項目名稱：  “慧植云種植”--LED植物照明系統(tǒng)

"Cloud Planting"--A LED plant lighting system

申報單位：  天津德致倫電子科技有限公司

綜合介紹或申報理由：

青少年是科學(xué)的希望，祖國的未來。把青少年培養(yǎng)成為具有科學(xué)價值觀與人生觀、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、全社會普遍關(guān)注的問題。在培育青少年健康成長中，符合青少年成長規(guī)律，弘揚科學(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)新型社會概念的不斷深入人心，培養(yǎng)和選拔具有創(chuàng)新思維、團隊精神、個性特長的創(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,同時也是我國科普教育實施的主線。

我國是一個以農(nóng)業(yè)為主的國家，農(nóng)業(yè)科普/實踐是青少年知識體系構(gòu)建的重要一環(huán)。現(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)建適宜植物生長的光、溫、濕、二氧化碳、水肥供給等生長條件來提高作物產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)。

但是，由于缺乏相關(guān)教學(xué)設(shè)備和課程，大部分孩子對農(nóng)業(yè)的認知仍停留在“種花種菜” 和“溫室大棚”。未來青少年所面對的（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)、生物工程等多個領(lǐng)域，如何將相關(guān)知識點系統(tǒng)、清晰、準確的融入到實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)對農(nóng)業(yè)實踐的具有很高的重視程度，很多學(xué)校以“農(nóng)業(yè)體驗實踐”、“回歸自然、體驗自然”等主題舉辦校內(nèi)實踐課程或校外實踐活動。但是，顧慮到出行安全、出行經(jīng)費、種植場地等問題，相關(guān)實踐活動不能持續(xù)進行。針對以上問題，我團隊自2017年7月開始立項研發(fā)“智慧種植教學(xué)設(shè)備”，目前已經(jīng)上市了4代標準化產(chǎn)品。

該產(chǎn)品的設(shè)計理念是“將種植活動搬到室內(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、移動客戶端組成，具備完整的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。通過人工構(gòu)建適合植物生長的各種環(huán)境實現(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植物生長燈模擬太陽光，光強、光照時間、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，進而控制溫濕度和二氧化碳含量，風(fēng)扇開關(guān)時間可遠程調(diào)控；使用營養(yǎng)液泵和水循環(huán)完成灌溉和施肥過程，標配三種水溶肥，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立，可以單獨改變生長參數(shù)；軟件自動記錄生長過程信息，如光照強度、溫度、濕度、二氧化碳、水質(zhì)、pH值等，每天定時拍照記錄植物生長形態(tài)，以方便學(xué)生撰寫日志或?qū)嶒瀳蟾妗?br/>

2018年5月，LED照明教學(xué)系統(tǒng)（慧植V2.0版產(chǎn)品）參展 “第三屆全國基礎(chǔ)教育信息化應(yīng)用交流會”，受到了與會老師的普遍關(guān)注。CCTV13在幾百個參展成果中選取5個進行了重點報道，該產(chǎn)品為其中之一。本次申報項目為我司“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、實踐、操作的積極體驗，培養(yǎng)提升學(xué)生的動手、動腦能力、創(chuàng)新意識和綜合素質(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，底部標配4組萬向輪，移動方便

（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個種植單元，1個育苗單元，1個水肥供給單元

（5）種植單元具有獨立的光、溫、水、肥環(huán)境檢測組件，用戶可通過客戶端隨意調(diào)節(jié)生長參數(shù)，人工定制植物的生長環(huán)境，之后根據(jù)植物形態(tài)分析實驗現(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行種植對比實驗

（7）種植單元具有獨立拍照組件，可實時拍照，也可以每天定時拍照，自動記錄生長過程

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植物生長燈

標配紅、藍兩種LED燈，可為用戶定制白、紫、綠、遠紅外等專屬LED植物生長燈

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

（3）溫濕度

每個生長單元具有獨立風(fēng)扇，支持任意設(shè)置通風(fēng)時間

通過通風(fēng)時間控制溫濕度和二氧化碳含量

（4）水 

系統(tǒng)標配水培種植，可為用戶定制基質(zhì)種植

植物根系生長與水循環(huán)密切相關(guān)，支持任意設(shè)置水循環(huán)時間

（5）肥料

標配3種水溶肥（即營養(yǎng)液），植物吸收效率高

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

智能檢測水中的營養(yǎng)液含量，水質(zhì)、pH值實時顯示在液晶屏和APP上

（6）全自動育苗艙 

育苗箱配備獨立的LED植物生長燈、定時補水泵、風(fēng)扇和定植盤

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

（7）拍照組件         

每個種植單元均配備拍照組件

用戶登錄APP后，點擊“拍照”，可迅速顯示專屬種植單元的照片 

支持“定時拍照”，每天自動記錄一張照片，自動記錄生長全過程



   

與國內(nèi)外同類產(chǎn)品或同類技術(shù)的比較情況：

1、國外產(chǎn)品情況

根據(jù)我方查閱的資料，目前國外還沒有類似的產(chǎn)品上市。

2、國內(nèi)產(chǎn)品

國內(nèi)LED植物生長燈的研發(fā)、生產(chǎn)廠家很多，目前該產(chǎn)品的市場銷量正處于快速增長階段。國內(nèi)投資建設(shè)的“植物工廠”已經(jīng)有近百個，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)用于標準生產(chǎn)。我司產(chǎn)品定位于適合教育應(yīng)用的“微型植物工廠”，目前國內(nèi)市場還沒有功能類似的產(chǎn)品。
   

經(jīng)濟評價分析：

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)建標準化、可調(diào)控的光溫水肥等環(huán)境因子，輔助育苗育種、植物機理學(xué)研究、教育教學(xué)實踐等方向，可滿足農(nóng)科院校、研究所、高校、普教等項目應(yīng)用。

2020年3月20日，中共中央、國務(wù)院發(fā)文“關(guān)于全面加強新時代大中小學(xué)勞動教育的意見”，強調(diào)要系統(tǒng)加強勞動教育，中小學(xué)勞動教育每周不少于1課時，同時要深化產(chǎn)教融合，鼓勵高新技術(shù)企業(yè)為開展勞動教育提供支持。因此，該產(chǎn)品十分符合政策與社會需求，具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。
   

技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點：

1、LED植物照明燈設(shè)計

（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)的衡量標準；

（2）根據(jù)葉綠素吸收光譜選用LED芯片，進行配光設(shè)計，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，可對多色LED進行分路調(diào)光，實現(xiàn)了對光質(zhì)、光周期、光強的精確控制；

（4）根據(jù)LED散熱仿真與測試設(shè)計散熱器，提高LED植物生長燈的可靠性。

2、智能設(shè)計

（1）開發(fā)了“慧植云”云平臺，專用于該產(chǎn)品的后端服務(wù)，實現(xiàn)了對產(chǎn)品的遠程監(jiān)控，數(shù)據(jù)存儲和數(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)，實現(xiàn)了對產(chǎn)品中LED燈、水循環(huán)、排風(fēng)、營養(yǎng)液、環(huán)境監(jiān)測等模塊的集成化、智能化控制；

（3）開發(fā)了客戶端軟件，界面美觀、功能強大、操作簡單。
   

實際運用案例和用戶評價意見：

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

獲獎、專利情況：

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

是否有“智能設(shè)計”？

（1）開發(fā)了“慧植云”云平臺，專用于該產(chǎn)品的后端服務(wù)，實現(xiàn)了對產(chǎn)品的遠程監(jiān)控，數(shù)據(jù)存儲和數(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)，實現(xiàn)了對產(chǎn)品中LED燈、水循環(huán)、排風(fēng)、營養(yǎng)液、環(huán)境監(jiān)測等模塊的集成化、智能化控制；

（3）開發(fā)了客戶端軟件，界面美觀、功能強大、操作簡單。

申報單位介紹：

天津德致倫電子科技有限公司成立于2014年10月，注冊資本500萬元。公司是一家民營高科技公司，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)。

公司強調(diào)自主研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新和頂尖設(shè)計，在產(chǎn)品研發(fā)中始終堅持硬件產(chǎn)品+配套課程資源并重的原則，以提升產(chǎn)品的品質(zhì)和競爭力。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)實訓(xùn)臺等方向形成了擁有鮮明特色和自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品體系。

公司擁有資深研發(fā)團隊，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)知識產(chǎn)權(quán)20余項，2019年公司獲批“國家級高新技術(shù)企業(yè)”。

產(chǎn)品圖片：