术提供了一种基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统，如图1所示，所述监测系统包括植物工厂大数据云平台、生长环境监测单元、生长环境控制单元、数据传输单元以及供电单元等，其中：
[0026]所述生长环境监测单元主要对植物生长环境参数进行监测，植物生长环境参数包括植物工厂不同位置的环境的温度、湿度、CO2浓度、光照强度以及营养液的温度、pH值、电导率、液位、溶解氧浓度等数据，运用相应的传感器对这些参数进行采集测量。本技术中，温湿度传感器采用DHT11型号的传感器，此传感器功耗较低，并且成本很低，适用于植物工厂当中；光照强度传感器使用型号BH1750型号传感器，此传感器具有测量范围广、成本低等特点；二氧化碳传感器使用MG811型号传感器，此传感器测量范围广、稳定性高；营养液电
导率传感器采用型号STD
‑
ECCG传感器；营养液溶氧传感器采用OOS61传感器。将这些传感器采集到的数据通过数据传输单元传输到植物工厂大数据云平台当中。
[0027]所述植物工厂大数据云平台用于对生长环境监测单元监测的数据进行存储，并采用PID控制算法对这些数据进行分析计算，得到相应的控制命令，并通过数据传输单元将控制命令传输到生长环境控制单元。
[0028]所述生长环境控制单元用于根据植物工厂大数据云平台的控制命令对植物工厂生长环境进行调节。
[0029]所述供电单元用于为植物工厂大数据云平台、生长环境监测单元、生长环境控制单元、数据传输单元进行供电。
[0030]图2是基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统的通信单元流程图。数据传输单元采用了Zigbee无线通信技术，在Zigbee无线网络中，包含三种设备，分别是终端、路由器以及协调器；终端节点一部分连接生长环境监测单元中的传感器，用于接收传感器采集到的数据，另一部分连接生长环境控制单元相应的控制传感器当中，用于向这些控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统，其特征在于所述监测系统包括植物工厂大数据云平台、生长环境监测单元、生长环境控制单元、数据传输单元、供电单元，其中：所述生长环境监测单元用于通过监控传感器对植物生长环境参数进行监测，并通过数据传输单元将监测的数据传输到植物工厂大数据云平台当中；所述植物工厂大数据云平台用于对生长环境监测单元监测的数据进行存储，并采用PID控制算法对这些数据进行分析计算，得到相应的控制命令，并通过数据传输单元将控制命令传输到生长环境控制单元；所述生长环境控制单元用于根据植物工厂大数据云平台的控制命令对植物工厂生长环境进行调节；所述供电单元用于为植物工厂大数据云平台、生长环境监测单元、生长环境控制单元、数据传输单元进行供电。2.根据权利要求1所述的基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统，其特征在于所述生长环境监测单元通过传感器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、溶解氧浓度进行采集。3.根据权利要求1所述的基于Zigbee的植物工厂植物生长参数监测系统，其特征在于所述生长环境控制单元包括环境的电加热器、制冷机、加湿设备、二氧化碳生成器、光照系统、营养液的温控装置、...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟为明，李昀昊，林景波，刘越，金显吉，张国印，白峰，徐泽，初旭，李洲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：新型
国别省市：