CN104331109A - 温室智能控制方法及温室智能控制系统 - Google Patents

温室智能控制方法及温室智能控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种温室智能控制方法及温室智能控制系统,属于农业机械自动化技术领域,通过先根据所需要种植的植物而预置与该植物对应的物理指标阀值程序,然后,通过该物理指标阀值程序分析温室内的物理指标,并依据所检测到的温室外的气象条件对温室内的物理指标进行调节,该控制装置通过设置检测温室外的气象条件的气象检测模块,由控制主板根据该气象检测模块所检测到的气象条件得出方案指令,从而进行符合植物种植的最佳环境进行智能控制,实现更精准的温室调控,且避免了人为和室外因素对温室物理指标的影响和破坏,有助于节约能耗,减少病虫害的发生,从而减少农药的使用量,缩短农作物的生长周期,提高农作物的单位面产量,使能源得到最经济的消耗。

Description

温室智能控制方法及温室智能控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种温室智能控制方法及温室智能控制系统,属于农业机械自动化技术领域。
背景技术
[0002] 近年来温室环境控制在国内外得到了相应的研究和应用。国内现有的温室智能控制系统硬件大部分从国外引进。但是,目前的温室智能控制系统普遍存在一个问题,在具体使用时,由于目前的温室智能控制系统仅仅是对温室内的物理指标进行检测,然后根据所检测到的温室内的物理指标对温室内存在问题的物理指标进行调节,而未考虑到室外因素,从而使得控制精度低,且加大了能源消耗。
[0003] 有鉴于此,有必要对现有的温室智能控制方法和温室智能控制系统进行进一步的改进以解决上述问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种更精准的实现温室调控的温室智能控制方法,其可以更精准的实现温室调控,避免了人为和室外因素对温室物理指标的影响和破坏,有助于节约能耗等。
[0005] 为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种温室智能控制方法,包括如下步骤:
[0006] S1:根据所需要种植的植物,预置与该植物对应的植物生长曲线的物理指标阀值程序;
[0007] S2:检测温室外的气象条件,检测温室内的至少一种物理指标;
[0008] S3:控制主板通过物理指标阀值程序分析所检测到的温室内的至少一种物理指标是否在预定的阀值内,若所检测到的温室内的物理指标不在预定的阀值内,则分析所检测到的温室外的气象条件并将所检测到的温室内的至少一种物理指标与所检测到的温室外的气象条件进行比对分析,根据所检测到的温室外的气象条件给出调节该温室内的物理指标的方案指令;
[0009] S4:执行所述方案指令。
[0010] 进一步的,所述控制主板为单片机,在所述步骤SI中,所述物理指标阀值程序存储在与所述单片机连接的移动存储器内;或者,所述物理指标阀值程序通过计算机传输至单片机的附属存储器内。
[0011] 进一步的,所述温室内的物理指标包括土壤的温湿度、空气的温湿度、二氧化碳含量、光照度和土壤水溶性盐指标中的一种或以上。
[0012] 进一步的,当所述的物理指标为二氧化碳含量,则所述控制方法还包括如下步骤:通过物理指标阀值程序分析二氧化碳含量是否在二氧化碳含量阀值内,当所述二氧化碳含量低于二氧化碳含量阀值时,启动声光报警装置并在声光报警装置发出警报后进行二氧化碳的释放,该二氧化碳释放的工作条件为:当温室的光照度达到植物光合作用的要求时,但温室内的二氧化碳释放低于所需要的二氧化碳含量阀值的最低需求值;当温室的光照度达到植物光合作用的要求时,但温室内的二氧化碳含量低于所需要的二氧化碳含量阀值的最低需求值;在温室所有部位在基本密封的情况下;在温室内确保无人的情况下。
[0013] 进一步的,所述控制方法还包括如下步骤:实时监测温室内各部件的使用状态,并采集温室内各部件的各使用状态参数;将该使用状态参数与系统内预置的使用状态阀值进行比对,判断是否有使用状态参数存在异常,如有异常,甄别出检测到异常的使用状态参数的部件名称,进而,启动故障自动显示和报警系统将故障部件名称显示并发出警报。
[0014] 进一步的,所述控制方法还包括将温室内的物理指标转换为显示信号,进而启动显示电路并在显示电路的显示屏上显示对应的物理指标。
[0015] 进一步的,所述物理指标阀值程序内设置有对应植物各生长阶段的子程序,所述控制方法还包括:判断植物生长阶段,根据该生长阶段选择物理指标阀值程序中对应的子程序。
[0016] 本发明还包括一种温室智能控制系统,用于温室并对温室内的环境进行控制,其包括
[0017] 控制主板和设置于所述控制主板的存储器,所述存储器内预置有根据所需要种植的植物对应的生长曲线的物理指标阀值程序;
[0018] 检测模块,检测温室内至少一种物理指标;
[0019] 气象检测模块,检测温室外的气象条件;
[0020] 模拟数字信号转换和数据采集系统,分别将控制主板与检测模块、气象检测模块连接,并将由检测模块所检测到的物理指标和由气象检测模块所检测到的气象条件发送至控制主板,控制主板通过物理指标阀值程序分析该物理指标是否在预定的阀值内,若所检测到的物理指标不在预定的阀值内,分析所检测到的温室外的气象条件并将所检测到的温室内的至少一种物理指标与所检测到的温室外的气象条件进行比对分析,根据所检测到的温室外的气象条件给出调节该温室内的物理指标的方案指令;
[0021]控制信号输出系统,与控制主板连接,接收方案指令;
[0022] 至少一种物理指标调节装置,与控制信号输出系统连接,由控制信号输出系统根据所接收的方案指令控制物理指标调节装置启动。
[0023] 进一步的,所述控制主板为单片机,所述存储器为与单片机连接的外置的移动存储器,或者,所述存储器为单片机内的附属存储器。
[0024] 进一步的,所述气象检测模块为气象参数传感器,所述检测模块包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、二氧化碳含量传感器、光照度传感器中的一种或以上,所述温室智能控制系统还包括与单片机连接以警报二氧化碳含量不足的声光报警装置、故障自动显示和报警系统、及显示电路,所述显示电路具有显示屏。
[0025] 本发明具有以下优点:本发明的控制方法通过先根据所需要种植的植物而预置与该植物对应的物理指标阀值程序,然后,通过该物理指标阀值程序分析温室内的物理指标,并依据所检测到的温室外的气象条件对温室内的物理指标进行调节,从而进行符合植物种植的最佳环境进行智能控制,实现更精准的温室调控,且避免了认为和室外因素对温室物理指标的影响和破坏,有助于节约能耗,同时,减少病虫害的发生,从而减少农药的使用量,缩短农作物的生长周期,提高农作物的单位面产量,使能源得到最经济的消耗。该控制装置通过设置检测温室外的气象条件的气象检测模块,由控制主板根据该气象检测模块所检测到的气象条件得出方案指令,从而进行符合植物种植的最佳环境进行智能控制,实现更精准的温室调控,且避免了人为和室外因素对温室物理指标的影响和破坏,有助于节约能耗,同时,减少病虫害的发生,从而减少农药的使用量,缩短农作物的生长周期,提高农作物的单位面产量,使能源得到最经济的消耗。
[0026] 上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0027] 图1是本发明温室智能控制系统的系统框架图。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
[0029] 本发明一本实施例的一种温室智能控制方法包括如下步骤SI至S4。
[0030] S1:根据所需要种植的植物,预置与该植物对应的植物生长曲线的物理指标阀值程序。该物理指标阀值程序存储在与所述单片机连接的移动存储器内;或者,所述物理指标阀值程序通过计算机传输至单片机的附属存储器内。在此,通过使用单片机作为控制主板,从而实现降低了整个装置的整体制造成本。
[0031] S2:检测温室外的气象条件,该气象条件包括雨/风力/空气温度/空气温度/风向,其通过气象条件传感器检测。检测温室内的物理指标,该温室内的物理指标包括土壤的温湿度、空气的温湿度、二氧化碳含量、光照度和土壤水溶性盐指标,上述多种物理指标分别通过气象参数传感器、空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、二氧化碳含量传感器、光照度传感器检测得到。
[0032] S3:单片机通过物理指标阀值程序分析所检测到的温室内的物理指标是否在预定的阀值内,若所检测到的温室内的物理指标不在预定的阀值内,分析所检测到的温室外的气象条件并将所检测到的温室内的物理指标与所检测到的温室外的气象条件进行比对分析,根据所检测到的温室外的气象条件给出调节该温室内的物理指标的方案指令。
[0033] 所述物理指标阀值程序内设置有对应植物各生长阶段的子程序,在本步骤之前还包括:判断植物生长阶段,根据该生长阶段选择物理指标阀值程序中对应的子程序。在本实施例中,该步骤具体为:通过人为判断植物所处的生长阶段选择对应的子程序,单片机内设置有选择子程序的指令开关。单片机根据输入的指令开关选择适当的子程序,从而来控制最适合农作物的物理环境指标、控制农作物的最佳生长环境。而在其他实施方式,该子程序的选择也可以通过系统智能判断实现。另外,该步骤可以移至步骤Si之前。
[0034] S4:执行所述方案指令。在本步骤中,需要使用到与单片机连接的控制信号输出系统和与控制信号输出系统连接的物理指标调节装置,信号输出系统接收方案指令,并根据所接收的方案指令控制物理指标调节装置启动。该物理指标调节装置包括调节土壤温度的土壤温度调节装置、调节土壤湿度的土壤湿度调节装置、调节空气温度的空气温度调节装置、调节空气湿度的空气湿度调节装置、调节二氧化碳含量的二氧化碳调节装置、调节光照度的光照度调节装置、及调节温室的保温被是否需要打开或者覆盖的保温调节装置。该土壤温度调节装置、二氧化碳调节装置分别由电磁阀控制打开或者关闭,分别至少为6套和2套,土壤湿度调节装置、空气温度调节装置、空气湿度调节装置及光照度调节装置为分别由继电器控制打开或者关闭,分别至少为6套、2套、2套及4套。
[0035] 除上述步骤之外,所述控制方法还包括如下步骤:当所述的物理指标为二氧化碳含量,对应的物理指标阀值为二氧化碳含量阀值,则所述控制方法还包括如下步骤:比对分析所检测的二氧化碳含量与二氧化碳含量阀值,当所述二氧化碳含量低于二氧化碳含量阀值时,启动声光报警装置并在声光报警装置发出警报后的一定时间内进行二氧化碳的释放。该二氧化碳释放的工作条件为:当温室的光照度达到植物光合作用的要求时,但温室内的二氧化碳释放低于某植物所需要的的二氧化碳含量阀值的最低需求值;当温室的光照度达到植物光合作用的要求时,但温室内的二氧化碳含量低于某植物所需要的二氧化碳含量阀值的最低需求值;在温室所有部位在基本密封的情况下;在温室内确保无人的情况下。在进行二氧化碳释放时及释放完成后的一段时间内,禁止人员进入温室,禁止打开相对密封的温室。
[0036] 所述控制方法还包括如下步骤:启动温室内的扰流风机,扰流风机的启动条件为:在温室内进行二氧化碳释放时;在空气温度和温度超过对应的物理指标阀值时;在温室内无气流流动超过规定时间时。
[0037] 所述控制方法还包括如下步骤:实时监测温室内各部件的使用状态,并采集温室内各部件的各使用状态参数;将该使用状态参数与系统内预置的使用状态阀值进行比对,判断是否有使用状态参数存在异常,如有异常,甄别出检测到异常的使用状态参数的部件名称,进而,启动故障自动显示和报警系统将故障部件名称显示并发出警报。
[0038] 所述控制方法还包括将温室内的物理指标转换为显示信号,进而启动显示电路并在显示电路的显示屏上显示对应的物理指标。
[0039] 下面通过具体实施例,对上述控制方法进行说明:
[0040] 当在华北地区的冬季,温室内在清晨湿度很高,但温室外温度又很低,在此时就不能进行温室内的排湿,而是提高温室内温度,使结露的水加快蒸发,到温室外的气象条件达到设定值后,温室内方可进行进行智能排湿。
[0041 ] 当温室外的光照度减弱,并且在温室内空气温度彡20°C时,温室外的保温被自动覆盖温室外的塑料薄膜,从而达到冬季晚间到次日清晨的保温。
[0042] 当土壤湿度(土壤持水量)低于土壤的温湿度阀值后,土壤湿度传感器将土壤湿度信号提供给数据采集器,数据采集器采集后传输给单片机,单片机与气象条件进行比较和计算后发出方案指令,使滴灌电磁阀打开,使水经过电磁阀和滴灌管道(或者使用滴箭)滴到植物的根部,当土壤湿度(土壤持水量)达到土壤的温湿度阀值后,智能滴灌系统停止滴灌,使植物对土壤湿度的要求始终在最佳值内,从而不仅仅是节约了农业用水,最大的好处是植物生长在最佳湿度土壤内,使植物健康的快速成长。
[0043] 当植物根部的温度偏离土壤的温湿度阀值时,土壤温度传感器通过数据采集器将土壤温度信号传到单片机,由单片机将其与气象条件进行比较和计算后发出方案指令,使土壤的升温或者降温,使土壤温度始终在某种植物的最佳范围内工作,使植物始终生长在最佳环境中,从而使植物得到高产和低病虫害。
[0044] 参见图1,用以上述控制方法的温室智能控制系统,该系统用于温室并对温室内的环境进行控制。该温室智能控制系统包括控制主板I和设置于控制主板I的存储器(未图示),该控制主板I采用单片机,以使得本系统制造成本低廉,存储器内预置有根据所需要种植的植物对应的生长曲线的物理指标阀值程序;检测模块2,检测温室内至少一种物理指标;气象检测模块3,检测温室外的气象条件(包括雨/风力/空气温度/空气温度/风向);模拟数字信号转换和数据采集系统4,分别将控制主板I与检测模块2、气象检测模块3连接,并将由检测模块2所检测到的物理指标和由气象检测模块3所检测到的气象条件发送至单片机1,单片机I通过物理指标阀值程序分析该物理指标是否在预定的阀值内,若所检测到的物理指标不在预定的阀值内,分析所检测到的温室外的气象条件并将所检测到的温室内的四种物理指标与所检测到的温室外的气象条件进行比对分析,根据所检测到的温室外的气象条件给出调节该温室内的物理指标的方案指令;控制信号输出系统5,与控制主板I连接,接收方案指令;四种物理指标调节装置,与控制信号输出系统5连接,由控制信号输出系统5根据所接收的方案指令控制物理指标调节装置6启动。
[0045] 所述存储器为与单片机I连接的外置的移动存储器,或者,所述存储器为单片机I内的附属存储器。上述预置的物理指标阀值程序在植物不同的成长阶段呈不同计算,通过人工观察将植物生长阶段设置为:进行人工设置幼苗期-花芽期,花芽期-开花期,开花期-结果期等几个阶段。该物理指标阀值程序可根据不同的植物进行替换,如使用SD卡或者其他移动存储设备进行程序的替换,该物理指标阀值程序可以为专用的农业专家系统的程序,从而使植物的不同生长阶段始终在最佳的物理环境中生长。所述气象检测模块3为气象条件传感器。所述检测模块2包括空气温湿度传感器21、土壤温湿度传感器22、二氧化碳含量传感器23、光照度传感器24。该物理指标调节装置6包括调节土壤温度的土壤温度调节装置61、调节土壤湿度的土壤湿度调节装置62、调节空气温度的空气温度调节装置63、调节空气湿度的空气湿度调节装置64、调节二氧化碳含量的二氧化碳调节装置65、调节光照度的光照度调节装置66、及调节温室的保温被是否需要打开或者覆盖的保温调节装置67。该土壤温度调节装置61、二氧化碳调节装置65分别由电磁阀控制打开或者关闭,分别至少为6套和2套,土壤湿度调节装置62、空气温度调节装置63、空气湿度调节装置64及光照度调节装置66为分别由继电器控制打开或者关闭,分别至少为6套、2套、2套及4套。所述物理指标调节装置还包括扰流风机68,该扰流风机68的启动条件为:在大棚内进行二氧化碳释放时;在空气温度和温度超过对应的物理指标阀值时;在大棚内无气流流动超过规定时间时。
[0046] 所述温室智能控制系统还包括分别与单片机I连接的声光报警装置71、故障自动显示和报警系统72及显示电路73。所述声光报警装置71警报二氧化碳含量不足,从而警报工作人员。故障自动显示和报警系统72通过单片机I对各部件的实时监测,将故障部件名称显示并发出警报,以便尽快维修。所述显示电路73具有显示屏,显示屏将温室内的物理指标进行显示,以便工作人员的查看和记录。
[0047] 综上所述,本发明的温室智能控制方法和温室智能控制装置通过先根据所需要种植的植物,而在存储器内预置与该植物对应的物理指标阀值程序,然后,通过该物理指标阀值程序分析由检测模块2所检测到的温室内的物理指标,并依据由气象检测模块3所检测到的温室外的气象条件对温室内的物理指标进行调节,从而可根据所种植的植物的不同,使用符合该植物的物理指标阀值程序,实现进行符合植物种植的最佳环境的智能控制和更精准的温室调控,使所种植的植物自始至终在符合植物最佳生长特征的环境中生长,进而使植物的生长周期缩短,植物品质提高,植物产量提高,同时减少气传和土传病虫害的发生,在农作过程中减少农药的使用量;使植物在最佳环境中生长,降低农业工人的人工成本,使农业生产各类资源得到最佳利用,又有助于避免了人为和室外因素对温室物理指标的影响和破坏,有助于节约能耗,减少病虫害的发生,从而减少农药的使用量,缩短农作物的生长周期,提高农作物的单位面产量,使能源得到最经济的消耗。
[0048] 另外,阀值程序是储存在移动存储器内,或者使用计算机直接传输到单片机I的附属储存器内,进行符合种植植物最佳物理环境进行智能控制,从而使得简化了操作。
[0049] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种温室智能控制方法,其特征在于:包括如下步骤: S1:根据所需要种植的植物,预置与该植物对应的植物生长曲线的物理指标阀值程序; S2:检测温室外的气象条件,检测温室内的至少一种物理指标; S3:控制主板通过物理指标阀值程序分析所检测到的温室内的至少一种物理指标是否在预定的阀值内,若所检测到的温室内的物理指标不在预定的阀值内,则分析所检测到的温室外的气象条件并将所检测到的温室内的至少一种物理指标与所检测到的温室外的气象条件进行比对分析,根据所检测到的温室外的气象条件给出调节该温室内的物理指标的方案指令; S4:执行所述方案指令。
2.根据权利要求1所述的温室智能控制方法,其特征在于:所述控制主板为单片机,在所述步骤SI中,所述物理指标阀值程序存储在与所述单片机连接的移动存储器内;或者,所述物理指标阀值程序通过计算机传输至单片机的附属存储器内。
3.根据权利要求1所述的温室智能控制方法,其特征在于:所述温室内的物理指标包括土壤的温湿度、空气的温湿度、二氧化碳含量、光照度和土壤水溶性盐指标中的一种或以上。
4.根据权利要求3所述的温室智能控制方法,其特征在于:当所述的物理指标为二氧化碳含量,则所述控制方法还包括如下步骤:通过物理指标阀值程序分析二氧化碳含量是否在二氧化碳含量阀值内,当所述二氧化碳含量低于二氧化碳含量阀值时,启动声光报警装置并在声光报警装置发出警报后进行二氧化碳的释放,该二氧化碳释放的工作条件为:当温室的光照度达到植物光合作用的要求时,但温室内的二氧化碳释放低于所需要的二氧化碳含量阀值的最低需求值;当温室的光照度达到植物光合作用的要求时,但温室内的二氧化碳含量低于所需要的二氧化碳含量阀值的最低需求值;在温室所有部位在基本密封的情况下;在温室内确保无人的情况下。
5.根据权利要求1所述的温室智能控制方法,其特征在于:所述控制方法还包括如下步骤:实时监测温室内各部件的使用状态,并采集温室内各部件的各使用状态参数;将该使用状态参数与系统内预置的使用状态阀值进行比对,判断是否有使用状态参数存在异常,如有异常,甄别出检测到异常的使用状态参数的部件名称,进而,启动故障自动显示和报警系统将故障部件名称显示并发出警报。
6.根据权利要求1所述的温室智能控制方法,其特征在于:所述控制方法还包括将温室内的物理指标转换为显示信号,进而启动显示电路并在显示电路的显示屏上显示对应的物理指标。
7.根据权利要求1所述的温室智能控制方法,其特征在于:所述物理指标阀值程序内设置有对应植物各生长阶段的子程序,所述控制方法还包括:判断植物生长阶段,根据该生长阶段选择物理指标阀值程序中对应的子程序。
8.一种温室智能控制系统,用于温室并对温室内的环境进行控制,其特征在于:包括 控制主板和设置于所述控制主板的存储器,所述存储器内预置有根据所需要种植的植物对应的生长曲线的物理指标阀值程序; 检测模块,检测温室内至少一种物理指标; 气象检测模块,检测温室外的气象条件; 模拟数字信号转换和数据采集系统,分别将控制主板与检测模块、气象检测模块连接,并将由检测模块所检测到的物理指标和由气象检测模块所检测到的气象条件发送至控制主板,控制主板通过物理指标阀值程序分析该物理指标是否在预定的阀值内,若所检测到的物理指标不在预定的阀值内,分析所检测到的温室外的气象条件并将所检测到的温室内的至少一种物理指标与所检测到的温室外的气象条件进行比对分析,根据所检测到的温室外的气象条件给出调节该温室内的物理指标的方案指令; 控制信号输出系统,与控制主板连接,接收方案指令; 至少一种物理指标调节装置,与控制信号输出系统连接,由控制信号输出系统根据所接收的方案指令控制物理指标调节装置启动。
9.根据权利要求8所述的温室智能控制系统,其特征在于:所述控制主板为单片机,所述存储器为与单片机连接的外置的移动存储器,或者,所述存储器为单片机内的附属存储器。
10.根据权利要求9所述的温室智能控制系统,其特征在于:所述气象检测模块为气象参数传感器,所述检测模块包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、二氧化碳含量传感器、光照度传感器中的一种或以上,所述温室智能控制系统还包括与单片机连接以警报二氧化碳含量不足的声光报警装置、故障自动显示和报警系统、及显示电路,所述显示电路具有显示屏。
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