基本信息
- 项目名称：
- 观赏花卉花期控制的嵌入式解决方案
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 为满足花店、节日活动和花卉展览等多方面的市场需要，经常会提出观赏花卉提早、延迟甚至是反季开花等要求。但传统的人工控制花期程序繁琐，不仅增加人工的劳动强度，还会影响花卉的生长速度和质量。 本设计以观赏花卉日益增加的市场需求为背景，分析了人工控制花期的缺陷，提出一种根据不同花卉的生长需要，对温室花房环境进行远程多路的实时监测与无线自动控制，进而实现对观赏花卉花期控制的嵌入式解决方案。
- 详细介绍：
- 日常生活中，为满足花店、节日活动和花卉展览等多方面的市场需要，经常会提出观赏花卉提早开花或延迟开花甚至是反季开花等要求。但花期控制程序繁琐，不同温室，不同花卉的生长条件不尽相同，传统的人工管理存在着测量不全面，调节不及时，控制不精确等一系列问题，不仅增加了人工的劳动强度，还会影响花卉的生长速度和质量。因此，需要一种根据不同花卉的生长需要，对花房环境进行多点实时检测与自动控制的系统。 本设计以观赏花卉日益增加的市场需求为背景，分析了人工控制花期的繁琐与缺陷，提出一种根据不同花卉的生长需要，对温室花房环境进行远程多路的实时检测与无线自动控制，进而实现对观赏花卉花期控制的嵌入式解决方案。 该系统主要由以下四个单元组成： 1.“值班员”：无线测量节点。由温湿度模块，光照强度模块和CO2浓度模块和水肥控制模块组成。该节点负责对花房环境的温湿度、光照强度和CO2浓度监测，分析测量数据，通过无线模块将测量和控制数据发送至上位机控制单元并执行上位机发给它的相关命令。所有的数据采集均自动完成并实时传送，避免了人工采集数据的繁琐过程和人力成本。各个测量模块的高精度数据采集，克服了由于人工测量读数带来的误差，大大提高了工作效率与测量精度。 2.“指挥员”：上位机控制单元。上位机将接收实时花房环境数据并进行分析，将控制信息通过无线模块传输给无线测量节点和执行机构，对花房内的温湿度、光照强度和水肥量进行实时调节，达到控制花期的目的。操作人员还可以将今后一段时间的花卉控制方案提前输入系统，整个系统可以在无人的情况下持续工作控制花期，大大减少人力成本，实现花卉花期控制的自动化。 3.“对话窗”：显示花房环境的监控软件。针对花房环境参数专门设计的可视化监测软件。操作人员可以清晰、直观的在此界面上看到花房内温湿度和光照情况，以及历史数据图表曲线等，方便快捷。 4.“看门狗”：报警保护单元。当监测到花房内某项指标超过警戒值时，系统会自动报警，方便操作人员及时发现异常情况，并且把报警的信息存储到数据库中，为日后调整控制方案提供依据。报警系统保证了无人值守时整个花房的安全，大大提高了系统的可靠性。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 在系统中主要涉及的技术关键点是： 1.低功耗设计。由于花房中需要24小时不断的长时间监测，系统的低功耗设计占有重要位置;因此本方案中选用低功耗的MCF51QE128芯片作为各测量无线节点的芯片，各个节点的不间断工作时间可达到5年。 2.环境数据的采集。通过温湿度传感器、感光模块和二氧化碳模块采集花卉周围环境参数，经过A/D转换和移动中值滤波算法处理，编写程序对数据进行分析，给出合理的控制指令。 3.花房环境的控制。上位机依据花房环境参数发出控制指令，通过升温、喷水、风干等措施控制温湿度；通过改变光控玻璃透明度控制光照强度；通过水肥量控制模块在规定时刻给花卉施加相应量的水分和肥料。 4.数据无线传输。采用nRF905无线传输模块来构建花棚中的无线传输网络，使花房形成一个统一的整体。 创新点： 1.超低功耗无线测量节点。高集成度，一个节点同时检测温湿度、光照、CO2浓度等参数；超低功耗设计；测量点可随意摆放； 2.系统可根据实时环境自动控制加热炉、风扇、喷淋装置等执行机构； 3.专门设计的可视化软件界面，工作人员操作简捷，花房实时环境一目了然。
科学性、先进性
- 1.本系统可以按照预定的花卉控制方案对整个花房自动控制，并且有自动报警系统，可以做到无人看守自动化，降低人工成本。 2.花卉花期控制需要更灵活的、数据更精确的采集点。本系统测量精度高，可实时监控，避免人工测量的误差与反馈不及时。 3.测量节点体积小巧，集成度高，温湿度、光照、二氧化碳等检测模块集成在一块4cm×5cm的电路板上，测量时只需将此节点放置在目标地点上，避免独立检测仪表只能检测一种参数的困扰。 4.本方案采用无线数据传输方式，各个测量节点的位置可根据实际需要任意改变放置位置，而不必困扰于有线传输的铺线成本与测量点的选取。 5.针对花房环境实时检测设计的可视化界面，操作人员可以随时了解到花房内的环境参数与历史数据。 6.采用低功耗的MCF51QE128芯片，每个无线测量节点可不间断工作5年，工作时间大幅提高，成本也随之降低。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 目前，国内专门针对花卉花期自动化控制系统的开发可谓少之又少，或采用传统的大棚控制方法，即固定点测量，有线传输数据的方式；但花卉作为观赏植物，相比其他作物来讲，对温室环境更为敏感，要求更为严格。本方案专门为花卉花期自动化控制而设计，具有以下优点： 1.本系统可以按照预定的花卉控制方案对整个花房自动控制，并且有自动报警系统，可以做到无人看守自动化，降低人工成本； 2.实时性的可视化监控界面，方便测量人员了解花房内的环境情况，并可查询历史数据； 3.测量全面，实时性高，将不同功能的测量模块集成在一个测量节点上，采用无线传输的方式，因此具有测量方便灵活，控制精度高的优势。 4.减少人工成本，同时也减少人长时间在温室花房工作而患病的可能性。 观赏花卉花期控制的嵌入式解决方案可以在温室花房，大中型花展和花店中使用，整个嵌入式系统成本功耗低，实现自动化控制，无需大量人力。同时，嵌入式系统的控制较人为控制更加精确，提高了对于生长环境要求苛刻的花卉培育成功的可能性。
同类课题研究水平概述
- 温室环境测控在许多发达国家如荷兰、美国、以色列等已相当先进，能够达到对多因素综合控制的水平，但价格昂贵，维护不方便，以荷兰为代表的欧美国家温室测控系统开始向网络化、无线化方向发展。2002年英特尔公司率先在俄勒冈州建立第一个无线葡萄园，用于测量葡萄园中环境细微变化。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温湿度或有害物质的数量以确保葡萄可以健康生长，进而获得大丰收。 国内有关温室环境监控方面的研究起步较晚，70年代以来政府大力发展以塑料大棚为主的设施农业，1979年到1994年从欧美国家引进一系列现代化温室。但这些温室也存在着如下的不足： • 价格昂贵，国内农业生产目前难以接受； • 缺乏与我国气候特点相适应的温室测控软件，目前我国引进的温室测控系统大多投资大、运行费用高，并且环境参数与我国气候特点存在矛盾； • 控制方式简单，软件模式固定； 随后，我国出现一些国外技术的仿造产品，但造价仍较高，处于试验阶段，且并没有推广到广大农村，人们主要还是传统的方法采用温度计湿度计采集数据，通过人工操作加热加湿，通风降温来控制温湿度。 随着经济多元化的快速发展，在我国的许多地方，观赏花卉的种植已经成为当地的重要产业。花卉作为观赏作物，相对于蔬菜等其它作物来讲，具有更高的价值。但观赏花卉相比其他作物，对环境温度更加敏感，花房温度要求也更为严格，如何有效地控制花期一直以来都是花农在不断探索的难题，而花期的控制又关系到花农的经济利益。 但专门针对花卉所要求的苛刻敏感的温室环境控制的研究在国内少之又少。传统的花期控制方式主要是通过已有经验，采用人工修剪、测量温湿度和控制水肥等方式来完成。这种劳动方式不但花费人工的大量时间，而且效果也差强人意；而传统检测花房温湿度则是通过人工读取温度计和湿度计的示数来完成；这样的方式不仅人的劳动强度巨大，而且读数精度也因人而异，形成很大误差，效率也比较低，特别是对于大型花棚，实施难度成倍增大。此外，花棚里的环境不利于人们的身体健康，花棚里的空气与外界流通不畅，易对工作人员造成不利影响。 这就迫切需要一种针对花房温室环境进行自动控制的解决方案。因此，我们提出的“观赏花卉花期控制的嵌入式解决方案”，通过无线数据传输将花房环境构成统一整体，对花房环境进行实时监控与自动化控制，大大降低人的劳动强度，提高劳动效益。
