一种家庭菜园智能控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及一种家庭菜园智能控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的发展，菜园智能控制系统的使用越来越广泛，其中涉及到W1-Fi技术、自动控制理论、大数据理论和传感器产品等技术领域。
[0003]W1-Fi是一种无线局域网技术，它通过无线网卡和无线接入点构成无线网络，其中，无线网卡负责接收信号。目前，W1-Fi技术主要包括IEEE802.1la与IEEE802.1lb两个可使用的标准，在开放性区域内，W1-Fi通信距离能够达到305m左右，而在封闭区域内，则在76到122m左右。W1-Fi技术能够与现有有线网络实现有效整合，其组网成本较低，其不需要布线，因而不会受到布线条件的各种限制，十分适合家庭与移动办公的需要。目前自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，尤其是工业控制自动化技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的。大数据技术将给各行各业带来变革性机会，但真正的大数据运用仍处于发展初级阶段。目前我国在公共领域对大数据的运用主要集中在电力行业、智能交通、电子政务、司法系统等四个方面。大数据分析在互联网上的一个重要应用就是基于用户的各种海量在线行为来分析用户的兴趣和需求。传感器在国内的发展已经经历了 50多个春秋，20世纪80年代，改革开放给传感器行业带来了生机与活力。从当前现状来看，传感器的应用已经遍及到工业生产、海洋探测、环境保护、医学诊断、生物工程等多方面的领域，几乎所有的现代化的项目都离不开传感器的应用。
[0004]国外对菜园智能控制技术的研宄较早，始于20世纪70年代，当前正朝着多因子综合控制技术方向发展。其中园艺强国荷兰，其鲜花玻璃温室全部由计算机操作；而日本研制的蔬菜塑料大棚在播种、间苗、运苗、灌水、喷药等作业的自动化方面都有应用。其主要是将各种作物不同生长发育阶段所需要的环境条件输入计算机程序，当某一环境因素发生改变时，其他因素将会自动做出相应修正或调整，通常情况下，以光照条件为始变因素，而温度、湿度和0)2浓度为随变因素，使该四个主要环境因素随时处于最佳协同状态。
[0005]我国对于菜园控制技术的研宄较晚。我国工程技术人员在20世纪80年代吸收发达国家自动化控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术，然而该技术仅限于对温度、湿度和0)2浓度等单项环境因子的控制。
[0006]目前，国内外已经广泛将自动化控制技术应用于大型的温室种植领域。开发了许多植物管家控制系统，其中，日本推出了一个Plants Care Mon植物管家:用于提醒用户浇水时间。当植物花盆中水分适宜的时候LED灯熄灭，进入水分监测模式，且植物管家将会每三小时检测一次，当盆内水分不足时候植物管家进入通知模式，LED灯闪烁，并播放提示音，提醒用户浇水时间到了。此外，Pairot公司推出了另一款植物生长状态的检测设备一一花园管家(Flower Power) o Flower Power可以完成土壤湿度测量、温度测量、光照测量、土壤导电率测量，可以对植物实时进行数据分析，让用户随时了解植物的健康状态，并进行下一刻护理时间预测。同时，用户可以在Flower Power应用中建立日程表，便可在其中显示出未来一段时间需要完成的浇水、添加肥料等任务的时刻表。
[0007]然而目前已有的菜园控制系统依然存在以下几方面的问题:1)对植物、花园、菜园管家检测的参数有限，未能实现同时收集多个参数信息的功能，因此对植物的数据分析和培育有一定的局限性；2)智能性不够高，仅仅在于检测当前状态，并给出相应的方案，而不能智能完成相关操作，需要人工辅助，不能实现完全智能、自动化检测与管理的效果；3)缺乏对检测到的数据进行智能化管理和分析，给用户提供合理的管理建议，降低了植物的存活率和控制系统的可靠性，未能满足实际需求。
【发明内容】
[0008]本发明为了克服以上不足，提供了一种有效提高系统数据收集功能、智能性和可靠性的家庭菜园智能控制系统及其控制方法。
[0009]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种家庭菜园智能控制系统，包括本地培育模块、数据采集与通信模块、数据处理模块、控制模块和显示与管理模块，所述数据采集与通信模块和控制模块与所述本地培育模块连接，且两者均与所述数据处理模块无线连接，所述数据处理模块分别和控制模块以及显示与管理模块连接，数据处理模块包括大数据服务器。
[0010]进一步的，所述本地培育模块由上至下设有若干培养层和育苗层，所述每个培养层包括培养槽和设于培养槽上的培养管道，所述育苗层包括水槽和育苗槽；所述培养层和育苗层还包括滴灌单元、传感器单元和照明单元，所述滴灌单元设于所述培养槽和育苗槽内，所述照明单元设于培养槽和育苗槽上方；滴灌单元与所述水槽连接，所述控制模块分别与滴灌单元和照明单元连接，所述数据采集与通信模块与所述传感器单元连接。
[0011]进一步的，所述照明单元为LED照明灯管。
[0012]进一步的，所述传感器单元包括温湿度传感器、光照传感器和水位传感器。
[0013]进一步的，所述数据采集与通信模块包括数据采集单元和第一通信单元，所述数据采集单元包括图像采集模块和ESP8266最小系统，用于采集本地培育模块的数据信息；所述第一通信单元为ESP8266无线模块，用于将所述数据信息上传至数据处理模块。
[0014]进一步的，所述大数据服务器包括第二通信单元、中央处理单元和存储单元，所述第二通信单元分别和数据采集与通信模块、控制模块以及显示与管理模块连接，所述中央处理单元分别与第二通信单元和存储单元连接。
[0015]进一步的，所述显示与管理模块包括数据显示单元和人工管理单元。
[0016]本发明还提供了一种家庭菜园智能控制系统的控制方法，包括以下步骤:
[0017]S1:所述数据采集与通信模块实时采集所述本地培育模块内植物生长环境的数据信息，并将所述数据信息上传至所述数据处理模块中的大数据服务器；
[0018]S2:大数据服务器对接收的数据信息进行处理得到控制信息，将所述控制信息分别发送至所述控制模块和显示与管理模块；
[0019]S3:控制模块根据接收的控制信息对本地培育模块内植物生长环境进行控制；
[0020]S4:显示与管理模块对接收的控制信息进行实时显示，同时，用户通过显示与管理模块对本地培育模块内植物生长环境进行人工控制；
[0021]S5:重复步骤SI?S4，对本地培育模块进行实时控制。
[0022]进一步的，所述步骤S2具体包括以下步骤:
[0023]S21:第二通信单元接收数据采集与通信模块上传的数据信息并发送至中央处理单元;
[0024]S22:中央处理单元对接收的数据信息进行解析，得到各个环境参数的状态数据，并将所述状态数据与系统内设定的相应参考值进行比较，给出控制信息，同时，对存储单元内存储的数据进行管理和分析，更新状态数据参考值，并将所述控制信息和更新后的参考值输出至存储单元和第二通信单元；
[0025]S23:第二通信单元分别将所述控制信息发送至控制模块以及显示与管理模块。
[0026]进一步的，所述步骤S3对本地培育模块内植物生长环境进行控制具体为:控制滴灌单元以及控制照明单元的工作状态和工作时间。
[0027]本发明提供的家庭菜园智能控制系统及其控制方法，通过数据采集与通信模块实时采集植物的生长环境参数信息，通过大数据服务器对获取的数据信息上传中进行解析、对比处理，得