一种植物工厂控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于农作物生长控制技术领域，具体来说涉及一种植物工厂控制系统。
【背景技术】
[0002]在传感器技术快速发展时期，植物工厂控制技术也在不断的深化和推进。伴随着LED灯的发展，密闭环境下，植物生长所需要的红色和蓝色的光源也得以解决。利用高科技栽培方式，再配合自动化调控系统，可以有效调节栽种环境内的二氧化碳浓度、温度、湿度、营养液浓度、光照等物、化条件，实现农作物周年连续生产。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用微控制器作为主控芯片具有较低成本的植物工厂控制系统。该系统可以通过传感器检测对温度、湿度、光照、C02浓度以及营养液电导率(EC值)等数字信号进行采集，并通过执行机构驱动模块控制光照(灯光)、二氧化碳发生器、加温器、加湿器(或浇水装置)等功能器件，以及控制调节营养液浓度，从而实现对植物生长环境的监测和控制。
[0004]本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现:
[0005]—种植物工厂控制系统，包括:微控制器、二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、营养液浓度传感器、光照传感器、键盘、显示屏、SD卡存储器、执行机构驱动模块、zigbee通信模块和时钟模块，所述微控制器分别与二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、营养液浓度传感器、光照传感器、执行机构驱动模块、键盘、显示屏、SD卡存储器、zigbee通信模块、时钟模块相连。
[0006]在上述技术方案中，所述微控制器选用一块Arduino Mega2560开发板。
[0007]在上述技术方案中，所述温湿度传感器采用瑞士Sensir1n公司生产的SHTll。
[0008]在上述技术方案中，所述光照传感器型号为BH1750。
[0009]在上述技术方案中，所述二氧化碳浓度传感器型号为TGS4160。
[0010]在上述技术方案中，所述营养液浓度传感器为电导率(EC值)检测传感器。
[0011 ]在上述技术方案中，所述键盘选择4X4点阵键盘。
[0012]在上述技术方案中，所述显示屏选择12864IXD液晶显示屏。
[0013]在上述技术方案中，执行机构驱动模块包括一ULN2003芯片，ULN2003芯片的输入端与Arduino Mega2560连接，其输出端连接继电器。
[0014]在上述技术方案中，所述时钟模块选用PCF8563时钟芯片。
[0015]本实用新型通过各个功能传感器检测对温度、湿度、光照、C02浓度以及营养液电导率(EC值)等数字信号进行采集，并通过执行机构驱动模块控制光照(灯光)、二氧化碳发生器、加温器、加湿器(或浇水装置)等功能器件，以及控制调节营养液浓度，从而实现对植物生长环境的监测和控制。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的结构示意图。
[0017]图2是本实用新型中的微控制器ArduinoMega2560的结构示意图。
[0018]图3是本实用新型中的4X4点阵键盘的结构示意图。
[0019]图4是本实用新型中的12864IXD液晶显示屏的结构示意图。
[0020]图5是本实用新型中的执行机构驱动模的结构示意图。
[0021]图6是实施例中的具体工作流程如图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
[0023]如附图1所示，本实用新型所涉及的一种植物工厂控制系统主要包括:微控制器、数据采集系统(包括二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、营养液浓度传感器、光照传感器)、人机交互系统(包括键盘和显示屏)、信息存储系统(SD卡存储器)、执行机构驱动模块(包括带光耦隔离的继电器模块)、通信系统(zigbee通信模块)和辅助系统(时钟模块和电源模块)，所述微控制器分别与二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、营养液浓度传感器、光照传感器、执行机构驱动模块、键盘、显示屏、SD卡存储器、zigbee通信模块和时钟模块相连。
[0024]如附图2所示所述微控制器选用一块Arduino Mega2560开发板，其具有54个数字输入、输出端，内部有SP1、UART、PWM、A/D转换等集成硬件模块，可以满足数据采集和控制要求。
[0025]所述温湿度传感器采用瑞士Sensir1n公司生产的SHTlI，SHTlI温湿度传感器是带有I2C总线的数字式温湿度传感器，具有免调试、免标定、测量分辨率可编程调节、CRC传输校验、超小封装尺寸等特点;其测量精度高，是各种温湿度监测应用中的一种优选器件。
[0026]所述光照传感器型号为BH1750，BH1750是一种两线式串行总线接口的数字型光照强度传感器集成电路。它可以根据收集的光线强度数据来进行环境监测，可支持较大范围的光照强度变化，直接数字输出，省去复杂的数学运算，使用方便简单。
[0027]所述二氧化碳浓度传感器选用了634160 4634160二氧化碳传感器是费加罗(FIGARO)公司生产的固态电化学型气体敏感元件。这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外，同时还具有耐高湿低温的特性，可广泛用于自动通风换气系统或是二氧化碳气体的长期监测等应用场合。TGS4160用于检测二氧化碳浓度信号，在实际测量应用电路中，还要对测得的信号进行处理，处理该信号选择使用费加罗(FIGARO)公司的专用于处理TGS4160检测信号(重新标定TGS4160)的AM-4检测模块。
[0028]所述营养液浓度传感器为电导率(EC值)检测传感器(在表示营养液浓度时，是以间接的电导率(EC值)来表不营养液的浓度，因营养液具有导电作用，而且在一定的浓度范围内，营养液的电导率会随营养液的浓度提高而增加，随营养液浓度降低其电导率也随之降低)。
[0029]所述键盘选择4X4点阵键盘(如图3所示，4X4点阵键盘连接Arduino Mega2560的38-45引脚)；所述显不屏选择12864IXD液晶显不屏(图4)。亦可用触?旲显不功能的液晶显不屏取代4X4点阵键盘和12864IXD液晶显示屏。
[0030]所述执行机构驱动模块是带光耦隔离的继电器模块，可实现低电压控制高电压或大电流的外部设备，如图5所示，执行机构驱动模块包括一 ULN2003芯片，ULN2003是大电流驱动阵列，用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中，可直接驱动继电器等负载，ULN2003芯片的六个输入分别连接Arduino Mega2560的82-87引脚，其输出端接继电器，通过继电器进一步控制光照(灯光)、二氧化碳发生器、加温器、加湿器(或浇水装置)等功能器件。
[0031]所述时钟模块选用PCF8563时钟芯片，PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工业级内含12C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。按12C总线协议规约，12C总线由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。
[0032]所述信息存储与通信系统包括SD卡存储器和zigbee通信模块两部分。
[0033]本实用新型在工作时，具体工作流程如图6所示，微控制器上电后开始运行，微控制器根据预先设置的扫描周期对各传感器检测的温度、湿度、光照、C02浓度以及营养液电导率(EC值)等数字信号进行扫描采集，当微控制器检测到中断时(中断信号由按键产生)，微控制器将采集的数据通过zigbee通信模块上传给上位机，实现对植物生长信息远程监测；当微控制器采集的温度、湿度、光照、C02浓度以及营养液电导率(EC值)等数据超出设定的阈值时(提前在微控制器中设定温度、湿度、光照、C02浓度以及营养液电导率的最佳阈值)，则微控制器驱动执行机构驱动模块。
[0034]以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种植物工厂控制系统，其特征在于:包括微控制器、二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、光照传感器、营养液浓度传感器、键盘、显示屏、SD卡存储器、执行机构驱动模块、zigbee通信模块和时钟模块，所述微控制器分别与二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、营养液浓度传感器、光照传感器、执行机构驱动模块、键盘、显示屏、SD卡存储器、zigbee通信模块、时钟模块相连。2.根据权利要求1所述的一种植物工厂控制系统，其特征在于:所述微控制器为Arduino Mega2560开发板。3.根据权利要求1所述的一种植物工厂控制系统，其特征在于:所述温湿度传感器型号为SHTlI。4.根据权利要求1所述的一种植物工厂控制系统，其特征在于:所述光照传感器型号为BH1750o5.根据权利要求1所述的一种植物工厂控制系统，其特征在于:所述二氧化碳浓度传感器型号为TGS4160。6.根据权利要求1所述的一种植物工厂控制系统，其特征在于:所述营养液浓度传感器为电导率检测传感器。7.根据权利要求1所述的一种植物工厂控制系统，其特征在于:所述键盘选择4X4点阵键盘。8.根据权利要求1所述的一种植物工厂控制系统，其特征在于:所述显示屏为12864LCD液晶显示屏。9.根据权利要求2所述的一种植物工厂控制系统，其特征在于:所述执行机构驱动模块包括ULN2003芯片，ULN2003芯片的输入端与Arduino Mega2560连接，其输出端连接继电器。10.根据权利要求1所述的一种植物工厂控制系统，其特征在于:所述时钟模块包括PCF8563时钟芯片。
【专利摘要】本实用新型公开了一种植物工厂控制系统，包括：微控制器、二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、营养液浓度传感器、光照传感器、键盘、显示屏、SD卡存储器、执行机构驱动模块、zigbee通信模块和时钟模块，该系统可以通过传感器检测对温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液电导率等数字信号进行采集，并通过执行机构驱动模块控制光照、二氧化碳发生器、加温器、加湿器等功能器件，以及控制调节营养液浓度，从而实现对植物生长环境的监测和控制。
【IPC分类】G05D27/02
【公开号】CN205193644
【申请号】CN201520984607
【发明人】刘华, 韩丹, 卫勇, 李传林, 束健伟, 高平
【申请人】天津农学院
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月2日