“慧植云種植”--LED植物照明系統(tǒng)——2020神燈獎(jiǎng)申報(bào)技術(shù)

項(xiàng)目名稱：  “慧植云種植”--LED植物照明系統(tǒng)

"Cloud Planting"--A LED plant lighting system

申報(bào)單位：  天津德致倫電子科技有限公司

綜合介紹或申報(bào)理由：

青少年是科學(xué)的希望，祖國(guó)的未來。把青少年培養(yǎng)成為具有科學(xué)價(jià)值觀與人生觀、科學(xué)素養(yǎng)與自主創(chuàng)新能力的合格公民，是黨和政府高度重視、全社會(huì)普遍關(guān)注的問題。在培育青少年健康成長(zhǎng)中，符合青少年成長(zhǎng)規(guī)律，弘揚(yáng)科學(xué)精神，倡導(dǎo)科學(xué)思想和方法的科技教育工作，發(fā)揮著重要作用。尤其是創(chuàng)新型社會(huì)概念的不斷深入人心，培養(yǎng)和選拔具有創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)精神、個(gè)性特長(zhǎng)的創(chuàng)新型人才、復(fù)合型人才和應(yīng)用型人才，也成為科技與教育部門的重要議題,同時(shí)也是我國(guó)科普教育實(shí)施的主線。

我國(guó)是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為主的國(guó)家，農(nóng)業(yè)科普/實(shí)踐是青少年知識(shí)體系構(gòu)建的重要一環(huán)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)已開始應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、AI等技術(shù)，未來農(nóng)業(yè)將是以“智慧種植” 為主的產(chǎn)業(yè)，比如智慧農(nóng)業(yè)中最具代表性的“植物工廠”技術(shù)，就是通過人工構(gòu)建適宜植物生長(zhǎng)的光、溫、濕、二氧化碳、水肥供給等生長(zhǎng)條件來提高作物產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

但是，由于缺乏相關(guān)教學(xué)設(shè)備和課程，大部分孩子對(duì)農(nóng)業(yè)的認(rèn)知仍停留在“種花種菜” 和“溫室大棚”。未來青少年所面對(duì)的（或?qū)氖碌模┈F(xiàn)代農(nóng)業(yè)不同于我們熟知的“種花種菜”和“溫室大棚”，其知識(shí)體系涉及農(nóng)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、智能控制、大數(shù)據(jù)、生物工程等多個(gè)領(lǐng)域，如何將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)、清晰、準(zhǔn)確的融入到實(shí)踐體系中是該方向科普教育需要解決的關(guān)鍵問題。

目前，高中、初中、小學(xué)對(duì)農(nóng)業(yè)實(shí)踐的具有很高的重視程度，很多學(xué)校以“農(nóng)業(yè)體驗(yàn)實(shí)踐”、“回歸自然、體驗(yàn)自然”等主題舉辦校內(nèi)實(shí)踐課程或校外實(shí)踐活動(dòng)。但是，顧慮到出行安全、出行經(jīng)費(fèi)、種植場(chǎng)地等問題，相關(guān)實(shí)踐活動(dòng)不能持續(xù)進(jìn)行。針對(duì)以上問題，我團(tuán)隊(duì)自2017年7月開始立項(xiàng)研發(fā)“智慧種植教學(xué)設(shè)備”，目前已經(jīng)上市了4代標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。

該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念是“將種植活動(dòng)搬到室內(nèi)，讓學(xué)生打造自己的微型植物工廠”，讓學(xué)生足不出戶通過水培種植的過程了解植物照明，了解智慧農(nóng)業(yè)，了解植物工廠。

該系統(tǒng)主要由慧植種植柜設(shè)備、“慧植云”云平臺(tái)、移動(dòng)客戶端組成，具備完整的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。通過人工構(gòu)建適合植物生長(zhǎng)的各種環(huán)境實(shí)現(xiàn)植物在室內(nèi)的種植。系統(tǒng)主要功能如下：通過APP可以任意改變光溫水肥的數(shù)值；使用LED植物生長(zhǎng)燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)、光照時(shí)間、顏色配比等參數(shù)都可以通過APP調(diào)控；使用風(fēng)扇模擬自然天氣，進(jìn)而控制溫濕度和二氧化碳含量，風(fēng)扇開關(guān)時(shí)間可遠(yuǎn)程調(diào)控；使用營(yíng)養(yǎng)液泵和水循環(huán)完成灌溉和施肥過程，標(biāo)配三種水溶肥，通過APP可任意改變配比；立體六單元柜式結(jié)構(gòu)，各種植單元物理空間上完全獨(dú)立，可以單獨(dú)改變生長(zhǎng)參數(shù)；軟件自動(dòng)記錄生長(zhǎng)過程信息，如光照強(qiáng)度、溫度、濕度、二氧化碳、水質(zhì)、pH值等，每天定時(shí)拍照記錄植物生長(zhǎng)形態(tài)，以方便學(xué)生撰寫日志或?qū)嶒?yàn)報(bào)告。

2018年5月，LED照明教學(xué)系統(tǒng)（慧植V2.0版產(chǎn)品）參展 “第三屆全國(guó)基礎(chǔ)教育信息化應(yīng)用交流會(huì)”，受到了與會(huì)老師的普遍關(guān)注。CCTV13在幾百個(gè)參展成果中選取5個(gè)進(jìn)行了重點(diǎn)報(bào)道，該產(chǎn)品為其中之一。本次申報(bào)項(xiàng)目為我司“慧植種植柜V4.0產(chǎn)品”，該定位于基礎(chǔ)教育信息化深度應(yīng)用和青少年科技創(chuàng)新教育，讓學(xué)生獲得親身參與觀察、思考、實(shí)踐、操作的積極體驗(yàn)，培養(yǎng)提升學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力、創(chuàng)新意識(shí)和綜合素質(zhì)。

主要技術(shù)參數(shù)：

1、結(jié)構(gòu)參數(shù)

（1）設(shè)備尺寸200*140*50cm3，金屬結(jié)合半透光亞克力板結(jié)構(gòu)，外形美觀，牢固可靠

（2）設(shè)備自重200kg，底部標(biāo)配4組萬向輪，移動(dòng)方便

（3）220V供電，滿功率350W，兼容網(wǎng)線/WiFi兩種聯(lián)網(wǎng)方式

（4）系統(tǒng)包含6個(gè)種植單元，1個(gè)育苗單元，1個(gè)水肥供給單元

（5）種植單元具有獨(dú)立的光、溫、水、肥環(huán)境檢測(cè)組件，用戶可通過客戶端隨意調(diào)節(jié)生長(zhǎng)參數(shù)，人工定制植物的生長(zhǎng)環(huán)境，之后根據(jù)植物形態(tài)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（6）各單元均為全封閉結(jié)構(gòu)，種植過程互不影響，方便學(xué)生以興趣小組的形式進(jìn)行種植對(duì)比實(shí)驗(yàn)

（7）種植單元具有獨(dú)立拍照組件，可實(shí)時(shí)拍照，也可以每天定時(shí)拍照，自動(dòng)記錄生長(zhǎng)過程

2、組件參數(shù)

（1）人工構(gòu)建光溫水肥環(huán)境，學(xué)生通過客戶端（ APP ）可以任意設(shè)定生長(zhǎng)環(huán)境，觀察、研究環(huán)境引起的植物形態(tài)變化

（2）光譜合成系統(tǒng)

根據(jù)葉綠素光合作用吸收峰，定制了專業(yè)LED植物生長(zhǎng)燈

標(biāo)配紅、藍(lán)兩種LED燈，可為用戶定制白、紫、綠、遠(yuǎn)紅外等專屬LED植物生長(zhǎng)燈

通過物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，用戶可以任意調(diào)節(jié)光強(qiáng)、光照時(shí)間、光質(zhì)等

（3）溫濕度

每個(gè)生長(zhǎng)單元具有獨(dú)立風(fēng)扇，支持任意設(shè)置通風(fēng)時(shí)間

通過通風(fēng)時(shí)間控制溫濕度和二氧化碳含量

（4）水 

系統(tǒng)標(biāo)配水培種植，可為用戶定制基質(zhì)種植

植物根系生長(zhǎng)與水循環(huán)密切相關(guān)，支持任意設(shè)置水循環(huán)時(shí)間

（5）肥料

標(biāo)配3種水溶肥（即營(yíng)養(yǎng)液），植物吸收效率高

每種營(yíng)養(yǎng)液放置在單獨(dú)的儲(chǔ)液瓶中，有單獨(dú)的水泵控制每天的施肥量，用戶可以任意設(shè)置數(shù)值

智能檢測(cè)水中的營(yíng)養(yǎng)液含量，水質(zhì)、pH值實(shí)時(shí)顯示在液晶屏和APP上

（6）全自動(dòng)育苗艙 

育苗箱配備獨(dú)立的LED植物生長(zhǎng)燈、定時(shí)補(bǔ)水泵、風(fēng)扇和定植盤

操作簡(jiǎn)單，用戶將種子放入定植盤后點(diǎn)擊“開始育苗”，系統(tǒng)自動(dòng)完成育苗過程，苗株成熟后在軟件界面推送提醒“完成育苗”

（7）拍照組件         

每個(gè)種植單元均配備拍照組件

用戶登錄APP后，點(diǎn)擊“拍照”，可迅速顯示專屬種植單元的照片 

支持“定時(shí)拍照”，每天自動(dòng)記錄一張照片，自動(dòng)記錄生長(zhǎng)全過程



   

與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品或同類技術(shù)的比較情況：

1、國(guó)外產(chǎn)品情況

根據(jù)我方查閱的資料，目前國(guó)外還沒有類似的產(chǎn)品上市。

2、國(guó)內(nèi)產(chǎn)品

國(guó)內(nèi)LED植物生長(zhǎng)燈的研發(fā)、生產(chǎn)廠家很多，目前該產(chǎn)品的市場(chǎng)銷量正處于快速增長(zhǎng)階段。國(guó)內(nèi)投資建設(shè)的“植物工廠”已經(jīng)有近百個(gè)，其中規(guī)模較大的知名企業(yè)為京東和三安，但這些產(chǎn)品都是應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。我司產(chǎn)品定位于適合教育應(yīng)用的“微型植物工廠”，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還沒有功能類似的產(chǎn)品。
   

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析：

慧植云種植產(chǎn)品是一款用于室內(nèi)種植培育的專業(yè)產(chǎn)品，通過人工構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、可調(diào)控的光溫水肥等環(huán)境因子，輔助育苗育種、植物機(jī)理學(xué)研究、教育教學(xué)實(shí)踐等方向，可滿足農(nóng)科院校、研究所、高校、普教等項(xiàng)目應(yīng)用。

2020年3月20日，中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)文“關(guān)于全面加強(qiáng)新時(shí)代大中小學(xué)勞動(dòng)教育的意見”，強(qiáng)調(diào)要系統(tǒng)加強(qiáng)勞動(dòng)教育，中小學(xué)勞動(dòng)教育每周不少于1課時(shí)，同時(shí)要深化產(chǎn)教融合，鼓勵(lì)高新技術(shù)企業(yè)為開展勞動(dòng)教育提供支持。因此，該產(chǎn)品十分符合政策與社會(huì)需求，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
   

技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點(diǎn)：

1、LED植物照明燈設(shè)計(jì)

（1）通過分析植物照明光學(xué)理論，確定以光合有效輻射和光量子通量密度水平作為光質(zhì)調(diào)節(jié)的衡量標(biāo)準(zhǔn)；

（2）根據(jù)葉綠素吸收光譜選用LED芯片，進(jìn)行配光設(shè)計(jì)，保證有效種植面積內(nèi)最高效的光利用率；

（3）開發(fā)了專用LED調(diào)光電源，可對(duì)多色LED進(jìn)行分路調(diào)光，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光質(zhì)、光周期、光強(qiáng)的精確控制；

（4）根據(jù)LED散熱仿真與測(cè)試設(shè)計(jì)散熱器，提高LED植物生長(zhǎng)燈的可靠性。

2、智能設(shè)計(jì)

（1）開發(fā)了“慧植云”云平臺(tái)，專用于該產(chǎn)品的后端服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品的遠(yuǎn)程監(jiān)控，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析；

（2）產(chǎn)品智能化，開發(fā)智能專用智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品中LED燈、水循環(huán)、排風(fēng)、營(yíng)養(yǎng)液、環(huán)境監(jiān)測(cè)等模塊的集成化、智能化控制；

（3）開發(fā)了客戶端軟件，界面美觀、功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單。
   

實(shí)際運(yùn)用案例和用戶評(píng)價(jià)意見：

慧植云種植 V4.0產(chǎn)品已經(jīng)在中電集團(tuán)某研究所，天津、北京多所中小學(xué)推廣應(yīng)用，用戶評(píng)價(jià)良好。

獲獎(jiǎng)、專利情況：

該產(chǎn)品已申請(qǐng)專利3項(xiàng)，軟件注冊(cè)權(quán)5項(xiàng)，產(chǎn)品商標(biāo)2項(xiàng)，部分已經(jīng)獲得授權(quán)。
   

是否有“智能設(shè)計(jì)”？

（1）開發(fā)了“慧植云”云平臺(tái)，專用于該產(chǎn)品的后端服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品的遠(yuǎn)程監(jiān)控，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析；

（2）產(chǎn)品智能化，開發(fā)智能專用智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品中LED燈、水循環(huán)、排風(fēng)、營(yíng)養(yǎng)液、環(huán)境監(jiān)測(cè)等模塊的集成化、智能化控制；

（3）開發(fā)了客戶端軟件，界面美觀、功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單。

申報(bào)單位介紹：

天津德致倫電子科技有限公司成立于2014年10月，注冊(cè)資本500萬元。公司是一家民營(yíng)高科技公司，專注于為高教、普教提供教學(xué)軟硬件產(chǎn)品、課程資源和培訓(xùn)服務(wù)。

公司強(qiáng)調(diào)自主研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新和頂尖設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品研發(fā)中始終堅(jiān)持硬件產(chǎn)品+配套課程資源并重的原則，以提升產(chǎn)品的品質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。經(jīng)過5年的積累與發(fā)展，我司在AI智慧種植、智慧教室、物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)板卡、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)等方向形成了擁有鮮明特色和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品體系。

公司擁有資深研發(fā)團(tuán)隊(duì)，90%員工擁有本科及以上學(xué)歷，其中博士5人、碩士5人。目前已授權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)20余項(xiàng)，2019年公司獲批“國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)”。

產(chǎn)品圖片：