CN104267768A - 一种温室大棚智能化调控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温室大棚智能化调控装置及方法，包括专用装置和机组控制系统，专用装置包括安装在大棚内顶部横向设置的上下两个通道，上通道内装有风机，下通道中装有二氧化碳吸收器和二氧化碳回流器，大棚设有专用空调机组，机组控制系统与二氧化碳浓度测试仪以及设置在棚内的湿度传感器和温度传感器连接，解决了温度、湿度、二氧化碳三个环境因素的可靠性控制，成本低。

Description

一种温室大棚智能化调控装置及方法

技术领域

本发明属于温室调控技术领域，尤其是涉及一种温室大棚智能化调控装置及方法。

背景技术

大棚过高的湿度对于作物的升腾有抑制作用，影响作物的正常生长。有种植经验的种植者常常选在天气晴朗的上午进行温室大棚的通风换气（如敞开大棚顶部保温层等），因此时环境温度较高。通风有两种作用，一是排除由于作物的升腾而产生的水蒸气，降低空气湿度；二是补充由于作物光合作用所消耗的二氧化碳（大气中的）。但是在上述有利作用的同时也造成部分温度的流失，温度的流失造成夜间棚内寒冷，冬季阴天尤甚。温度、湿度、二氧化碳是温室大棚重要的环境影响因子，实现上述因素的自动调控是实现温室大棚自动化、智能化的重要条件。温室调控技术至今经历了几十年的发展过程，初期是使用传感仪表对温室设施中的光照温度等参数进行测量，再使用手动或电动执行机构如幕帘、通风设施等简单控制。随着传感仪器仪表及执行器技术的进步，温室大棚逐步可以实现对作物所需的环境参数进行控制的智能系统。这些高水平温室大棚的环境控制系统能够根据传感器采集室温、地湿、室内湿度、叶湿、二氧化碳浓度、溶液浓度、风向、风速、土壤含水量等作物生长状态所需的环境相关参数，调节相关设备装置使环境因素调节到最佳状态。自上世纪90年代中期以来，我国科技工作者运用模糊控制的原理研究设计了连栋温室控制系统，使温室大棚环境达到最佳，在温室自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结、收集农业领域知识、技术和各种试验数据构建专家系统，实现部分环境因素的智能控制。但是该方面的研究多限于理论上的研究，成本太高，缺乏行之有效的智能化装备，难以进行大规模的推广。

发明内容

本发明的目的是：提供一种成本低廉的温室大棚智能化调控装置及方法。

本发明的技术方案是：一种温室大棚智能化调控装置，包括专用装置和机组控制系统，专用装置包括安装在大棚内顶部横向设置的上下两个通道，上通道一端通到大棚内、另一端通到棚外，上通道内装有风机，下通道的两端通到大棚内，下通道的一端具有朝下的折流风机，下通道中装有二氧化碳吸收器和二氧化碳回流器，二氧化碳吸收器与二氧化碳浓度测试仪连接，二氧化碳吸收器上装有电加热器；机组控制系统与二氧化碳浓度测试仪以及设置在棚内的湿度传感器和温度传感器连接，二氧化碳浓度测试仪通过信号传输到机组控制系统控制电加热器，湿度传感器通过信号传输到机组控制系统控制水泵，水泵与设置在棚内的喷水装置连接；大棚设有专用空调机组，机组控制系统与专用空调机组连接，温度传感器通过信号传输到机组控制系统控制专用空调机组，大棚下方连接回风管，回风管下段在地下埋设后连接到棚外。

一种温室大棚智能化调控方法，包括以下内容：

（一）湿度调节：棚内温度、湿度达到一定数值后产生大量的水蒸气，湿度传感器监测到棚内湿度达到设定上限值时，湿度传感器通过信号传输到机组控制系统，机组控制系统控制上通道内的风机开启，通过上通道向棚外排除多余的水蒸气；湿度传感器监测到棚内湿度达到设定下限值时，湿度传感器通过信号传输到机组控制系统控制水泵开启，通过喷水装置向棚内灌溉；

（二）二氧化碳调节：下通道内在折流风机的作用下，含有作物光合作用未消耗完二氧化碳的空气和少量水蒸气的混合气体吸入下通道内，下通道内的二氧化碳吸收器扑捉到二氧化碳，该二氧化碳吸收器为聚乙烯亚胺聚合物，二氧化碳浓度测试仪监测到扑捉到的二氧化碳饱和后，通过信号传输到机组控制系统控制电加热器开启，经电加热器加温至设定温度，使二氧化碳逸出，通过二氧化碳回流器将二氧化碳返流到棚内，少量的水蒸气返流后逐渐飘升至大棚的顶部，被上通道引出棚外；

（三）温度调节：温度传感器监测到棚内温度低于设定下限值时，温度传感器通过信号传输到机组控制系统控制专用空调机组开启，对大棚内进行加温；夏季温度传感器监测到棚内温度高于设定上限值时，空气通过回风管地下段的预先降温处理后，经回风管向棚内回风，同时开启通风装置通风散热，当通风一定时间后仍无法达到温度上限值以下时，专用空调机组在机组控制系统的控制下开启制冷功能，对大棚内进行降温。

进一步的，所述机组控制系统与无线控制装置连接。

进一步的，上通道与下通道之间在垂直方向具有间距。 

进一步的，所述电加热器为电热丝。

进一步的，所述专用空调机组为地源热泵。

本发明的有益效果是：本发明解决了温室大棚最关键的温度、湿度、二氧化碳三个环境因素的可靠性控制。1、当棚内温度、湿度达到一定数值后会产生大量的水蒸气，过大的环境湿度对于蔬菜、果品类作物的升腾作用起到抑制作用，不利于作物的正常生长。由于在大棚的顶部安装一种专用装置，该专用装置设置上下两个通道且两个通道之间有一定距离，利用水蒸气的式量小于空气式量的原理（水蒸气在棚内分布于顶部），利用风机使水蒸气由上通道排出棚外，实现排湿的目的。2、在专用装置的下通道，在折流风机的作用下，含有作物光合作用未消耗完二氧化碳的大量空气和少量水蒸气的混合气体吸入下通道中的二氧化碳吸收器，该二氧化碳吸收器为聚乙烯亚胺聚合物，有极强的二氧化碳扑捉能力。为方便对二氧化碳吸收器加温，在此聚乙烯亚胺聚合物周围环绕电热丝，机组控制系统根据二氧化碳浓度测试仪监测到扑捉到的二氧化碳饱和后，电热丝通电为二氧化碳吸收器加温至设定温度，使二氧化碳逸出。由于二氧化碳的密度大于空气的密度，逸出的二氧化碳返回棚内底部，用于作物光合作用的“原料”。少量的水蒸气返流后逐渐飘升至大棚的顶部被上通道引出棚外，如此循环往复，棚内水蒸气愈来愈少，而二氧化碳不损失（或极少损失）。3、在排湿的同时，为保证棚内压力平衡及得到新鲜的空气，通过预设于土壤下一定深度的回风管补充。新鲜空气的及时补充是新的二氧化碳的来源，利于作物生长。埋设于土壤下预定深度的回风管内的空气通过吸收土壤的热量补充到棚内，不至于使棚内温度下降太多。4、当棚内温度低于设定下限值时，利用地源热泵进行加温，在浅层地下水丰富的地区，设计成水源热泵供热的方式；在贫水地区使用土壤源热泵或空气源热泵对大棚加温。对于玻璃温室大棚，由于无法全部打开棚顶，夏季还要进行降温，首先开启通风装置通风散热，由于夏季土壤下温度较低，回风管中的空气得到了预先降温处理，因此加快了降温散热的效果。当通风达到温度上限值以下时，机组控制系统发出指令停止通风。当通风一定时间仍无法达到要求的温度上限值以下时，地源热泵在智能控制系统的控制下开启制冷功能，对大棚进行降温。5、机组控制系统与无线控制装置连接，运用无线控制，应用性强。

附图说明

图1为本发明温室大棚智能化调控装置的结构示意图。

具体实施方式

温室大棚可以调控的环境因素主要有：环境温度、湿度、二氧化碳含量、光照，其中光照的保证采用透光材料，同时起到保温作用，温度、湿度、二氧化碳是温室大棚重要的环境影响因子。本发明主要是在智能控制下对蔬菜温室大棚进行温度调节、湿度调节和二氧化碳调节，同时进一步对土壤含水量、土壤肥力通过增加相应的数据采集仪器得到控制。

图1所示本发明温室大棚智能化调控装置的结构示意图可以看出，本发明温室大棚智能化调控装置包括专用装置和机组控制系统，机组控制系统与无线控制装置连接，采用无线控制，综合各环境因子实现智能控制。专用装置包括安装在大棚1内顶部横向设置的上下两个通道，上通道8和下通道2通过固定架6固定到墙体11上。上通道8和下通道2之间在垂直方向具有间距，上通道8一端通到大棚内、另一端通过通风口7通到棚外，上通道8内装有风机5，采用鼓风机或引风机。下通道2的两端通到大棚内，下通道2的一端具有朝下的折流风机10，下通道2中装有二氧化碳吸收器4和二氧化碳回流器9，二氧化碳吸收器4与二氧化碳浓度测试仪连接，二氧化碳吸收器4上装有电加热器3，电加热器3采用电热丝，二氧化碳吸收器4为聚乙烯亚胺聚合物，有极强的二氧化碳扑捉能力，在此聚乙烯亚胺聚合物周围环绕电热丝，电热丝通电为二氧化碳吸收器4加温至设定温度，使二氧化碳逸出。机组控制系统与二氧化碳浓度测试仪以及设置在棚内的湿度传感器和温度传感器连接，二氧化碳浓度测试仪通过信号传输到机组控制系统控制电热丝通电，湿度传感器通过信号传输到机组控制系统控制水泵开启，水泵与设置在棚内的喷水装置连接。大棚设有专用空调机组14，专用空调机组14为地源热泵，在浅层地下水丰富的地区，打有水源井16，设计成水源热泵；在贫水地区使用土壤源热泵或空气源热泵。机组控制系统与专用空调机组14连接，温度传感器通过信号传输到机组控制系统控制专用空调机组14开启，大棚1下方连接回风管13，回风管13与大棚1内连接处具有止回阀A12，回风管下段17在地下埋设后连通到棚外,回风管13与大棚1外连接处具有止回阀B15和保护罩18。

本发明温室大棚智能化调控方法，包括以下内容：

（一）湿度调节：棚内温度、湿度达到一定数值后产生大量的水蒸气，湿度传感器监测到棚内湿度达到设定上限值时，湿度传感器通过信号传输到机组控制系统，机组控制系统控制上通道8内的风机5开启，通过上通道8向棚外排除多余的水蒸气；湿度传感器监测到棚内湿度达到设定下限值时，湿度传感器通过信号传输到机组控制系统控制水泵开启，通过喷水装置向棚内灌溉。

（二）二氧化碳调节：下通道2内在折流风机10的作用下，含有作物光合作用未消耗完二氧化碳的空气和少量水蒸气的混合气体吸入下通道2内，下通道2内的二氧化碳吸收器4扑捉到二氧化碳，该二氧化碳吸收器4为聚乙烯亚胺聚合物，有极强的二氧化碳扑捉能力，扑捉到的二氧化碳经加温至85℃时便从聚乙烯亚胺聚合物中逸出。二氧化碳浓度测试仪监测到扑捉到的二氧化碳饱和后，通过信号传输到机组控制系统控制电加热器3开启，经电加热器3加温至设定温度，使二氧化碳逸出，通过二氧化碳回流器9将二氧化碳返流到棚内，少量的水蒸气返流后逐渐飘升至大棚1的顶部，被上通道8引出棚外。

（三）温度调节：温度传感器监测到大棚内温度低于设定下限值时，温度传感器通过信号传输到机组控制系统控制专用空调机组14开启，对大棚内进行加温；夏季时温度传感器监测到棚内温度高于设定上限值时，空气通过回风管地下段17的预先降温处理后，经回风管13向棚内回风，同时开启通风装置通风散热，当通风一定时间后仍无法达到温度上限值以下时，专用空调机组14在机组控制系统的控制下开启制冷功能，对大棚内进行降温。

本发明对于土壤含水量、土壤肥力等可增加相应的数据采集监测仪器得到控制。对于土壤含水量可在土壤中设置相应的湿度监测仪器，达不到湿度要求时机组控制系统给水泵发出指令开启浇灌或滴灌设施。对于土壤的成分含量经过化验测试结果，需补充的肥力可通过浇灌或滴灌进行追施。对于棚内二氧化碳浓度可设置二氧化碳浓度监测仪器，对于需要二氧化碳特别多的作物经过补气仍达不到要求，系统报警，实施追施二氧化碳颗粒肥。

本发明在对大棚进行排湿换气的同时不使二氧化碳流失，在寒冷的夜间对大棚进行供热保温，通过反复的排除湿空气和留取二氧化碳、不断地补充新鲜空气使棚内温度、湿度、二氧化碳等达到有利于作物生长的最佳含量。

Claims (6)

1.一种温室大棚智能化调控装置，包括专用装置和机组控制系统，其特征是：所述专用装置包括安装在大棚（1）内顶部横向设置的上下两个通道，上通道（8）一端通到大棚（1）内、另一端通到棚外，上通道（8）内装有风机（5），下通道（2）的两端通到大棚内，下通道（2）的一端具有朝下的折流风机（10），所述下通道（2）中装有二氧化碳吸收器（4）和二氧化碳回流器（9），二氧化碳吸收器（4）与二氧化碳浓度测试仪连接，二氧化碳吸收器（4）上装有电加热器（3）；所述机组控制系统与二氧化碳浓度测试仪以及设置在棚内的湿度传感器和温度传感器连接，二氧化碳浓度测试仪通过信号传输到机组控制系统控制电加热器（3），湿度传感器通过信号传输到机组控制系统控制水泵，水泵与设置在棚内的喷水装置连接；大棚设有专用空调机组（14），机组控制系统与专用空调机组（14）连接，温度传感器通过信号传输到机组控制系统控制专用空调机组（14），大棚（1）下方连接回风管（13），回风管下段在地下埋设后连接到棚外。

2.一种温室大棚智能化调控方法，其特征是，包括以下内容：

（一）湿度调节：棚内温度、湿度达到一定数值后产生大量的水蒸气，湿度传感器监测到棚内湿度达到设定上限值时，湿度传感器通过信号传输到机组控制系统，机组控制系统控制上通道（8）内的风机（5）开启，通过上通道（8）向棚外排除多余的水蒸气；湿度传感器监测到棚内湿度达到设定下限值时，湿度传感器通过信号传输到机组控制系统控制水泵开启，通过喷水装置向棚内灌溉；

（二）二氧化碳调节：下通道（2）内在折流风机（10）的作用下，含有作物光合作用未消耗完二氧化碳的空气和少量水蒸气的混合气体吸入下通道（2）内，下通道（2）内的二氧化碳吸收器（4）扑捉到二氧化碳，该二氧化碳吸收器（4）为聚乙烯亚胺聚合物，二氧化碳浓度测试仪监测到扑捉到的二氧化碳饱和后，通过信号传输到机组控制系统控制电加热器（3）开启，经电加热器（3）加温至设定温度，使二氧化碳逸出，通过二氧化碳回流器（9）将二氧化碳返流到棚内，少量的水蒸气返流后逐渐飘升至大棚（1）的顶部，被上通道（8）引出棚外；

（三）温度调节：温度传感器监测到棚内温度低于设定下限值时，温度传感器通过信号传输到机组控制系统控制专用空调机组（14）开启，对大棚内进行加温；夏季温度传感器监测到棚内温度高于设定上限值时，空气通过回风管地下段（17）的预先降温处理后，经回风管（13）向棚内回风，同时开启通风装置通风散热，当通风一定时间后仍无法达到温度上限值以下时，专用空调机组（14）在机组控制系统的控制下开启制冷功能，对大棚内进行降温。

3.根据权利要求1所述的温室大棚智能化调控装置，其特征是：所述机组控制系统与无线控制装置连接。

4.根据权利要求1所述的温室大棚智能化调控装置，其特征是：上通道（8）与下通道（2）之间在垂直方向具有间距。

5.根据权利要求1所述的温室大棚智能化调控装置，其特征是：所述电加热器（3）为电热丝。

6.根据权利要求1所述的温室大棚智能化调控装置，其特征是：所述专用空调机组（14）为地源热泵。