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新型 无土栽培 植物生长器

阅读：411发布：2020-08-12

专利汇可以提供新型无土栽培植物生长器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种新型无土栽培植物生长器主要包括设备外壳、硬件控制设备以及手机终端安卓APP这三个模块，设备外壳是由双层嵌套的盛纳盒和顶盖组成。硬件控制设备包含 LED灯、电动升降机、加热控温器、超声波传感器、温湿度传感器、光照传感器、WIFI模块、LCD显示屏、单路继电器、双路继电器、单片机最小系统。手机终端安卓APP包括控制按钮与数据显示界面。将植物放置在设备外壳的上层容纳盒里培养，可通过温湿度传感器和光照传感器检测生长环境，数据由安卓APP界面显示，当植物生长的高度到达超声波传感器所在高度时，电动升降杆上升，顶盖也跟随上升，当需要降低顶盖时，可调控超声波传感器测得的距离值，进行自动下调。，下面是新型无土栽培植物生长器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种新型无土栽培植物生长器，包括设备外壳、硬件控制设备以及手机终端安卓APP，其特征在于：所述设备外壳是由双层嵌套（01、14）的盛纳盒和顶盖（11）组成；所述硬件控制设备包含 LED灯（12）、电动升降机（07）、加热控温器（13）、超声波传感器（10）、温湿度传感器（09）、光照传感器（08）、WIFI模块（03）、LCD显示屏（02）、单路继电器（06）、双路继电器（04）、单片机控制系统（05）；所述手机终端安卓APP（401）包括控制界面按钮与数据显示界面；所述设备外壳共两层，底层用于放置单片机控制系统（05）、单路继电器（06）、双路继电器（04）和电动升降杆（07），底层设备外壳（01）的正面有一长方形卡槽，用于放置并固定LCD显示屏（02）和WIFI模块（03）；上层设备外壳（14）的底部右侧有一个圆形卡槽，用于固定电动升降杆（07）；电动升降杆（07）的顶部固定着一个长方形的顶盖（11），顶盖（11）下固定着LED灯（12）和超声波传感器（10），超声波传感器（10）正对着设备外壳的正上方；其中，电动升降杆（07）竖立在设备外壳的底层，由设备外壳的上层的圆形卡槽固定，顶端固定着设备顶盖（11）；超声波传感器（10）、温湿度传感器（09）、光照传感器（08）、WIFI模块（03）、LCD显示屏（02）、单路继电器（06）信号输入口、双路继电器（04）信号输入口通过杜邦线与单片机控制系统（05）的IO相连，单路继电器（06）的输出端口连接LED灯（12）串联电路，双路继电器（04）的两路输出端口分别与电动升降杆（07）控制端的上升电路与下降电路相连，控温加热器（13）单独一路连接到电源，实现植物生长环境的温度控制；将植物放置在设备外壳的上层容纳盒里培养，通过温湿度传感器（09）和光照传感器（08）检测生长环境，数据由安卓APP界面显示，当植物生长的高度到达超声波传感器（10）所在高度时，电动升降杆（07）上升，顶盖（11）也跟随上升，当需要降低顶盖（11）时，调控超声波传感器（10）测得的距离值，进行自动下调。
2.根据权利要求1所述的新型无土栽培植物生长器，其特征在于：所述设备外壳由上下两层嵌套（01、14）的长方体无盖盒子加一个顶盖（11）构成，由电动升降杆（07）贯穿上下两层，顶部固定顶盖（11）。
3.根据权利要求1所述的新型无土栽培植物生长器，其特征在于：所述硬件控制设备是以STC89C51为控制核心的单片机控制系统，超声波传感器（10）采用的是由导向技术有限公司生产的型号为KS103的传感器，超声传感器与控制系统的IO口直接相连，根据超声测距原理，用超声波检测植物生长高度变化；温湿度传感器（09）采用的是型号为DHT11的温湿度传感器，通过温湿度传感器（09）检测植物生长环境的温湿度，转化为数字信号传给单片机处理，通过WIFI模块（03）传给安卓APP，在APP界面显示出温湿度，DHT11直接与单片机IO口相连；光照传感器（08）采用的是型号为BH1750FVI的光照传感器，通过光照传感器采集信息，经过单片机处理，传递给安卓APP，在APP界面显示出光强；WIFI模块（03）的型号是HLK-M30，HLK-M30是一款低成本高性能嵌入式UART-WIFI串口-无线网模块，该产品是基于通用串行接口的符合网络标准的嵌入式模块，内置 TCP/IP 协议栈，能够实现用户串口-无线网WIFI之间的转换，从而用于传递数据；LCD显示屏（02）选用的是LCD1602，用于显示超声波测得的距离值；单双路继电器（06、04）是于TELESKY旗舰店购买的光耦隔离单双路继电器模块，继电器的功能相当于开关，单路用于LED灯的开关，双路用于升降杆的上升和下降回路开关；
LED灯（12）采用的是简辉照明科技有限公司的LED灯带贴片，与单路继电器的输出回路相连，通过安卓APP界面上的控制按钮，点击后发出信号使得单片机发出指令控制单路继电器输出端的开断，从而控制LED灯（12）的开关；加热控温器（13）采用了Aqua Zonic第二代艾柯加热棒自动控温加热棒，具有智能控温、高效节能、LED数显等优势功能；电动升降杆（07）使用的是博盛电机IP54A款直流电机，将其控制端拆开，接入双路继电器（04）的输出回路，根据超声波传感器（10）测得的距离值，触发双路继电器（04）的两路输出回路的开断，从而智能地控制顶盖（11）的高度。
4.根据权利要求1所述的新型无土栽培植物生长器，其特征在于：所述安卓APP端应用界面用于显示所测得的温湿度与光照强度，并在界面上放置了一个可以控制LED灯（12）开关的按钮。

说明书全文

新型无土栽培 植物生长器

技术领域

[0001] 本发明设计属于智能家居领域，本发明涉及一种新型无土栽培植物生长器，可应用于室内植株培养。技术背景

[0002] 近年来，随着我国人口数量的不断增长，人均土地的逐渐减少，设施栽培逐步发展开来。我国设施栽培多采用以土壤栽培为主、基质栽培为辅的各类塑料大棚种植，然而随着种植年限的增加，温室、大棚等栽培条件下的土壤因缺少雨水的淋洗，所以棚内的温度、湿度、通气状况和水肥管理等均与露地栽培有较大差别，病虫害现象更加明显，加之重茬连作，及农药过量的使用导致连作障碍、土壤次生盐渍化等问题。因此，连作障碍和土壤次生盐渍化等问题已经成为限制设施栽培可持续发展的重要瓶颈。

[0003] 为了克服连作障碍和土壤次生盐渍化等问题，提高作物产量及品质，在温室、大棚栽培中，逐步采用。为一种不采用天然土壤，使用基质栽培，集节能、节水、省肥、高效为一体的栽培方式。随着的盛行，阳台种植也逐步走入大多数人的家庭，为了方便家庭种植，所以有了室内设备的出现，但是现有的智能植物生长器只是实现了温度、湿度、光强、二氧化碳等环境因素的检测，并没有考虑到不同种类的植物所需不同大小的纵向生长空间，导致了现有的植物生长器只能适应某一固定种类的植物，从而使得现有设备的通用性较差。本专利针对以上的问题，提出了一套解决方案，设计了一种基于超声波测距传感器与升降杆的智能植物生长器，该设备以STC89C51为控制核心，可以精准测量温度，湿度和光照强度，通过超声波传感器与升降杆的配合，设备能够自适应跟随植物生长高度调整设备高度，为植株提供最适宜的生长空间。为了解决植物生长必需的光照问题，使之不仅仅局限于室内能采集到阳光的地方，该设备采用了LED红蓝光照明灯，相比于普通日光灯，更加有利于植物生长；为了给植物提供最适合其生长的温度范围，让其生长不受时节的影响，该设备中加入了恒温控制设备，让植物始终处于最佳生长温度下。

[0004] 本发明针对需求设计了一套智能硬件系统和安卓APP以及设备外壳，智能硬件以STC89C51为核心控制系统，通过编程将多种传感器集成在一起与智能控温元件、同步电机控制的智能升降杆、LED灯、WIFI模块、Android APP共同组成智能控制系统，智能控制系统通过与3Dmax设计的设备外壳搭建在一起，组成了本套新型植物生长器。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于针对已有设备的缺陷，提供一种新型无土栽培植物生长器，可将超声波传感器测得的数据传递给单片机进行处理，单片机随即发出信号控制电动升降机的上升与下降，从而智能调节植物生长器可放置植物的空间，并配备安卓APP，对植物生长器所测得的环境因素进行界面显示，亦可通过APP控制植物生长器的LED灯的开断。

[0006] 为达到上述目的，本发明的构思是：本发明为新型植物生长器，新型植物生长器所需实现的功能是检测和控制植物的生长环境因素，并能自适应根据植物高度调节设备高度，自动控制设备灯光开关。为了实现该功能，设计了五个模块和一套设备外壳。五个模块分别是中央控制模块、受控外部模块、电源模块、手机终端和加热控温模块，一套外壳是由3DMAX设计的双层带盖的盛纳盒，新型植物生长器由这五个模块和外壳共同搭建而成。

[0007] 上述五个模块，中央控制模块为核心模块，中央控制模块包括单片机最小系统、LCD显示屏、超声测距传感器、双路触发继电器、单路触发继电器、光照传感器、温湿度传感器和WIFI模块，中央控制模块可实现植物生长器中环境因素的采集处理和传输，并可控制受控模块完成其它功能；受控外部模块包括电机控制的升降杆和LED照明灯，可由中央控制模块控制，实现植物生长器的自动升降功能；电源模块包括一个220V电源和一个5V电源，为植物生长器供电；手机终端包括一个安卓APP，安卓APP端可控制植物生长器中的LED灯开关并显示中央控制模块采集传输的环境因素数据；保温模块包括一个可控温加热器，用于控制植物生长器内的环境因素，下面对这些模块所实现的植物生长器所需功能进行详细介绍。

[0008] 在中央控制模块中，LCD显示屏、超声测距传感器、双路触发继电器、单路触发继电器、光照传感器、温湿度传感器和WIFI模块都是与MCU直连，对超声测距传感器进行编程，对其探测阈值进行设置，当其在探测范围内10cm 20cm检测到物体，代表植物生长到了一定~高度，此时固定LED红蓝光灯的顶盖需要上升，这时超声测距传感器反馈数据给MCU，MCU发出指令，双路继电器中控制上升的那路闭合，此时升降杆上升。在空闲状态下，超声波测距传感器检测到的距离值默认为50cm，通过对LCD显示屏的编程，使LCD显示屏实时显示超声波探测到的距离值，当需要调低植物生长器顶盖时，可以根据LCD显示屏上的显示值，用障碍物放置在超声波测距传感器的前方40cm 45cm内，这时超声波测距传感器会反馈数据给~
MCU，MCU发出指令给双路继电器控制下降的那一路，此时下降那路闭合，升降杆下降。通过以上步骤的控制，使得植物生长器不仅能够自如的调整纵向高度，从而满足不同类型植物的生长空间需求，而且通过调整谁被精度，达到在植物生长过程中与植物同步升高的功能。
手机终端模块中，APP发送消息通过WIFI模块传递给单片机引起中断，使得可以控制单路触发继电器来开断LED照明灯，光照传感器和温湿度传感器采集数据给单片机处理，再通过WIFI模块将数据传送给手机，从而使得手机上能够实时显示设备内温湿度。保温模块的加热器是单独一个模块，可设定温度阈值，可将设备内的温度稳定到植物最佳生长温度。外壳一个为两层加一个盖子，两层的盒子中，底层用于放置单片机最小系统、两个继电器与各个元器件之间的连线，底层的外壳上有两个长方形的卡槽，一个用于放置LCD显示屏和WIFI模块，其中LCD显示屏用于显示超声波传感器所探测到物体的距离值，可根据距离值人为的调整升降杆的高度，另一个用于让设备的电源线引出。上层用于放置盆栽，以及加热器、温湿度传感器、光照传感器，上层盒子底部留有一个孔，便于将升降杆插入整个设备并起到固定升降杆的作用。顶盖固定于升降杆的顶部，顶盖上固定的有LED红蓝光灯和超声波传感器，随着超声波传感器检测到植株生长高度达到它所设定的测量范围，触发双路继电器中的一路，使升降杆的上升电路联通，推动带有LED红蓝光灯的顶盖向上移动。

[0009] 根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：一种新型无土栽培植物生长器，包括设备外壳、硬件控制设备以及手机终端安卓APP，其特征在于：所述设备外壳是由双层嵌套的盛纳盒和顶盖组成；所述硬件控制设备包含LED灯、电动升降机、加热控温器、超声波传感器、温湿度传感器、光照传感器、WIFI模块、LCD显示屏、单路继电器、双路继电器、单片机控制系统；所述手机终端安卓APP包括控制界面按钮与数据显示界面；所述设备外壳共两层，底层用于放置单片机控制系统、单路继电器、双路继电器和电动升降杆，底层设备外壳的正面有一长方形卡槽，用于放置并固定LCD显示屏和WIFI模块；上层设备外壳的底部右侧有一个圆形卡槽，用于固定电动升降杆；电动升降杆的顶部固定着一个长方形的顶盖，顶盖下固定着LED灯和超声波传感器，超声波传感器正对着设备外壳的正上方；其中，电动升降杆竖立在设备外壳的底层，由设备外壳的上层的圆形卡槽固定，顶端固定着设备顶盖；超声波传感器、温湿度传感器、光照传感器、WIFI模块、LCD显示屏、单路继电器信号输入口、双路继电器信号输入口通过杜邦线与单片机控制系统的IO相连，单路继电器的输出端口连接LED灯串联电路，双路继电器的两路输出端口分别与电动升降杆控制端的上升电路与下降电路相连，控温加热器单独一路连接到电源，实现植物生长环境的温度控制；将植物放置在设备外壳的上层容纳盒里培养，通过温湿度传感器和光照传感器检测生长环境，数据由安卓APP界面显示，当植物生长的高度到达超声波传感器所在高度时，电动升降杆上升，顶盖也跟随上升，当需要降低顶盖时，调控超声波传感器测得的距离值，进行自动下调。

[0010] 所述设备外壳由上下两层嵌套的长方体无盖盒子加一个顶盖构成，由电动升降杆贯穿上下两层，顶部固定顶盖。

[0011] 所述硬件控制设备是以STC89C51为控制核心的单片机控制系统，超声波传感器采用的是由导向技术有限公司生产的型号为KS103的传感器，超声传感器与控制系统的IO口直接相连，根据超声测距原理，用超声波检测植物生长高度变化；温湿度传感器采用的是型号为DHT11的温湿度传感器，通过温湿度传感器检测植物生长环境的温湿度，转化为数字信号传给单片机处理，通过WIFI模块传给安卓APP，在APP界面显示出温湿度，DHT11直接与单片机IO口相连；光照传感器采用的是型号为BH1750FVI的光照传感器，通过光照传感器采集信息，经过单片机处理，传递给安卓APP，在APP界面显示出光强；WIFI模块的型号是HLK-M30，HLK-M30是一款低成本高性能嵌入式UART-WIFI串口-无线网模块，该产品是基于通用串行接口的符合网络标准的嵌入式模块，内置 TCP/IP 协议栈，能够实现用户串口-无线网WIFI之间的转换，从而用于传递数据；LCD显示屏选用的是LCD1602，用于显示超声波测得的距离值；单双路继电器是于TELESKY旗舰店购买的光耦隔离单双路继电器模块，继电器的功能相当于开关，单路用于LED灯的开关，双路用于升降杆的上升和下降回路开关；LED灯采用的是简辉照明科技有限公司的LED灯带贴片，与单路继电器的输出回路相连，通过安卓APP界面上的控制按钮，点击后发出信号使得单片机发出指令控制单路继电器输出端的开断，从而控制LED灯的开关；加热控温器采用了Aqua Zonic第二代艾柯加热棒自动控温加热棒，具有智能控温、高效节能、LED数显等优势功能；电动升降杆使用的是博盛电机IP54A款直流电机，将其控制端拆开，接入双路继电器的输出回路，根据超声波传感器测得的距离值，触发双路继电器的两路输出回路的开断，从而智能地控制顶盖的高度。

[0012] 所述安卓APP端应用界面用于显示所测得的温湿度与光照强度，并在界面上放置了一个可以控制LED灯开关的按钮。

[0013] 本发明与现有的产品相比较，具有如下显而易见的突出实质性优点与创新点。

[0014] 对于现有的智能植物生长器，它们只是具备了对植物生长环境的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度检测等应用，且设备框架所留给植物的空间固定，只能够用于高度大小在设备允许空间的植物使用，导致设备通用性较差。本文提出的设备中，在能测量温湿度与光照强度的前提下，引入了智能升降的概念，通过超声波传感器与升降杆的配合，设备能够自适应跟随植物生长高度调整设备高度，为植株提供最适宜的生长空间。智能升降并自适应跟随植物生长高度调整设备高度，为植株提供最适宜的生长空间是本设备的亮点，也是本智能植物生长器的创新点。附图说明

[0015] 图1：本发明的新型无土栽培植物生长器的整体结构框图。

[0016] 图2：本发明的植物生长器的双层框架上层图。

[0017] 图3：本发明的植物生长器的双层框架下层图。

[0018] 图4：本发明的植物生长器的控制系统结构框图。

[0019] 图5：本发明的植物生长器的安卓端界面截图1。

[0020] 图6：本发明的植物生长器的安卓端界面截图2。

[0021] 图7：本发明的植物生长器的安卓端界面截图3。

[0022] 图8：本发明的植物生长器的3Dmax设计模型。

具体实施方式

[0023] 下面以本发明的优选实施例，结合附图来进一步描述本发明。

[0024] 实施例一：参见图1，一种新型植物生长器，包括设备外壳、硬件控制设备以及手机终端安卓APP，设备外壳是由双层嵌套（01、14）的盛纳盒和顶盖组成。硬件控制设备包含LED灯（12）、电动升降机（07）、加热控温器（13）、超声波传感器（10）、温湿度传感器（09）、光照传感器（08）、WIFI模块（03）、LCD显示屏（02）、单路继电器（06）、双路继电器（04）、单片机控制系统（05）。
手机终端安卓APP（401）包括控制按钮与数据显示界面。所述新型植物生长器的设备外壳共两层，底层用于放置单片机控制系统（05）、单路继电器（06）、双路继电器（04）和电动升降杆（07），底层设备外壳（01）的正面有一长方形卡槽，用于放置并固定LCD显示屏（02）和WIFI模块（03）。上层设备外壳（14）的底部右侧有一个圆形卡槽，用于固定电动升降杆（07）。升降杆（07）的顶部固定着一个长方形的顶盖（11），顶盖下固定着LED灯（12）和超声波传感器（10），超声波传感器（10）正对着设备外壳的正上方。其中，电动升降杆（07）竖立在设备外壳的底层，由设备外壳的上层的圆形卡槽固定，顶端固定着设备顶盖（11）。超声波传感器（10）、温湿度传感器（09）、光照传感器（08）、WIFI模块（03）、LCD显示屏（02）、单路继电器信号输入口、双路继电器信号输入口通过杜邦线与单片机控制系统（05）的IO相连，单路继电器（06）的输出端口连接LED灯串联电路，双路继电器（04）的两路输出端口分别与电动升降杆（07）控制端的上升电路与下降电路相连，控温加热器（13）单独一路连接到电源上实现植物生长环境的温度控制。将植物放置在设备外壳的上层容纳盒里培养，可通过温湿度传感器（09）和光照传感器（08）检测生长环境，数据由安卓APP界面显示，当植物生长的高度到达超声波传感器（10）所在高度时，电动升降杆（07）上升，顶盖也跟随上升，当需要降低顶盖时，可调控超声波传感器（10）测得的距离值，进行自动下调。

[0025] 实施例二：参见图2，为图1中（14）部分，植物生长器的上层，长35cm，宽22cm，高20cm，底部右侧有一圆形卡槽，用于固定电动升降杆。

[0026] 实施例三：参见图3，为图1中（01）部分，植物生长器的下层，长36cm，宽23cm，高30cm，图2可完全嵌套在图3里，共同组成植物生长器。

[0027] 实施例四：参见图4，一种基于单片机最小系统（101）的智能植物生长器的控制系统，包括中央控制模块（I）、受控外部模块（II）、电源模块（III）、保温模块（V）和手机终端模块（IV）。中央控制模块（I）包括以STC89C51为控制核心的单片机最小系统（101）、型号为LCD1602的显示屏（102）、型号为KS103的超声波传感器（103）、双路触发继电器（104）、单路触发继电器（105）、型号为BH1750FVI的光照传感器（106）、型号为DHT11的温湿度传感器（107）和型号为HLK-M30的WIFI模块（108），其中超声测距传感器（103）测得的数据通过单片机最小系统（101）编程来控制双路触发继电器（104）的开断，从而控制升降杆（201）升降，光照传感器（106）和温湿度传感器（107）采集的数据通过单片机最小系统（101）与WIFI模块（108）传递到手机终端模块（IV）中的安卓APP上显示，同时手机终端模块（IV）上的安卓APP可通过WIFI模块（108）和单片机最小系统（101）控制单路触发继电器（105）的开断，从而控制LED照明灯（202）的开断，保温模块（V）为单独一个模块，在气温较低时使用，加热器（501）可设定温度数值，当植物根部温度低于设定值时，加热器（501）开始加热，当温度达到设定温度时，停止工作，使温度保持恒定，从而保证设备内植物生长温度。

[0028] 实施例五：参见图5，手机终端（IV）上的APP登录后，主界面如图所示，界面上方标题为植物观察日记，界面上添加了多种植物的图片，点击图片可查看植物基本信息。

[0029] 实施例六：参见图6，点击图三左上角按钮，进入图四界面，共有6个按钮，分别是我的植物、养护技巧、植物圈、摄像头以及联系方式，点击我的植物可进入数据显示界面；点击养护技巧，可自行编辑种植中的注意事项，使你日后成为养殖达人；点击摄像头可以随时拍摄你的植物的状态，记录你的植物生长的每瞬间。

[0030] 实施例七：参见图7，图示为手机终端（IV）上的APP显示界面，光照传感器（08）与温湿度传感器（09）将所将测到的数据通过单片机最小系统（05）和WIFI模块（03）上传到APP显示界面，可在APP界面上实时显示光照传感器（08）与温度传感器（09）所传递的数值，图左下方为控制LED红蓝光灯（12）的开关按钮，通过该按钮可控制LED红蓝光灯（12）的开关。

[0031] 实施例八参见图8，图示为3Dmax设计的设备外壳整体框架，框架中分为顶盖、升降杆、两层的容纳盒，里层的容纳盒（图中黄色）用于放置盛放植物的容器、控温模块以及各类传感器，外层的容纳盒（图示绿色）用于放置单片机控制板与各样外设。升降杆如图所示，可调节的高度范围很大，该设备可适用于各种不同高度的植物，大大的提高了室内空间的利用率。设备顶盖如图所示，可在顶盖下安装LED灯，为植物提供光照，使得设备在室内使用更为方便。

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