CN101803544A - 一种温室系统及温室智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种温室系统，包括：支撑墙；覆盖在所述支撑墙上的保温设备；位于温室内的加热装置、培养基和灌溉设备，所述培养基内的基质为生物质，所述灌溉设备与所述培养基相连；设置于所述支撑墙内和温室地下的生物反应堆。本发明还提供了一种温室智能控制系统，包括：分别布设在温室内、培养基内、生物反应堆内的温度传感器和/或湿度传感器；与所述多个传感器相连的中央控制器；与所述中央控制器相连的多个调节机构，其中：所述中央控制器获取各传感器采集的温度数据和/或湿度数据并分析处理后，提供给相应的调节机构，由所述调节机构进行温度调节和/或湿度调节。

Description

一种温室系统及温室智能控制系统

技术领域

本发明涉及农业机械自动化技术领域，尤其涉及一种温室系统及温室智能控制系统。

背景技术

采用吸热保温原理建造的温室由于能够为生物提供其生长所需要的温度、光照等环境，使生物在不适于生长的季节生长而得到广泛应用。现有技术公开了多种温室，包括塑料温室、玻璃温室以及日光温室。但是，现有技术中的温室一般通过日光或暖气对温室进行加热，使温室内的空气温度以及浅地表的温度上升，但温室内的地下温度仍然较低。地下温度过低会导致作物无法正常生长，降低作物产量。现有技术也公开了采用地热技术进行加温，升高温室内的地下温度，但是地热技术造价较高，维护困难，增加了成本。

我国是农作物秸秆生产大国，农作物秸秆中含有纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白、粗脂肪等有机质和氮、磷、钾等营养成分。目前对农作物秸秆的处理方法是直接在田间焚烧。将秸秆直接在田间焚烧，不仅污染环境，而且造成资源的浪费：只有40％的钾能够得到应用，氮、磷、有机质等物质和燃烧产生的热能全部损失。

秸秆生物反应堆技术是以植物饥饿原理、植物生防原理、叶片主被动吸收原理和矿物质循环利用原理为基础，通过采用农作物秸秆反应堆专用菌和植物生防疫苗，将秸秆转化为作物所需的二氧化碳、抗病孢子、有机质和矿物质等元素，可以改善温室内的生产环境，增加作物产量，提高作物质量。在秸秆生物反应堆中，生物在进行分解时会产生热量，因此，秸秆生物反应堆可以作为热源。

随着自动化技术的发展，温室自动控制技术逐渐成为研究热点。现有技术已经公开了对温室中空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照和雨量等因素进行检测，实现自动滴灌、自动加温、自动通风等控制的温室自动化系统，但是这些温室自动化系统均无法对作物生长的基质，如土壤或无土栽培中的营养液进行控制，也无法对温室内的地下温度进行控制。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种温室系统及温室智能控制系统，本发明提供的温室系统能够提高温室内的地下温度，降低了温室的使用成本；本发明提供的温室智能控制系统能够实现对空气温度、培养基温度和湿度、生物反应堆的温度和湿度的智能控制，提高了农业生产自动化程度。

本发明提供了一种温室系统，包括：

支撑墙；

覆盖在所述支撑墙上的保温设备；

位于温室内的加热装置、培养基和灌溉设备，所述培养基内的基质为生物质，所述灌溉设备与所述培养基相连；

设置于所述支撑墙内和温室地下的生物反应堆。

优选的，所述加热装置包括热源和换热器，所述换热器安装在温室内，所述热源对所述换热器进行加热。

优选的，所述热源为生物质气化炉。

优选的，还包括设置于保温设备上的遮阳网和/或保温被。

与现有技术相比，本发明提供的温室系统除了包括传统的支撑墙和保温设备以外，还包括加热装置、以生物质为基质的培养基、与培养基相连的滴灌设备和设置于支撑墙内和温室地下的生物反应堆。本发明通过加热装置对温室内的空气进行加热，利用生物反应堆中生物进行分解反应产生的热量对温室的地下土壤和支撑墙进行加热，使温室内的空气、支撑墙和地下都保持较高温度。生物反应堆分解后的生物质可以投入培养基中作为作物生长的基质，从而降低了成本。本发明以生物质为基质种植作物，只需灌溉清水，无需使用营养液，降低了设备成本和肥料成本，同时提高了作物产量。

本发明还提供了一种用于上述技术方案所述的温室系统的温室智能控制系统，其特征在于，包括：

分别布设在温室内、培养基内、生物反应堆内的温度传感器和/或湿度传感器；

与所述多个传感器相连的中央控制器；

与所述中央控制器相连的多个调节机构，其中：

所述中央控制器获取各传感器采集的温度数据和/或湿度数据并分析处理后，提供给相应的调节机构，由所述调节机构进行温度调节和/或湿度调节。

优选的，所述多个调节结构包括保温被、遮阳网、气化炉、滴灌设备、生物反应堆温度和湿度控制器。

优选的，还包括与所述中央控制器相连的光照度传感器，所述多个调节机构中包括光照度控制器，所述光照度传感器采集温室内的光照度数据并传递给所述中央控制器进行分析处理，所述光照度控制器根据所述中央控制器的分析处理结果调整光度。

优选的，还包括与所述中央控制器相连的二氧化碳浓度传感器，所述多个调节机构中包括二氧化碳浓度控制器，所述二氧化碳浓度传感器采集温室内的二氧化碳数据并传递为所述中央控制器进行分析处理，所述二氧化碳浓度控制器根据所述中央控制器的分析结果调整二氧化碳浓度。

优选的，所述中央控制器包括农作物生长参数数据库。

优选的，所述中央控制器具有人机交互界面。

与现有技术相比，本发明提供的温室智能系统包括设置在温室内、培养基内和生物反应堆内的温度传感器和/或湿度传感器，中央控制器和多个调节机构，中央控制器获取各传感器采集的温度数据和/或湿度数据后，提供给相应的调节机构，由所述调节机构进行温度调节和/或湿度调节，使温室内的环境更适合作物生长。本发明提供的温室智能系统能够实现对作物生长需要的因素，如空气温度、培养基温度、培养基湿度、生物反应堆温度和湿度等的智能控制，提高了农业生产的自动化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的温室系统内的加热装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的温室隔温模型示意图；

图3为本发明实施例提供的温室智能控制系统的组成及控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的温室系统和温室智能控制系统进行详细描述，显而易见地，下面描述中的实施例仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。

本发明提供了一种温室系统，包括：

支撑墙；

覆盖在所述支撑墙上的保温设备；

位于温室内的加热装置、培养基和灌溉设备，所述培养基内的基质为生物质，所述灌溉设备与所述培养基相连；

设置于所述支撑墙内和温室地下的生物反应堆。

本发明提供的第一个实施例中，包括单面支撑墙和覆盖在支撑墙上的塑料棚布。在本发明的其他实施例中，可以有多面支撑墙，保温设备可以为玻璃。

本发明提供的温室系统还包括换热器，通过热源对换热器加热，温室内的冷空气经过换热器成为热空气循环回到温室中，达到加热温室的目的。在本实施例中，换热器的热源为生物质气化炉。参见图1，图1为本发明实施例提供的温室系统内的加热装置的结构示意图。其中，101为废气出口，102为热风出口，103为燃具，104为冷风入口，105为三通阀，106为燃气浓度传感器，107为气体净化器，108为二次裂解室，109为助燃气入口，110为加料口，111为干燥室，112为氧化室，113为燃烧室，114为循环管道，115为助燃风机。其中，108二次裂解室、109助燃气入口、进料口110、干燥室111、氧化室112、燃烧室113和循环管道114构成生物质气化炉将生物质气化为换热器提供热源，对温室内气体加温。图1所示的加热装置工作原理如下：

将生物质从加料口110加入气化炉中，在干燥室111中经过干燥，在氧化室112中经过氧化后在燃烧室113中燃烧，生成混合气体。混合气体逐层上升，升至干燥室上部的气体出口后沿着循环管道114进入二次裂解室108，混合气体在二次裂解室108中进行二次裂解，得到含焦油量较少的可燃气体。助燃风气115的作用是将助燃气体通过助燃气入口109送入燃烧室113中，使生物质燃烧。

含焦油量较少的可燃气经过气体净化器107，气体净化器107可吸附可燃气体中的水分和焦油等杂质，提高可燃气体的品质。燃气浓度传感器106的作用是检测可燃气体的浓度，如果可燃气体未达到使用浓度，则通过三通阀105将可燃气排放到大气中，如果达到使用浓度，则通过三通阀105将可燃气提供给燃具103，燃具103将可燃气点燃，加热换热器115。温室内的冷风从冷风入口104进入换热器，经过加热后变成热空气从热风出口102重新进入温室，从而达到将温室内的气体加热的目的。废气出口1的作用是排出可燃气燃烧产生的废气。

本发明提供的温室系统还包括培养基，培养基用来无土栽培作物。培养基内的基质为生物质。生物质中含有大量维生素、半维生素、木质素、粗脂肪、粗蛋白等有机质和氮、磷、钾等营养元素，能够全面供应作物养分，有利于作物生长，能够提高作物的产量和品质。

以生物质为基质种植作物，在作物的生长过程中只需灌溉清水，因此，本发明提供的温室系统还包括与培养基相连的滴灌设备，当温室内的作物需要水分时，由滴灌设备为作物提供水分。

为了保持温室内地下和支撑墙的温度，本发明提供的温室系统还包括位于支撑墙内和温室地下的生物反应堆。生物反应堆在生物分解时能够产生热量，将支撑墙墙体和温室地面加热，使温室内保持较高的温度。本实施例可以在生物反应堆中加入生物反应堆专用菌和植物生防疫苗，使生物质分解，转化成作物生长所需的二氧化碳、抗病孢子、有机质和矿物质等，生物质分解得到的热量用于加热温室的支撑墙和地面，分解后得到的物质可以投入培养基内作为基质种植作物，提高生物质的利用率。

本发明提供的第二个实施例除了包括支撑墙、塑料薄膜、换热器、培养基、灌溉设备和生物反应堆以外，还包括覆盖在塑料薄膜上的保温被，保温被的作用在于使热量不易散失，维持温室内的温度。本实施例还包括覆盖在保温被上的遮阳网，遮阳网的作用在于调节温室内的光照度和温度，当温室内光照强度较强时，遮阳网将塑料薄膜覆盖住，降低光照度；当温室内光照强度较低时，遮阳网卷起在支撑墙一侧，使温室内接受较多的光照，增加光照度。参见图2，图2为本发明实施例提供的温室隔温模型示意图。其中，201为生物反应堆，202为塑料棚布，203为保温被或遮阳网，204为塑料布，205为支撑墙。由图可见，温室散热有三种途径，一是通过地下散热，二是通过支撑墙散热，三是通过顶棚散热。将生物反应堆201填埋于温室地下时，生物堆分解反应产生的热量能够加热地面，同时由于生物质为多孔有机质，能够阻止温室地面的热量向外界散失。将生物反应堆205填充在支撑墙205内，生物反应堆分解反应产生的热量能够将温室的支撑墙205加热，生物质的多孔特性能够有效防止支撑墙的热量向外界散失，因此能够起到隔热作用。在顶棚202上安装保温被或遮阳网，能够防止温室内热量向外散失或隔绝外部温度向温室内辐射，从而起到保持温室内适宜温度的作用。

与现有技术相比，本发明提供的温室系统除了包括传统的支撑墙和保温设备以外，还包括加热装置、以生物质为基质的培养基、与培养基相连的灌溉设备和设置于支撑墙内和温室地下的生物反应堆。本发明通过加热装置对温室内的空气进行加热，利用生物反应堆中生物进行分解反应产生的热量对温室的地下土壤和支撑墙进行加热，使温室内的空气、支撑墙和地下都保持较高温度。生物反应堆分解后的生物质可以投入培养基中作为作物生长的基质，从而降低了成本。本发明以生物质为基质种植作物，只需灌溉清水，无需使用营养液，降低了设备成本和肥料成本，同时提高了作物产量。

本发明还提供了一种温室智能控制系统，参见图3，图3为本发明实施例提供的温室智能控制系统的组成及控制原理图。

本发明第一个实施例提供的温室智能控制系统包括空气温度传感器302，空气温度传感器302采集温室内的空气温度数据并传递给中央控制器301进行分析处理。

温室智能控制系统还包括培养基温度传感器303，培养基温度传感器303采集培养基内的温度数据并传递给中央控制器301进行分析处理；

温室智能控制系统还包括培养基湿度传感器304，培养基湿度传感器304采集培养基内的湿度数据并传递给中央控制器301进行分析处理；

温室智能控制系统还包括生物反应堆温度和湿度传感器305，生物反应堆温度和湿度传感器305采集生物反应堆内的温度和湿度数据并传递给中央控制器301进行分析处理；温室智能控制系统还包括中央控制器301，中央控制器301接收来自空气温度传感器302输出的空气温度数据，并对所述空气温度数据进行分析处理，即判断该空气温度与温室内作物所需要的空气温度的差距，然后生成相应指令，输出给相应的调节机构。

中央控制器301还接收来自培养基温度传感器303输出的培养基温度数据，并对所述培养基温度数据进行分析处理，即判断该培养基的温度与温室内作物所需要的土壤温度的差距，然后生成相应指令，输出给相应的调节机构。

中央控制器301还接收来自培养基湿度传感器304输出的培养基湿度数据，并对所述培养基湿度数据进行分析处理，即判断该培养基的湿度与温室内作物所需要的土壤湿度的差距，然后生成相应指令，输出给相应的调节机构。

中央控制器301接收来自生物反应堆温度和湿度传感器305输出的生物反应堆温度和湿度数据，并对所述生物反应堆温度和湿度数据进行分析处理，即判断该生物反应堆温度和湿度与生物反应堆进行分解反应时所需要的温度和湿度的差距，然后生成相应指令，输出给相应的调节机构。

温室智能控制系统还包括气化炉燃烧控制器312，气化炉燃烧控制器312接收来自于中央控制器301的指令，并根据该指令自动开启或关闭气化炉，以达到加温或降温的目的。

温室智能控制系统还包括滴灌设备控制器313，滴灌设备控制器313接收来自于中央控制器301的指令，并根据该指令自动开始或停止滴灌，以达到增加湿度的目的。

温室智能控制系统还包括管道加热控制器，管道加热控制器接收来自于中央控制器301的指令，并根据该指令自动对管道开始或停止加热，以达到提高培养基温度的目的。

温室智能控制系统还包括生物反应堆温度和湿度控制器315，生物反应堆温度和湿度控制器315接收来自于中央控制器301的指令，并根据该指令自动调整生物反应堆的温度和湿度，提高或降低生物反应堆进行分解反应的速率。

下面对本发明提供的温室智能控制系统的工作原理进行详细描述：

空气温度传感器302采集到温室内的空气温度数据并传递给中央控制器301，中央控制器301对所述空气温度数据进行判断并生成指令输出，当空气温度较高时，中央控制器301将指令输出给鼓风机控制器，鼓风机控制器根据该指令自动启动鼓风机送风使温室降温；当空气温度较低时，中央控制器301将指令输出给气化炉燃烧控制器312，气化炉燃烧控制器312自动启动生物质气化炉对温室进行加热。

培养基温度303采集到培养基内的温度数据并传递给中央控制器301，中央控制器301对所述培养基的温度数据进行判断并生成指令输出，当培养基内的温度过低时，中央控制器301将指令输出给管道加热控制器，管道加热控制器启动管道加热设备，对培养基进行加热，使温度上升。

培养基湿度传感器304采集到培养基内的湿度数据并传递给中央控制器301，中央控制器301对所述培养基的湿度数据进行判断并生成指令输出，当培养基内的湿度过低时，中央控制器将指令输出给滴灌设备控制器313，滴灌设备控制器根据该指令启动滴灌设备进行灌溉，提高培养基内的湿度。

生物反应堆温度和湿度传感器305采集到生物反应堆内的温度和湿度数据并传递给中央控制器301，中央控制器301对所述生物反应堆温度和湿度数据进行判断并生成指令：当生物反应堆内的温度过低时，中央控制器301将指令输出给生物反应堆温度和湿度控制器，生物反应堆温度和湿度控制器控制生物反应堆升温；当生物反应堆内的湿度过低时，中央控制器301将指令输出给生物反应堆温度和湿度控制器，生物反应堆温度和湿度控制器控制生物反应堆加湿。

本发明提供的第二个温室智能控制系统的实施例除了包括第一个实施例包括的模块、单元外，还包括光照度传感器306、保温被控制器310和遮阳网控制器311，光照度传感器306能够采集温室内的光照度数据并传递给中央控制器301进行分析处理，保温被控制器310和遮阳网控制器311接收来自于中央控制器301的指令，并根据该指令自动开启或关闭保温被和遮阳网，以达到减少光照和增加光照的目的。

光照度传感器306采集到温室内的光照度数据并传递给中央控制器301，中央控制器301对所述光照度数据进行判断并生成指令输出：当光照度过高时，中央控制器将指令输出给遮阳网控制器311，遮阳网控制器311根据该指令启动遮阳网电机，将遮阳网覆盖在温室表面，降低温室内的光照度；当光照度过低时，中央控制器301将指令输出给遮阳网控制器311，遮阳网控制器311根据该指令启动遮阳网电机，将遮阳网卷起，增加温室内的光照度。

当温室内同时安装有光照度传感器306和空气温度传感器302时，由于光照同时会增加温室空气的温度，中央控制器301可以采取以下方式控制室内光照度：光照度传感器306采集温室内的光照度数据并传递给中央控制器301，中央控制器对所述光照度数据进行判断并生成指令输出：当光照度较高时，首先由中央控制器301调用空气温度数据，若空气温度较高，则中央控制器301将指令输出给遮阳网控制器311，启动遮阳网电机，将遮阳网覆盖在温室表面，降低光照度的同时降低空气温度；当光照度低时，中央控制器301调用空气温度数据，若空气温度较低，则中央控制器301将指令输出给保温被控制器310，启动保温被电机，将保温被覆盖在温室表面。

中央控制器301还可以采取以下方式控制室内温度：空气温度传感器302采集温室内空气温度数据并传递给中央控制器301，中央控制器301对所述空气温度数据进行判断并生成指令输出：当温室内空气温度较低时，首先由中央控制器301调用光照度数据，若光照度较低，则中央控制器301将指令输出给保温被控制器，启动保温被电机，保温被卷起，提高温室内的光照度，同时利用光照给温室加温；若光照度较高，则中央控制器301将指令输出给气化炉燃烧控制器，启动生物质气化炉对温室内的气体进行加热。

本发明提供的第三个温室智能控制系统的实施例除了包括第二个实施例所有的模块、单元外，还包括二氧化碳浓度传感器307和二氧化碳施放设备控制器，二氧化碳浓度传感器307采集温室内的二氧化碳浓度的数据并传递到中央控制器301进行分析处理；二氧化碳施放设备控制器接收来自于中央控制器301的二氧化碳浓度数据并根据该自动开启或关闭二氧化碳施放设备，以达到增加二氧化碳浓度的目的。

二氧化碳浓度传感器307采集温室内的二氧化碳浓度的数据并传递到中央控制器301，中央控制器301对所述二氧化碳浓度数据进行判断并生成指令输出：当温室内二氧化碳浓度过低时，中央控制器30将指令输出给生物反应堆温度和湿度控制器315，调整生物反应堆的温度，增加二氧化碳产气量，若果仍不能达到要求，中央控制器301将指令输出给二氧化碳施放设备控制器，施放二氧化碳气肥，增加二氧化碳浓度。

在本发明的其他实施例中，中央控制器301具有人机交互界面308，操作者通过人机交互界面308调取中央控制器中的数据并进行显示。

在本发明的其他实施例中，中央控制器301还包括作物生长参数数据库309，作物生长参数数据库309中包含了不同作物不同生长时期所需要的空气温度、土壤等基质的温度和湿度等因素，可以作为中央控制器301对数据进行分析处理的判断标准，分析处理过程如下：

中央控制器301根据温室内种植的作物类型调取作物生长参数数据库309内的该作物的生长参数数据，并将从传感器接收到的数据与该生长参数数据进行比较，根据比较结果生成相应的指令输出给相应的控制器，如中央控制器301对空气温度传感器302接收到空气温度数据，并调用该作物生长需要的空气温度参数，然后比较空气温度数据和空气温度参数并生成指令：当空气温度较高时，中央控制器301将指令输出给鼓风机控制器，鼓风机控制器根据该指令自动启动鼓风机送风使温室降温；当空气温度较低时，中央控制器301将指令输出给气化炉燃烧控制器312，气化炉燃烧控制器312自动启动生物质气化炉对温室进行加热。

与现有技术相比，本发明提供的温室智能系统包括设置在温室内、培养基内和生物反应堆内的温度传感器和/或湿度传感器，中央控制器和多个调节机构，中央控制器获取各传感器采集的温度数据和/或湿度数据后，提供给相应的调节机构，由所述调节机构进行温度调节和/或湿度调节，使温室内的环境更适合作物生长。本发明提供的温室智能系统能够实现对作物生长需要的因素，如空气温度、培养基温度、培养基湿度、生物反应堆温度和湿度等的智能控制，提高了农业生产的自动化程度。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种温室系统，其特征在于，包括：

支撑墙；

覆盖在所述支撑墙上的保温设备；

位于温室内的加热装置、培养基和灌溉设备，所述培养基内的基质为生物质，所述灌溉设备与所述培养基相连；

设置于所述支撑墙内和温室地下的生物反应堆。

2.根据权利要求1所述的温室系统，其特征在于，所述加热装置包括热源和换热器，所述换热器安装在温室内，所述热源对所述换热器进行加热。

3.根据权利要求2所述的温室系统，其特征在于，所述热源为生物质气化炉。

4.根据权利要求1所述的温室系统，其特征在于，还包括设置于保温设备上的遮阳网和/或保温被。

5.一种用于权利要求1-4任意一项所述的温室系统的温室智能控制系统，其特征在于，包括：

分别布设在温室内、培养基内、生物反应堆内的温度传感器和/或湿度传感器；

与所述多个传感器相连的中央控制器；

与所述中央控制器相连的多个调节机构，其中：

所述中央控制器获取各传感器采集的温度数据和/或湿度数据并分析处理后，提供给相应的调节机构，由所述调节机构进行温度调节和/或湿度调节。

6.根据权利要求5所述的温室智能控制系统，其特征在于，所述多个调节结构包括保温被、遮阳网、气化炉、滴灌设备、生物反应堆温度和湿度控制器。

7.根据权利要求5所述的温室智能控制系统，其特征在于，还包括与所述中央控制器相连的光照度传感器，所述多个调节机构中包括光照度控制器，所述光照度传感器采集温室内的光照度数据并传递给所述中央控制器进行分析处理，所述光照度控制器根据所述中央控制器的分析处理结果调整光度。

8.根据权利要求5所述的温室智能控制系统，其特征在于，还包括与所述中央控制器相连的二氧化碳浓度传感器，所述多个调节机构中包括二氧化碳浓度控制器，所述二氧化碳浓度传感器采集温室内的二氧化碳数据并传递为所述中央控制器进行分析处理，所述二氧化碳浓度控制器根据所述中央控制器的分析结果调整二氧化碳浓度。

9.根据权利要求5-8任意一项所述的温室智能控制系统，其特征在于，所述中央控制器包括农作物生长参数数据库。

10.根据权利要求5-8任意一项所述的温室智能控制系统，其特征在于，所述中央控制器具有人机交互界面。

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