CN103749212B - 基于植物生长特性的温室有色薄膜自适应跟踪与更换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于植物生长特性的温室有色薄膜自适应跟踪与更换系统，包括一传感模块、一决策模块和一执行机构；所述传感模块包括一光传感器单元、一温度传感器单元、一湿度传感器单元和一植物生长状态传感单元，用于对温室内的光照环境、温湿度以及植物生长状态进行实时检测，并将实时检测的结果送入所述决策模块进行判断；所述决策模块根据所述实时检测的结果获取植物当前生长阶段的状态信息，并基于当前植物在当前生长阶段所需的光照条件和温湿度条件选择对应的有色薄膜，并将该信息输入所述执行机构。本发明通过对温室顶端有色薄膜的自动检测和更换，调节日光进入温室的强度和频率范围，为植物生长的整个过程提供最佳的光照条件，从而达到增产增收的目的。

Description

基于植物生长特性的温室有色薄膜自适应跟踪与更换系统
技术领域
本发明涉及设施农业生产领域，尤其是一种基于植物生长特性的温室有色薄膜自适应跟踪与更换系统。
背景技术
随着我国经济的发展，农民增收缓慢的问题逐渐凸显出来，解决此问题的关键是大力发展农业科技，逐步走向农业现代化。我国地域辽阔，属于大陆性季风气候，与同纬度的其他国家和地区相比具有气温年差大，极端气候条件恶劣等特点。因此温室大棚技术是我国农业发展的重点之一，该技术已在北方地区得到了广泛的推广。
温室又称暖房，能透光、保温、加温，还可以用来遮光或降温，是一种在不适宜植物生长的季节用来栽培植物的设施。它能对温室内部的温度、湿度、土壤水分、养分以及二氧化碳浓度等各种影响植物生长的条件进行调节以增加作物的产量。近年来，我国温室面积不断增加，在提高设施和装备水平的同时温室技术正逐步向实现自动化的方向迈进。
光合作用是植物生长的基础，从光谱的结构上分析，我们知道太阳光是个连续光谱，已经报道，植物并不是对整个太阳光谱都均匀吸收，植物的叶绿素在蓝光和红光部分有两个很强的吸收峰值，而且不同颜色的光对植物生长的作用也不同。例如红光对光合器官的正常发育至关重要，它可通过抑制光合产物从叶中的输出来增加叶片的淀粉积累；蓝光则调控着叶绿素的形成、气孔的开启以及光合节律的调节等生理过程。同时植物在不同的生长阶段所需的光谱成分也不同。常用的温室大棚以透明薄膜覆盖为主，但已有研究表明采用有色薄膜对某些作物的增产增收有促进作用。由于不同植物在不同生长阶段所需的光照条件和光谱成分不同，因此对种植不同植物在不同阶段需要采用不同的有色薄膜才能够达到较好的效果。
目前针对温室大棚薄膜的专利申请，如申请号201310089024.4等，都是针对薄膜材质的制造工艺的，而目前还没有针对不同种植作物和作物不同生长阶段的温室薄膜的自动检测和更换系统，传统普通温室在植物生长的整个过程中都是采用始终如一的透明薄膜，这种薄膜在植物生长的某些阶段可能会有促进，但在另一些阶段则可能起阻碍作用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种低成本的、基于植物生长特性的温室有色薄膜自适应跟踪与更换系统，本发明以通过对大棚顶端有色薄膜的更换，来调节日光进入大棚的强度和频率范围，为植物生长的整个过程提供最佳的光照条件，从而达到增产增收的目的。
本发明采用以下方案实现：一种基于植物生长特性的温室有色薄膜自适应跟踪与更换系统，其特征在于：包括一传感模块、一决策模块和一执行机构；所述传感模块包括一光传感器单元、一温度传感器单元、一湿度传感器单元和一植物生长状态传感单元，用于对温室内的光照环境、温湿度以及植物生长状态进行实时检测，并将实时检测的结果送入所述决策模块进行判断；所述决策模块根据所述实时检测的结果获取植物当前生长阶段的状态信息，并基于当前植物在当前生长阶段所需的光照条件和温湿度条件选择对应的有色薄膜，并将该信息输入所述执行机构；所述执行机构根据该信息将对应的有色薄膜调整到温室顶端。
在本发明一实施例中，所述执行机构包括两电机、两滚轮、一支架和一缠绕在所述滚轮上的带状有色薄膜，通过旋转调节所述带状有色薄膜的位置来选择特定颜色的薄膜并调整到温室顶端。
在本发明一实施例中，所述执行机构通过所述电机对缠绕于所述滚轮上首尾相接成条状的带状有色薄膜进行旋转调节，将对应的带状有色薄膜调整到温室顶端。
在本发明一实施例中，植物在各个生长阶段所需的光照条件和温湿度条件存储在一存储单元中，且所述存储单元连接所述决策模块。
本发明通过对温室大棚顶端有色薄膜的更换，来调节日光进入大棚的强度和频率范围，为植物生长的整个过程提供最佳的光照条件，从而达到增产增收的目的。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明系统原理框图。
图2是本发明执行机构正视图。
图3是本发明执行机构俯视图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种基于植物生长特性的温室有色薄膜自适应跟踪与更换系统，包括一传感模块、一决策模块和一执行机构；所述传感模块包括一光传感器单元、一温度传感器单元、一湿度传感器单元和一植物生长状态传感单元，用于对温室内的光照环境、温湿度以及植物生长状态进行实时检测，并将实时检测的结果送入所述决策模块进行判断；所述决策模块根据所述实时检测的结果获取植物当前生长阶段的状态信息，并基于当前植物在当前生长阶段所需的光照条件和温湿度条件选择对应的有色薄膜，并将该信息输入所述执行机构；所述执行机构根据该信息将对应的有色薄膜调整到温室顶端。
所述植物生长状态传感单元可以采用数字图像识别单元，通过摄像头获取植物当前的生长状态图像，然后与预先存储的该种植物各个生长阶段的状态图像进行对比，进而判定该植物当前所处的生长状态。
如图2和图3所示，所述执行机构包括两电机、两滚轮（包括左电机11和左滚轮配套，以及右电机12和右滚轮配套）、一支架2和一缠绕在所述滚轮上的带状有色薄膜3，通过旋转调节所述带状有色薄膜的位置来选择特定颜色的薄膜并调整到温室顶端。所述执行机构通过所述电机对缠绕于所述滚轮上首尾相接成条状的带状有色薄膜进行旋转调节，将对应的带状有色薄膜调整到温室顶端。植物生长的状态由所述的植物生长状态传感单元测得，而植物在各个生长阶段所需的最佳光照条件和温湿度条件预先通过实验测得，并存储在一存储单元中，而温室中的实际光照条件和温湿度条件则由所述的光传感器单元、温度传感器单元和湿度传感器单元测得，并同时存储在另一存储单元中，最后由决策模块比较所述两个存储单元的结果并作出相应的决策。
不同的植物所需的光强是明显不同的，并且，每一种植物还有自身特定的光谱特性，即对某种特定光谱的光有不同的需求，同时，即使是同一种植物，在不同的生长阶段对光环境的要求也会有所不同。因而本发明采用有色薄膜的方式来调节透过温室顶部的太阳光的频率和强度，以实现增产增收的目的。
传感模块也可以是由单片机或DSP芯片附加相应的传感器和模拟电路构成，用于采集温室内的环境信息，并将结果输入决策模块进行判断。决策模块通过运行单片机或DSP上的决策软件，根据不同植物及植物在不同生长阶段所需的光谱频率及强度的不同，综合温室当前的温湿度、光照条件来决定使用哪种有色薄膜。最后根据决策单元的输出，通过相应硬件电路驱动执行机构进行有色薄膜的更换。需要哪个颜色的薄膜，就将哪个颜色的薄膜调整到合适的位置（温室顶部），从而实现有色薄膜的自适应跟踪和更换。薄膜的颜色可以随着植物的种类和生长阶段以及时间、季节和光照强度的不同而不同，也可以使用多种颜色的薄膜（如红蓝相间的条状薄膜）或中空的无薄膜形式来满足不同光照条件和植物生长的需要。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于植物生长特性的温室有色薄膜自适应跟踪与更换系统，其特征在于：包括一传感模块、一决策模块和一执行机构；所述传感模块包括一光传感器单元、一温度传感器单元、一湿度传感器单元和一植物生长状态传感单元，用于对温室内的光照环境、温湿度以及植物生长状态进行实时检测，并将实时检测的结果送入所述决策模块进行判断；所述决策模块根据所述实时检测的结果获取植物当前生长阶段的状态信息，并基于当前植物在当前生长阶段所需的光照条件和温湿度条件选择对应的有色薄膜，并将该信息输入所述执行机构；所述执行机构根据该信息将对应的有色薄膜调整到温室顶端；所述执行机构包括两电机、两滚轮、一支架和一缠绕在所述滚轮上的带状有色薄膜，通过旋转调节所述带状有色薄膜的位置来选择特定颜色的薄膜并调整到温室顶端；植物在各个生长阶段所需的光照条件和温湿度条件存储在一存储单元中，且所述存储单元连接所述决策模块。
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