一种复制及重现植物生长环境的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及植物生长环境控制技术领域，具体涉及复制及重现植物生长环境的系统及方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，各种植物在各自独特的地理环境中生存，它们在上亿年的自然环境生活进化中形成了独特的生长需求，包括阳光、温度、湿度、二氧化碳浓度、土壤酸碱度等。在传统种植业中，人们通常仅凭借个人经验进行种植，不能对植物当前的生长状态进行准确的预估，也不能精准控制植物所需的水分及光照强度，植物的生产率低下，而且花费的人工时间很多。
[0003]随着机械自动化技术的发展，一些自动控制农业机械被用于种植，以预先确定的时间或数量对农作物进行浇水或施肥。但是，这种农业机械的浇水和植物光照的时间和强度通常是固定的，不能根据农作物的当前生长状态进行自适应调节，智能化不足。此外，在水量和光照强度已经充足的情况下，仍然按照预先确定的时间和数量对农作物浇水或补光，不仅会对农作物的生长造成不利影响，也容易造成资源浪费，同时对植物生长环境各要素值的检测技术较为复杂，需要专业人士操作，不利于推广实施。对于一些生长在偏远或极端条件下的经济价值高的植物，为了提高这类植物的生产效率，对其源生长环境的精确采集和在目标场景环境下完全复制重现其源生长环境提出了较高的技术要求。
【发明内容】
[0004]本发明的首要目的在于克服一些生长在偏远或极端条件下的经济价值高的植物生产效率不高的问题，提供一种复制及重现植物生长环境的系统，能够全自动化的实时精准化采集植物生长的源场景环境各参数值，并且能够在目标场景环境完全复制及重现植物生长源场景环境，使得这些生长在偏远或极端条件下的经济价值高的植物生产效率大幅提升。
[0005]本发明的另一目的在于克服现有植物种植技术中智能化程度不高的问题，提供一种复制及重现植物生长环境的方法，该方法能做到植物生长源场景环境和目标场景环境的全自动化的实时精准采集，以及目标场景环境参数的精准控制，该方法能实现节约人力资源成本及植物生长环境的全智能可控化。
[0006]本发明的首要目的可以由下述的技术方案实现。
[0007]—种复制及重现植物生长环境的系统，其包括源场景植物生长环境部分和目标场景植物生长环境部分;源场景植物生长环境部分独自包括嵌入式ARM控制器模块、电源模块、空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器、远程服务器、PC网页前端;所述的电源模块连接嵌入式ARM控制器模块，用于提供嵌入式ARM控制器所需电源;所述空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器采集到的模拟电压信号通过串口连接发送到嵌入式ARM控制器模块;所述嵌入式ARM控制器模块将传感器采集到的模拟电压信号值转化为实际指标值，并通过互联网存储于远程服务器;所述PC网页前端通过浏览器访问远程服务器数据并且在网页上显示前述传感器实时数值；
目标场景植物生长环境部分独自包括:嵌入式ARM控制器模块、电源模块、WiFi通信模块、LED驱动电路、LED面板灯调光模块、空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器、远程服务器、PC网页前端、继电器、水栗、风扇;所述电源模块连接LED驱动电路和嵌入式ARM控制器模块，用于提供LED驱动电路及嵌入式ARM控制器所需电源;所述LED驱动电路通过WiFi通信模块与嵌入式ARM控制器模块连接，驱动LED面板灯;所述空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器采集到的模拟电压信号通过串口连接发送到嵌入式ARM控制器模块;所述PC网页前端通过浏览器访问远程服务器显示目标场景植物生长环境中各传感器采集数值;所述的水栗、风扇通过继电器连接到嵌入式ARM控制器模块;所述的嵌入式ARM控制器模块将接收到的模拟电压信号值转化为实际指标值，并通过网络上传至远程服务器，将目标场景植物生长环境实际指标值与源场景植物生长环境实际指标值进行比对，若存在差异，则产生控制指令，控制水栗及风扇动作，自动调节LED面板灯光源，消除所述差异，使得目标场景环境参数与源场景环境一致。
[0008]进一步优化地，所述的源场景植物生长环境部分只需要实时采集数据并上传至远程服务器，目标场景植物生长环境部分需要实时采集数据并且与源场景植物生长环境比较，对环境指标进行控制。
[0009]进一步优化地，所述的LED驱动电路与嵌入式ARM控制器模块通过WiFi通信模块相连，遵循WiFi协议标准。
[0010]进一步优化地，所述的嵌入式ARM控制器模块包括嵌入式ARM9主控板和单片机拓展板，嵌入式ARM9主控板采用友善之臂mini2440，单片机拓展板采用DFRobot Mega2560。
[0011]进一步优化地，所述的LED驱动电路采用恒流驱动方式，通过PffM调光技术调节LED面板灯红蓝光比例。
[0012]进一步优化地，所述的空气温度传感器采用ds 18b20传感器模块、空气湿度传感器采用dhtll传感器模块、光照传感器采用gy301传感器模块、二氧化碳浓度传感器采用DFRobot出品模块、土壤温度传感器采用祺锋科技出品模块、土壤湿度传感器采用祺锋科技出品模块、土壤PH传感器采用雷磁E-201-Z模块。
[0013]进一步优化地，所述的远程服务器与嵌入式ARM控制器模块通过MQTT协议连接，用于网页后台管理和传感器采集的数据的收发，远程服务器采用的是阿里云服务器。
[0014]进一步优化地，所述的水栗、风扇通过继电器连接到嵌入式ARM控制器模块GP1口，ARM控制器通过编程控制GP1 口输出高低电平控制水栗、风扇动作。
[0015]利用所述系统的一种复制及重现植物生长环境的方法，其包括以下步骤:
步骤一、由空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器全自动的数据化采集源场景环境空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳浓度、土壤温度、土壤湿度、土壤PH值；
步骤二、嵌入式ARM控制器模块与远程服务器通信，并将步骤一中各传感器采集到的指标值在远程服务器上存储；
步骤三、PC端与远程服务器通信，在网页上精准呈现指标值；
步骤四、由空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器全自动的数据化采集目标场景环境空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳浓度、土壤温度、土壤湿度、土壤PH值；
步骤五、嵌入式ARM控制器模块与远程服务器通信，并将步骤四中传感器采集到的指标值在远程服务器上存储；
步骤六、PC端与远程服务器通信，在网页上精准呈现指标值并与源场景环境指标比对；步骤七、嵌入式ARM控制器根据比对差异产生控制作用，控制水栗及风扇动作，自动调节LED面板灯光源，消除差异，使得目标场景环境指标与源场景环境一致；
本发明的空气温度传感器、空气湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器和嵌