本發(fā)明涉及一種控制植物生長環(huán)境的裝置。

背景技術(shù)：

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是指信息科學(xué)、控制科學(xué)、遙感科學(xué)、生命科學(xué)等多學(xué)科相互融合的農(nóng)業(yè)綜合系統(tǒng)工程，通過多種傳感器系統(tǒng)獲取土壤和作物水分、氮素、產(chǎn)量等信息，根據(jù)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)運算，實現(xiàn)精準(zhǔn)播種、收割、平衡施肥、灌溉、作物動態(tài)監(jiān)控技術(shù)等；它代表了我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向，是農(nóng)業(yè)走低耗、高效、優(yōu)質(zhì)、可持續(xù)發(fā)展之路的必然選擇。通過在該控制裝置中加入傳感器，能夠及時有效的獲得土壤和植物生長環(huán)境所需要的各種養(yǎng)分參數(shù)，通過控制器控制，從而解決我國化學(xué)品粗放投放導(dǎo)致農(nóng)作物和土壤污染嚴(yán)重，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)有利于減少不必要化學(xué)藥劑使用和減緩化學(xué)污染。極大的促進了植物生長，并且有效解決環(huán)境污染。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利的目的在于提供一種控制植物生長環(huán)境的裝置，其特征在于該裝置包括以下部件：控制器(1)、服務(wù)器(2)、執(zhí)行部件(3)、顯示器(4)、光源(5)、視頻采集器件(6)和傳感器模塊(7)；

所述傳感器模塊(7)與控制器(1)相連，該傳感器模塊(7)用于檢測植物生長環(huán)境里的環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制器(1)；

所述顯示器(4)、光源(5)、視頻采集器件(6)分別與控制器(1)相連，該顯示器(4)用于顯示傳感器模塊(7)傳輸給控制器(1)的檢測數(shù)據(jù)；視頻采集器件(6)用于實施監(jiān)測植物的生長環(huán)境；

執(zhí)行部件(3)與控制器(1)相連，該部件用于接收控制器(1)的指令要求，從而調(diào)節(jié)植物生長環(huán)境的參數(shù)；

所述服務(wù)器(2)用于接收控制器(1)傳遞的信息，并將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器(2)的客戶端，該客戶端通過服務(wù)器(2)向控制器(1)發(fā)送指令，以調(diào)節(jié)植物生長環(huán)境。

2、如權(quán)利要求1所述的一種控制植物生長環(huán)境的裝置，其特征在于所述傳感器模塊(7)包括光照傳感器用于監(jiān)測光照強度，并將采集的結(jié)果反饋至控制器(1)，由控制器(1)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的光照強度進行比較，向光源(5)發(fā)出指令調(diào)節(jié)光照強度。

3、如權(quán)利要求1所述的一種控制植物生長環(huán)境的裝置，其特征在于所述傳感器模塊(7)包括養(yǎng)分傳感器用于檢測植物生長環(huán)境的養(yǎng)分，并將采集結(jié)果反饋至控制器(1)，由控制器(1)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的植物所需養(yǎng)分信息進行比較，由控制器(1)向執(zhí)行模塊(3)發(fā)出指令來調(diào)節(jié)植物生長所需的養(yǎng)分。

4、如權(quán)利要求1所述的一種控制植物生長環(huán)境的裝置，其特征在于所述服務(wù)器(2)為云端服務(wù)器，客戶端可以進行遠程向控制器(1)發(fā)送指令。

有益效果：

1、該裝置結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，能夠精準(zhǔn)的檢測植物所需的養(yǎng)分，極大的促進了植物生長，并且有效解決環(huán)境污染；

2、本發(fā)明預(yù)先在控制裝置中設(shè)定各項參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動化控制植物生長環(huán)境的各項參數(shù)；

3、本發(fā)明的服務(wù)器為云端服務(wù)器，客戶端可以根據(jù)需要在遠程進行控制植物生長環(huán)境的各項參數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。

一種控制植物生長環(huán)境的裝置，其特征在于該裝置包括以下部件：控制器(1)、服務(wù)器(2)、執(zhí)行部件(3)、顯示器(4)、光源(5)、視頻采集器件(6)和傳感器模塊(7)；

所述傳感器模塊(7)與控制器(1)相連，該傳感器模塊(7)用于檢測植物生長環(huán)境里的環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制器(1)；

所述顯示器(4)、光源(5)、視頻采集器件(6)分別與控制器(1)相連，該顯示器(4)用于顯示傳感器模塊(7)傳輸給控制器(1)的檢測數(shù)據(jù)；視頻采集器件(6)用于實施監(jiān)測植物的生長環(huán)境；

執(zhí)行部件(3)與控制器(1)相連，該部件用于接收控制器(1)的指令要求，從而調(diào)節(jié)植物生長環(huán)境的參數(shù)(該參數(shù)包括溫度、壓力、濕度、二氧化碳、氧氣、酸堿度、無機礦物質(zhì)等參數(shù))；

所述服務(wù)器(2)用于接收控制器(1)傳遞的信息，并將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器(2)的客戶端，該客戶端通過服務(wù)器(2)向控制器(1)發(fā)送指令，以調(diào)節(jié)植物生長環(huán)境。

所述傳感器模塊(7)包括光照傳感器用于監(jiān)測光照強度，并將采集的結(jié)果反饋至控制器(1)，由控制器(1)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的光照強度進行比較，向光源(5)發(fā)出指令調(diào)節(jié)光照強度。

所述傳感器模塊(7)包括養(yǎng)分傳感器用于檢測植物生長環(huán)境的養(yǎng)分，并將采集結(jié)果反饋至控制器(1)，由控制器(1)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的植物所需養(yǎng)分信息進行比較，由控制器(1)向執(zhí)行模塊(3)發(fā)出指令來調(diào)節(jié)植物生長所需的養(yǎng)分。

所述服務(wù)器(2)為云端服務(wù)器，客戶端可以進行遠程向控制器(1)發(fā)送指令。

所述傳感器模塊(7)包括養(yǎng)分傳感器、溫度傳感器，光照傳感器、濕度傳感器、ph值傳感器，二氧化碳傳感器。另外傳感器模塊(7)為可以任意添加的，可以根據(jù)實際的需要添加其他的傳感器。

所述的控制器(1)預(yù)先設(shè)定各種植物生長所述的各種參數(shù)，通過傳感器實時檢測土壤和植物生長環(huán)境的各項參數(shù)指標(biāo)，反饋至控制器，由控制器與預(yù)先設(shè)定的各項參數(shù)值進行對比，根據(jù)比較結(jié)果，向執(zhí)行部件和光源(5)發(fā)出指令，從而調(diào)整土壤養(yǎng)分和植物生長環(huán)境的各項指標(biāo)。

通過溫度傳感器檢測溫度并將采集的結(jié)果反饋至控制器(1)，控制器模塊將檢測溫度信息與預(yù)先設(shè)定的溫度值進行對比，控制器(1)根據(jù)比較結(jié)果向執(zhí)行部件(3)的風(fēng)扇或者加熱管發(fā)送控制指令，以降低或者升高遠程植物生長環(huán)境的溫度；

通過濕度傳感器檢測濕度并將采集的結(jié)果反饋至控制器(1)，控制器模塊將檢測濕度信息與預(yù)先設(shè)定的濕度值進行對比，控制器(1)根據(jù)比較結(jié)果向執(zhí)行部件(3)的除濕器和加濕器發(fā)送控制指令，以降低或者增加遠程植物生長環(huán)境的濕度；

通過二氧化碳傳感器檢測二氧化碳含量，并將采集的結(jié)果反饋至控制器(1)，控制器模塊將檢測結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的二氧化碳值進行對比，控制器(1)根據(jù)比較結(jié)果向執(zhí)行部件(3)的二氧化碳裝置發(fā)送控制指令，以控制二氧化碳的濃度；

通過ph值傳感器檢測植物生長環(huán)境的ph值，并將采集的結(jié)果反饋至控制器(1)，控制器模塊將檢測結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的ph值進行對比，控制器(1)根據(jù)比較結(jié)果向執(zhí)行部件(3)的酸堿控制裝置發(fā)送控制指令，以控制植物生長環(huán)境的ph值；

植物生長的養(yǎng)分包括水，無機鹽和有機物，目前的植物種植大量的施肥，粗放投放導(dǎo)致農(nóng)作物和土壤污染嚴(yán)重，因此需要一個高精度的養(yǎng)分傳感器進行精準(zhǔn)的測量植物所需要的養(yǎng)分，實現(xiàn)精準(zhǔn)投放，不但節(jié)約資源，保護環(huán)境，而且有效提升植物生長。

本發(fā)明的養(yǎng)分傳感器采用如下步驟制備：

步驟一、傳感器基體材料的制備

(1)首先按照sio2、sno2、bi2o3和tio2粉體的質(zhì)量比為1-3:0.5-1:1-2:0.5-1.5稱取備用；將sio2、sno2浸沒在氫氟酸溶液中攪拌2-5h，控制ph為5-6，去除上清液，將沉淀物用去離子水清洗2-4次，在40-70℃下干燥1-2h，得到第一混合粉體，將稱量的bi2o3、tio2與第一混合粉體至于球磨機中球磨3-6h，轉(zhuǎn)速為300-500r/min，得到粒徑為5-35μm的粉體，將混合粉體在70-90℃下干燥3-5h得到干燥的混合粉體；

(2)cofe2o4顆粒的制備；

a、原料的配制：將fe(no3)3、co(no3)3、有機酸(選自檸檬酸)和聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物按摩爾比為1:1:1-5:0.1-0.5稱取備用；

b、首先將fe(no3)3、co(no3)3和有機酸(選自檸檬酸)置于去離子水中，攪拌均勻，調(diào)整使得混合液的ph值為4-6，加熱至40-50℃，加入聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物，攪拌2-3h，得到第一溶膠液，冷卻后將干燥的產(chǎn)物至于高溫室中，在300-500℃保溫30-90min，取出干燥并研磨得到粒徑為5-30μm的cofe2o4顆粒；

(3)cofe2o4顆粒的改性

在常溫下，將上述制備的cofe2o4顆粒和氨基硫醇置于去離子水中(所述cofe2o4顆粒、氨基硫醇和去離子水的質(zhì)量比為2-4:0.1-0.3:10-30)，攪拌2-5h，反應(yīng)完畢后，經(jīng)過離心機離心處理將沉淀物采用無水乙醇洗滌3-5次，常溫真空干燥完全后研磨得到改性的cofe2o4顆粒；

(4)將改性的cofe2o4顆粒和步驟(1)得到的干燥的混合粉體以質(zhì)量比為1-5:2-3混合均勻，置于馬弗爐中進行預(yù)燒結(jié)處理，在500-600℃下燒結(jié)2-3h，升溫至700-800℃燒結(jié)30-60min，升溫至800-850℃燒結(jié)1-2h；將經(jīng)過預(yù)燒結(jié)的混合粉體取出以1-10℃/min的速度進行冷卻至常溫，置于-20℃～-10℃的條件下冷凍干燥10-15h得到坯料，再次置于高溫爐中，以1℃/min～3℃/min的升溫速率升溫至900-1100℃后保溫3-6h進行燒結(jié)處理，冷卻后制得所需的形狀，得到基體材料；

步驟二，基體材料的改性

將基體材料加入亞硫酰氯，以60-80khz超聲波處理1-3h，加熱到40-80℃，攪拌0.5-3h，然后將處理后的基體采用去離子水清洗3-5遍，烘干得到預(yù)處理的基體材料；將預(yù)處理的基體材料加入丙三醇和丙三胺置于密封的容器中，反復(fù)抽充氮氣2-3次，60-80khz超聲波處理1-3h，加熱到40-120℃，攪拌1-4h，將固體過濾，反復(fù)洗滌3-6遍，在60-120℃下真空干燥，得到改性的基體材料；(所基體材料、亞硫酰氯、丙三醇和丙三胺的質(zhì)量比為2-5:3-15:10-20:10-20)

步驟三、石墨烯復(fù)合材料的制備

將硝酸鎳和硝酸鉻以質(zhì)量比為2-3:1-2混合溶于去離子水中得到固液質(zhì)量比為2-5:15-20的懸濁液，添加naoh使得ph值控制在8-10，加入第一溶液(第一溶液由聚苯胺、n-甲基吡咯烷酮和去離子水以質(zhì)量比為0.3-0.8:1-3:20-30組成)攪拌1-2h得到第一混合液；將石墨烯置于乙二醇中超聲分散30-60min，所述石墨烯與乙二醇的質(zhì)量比為2-6:30-50，得到第二混合液；將第一混合液與第二混合液以質(zhì)量比為1-2:3-5置于反應(yīng)室中在120-150℃的條件下反應(yīng)3-6h，將產(chǎn)物用離心機分離后將產(chǎn)物采用離子水洗滌至中性，并干燥既得到石墨烯復(fù)合材料；

步驟四，養(yǎng)分傳感器的制備

將步驟三所制得的石墨烯復(fù)合材料置于聚乙烯醇中，并加入去離子水進行磁力攪拌30-70min，制得溶膠，并將該溶膠放置于均膠機中，采用旋涂法涂覆于步驟二經(jīng)過改性的基體材料上，涂覆完畢后講該部件置于烘干箱中在50-70℃下干燥得到養(yǎng)分傳感器。(所述石墨烯復(fù)合材料、聚乙烯醇和去離子水的質(zhì)量比為3-6:8-15:10-20)

該傳感器性能測試：

1、傳感器基料的制備采用了cofe2o4顆粒，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)與步驟(1)材質(zhì)的顆粒進行混合后首先進行分階段的燒結(jié)處理，之后采用冷卻干燥后再次高溫?zé)Y(jié)所得到的基體材料結(jié)構(gòu)相較于僅僅采用高溫?zé)Y(jié)得到的基體材料更加密實，經(jīng)過燒結(jié)后各元素間連接更加緊密，且導(dǎo)電率有效提升至少15％，可以達到20-35(s/m)(優(yōu)選31)，而未采用冷卻和冰凍干燥，直接進行燒結(jié)的基體材料的導(dǎo)電率為22以下)，研究發(fā)明本發(fā)明的方法進行燒結(jié)后各元素間具有協(xié)同作用，能夠有效增強基體材質(zhì)的導(dǎo)電率，通過對cofe2o4顆粒的改性不但增強了該顆粒燒結(jié)后各元素間的協(xié)同作用，而且兩種材質(zhì)進行混合時分散的更加均勻，便于后期的燒結(jié)，也能夠有效的增強基體材料的穩(wěn)定性；

2、通過研究發(fā)現(xiàn)該基體材料具有層結(jié)構(gòu)，該基體材質(zhì)具有多種金屬元素，各個使得層間離子可以發(fā)生替換和遷移。增加了基體的穩(wěn)定性；將基體材料進一步進行改性，首先進行?；幚恚?jīng)過?；幚淼幕w材料再次改性得到表面帶有羥基和胺基的基體材料，能夠顯著改善基體材料和石墨烯復(fù)合材料的結(jié)合穩(wěn)定性與相容性；

3、石墨烯復(fù)合材料能夠有效提高傳感器的穩(wěn)定性，形成了優(yōu)質(zhì)的到導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可以極大的縮短電子和離子運輸?shù)耐緩?，提高電子傳遞速度，構(gòu)建的電傳感器具有相應(yīng)速度快，靈敏度高，穩(wěn)定性好的特性；引入了鎳元素和鉻元素，通過石墨烯的固定作用，使得各種金屬之間取長補短，有效的發(fā)揮了協(xié)同作用，克服了單一金屬氧化物在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用受限的缺陷，極大的促進了電荷的分離和轉(zhuǎn)移速度，從而有效的提高了傳感器的檢測的靈敏度和處理周期；使得處理周期能夠達到10-15ms；

4、經(jīng)過制備得到的傳感器對于土壤中各養(yǎng)分元素(包括水，無機鹽和有機物等植物生長所需的營養(yǎng)元素)的檢測范圍可以達到1*10^-9mol/l，最佳的探測極限為0.1*10^-9mol/l，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)通過增加石墨烯含量的增加使得傳感器表面的傳感性能明顯增加，探測性能有效提升，但是到達一定的量之后開始變得比較平穩(wěn)且有下降趨勢。研究發(fā)現(xiàn)得到第一混合液與第二混合液以質(zhì)量比為1:4，石墨烯與乙二醇的質(zhì)量比為5:45為最佳配比，所得到的傳感器的檢測范圍最好，成本最低。

應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。