一种基于Web远程控制的声波助长植物系统及方法

一种基于web远程控制的声波助长植物系统及方法
技术领域
1.本发明涉及声波促进植物生长技术领域，尤其涉及一种应用web远程控制的声波助长植物系统。


背景技术：

2.声波助长技术是近几年兴起的一项农业新技术，是物理农业科技发展的核心技术之一。它通过对植物施加特定频率的声波，使声波的频率与植物自身的固有频率相一致，产生共振。从而加快植物细胞分裂，增强植物的光合作用和吸收能力，促进植物生长发育，达到增产、优质和抗病的目的。
3.传统的声波助长仪需要管理人员进行现场操作，自动化程度较低，特别是当多个设备同时使用时，需要大量人员进行操作，费时、费力，不能保证在作物生长关键期进行工作，也影响了其他农事作业。而且，植物自身频率会随环境因子(温度、湿度)的变化而变化，即在高温干旱情况下，植物自发声频率升高；而在低温潮湿特别是浇水后，植物组织含水量增多时，其自身频率会降低，频繁的调频工作又增加了操作人员的劳动强度。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5.现有的声波助长仪需要专人对其进行监控以及时开启或停止声波助长系统，从而浪费了大量的人力。植物自身频率会随环境因子(温度、湿度)的变化而变化，频繁的调频工作会增加操作人员的劳动强度。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于web远程控制的声波助长植物系统，通过web远程设置开启或关闭声波助长系统时段，以解决自动控制，节省人力问题。
7.本发明提供的技术方案如下：一种基于web远程控制的声波助长植物系统，通过植物辨识模块与植物频率数据库模块电性连接，植物频率数据库模块向声波发生电路发送频率的控制信号，声波发生电路根据频率的控制信号来调制声波电信号。
8.通过上述技术方案，实现了通过远程管理平台对系统进行操控，节省了大量人力，操作方便，推进了声波助长植物技术的发展与实际应用进程。
9.本发明提供的一种基于web远程控制的声波助长植物系统，包括：
10.远程管理平台，5g网络，现场控制器，植物辨识模块，声波发生电路，放大电路，换能器，时控器，电源。
11.所述远程管理平台通过5g网络与现场控制器进行通信。
12.所述植物辨识模块电性连接现场控制器以接收远程管理平台的控制信号来控制声波发生电路的启动或停止。
13.所述现场控制器与电源电性连接，现场控制器接收远程管理平台的控制信号，并且通过控制电源对声波发生电路的供电来启动或停止声波发生电路。
14.所述超声波发生电路与植物辨识模块和放大电路电性连接，放大电路将声波电信
号放大。声波发生电路包括产生声波电信号的振荡器以及植物频率数据库模块，该振荡器与植物频率数据库模块电性连接并控制振荡器产生相应频率的声波电信号。
15.所述换能器与放大电路电性连接以将放大后的电信号转化成声波。放大电路包括放大器，阻抗匹配电路以及功率调节模块。该功率调节模块分别与现场控制器、放大电路电性连接以接收现场控制器的功率控制信号并通过放大电路调制相应功率的声波电信号。该放大器分别与声波发生电路、阻抗匹配电路电性连接以对声波电信号放大。该阻抗匹配电路用于使放大器输出端的阻抗值与放大器输入端的阻抗值相匹配。
16.所述电源为声波发生电路、放大电路供电。
17.所述时控器能够进行计时，工作人员通过远程管理平台或者现场控制器设置时控信号，超声波输出装置放置在对应的植物附近，植物频率数据库模块通过超声波发生电路以及放大电路产生适当频率超声波电信号，并且由音响将超声波电信号转化为超声波，施加在植物上，并且时控器进行计时，达到设定时间后自动停止本系统，准确地控制时间，使得植物不会因为超声波照射的时间过短而导致效果不明显，或者因为超声波照射得时间过长而导致产生不良影响。
18.本发明的另一目的在于提供一种基于web远程控制的声波助长植物的方法，远程管理平台通过5g通信模块与现场控制器进行通信，操作人员可在远程管理平台上实时查看大气温湿度信息，也可查看大气环境温湿度历史数据及变化曲线，进而对声波参数进行设置。用户和管理者通过浏览器登录平台，输入用户名、密码进行相应权限的访问。
19.进一步，现场控制器可调整声波的音量大小及音频，显示当时的温湿度值。
20.本发明的另一目的在于提供一种数据处理终端，该数据处理终端安装并能够运行上述的基于web远程控制的声波助长植物系统。
21.结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
22.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
23.本发明应用新型声波助长植物系统，工作人员在远程管理平台设置频率和/或功率的控制信号以及时控信号，换能器放置在植物附近，现场控制器通过声波发生电路以及放大电路产生适当频率、功率的声波电信号，并且由换能器将电信号转化为声波信号，施加在植物上，并且时控器进行计时，达到设定时间后自动停止本系统，准确地控制时间，使得植物不会因为声波作用时间过短而导致效果不明显，或者因为声波作用时间过长而导致产生不良影响，工作人员也可以在现场对系统进行操控，同时，系统能够自动识别植物的种类，并根据植物频率数据库模块中预存数据，确定发射声波频率，进而准确控制发射声波参数，更有利于植物生长。
24.本发明无需工作人员时时刻刻在现场对系统进行操控，可以通过远程管理平台对系统进行操控，节省了大量人力，操作方便，推进了声波助长植物技术的发展与实际应用进程。
25.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
26.工作人员既可以在远程管理平台上控制整个系统的运行，也可以在现场对系统进行一系列操作，这样使得系统的自动化程度大大提高；同时，植物辨识模块能够准确识辨出植物的种类，并且还能检测到植物当前的状态以及植物周围的环境，比如：可以检测到植物所处环境的温度、湿度等，植物频率数据库模块能够根据植物的种类以及植物所处的环境计算出相应的声波频率，这样可以使工作人员无需频繁调频，降低了工作人员的劳动强度。
27.第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
28.(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
29.在声波助长植物生长的应用场景下，本发明利用远程管理平台对系统进行控制，解决了传统方法存在的问题同时有效增强了工作人员的工作效率，为未来智能化声波助长植物生长提供新的思路，具有一定的实用价值和商用价值。
30.(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：
31.声波助长技术体系在技术研究上缺乏针对性，自动化程度弱；本发明专门针对植物，从而对声波助长技术体系进行了细化，并且即可用远程管理平台对系统进行控制，也可由工作人员在现场对系统进行控制，提高了声波助长系统的自动化程度。
32.(3)本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：
33.传统的声波助长仪需要管理人员进行现场操作，自动化程度较低，特别是当多个设备同时使用时，需要大量人员进行操作，费时、费力，不能保证在植物生长关键期进行工作，也影响了其他农事作业，并且传统的声波助长仪不能够辨别植物类型，也不能够检测植物所处的环境，从而需要工作人员去查阅资料来设置适合植物生长的声波频率，并且工作人员还要根据植物所处环境的变化进行调频。
34.本发明基于web远程控制，远程管理系统根据环境温度、相对湿度与声波频率挡位关系确定发射声波参数，通过5g网络将发射声波参数发送给现场控制器，随后现场控制器自主调节工作参数，保证换能器发射声波以达到最佳的助长效果；并通过内部的实时时钟，每天分时段自动开启和关闭，完全可以做到无人看管，实现了声波助长系统的智能化、自动化，降低管理人员的劳动强度，并且能够自动辨识植物类型，自动调节适合植物生长的声波频率。
附图说明
35.图1是本发明实施例提供的基于web远程控制的声波助长植物系统原理图。
36.图2是本发明实施例提供的现场控制器结构图。
37.图3是本发明实施例提供的colpitts电路原理图。
38.图4是本发明实施例提供的colpitts电路交流等效电路图。
39.图中：1、远程管理平台；2、5g网络；3、现场控制器；4、植物辨识模块；5、声波发生电路；51、植物频率数据库模块；52、振荡器；6、放大电路；61、放大器；62、阻抗匹配电路；63、功率调节模块；7、换能器；8、电源；9、时控器。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明
进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
42.工作人员在远程管理平台1设置频率和/或功率的控制信号以及时控信号，换能器7放置在植物附近，现场控制器3通过植物辨识模块4以及植物频率数据库模块51产生适当频率的声波电信号，并且由换能器7将电信号转化为声波，施加在植物上，并且现场控制器3进行计时，达到设定时间后自动停止本系统，准确地控制时间，使得植物不会因为声波作用时间过短而导致效果不明显，或者因为声波作用时间过长而导致产生不良影响。工作人员也可以在现场对本系统进行操控，本系统无需工作人员时时刻刻对本系统进行操控，节省了大量人力，操作方便，并且能够自动辨识植物类型，自动调节适合植物生长的声波频率。
43.声波发生电路5包括植物频率数据库模块51，该植物频率数据库模块51分别与植物辨识模块4、振荡器52电性连接以接收植物辨识模块4的辨识结果从而自动调节产生特定频率声波的电信号，本设计能够调节换能器发射功率的大小，优选的能在10-300w之间调节，换能器7的功率较小，换能器7安置在植物附近，减少对环境的影响。声波发生电路5包括用于产生声波的电信号的振荡器52，该振荡器52分别与放大电路6以及植物频率数据库模块51电性连接以接收植物频率数据库模块51的频率控制信号并控制振荡器52产生相应频率的电信号，本设计能够自动调节频率的大小，优选的能在10khz-20khz之间调节，进而以适应不同植物，或者植物不同生长期的需要。放大电路6包括放大器61以及阻抗匹配电路62，该放大器61分别与声波发生电路5、阻抗匹配电路62电性连接以对电信号放大，该阻抗匹配电路62用于使放大器61输出端的阻抗值与放大器61输入端的阻抗值相匹配，使得功率的运用效率更高。
44.如图2所示，现场控制器主要包括显示界面、电源模块、5g通信模块、植物辨识模块接口、植物频率数据库模块接口等。显示界面主要由温度显示、湿度显示、音量调节和参数设置等模块组成，具有较好的操作性能，可实现现场的信息显示和声波控制。电源模块为显示界面、5g通信模块、传感器模块等提供电源。控制器、声波发生器通过5g通信模块与远程管理平台进行通信，采用modbus-rtu协议与传感器进行通信。
45.如图3、图4所示，振荡电路是产生振荡频率的核心电路，设计采用colpitts电路。该电路中，信号从集电极输出，可明显减小后级对振荡回路的影响，改善晶体振荡器的频率负载允差，提高频率稳定度。所用石英谐振器为10mhz切三次泛音真空冷压焊封晶体，q值可达1.2
×
106，在电路中工作在并联谐振状态，图3中，虚线框中的电路为b模抑制电路，在振荡频率处可等效为电容c2，一方面起到抑制石英谐振器基频和高次泛音的作用，同时还与电容c1和石英谐振器共同参与振荡。设计中，为了改善振荡电路的噪声特性，使用低噪声系数的晶体管，并合理设置晶体管的偏置元件值，以调整放大器的直流、交流工作状态，使放大级工作在较优的噪声匹配状态，引入交流负反馈电阻，进一步降低噪声系数，提高频率稳定度。同时，调整石英谐振器的激励功率，使其小于100μw，在保证晶体振荡器顺利起振的前提下，兼具良好的短期频率稳定度和老化率。
46.为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
47.本发明实施例应用蔬菜种植基地、果园、花园，或专业植物培育企业室中，以提高植物的生长速度，提供其成长质量，降低培育成本，节省人力，是一种新型的助长植物关键技术。
48.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体，或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
49.本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合实验过程的数据、图表等进行描述。
50.本发明基于web远程控制的声波助长植物系统，可在传统声波助长仪的基础上附加远程管理平台、植物频率辨识装置、植物频率数据库装置，并实现声波助长系统与远程管理平台、植物频率辨识装置、植物频率数据库装置的良好结合，与传统声波助长设备相比，其主要差异如表1所示。
51.表1本发明与传统声波助长设备差异比较
[0052][0053]
如表1所示，本发明与传统声波助长设备相比，具有以下明显优势：工作人员既可以在远程管理平台上控制整个系统的运行，也可以在现场对系统进行一系列操作，这样使得系统的自动化程度大大提高；同时，植物辨识模块能够准确识辨出植物的种类，并且还能检测到植物当前的状态以及植物周围的环境，从而确定出发射声波的参数，保证声波助长效果，避免了工作人员频繁操作及其带来的工作失误，提高了管理人员的工作效率，促进植物增产。
[0054]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。