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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 觀賞花卉花期控制的嵌入式解決方案
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 為滿足花店、節(jié)日活動(dòng)和花卉展覽等多方面的市場(chǎng)需要，經(jīng)常會(huì)提出觀賞花卉提早、延遲甚至是反季開花等要求。但傳統(tǒng)的人工控制花期程序繁瑣，不僅增加人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，還會(huì)影響花卉的生長(zhǎng)速度和質(zhì)量。 本設(shè)計(jì)以觀賞花卉日益增加的市場(chǎng)需求為背景，分析了人工控制花期的缺陷，提出一種根據(jù)不同花卉的生長(zhǎng)需要，對(duì)溫室花房環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程多路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與無線自動(dòng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)觀賞花卉花期控制的嵌入式解決方案。
- 詳細(xì)介紹：
- 日常生活中，為滿足花店、節(jié)日活動(dòng)和花卉展覽等多方面的市場(chǎng)需要，經(jīng)常會(huì)提出觀賞花卉提早開花或延遲開花甚至是反季開花等要求。但花期控制程序繁瑣，不同溫室，不同花卉的生長(zhǎng)條件不盡相同，傳統(tǒng)的人工管理存在著測(cè)量不全面，調(diào)節(jié)不及時(shí)，控制不精確等一系列問題，不僅增加了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，還會(huì)影響花卉的生長(zhǎng)速度和質(zhì)量。因此，需要一種根據(jù)不同花卉的生長(zhǎng)需要，對(duì)花房環(huán)境進(jìn)行多點(diǎn)實(shí)時(shí)檢測(cè)與自動(dòng)控制的系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)以觀賞花卉日益增加的市場(chǎng)需求為背景，分析了人工控制花期的繁瑣與缺陷，提出一種根據(jù)不同花卉的生長(zhǎng)需要，對(duì)溫室花房環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程多路的實(shí)時(shí)檢測(cè)與無線自動(dòng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)觀賞花卉花期控制的嵌入式解決方案。 該系統(tǒng)主要由以下四個(gè)單元組成： 1.“值班員”：無線測(cè)量節(jié)點(diǎn)。由溫濕度模塊，光照強(qiáng)度模塊和CO2濃度模塊和水肥控制模塊組成。該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)花房環(huán)境的溫濕度、光照強(qiáng)度和CO2濃度監(jiān)測(cè)，分析測(cè)量數(shù)據(jù)，通過無線模塊將測(cè)量和控制數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)控制單元并執(zhí)行上位機(jī)發(fā)給它的相關(guān)命令。所有的數(shù)據(jù)采集均自動(dòng)完成并實(shí)時(shí)傳送，避免了人工采集數(shù)據(jù)的繁瑣過程和人力成本。各個(gè)測(cè)量模塊的高精度數(shù)據(jù)采集，克服了由于人工測(cè)量讀數(shù)帶來的誤差，大大提高了工作效率與測(cè)量精度。 2.“指揮員”：上位機(jī)控制單元。上位機(jī)將接收實(shí)時(shí)花房環(huán)境數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，將控制信息通過無線模塊傳輸給無線測(cè)量節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)花房?jī)?nèi)的溫濕度、光照強(qiáng)度和水肥量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，達(dá)到控制花期的目的。操作人員還可以將今后一段時(shí)間的花卉控制方案提前輸入系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)可以在無人的情況下持續(xù)工作控制花期，大大減少人力成本，實(shí)現(xiàn)花卉花期控制的自動(dòng)化。 3.“對(duì)話窗”：顯示花房環(huán)境的監(jiān)控軟件。針對(duì)花房環(huán)境參數(shù)專門設(shè)計(jì)的可視化監(jiān)測(cè)軟件。操作人員可以清晰、直觀的在此界面上看到花房?jī)?nèi)溫濕度和光照情況，以及歷史數(shù)據(jù)圖表曲線等，方便快捷。 4.“看門狗”：報(bào)警保護(hù)單元。當(dāng)監(jiān)測(cè)到花房?jī)?nèi)某項(xiàng)指標(biāo)超過警戒值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，方便操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，并且把報(bào)警的信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，為日后調(diào)整控制方案提供依據(jù)。報(bào)警系統(tǒng)保證了無人值守時(shí)整個(gè)花房的安全，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 在系統(tǒng)中主要涉及的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是： 1.低功耗設(shè)計(jì)。由于花房中需要24小時(shí)不斷的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)占有重要位置;因此本方案中選用低功耗的MCF51QE128芯片作為各測(cè)量無線節(jié)點(diǎn)的芯片，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的不間斷工作時(shí)間可達(dá)到5年。 2.環(huán)境數(shù)據(jù)的采集。通過溫濕度傳感器、感光模塊和二氧化碳模塊采集花卉周圍環(huán)境參數(shù)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和移動(dòng)中值濾波算法處理，編寫程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出合理的控制指令。 3.花房環(huán)境的控制。上位機(jī)依據(jù)花房環(huán)境參數(shù)發(fā)出控制指令，通過升溫、噴水、風(fēng)干等措施控制溫濕度；通過改變光控玻璃透明度控制光照強(qiáng)度；通過水肥量控制模塊在規(guī)定時(shí)刻給花卉施加相應(yīng)量的水分和肥料。 4.數(shù)據(jù)無線傳輸。采用nRF905無線傳輸模塊來構(gòu)建花棚中的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，使花房形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.超低功耗無線測(cè)量節(jié)點(diǎn)。高集成度，一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)溫濕度、光照、CO2濃度等參數(shù)；超低功耗設(shè)計(jì)；測(cè)量點(diǎn)可隨意擺放； 2.系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境自動(dòng)控制加熱爐、風(fēng)扇、噴淋裝置等執(zhí)行機(jī)構(gòu)； 3.專門設(shè)計(jì)的可視化軟件界面，工作人員操作簡(jiǎn)捷，花房實(shí)時(shí)環(huán)境一目了然。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.本系統(tǒng)可以按照預(yù)定的花卉控制方案對(duì)整個(gè)花房自動(dòng)控制，并且有自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，可以做到無人看守自動(dòng)化，降低人工成本。 2.花卉花期控制需要更靈活的、數(shù)據(jù)更精確的采集點(diǎn)。本系統(tǒng)測(cè)量精度高，可實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免人工測(cè)量的誤差與反饋不及時(shí)。 3.測(cè)量節(jié)點(diǎn)體積小巧，集成度高，溫濕度、光照、二氧化碳等檢測(cè)模塊集成在一塊4cm×5cm的電路板上，測(cè)量時(shí)只需將此節(jié)點(diǎn)放置在目標(biāo)地點(diǎn)上，避免獨(dú)立檢測(cè)儀表只能檢測(cè)一種參數(shù)的困擾。 4.本方案采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，各個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的位置可根據(jù)實(shí)際需要任意改變放置位置，而不必困擾于有線傳輸?shù)匿伨€成本與測(cè)量點(diǎn)的選取。 5.針對(duì)花房環(huán)境實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)計(jì)的可視化界面，操作人員可以隨時(shí)了解到花房?jī)?nèi)的環(huán)境參數(shù)與歷史數(shù)據(jù)。 6.采用低功耗的MCF51QE128芯片，每個(gè)無線測(cè)量節(jié)點(diǎn)可不間斷工作5年，工作時(shí)間大幅提高，成本也隨之降低。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 目前，國(guó)內(nèi)專門針對(duì)花卉花期自動(dòng)化控制系統(tǒng)的開發(fā)可謂少之又少，或采用傳統(tǒng)的大棚控制方法，即固定點(diǎn)測(cè)量，有線傳輸數(shù)據(jù)的方式；但花卉作為觀賞植物，相比其他作物來講，對(duì)溫室環(huán)境更為敏感，要求更為嚴(yán)格。本方案專門為花卉花期自動(dòng)化控制而設(shè)計(jì)，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.本系統(tǒng)可以按照預(yù)定的花卉控制方案對(duì)整個(gè)花房自動(dòng)控制，并且有自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，可以做到無人看守自動(dòng)化，降低人工成本； 2.實(shí)時(shí)性的可視化監(jiān)控界面，方便測(cè)量人員了解花房?jī)?nèi)的環(huán)境情況，并可查詢歷史數(shù)據(jù)； 3.測(cè)量全面，實(shí)時(shí)性高，將不同功能的測(cè)量模塊集成在一個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)上，采用無線傳輸?shù)姆绞?，因此具有測(cè)量方便靈活，控制精度高的優(yōu)勢(shì)。 4.減少人工成本，同時(shí)也減少人長(zhǎng)時(shí)間在溫室花房工作而患病的可能性。 觀賞花卉花期控制的嵌入式解決方案可以在溫室花房，大中型花展和花店中使用，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)成本功耗低，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，無需大量人力。同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)的控制較人為控制更加精確，提高了對(duì)于生長(zhǎng)環(huán)境要求苛刻的花卉培育成功的可能性。
同類課題研究水平概述
- 溫室環(huán)境測(cè)控在許多發(fā)達(dá)國(guó)家如荷蘭、美國(guó)、以色列等已相當(dāng)先進(jìn)，能夠達(dá)到對(duì)多因素綜合控制的水平，但價(jià)格昂貴，維護(hù)不方便，以荷蘭為代表的歐美國(guó)家溫室測(cè)控系統(tǒng)開始向網(wǎng)絡(luò)化、無線化方向發(fā)展。2002年英特爾公司率先在俄勒岡州建立第一個(gè)無線葡萄園，用于測(cè)量葡萄園中環(huán)境細(xì)微變化。傳感器節(jié)點(diǎn)被分布在葡萄園的每個(gè)角落，每隔一分鐘檢測(cè)一次土壤溫濕度或有害物質(zhì)的數(shù)量以確保葡萄可以健康生長(zhǎng)，進(jìn)而獲得大豐收。 國(guó)內(nèi)有關(guān)溫室環(huán)境監(jiān)控方面的研究起步較晚，70年代以來政府大力發(fā)展以塑料大棚為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)，1979年到1994年從歐美國(guó)家引進(jìn)一系列現(xiàn)代化溫室。但這些溫室也存在著如下的不足： ? 價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目前難以接受； ? 缺乏與我國(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的溫室測(cè)控軟件，目前我國(guó)引進(jìn)的溫室測(cè)控系統(tǒng)大多投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，并且環(huán)境參數(shù)與我國(guó)氣候特點(diǎn)存在矛盾； ? 控制方式簡(jiǎn)單，軟件模式固定； 隨后，我國(guó)出現(xiàn)一些國(guó)外技術(shù)的仿造產(chǎn)品，但造價(jià)仍較高，處于試驗(yàn)階段，且并沒有推廣到廣大農(nóng)村，人們主要還是傳統(tǒng)的方法采用溫度計(jì)濕度計(jì)采集數(shù)據(jù)，通過人工操作加熱加濕，通風(fēng)降溫來控制溫濕度。 隨著經(jīng)濟(jì)多元化的快速發(fā)展，在我國(guó)的許多地方，觀賞花卉的種植已經(jīng)成為當(dāng)?shù)氐闹匾a(chǎn)業(yè)。花卉作為觀賞作物，相對(duì)于蔬菜等其它作物來講，具有更高的價(jià)值。但觀賞花卉相比其他作物，對(duì)環(huán)境溫度更加敏感，花房溫度要求也更為嚴(yán)格，如何有效地控制花期一直以來都是花農(nóng)在不斷探索的難題，而花期的控制又關(guān)系到花農(nóng)的經(jīng)濟(jì)利益。 但專門針對(duì)花卉所要求的苛刻敏感的溫室環(huán)境控制的研究在國(guó)內(nèi)少之又少。傳統(tǒng)的花期控制方式主要是通過已有經(jīng)驗(yàn)，采用人工修剪、測(cè)量溫濕度和控制水肥等方式來完成。這種勞動(dòng)方式不但花費(fèi)人工的大量時(shí)間，而且效果也差強(qiáng)人意；而傳統(tǒng)檢測(cè)花房溫濕度則是通過人工讀取溫度計(jì)和濕度計(jì)的示數(shù)來完成；這樣的方式不僅人的勞動(dòng)強(qiáng)度巨大，而且讀數(shù)精度也因人而異，形成很大誤差，效率也比較低，特別是對(duì)于大型花棚，實(shí)施難度成倍增大。此外，花棚里的環(huán)境不利于人們的身體健康，花棚里的空氣與外界流通不暢，易對(duì)工作人員造成不利影響。 這就迫切需要一種針對(duì)花房溫室環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)控制的解決方案。因此，我們提出的“觀賞花卉花期控制的嵌入式解決方案”，通過無線數(shù)據(jù)傳輸將花房環(huán)境構(gòu)成統(tǒng)一整體，對(duì)花房環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與自動(dòng)化控制，大大降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效益。
