一种智能监管花卉的公共租赁花柜及监管花卉方法与流程

本发明属于花卉栽培技术领域，涉及一种智能监管花卉的公共租赁花柜及监管花卉方法。

背景技术：

随着当代百姓生活的提高，养各种各样的盆栽成为了城市居民们的一种爱好，盆栽因为其可以为家中增添色彩、净化空气等优点而受到都市人们的欢迎。然而城市人需要面对繁重的工作压力，时常早出晚归，没有时间也没有精力来管理盆栽，而盆栽尤其是中大型盆栽没有悉心的照料极其容易死亡，有些白领因为出差没有办法按时打理盆栽而导致植物死亡，即使能做到按时浇水，不时常施肥打理这类盆栽也容易出现发黄，植物外形难看等诸多问题。

目前市场上已有滴灌式自动浇花系统，但不能控制植物的光照和温、湿度。“温室暖房”虽然能大面积种植季节性强的植株，但由于缺少电子控制系统，也无法调节湿温度。而且“温室暖房”占地面积大，适合蔬菜一体化大面积种植，但不适合小户型家庭使用。现有的用于管理小型蔬菜(如青菜等)的柜式家庭智能种植机内部空间狭小，只适用于小株植物，仅能通过控制光照和湿度对蔬菜进行保鲜或用于短时间观赏，无法真正养殖植物，而且其售价高昂，成本高，智能化程度不高，仍需要人为介入。对于家庭或学校来说，花卉种植高度受限，成本高，性价比低。

因此，开发一种成本低廉、智能化程度高且能够养殖不同种类花卉的智能监管花卉的公共租赁花柜极具现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术成本较高且智能化程度不高的缺陷，提供一种成本低廉、智能化程度高且能够养殖不同种类花卉的智能监管花卉的公共租赁花柜。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能监管花卉的公共租赁花柜，包括花柜本体及云端；

所述花柜本体包括花柜框架和安装在花柜框架上的拍照识别模块、照明模块、浇水模块、数据采集模块、湿度控制模块、控温模块及控制模块，所述控制模块分别与拍照识别模块、照明模块、浇水模块、数据采集模块、湿度控制模块和控温模块连接；

所述云端包括储存有各种花卉的最佳生长条件的数据库模块，最佳生长条件包括光照强度、环境湿度、土壤湿度及环境温度，所述数据库模块与控制模块连接；

所述拍照识别模块用于拍摄待监管花卉的图片后识别待监管花卉的品种；

所述数据采集模块用于采集待监管花卉在花柜内的生长数据，生长数据包括光照强度、环境湿度、土壤湿度及环境温度；

所述控制模块用于根据拍照识别模块识别出的花卉品种调取数据库模块中该花卉的最佳生长条件，并根据该条件控制照明模块、浇水模块、湿度控制模块及控温模块以使得待监管花卉处于最佳生长条件状态下；

所述照明模块用于接受控制模块发出的照明指令，对待监管花卉进行照明；

所述浇水模块用于接受控制模块发出的浇水指令，对土壤进行浇水；

所述湿度控制模块用于接受控制模块发出的加湿指令，对花柜内环境进行加湿；

所述控温模块用于接受控制模块发出的控温指令，对花柜内环境温度进行控制。

本发明的一种智能监管花卉的公共租赁花柜，采用ai拍照识别技术拍摄花卉照片后识别花卉品种，再调取该品种花卉的最佳生长条件，控制模块根据最佳生长条件控制照明模块、浇水模块、湿度控制模块及控温模块以使得待监管花卉处于最佳生长条件状态下。本发明的花柜，自动化程度高，全程无需人工操作，通过拍照识别模块还可实时监控花卉的状态。

本发明的花柜使用铝材与亚克力作为材料，花柜轻盈，便于在社区、校园搬运。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种智能监管花卉的公共租赁花柜，所述数据采集模块包括用于实时监测待监管花卉光照强度的光照传感器、用于实时监测待监管花卉所处环境的空气湿度的环境湿度传感器、用于实时监测培育待监管花卉土壤的湿度的土壤湿度传感器及用于实时监测待监管花卉所处环境的温度的温度传感器。本发明的数据采集模块的保护范围并不仅限于此，本发明仅以此为例，其他能够获取花卉生长数据的传感器或装置也可适用于本发明。

如上所述的一种智能监管花卉的公共租赁花柜，所述拍照识别模块包括安装在待监管花卉上方的广角摄像头，所述广角摄像头与控制模块连接；

所述识别待监管花卉的品种是调用百度人工智能平台进行的。本发明的保护范围并不仅限于此，可以采用其他人工智能平台如谷歌等识别花卉品种，只要岂能完成对花卉品种的识别即可。

如上所述的一种智能监管花卉的公共租赁花柜，所述照明模块包括照明平台、用于调整照明平台与待监管花卉间间距的调整机构及照明灯；

所述照明平台位于安放待监管花卉的台面的上方，且与其平行；

所述照明灯安装在照明平台的下方，包括蓝色led灯和红色led灯；

所述调整机构包括丝杆步进电机和丝杆支撑座，所述丝杆支撑座一端与照明平台通过螺栓固定，一端与丝杆步进电机的输出轴连接；

所述照明灯和丝杆步进电机与控制模块连接。本发明的照明模块的保护范围并不仅限于此，本发明仅以此为例。本发明的照明模块可以自动调整照明灯与花卉的间距，相比于目前通过柔性管手动调整的手段，调整幅度精确，能够保证花卉处于合适的光照角度和高度。此外，现有技术选用的照明灯具多为发热灯具，照明灯与花卉的间距设置不合理会导致花卉死亡，甚至引发火灾，安全性不佳。本发明选用不发热的蓝色led灯和红色led灯作为照明工具，安全性好，光强稳定，方便调整，本发明不仅能够对led灯的开关进行控制，还能调整led灯的明暗程度以保证模拟出该花卉最适宜吸收的光谱颜色，选用蓝色led灯和红色led灯是因为植物叶绿素的吸收峰值，主要在400～520nm和610～720nm范围内，使用红蓝光能够显著降低能耗并提高效能。本发明通过摄像头与控制模块相互配合智能调整照明灯与花卉的间距，同时还能对照明灯的光强进行调整，实现光照利用的最大化。

如上所述的一种智能监管花卉的公共租赁花柜，所述浇水模块包括位于待监管花卉的上方的水箱，水箱上设有通向培育待监管花卉土壤的水管，水管上设有与控制模块连接的电磁阀。本发明的浇水模块的保护范围并不仅限于此，本发明仅以此为例，也可设置水泵对浇水模块进行控制。

如上所述的一种智能监管花卉的公共租赁花柜，所述湿度控制模块包括用于将水雾化的雾化片组件、排风扇和与外界连通的排风管，所述雾化片组件通过水管与水箱连接，所述雾化片组件与控制模块连接，所述排风扇的排风方向由内至外，所述排风扇与控制模块连接。本发明的湿度控制模块的保护范围并不仅限于此，本发明仅以此为例，现有技术的加湿器也可适用于本发明。当环境湿度较小时，控制模块开启雾化片组件开始加湿，当环境湿度较大时，控制模块开启排风扇，向外界排气，以降低环境湿度。

如上所述的一种智能监管花卉的公共租赁花柜，所述控温模块包括半导体片、散热片和h桥，所述半导体片的双侧连接有散热片，使用h桥式驱动电路可改变电路电流方向进而控制半导体片的制冷或制热，所述半导体片与控制模块连接。本发明的控温模块的保护范围并不仅限于此，本发明仅以此为例。本发明选用半导体片进行控温，其成本较低且结构较为简单。

如上所述的一种智能监管花卉的公共租赁花柜，所述控制模块为型号为atmega328的中央处理器，其包括与云端及智能终端进行通讯的通讯模块；所述智能终端为手机或电脑，通过所述智能终端可对待监管花卉的实际生长条件进行设定。本发明的控制模块的保护范围并不仅限于此，其他能够实现该功能的装置也可适用于本发明，中央处理器的具体型号并不仅限于此，本领域技术人员可选用其他合适型号的处理器。用户通过智能终端不仅能够对花卉的实际生长条件进行设定，还可通过智能终端开启或关闭花柜，实时观察花卉在花柜中的生长情况。

本发明选用的atmega328处理器集成了很多库函数，有很多外围器件，使用起来十分方便，不需要使用者去了解单片机的寄存器，开发起来更快，且处理器在休眠状态时的功耗很低。通讯模块(与智能终端通讯)可以选用蓝牙通信模块，如hc-05蓝牙传感器。atmega328处理器与hc-05蓝牙传感器连接时，只需要将atmega328处理器的pd1(txd)端与hc-05蓝牙传感器的rxd端相连，将atmega328处理器的pd0(rxd)端与hc-05蓝牙传感器的txd端相连，atmega328处理器的vcc端和hc-05蓝牙传感器的vcc端相连，atmega328处理器的gnd端与hc-05蓝牙传感器的gnd端相连。

通讯模块(与云端通讯)可以选用wifi模块，如ar9331芯片，与atmega328处理器连接时，只需要将atmega328处理器的pd6(txd)端与ar9331芯片的rxd端相连，将atmega328处理器的pd5(rxd)端与ar9331芯片的txd端相连，atmega328处理器的vcc端和ar9331芯片的vcc端相连，atmega328处理器的gnd端与ar9331芯片的gnd端相连。温湿度传感器选用dht11温湿度传感器，将dht11温湿度传感器的data端接atmega328处理器的pc0端，atmega328处理器的vcc端与dht11温湿度传感器的vcc端相连，atmega328处理器的gnd端与dht11温度传感器的gnd端相连。土壤湿度传感器与atmega328处理器的pd1端相连。半导体片的+端与l9110s的oa端相连，半导体片的-端与l9110s的ob端相连，l9110s的ia端与atmega328处理器的pc6端相连，l9110s的ib端与atmega328处理器的pc5端相连，l9110s的vcc端与电源的vcc端相连，l9110s的gnd端与电源的gnd端相连。步进电机1驱动模块的方向信号+端口与atmega328处理器的pb6端相连，步进电机1驱动模块的脉冲信号+端口与atmega328处理器的pb7端相连，步进电机1驱动模块的使能端口+与atmega328处理器的pd5端相连，步进电机1驱动模块的使能端口-与atmega328处理器的gnd端相连，步进电机1驱动模块的方向信号-端口-与atmega328处理器的gnd端相连，步进电机1驱动模块的脉冲信号端口-与atmega328处理器的gnd端相连。步进电机2驱动模块的方向信号+端口与atmega328处理器的pd6端相连，步进电机2驱动模块的脉冲信号+端口与atmega328处理器的pd7端相连，步进电机2驱动模块的使能端口+与atmega328处理器的pb0端相连，步进电机2驱动模块的使能端口-与atmega328处理器的gnd端相连，步进电机2驱动模块的方向信号-端口与atmega328处理器的gnd端相连，步进电机2驱动模块的脉冲信号端口-与atmega328处理器的gnd端相连。雾化片的vcc端与atmega328处理器的pb1端相连，雾化片的gnd端与atmega328处理器的gnd端相连。蓝色led的vcc端与atmega328处理器的pb2端相连，蓝色led的gnd端与atmega328处理器的gnd端相连。红色led的vcc端与atmega328处理器的pb3端相连，红色led的gnd端与atmega328处理器的gnd端相连。控制模块还包括继电器，继电器选用的是光耦隔离继电器。继电器1的no端与排风扇1的vcc端相连，继电器1的com端与电源的vcc端相连，排风扇1的gnd端与电源的gnd端相连，继电器1的dc+与atmega328处理器的vcc端相连，继电器1的dc-端与atmega328处理器的gnd端相连，继电器1的in端与atmega328处理器的pb4端相连。继电器2的no端与电磁水阀1的vcc端相连，继电器2的com端与电源的vcc端相连，电磁水阀1的gnd端与电源的gnd端相连，继电器2的dc+与atmega328处理器的vcc端相连，继电器2的dc-端与atmega328处理器的gnd端相连，继电器2的in端与atmega328处理器的pb5端相连。继电器3的no端与排风扇2的vcc端相连，继电器3的com端与电源的vcc端相连，排风扇2的gnd端与电源的gnd端相连，继电器3的dc+与atmega328处理器的vcc端相连，继电器3的dc-端与atmega328处理器的gnd端相连，继电器3的in端与atmega328处理器的pb6端相连。继电器4的no端与电磁水阀2的vcc端相连，继电器4的com端与电源的vcc端相连，电磁水阀2的gnd端与电源的gnd端相连，继电器4的dc+与atmega328处理器的vcc端相连，继电器4的dc-端与atmega328处理器的gnd端相连，继电器4的in端与atmega328处理器的pd4端相连。继电器5的no端与电磁水阀3的vcc端相连，继电器5的com端与电源的vcc端相连，电磁水阀3的gnd端与电源的gnd端相连，继电器5的dc+与atmega328处理器的vcc端相连，继电器5的dc-端与atmega328处理器的gnd端相连，继电器5的in端与atmega328处理器的pc3端相连。继电器6的no端与水泵的vcc端相连，继电器6的com端与电源的vcc端相连，水泵的gnd端与电源的gnd端相连，继电器6的dc+与atmega328处理器的vcc端相连，继电器6的dc-端与atmega328处理器的gnd端相连，继电器6的in端与atmega328处理器的pc4端相连。水泵与继电器6相连，水泵与继电器6相连。

本发明还提供一种用于如上所述的智能监管花卉的公共租赁花柜的监管花卉方法，步骤如下：

(1)拍照识别模块拍摄待监管花卉的图片后识别待监管花卉的品种，拍照识别模块将花卉品种信息传递至控制模块；

(2)控制模块从数据库模块中获取该品种花卉的最佳生长条件，并根据由数据采集模块实时获取的生长数据进行分析，生成调整方案；

(3)控制模块根据调整方案对照明模块、浇水模块、湿度控制模块及控温模块进行控制保证待监管花卉处于最佳生长条件状态下。本发明的监管花卉方法并不仅限于此，以上仅为全自动设定模式下的步骤流程，用户实际上还可修改花卉的生长条件，结束监管后，控制模块把花卉前后的照片、花卉品种及花卉实际生长条件保存至云端的数据库模块中，花柜将自行对数据库进行更新。

有益效果：

(1)本发明的一种智能监管花卉的公共租赁花柜，自动化程度高，无需监管，成本低廉，适用于各类花卉；

(2)本发明的一种智能监管花卉的公共租赁花柜，操作简便易用，能对花卉生长环境进行个性化设置；

(3)本发明的监管花卉方法，操作简便，能够满足人们的个性化要求。

附图说明

图1和2为本发明的智能监管花卉的公共租赁花柜的立体示意图；

图3、4和5分别为图1的俯视图、正视图及左视图；

图6为花柜的示意图；

图7为照明模块的局部放大示意图；

图8为浇水模块的局部放大示意图；

图9为控制模块的局部放大示意图；

图10为湿度控制模块的局部放大示意图；

图11为湿度控制模块的局部放大示意图；

图12为广角摄像头的局部放大示意图；

图13为调整机构的局部放大示意图；

图14为各模块的连接关系示意图；

其中，1～4-铝杆，5-铝合金角件，6～9-亚克力板，10-垫片，11-合页，12-亚力克门板，13-门把手，14-电磁铁配套金属片，15-电磁铁，16-红色led灯，17-蓝色led灯，18-照明平台，19-水汽隔离板，20-丝杆支撑座，21-丝杆步进电机，22-水箱，23-水管，24-电磁阀，25-中央处理器，26-土壤湿度传感器，27-雾化片组件，28-排风扇，29-排风管，30-广角摄像头。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步阐述。

一种智能监管花卉的公共租赁花柜，包括如图1～6所示的花柜本体及云端；

花柜本体包括如图花柜框架和安装在花柜框架上的拍照识别模块、照明模块、浇水模块、数据采集模块、湿度控制模块、控温模块及控制模块，各模块连接关系如图14所示；

花柜框架由2根铝杆1、2根铝杆2和1根铝杆3围成底部框架，2根铝杆1、2根铝杆2和1根铝杆3围成顶部框架，竖直方向由8根铝杆4支撑起来。所有杆之间通过铝合金角件5固定配合，2块亚克力板6与1块亚克力板7对框架外部进行了密封，1块亚克力板6、1块亚克力板8和1块亚克力板9对框架内部空间进行了隔离，正面2根铝杆4上通过2块垫片10和4个合页11分别固定2块亚克力门板12，2块亚克力门板12通过螺母固定2个门把手13，电磁铁15通过螺栓螺母固定在亚克力板9上，2扇门可以分别通过电磁铁配套金属片14和电磁铁15实现开合；

控制模块，如图9所示，为型号为atmega328的中央处理器25，还包括与云端及智能终端进行通讯的通讯模块，智能终端为手机或电脑，通过智能终端可对待监管花卉的实际生长条件进行设定，中央处理器固定在亚克力板9上；

拍照识别模块包括安装在待监管花卉上方的如图12所示的广角摄像头30，广角摄像头与中央处理器25连接，其固定在亚克力板8上，拍照识别模块在拍摄待监管花卉的图片后调用百度人工智能平台识别待监管花卉的品种；

照明模块，如图7所示，包括照明平台18、用于调整照明平台与待监管花卉间间距的如图13所示的调整机构及照明灯，照明平台位于安放待监管花卉的台面的上方，且与其平行，照明平台18下方固定有水汽隔离板19，照明灯安装在照明平台的下方，包括蓝色led灯17和红色led灯16，调整机构包括丝杆步进电机20和丝杆支撑座21，丝杆支撑座21一端与照明平台18通过螺栓固定，一端与丝杆步进电机20的输出轴连接，蓝色led灯17、红色led灯16和丝杆步进电机20与中央处理器25连接；

浇水模块，如图8所示，包括位于待监管花卉的上方的水箱22，水箱位于亚克力板9的上方，水箱22上设有通向培育待监管花卉土壤的水管23，水管上设有与中央处理器25连接的电磁阀24；

数据采集模块包括用于实时监测待监管花卉光照强度的光照传感器、用于实时监测待监管花卉所处环境的空气湿度的环境湿度传感器、用于实时监测培育待监管花卉土壤的湿度的土壤湿度传感器26及用于实时监测待监管花卉所处环境的温度的温度传感器，各传感器与中央处理器25连接，土壤湿度传感器26安装在水管上；

湿度控制模块，如图10和11所示，包括用于将水雾化的雾化片组件27、固定在亚克力板7上的排风扇28和与外界连通的排风管29，雾化片组件27通过水管与水箱连接，排风扇28排出的风通过排风管29从水汽隔离板19与亚克力板7间直接排出，排风扇的排风方向由内至外，雾化片组件27和排风扇28分别与中央处理器25连接；

控温模块，包括半导体片、散热片和h桥，半导体片的双侧连接有散热片，使用h桥式驱动电路改变电路电流方向，控制半导体片的制冷或制热，半导体片与中央处理器25连接；

云端包括储存有各种花卉的最佳生长条件的数据库模块，最佳生长条件包括光照强度、环境湿度、土壤湿度及环境温度，数据库模块与中央处理器25连接。

以上公共租赁花柜的监管花卉方法，花柜全自动操作的步骤如下：

(1)拍照识别模块拍摄待监管花卉的图片后识别待监管花卉的品种，拍照识别模块将花卉品种信息传递至控制模块；

(2)控制模块从数据库模块中获取该品种花卉的最佳生长条件，并根据由数据采集模块实时获取的生长数据进行分析，生成调整方案；

(3)控制模块根据调整方案对照明模块、浇水模块、湿度控制模块及控温模块进行控制保证待监管花卉处于最佳生长条件状态下。

正常用户的使用流程如下：

用户在使用时，启动智能终端的蓝牙功能，等待智能终端与双向反锁装置之间建立蓝牙通信，当建立完成后，用户可通过智能终端(app)对花柜的处理器发出开柜门信号，信号通过hc-05蓝牙传感器传输至atmega328处理器，atmega328处理器收到开柜门信号后，向电磁铁发断电信号，电磁铁收到信号后短时断电，从而完成开柜门操作；用户将花放入花柜后，通过智能终端进行光照平台的升降调整以达到最佳光照吸收，升降平台信号通过hc-05蓝牙传感器传输至atmega328处理器，atmega328处理器收到信号后，向步进电机发正转/反转信号，步进电机收到信号后正转/反转，通过丝杆支撑座带动丝杆转动，从而使光照平台完成升降操作，用户将花卉生长条件键入确认完毕后，智能终端(app)会将花卉生长条件(包括温湿度、光照、浇水水量参数)通过hc-05蓝牙传感器传输至atmega328处理器，atmega328处理器收到花卉生长条件后，根花卉生长条件向排风扇、雾化片组件所连接的光耦隔离继电器及半导体片发出高电平信号，排风扇打开后能够降温、降湿(或升温、加湿)直至温湿度达到预设温湿度参数，温湿度的参数通过dht11温湿度传感器向atmega328处理器发送而获得、向蓝、红色led发不同的pwm信号，通过蓝、红色led亮暗程度搭配出该种植物最适宜吸收的光谱颜色以提供植物光照，持续一段预设的时间后，停止光照、向水箱供水的电磁阀所连接的光耦隔离继电器发信号，电磁阀所连接的光耦隔离继电器收到信号打开电磁阀，水箱里的水会通过水管流进目标花卉的土壤里，浇水水量参数会通过算法化为浇水持续时间，持续一段时间后电磁阀关闭，从而使花卉日常护理完成操作，在下一次的浇水时，浇水的水量会根据atmega328处理器收到的土壤湿度传感器发送的土壤湿度来判断，当数据过高时即土壤湿度相对于该种花卉过于干燥时，水量会增加一定值，该值通过下次浇水时土壤的湿度情况进一步自动调整，若过高则再增加，当数据过低时即土壤湿度相对于该种花卉过于超湿时，水量会减少一定值，该值通过下次浇水时土壤的适度情况进一步自动调整，若过低则再减少，从而实现根据实时环境变更具体的花卉生长条件。

经验证，本发明的公共租赁花柜，自动化程度高，无需监管，成本低廉，适用于各类花卉，操作简便易用，能对花卉生长环境进行个性化设置，能够满足人们的个性化要求，极具应用前景。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，这些仅是举例说明，在不违背本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。