CN104914904A - 一种人工模拟环境的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工模拟环境的控制方法及装置，用于解决现有技术中温室大棚自动化程度不高，实用性不强的问题。一种人工模拟环境的控制装置，该装置包括：服务器、通讯控制器、智能控制器、传感器模块以及执行设备；其中，每个人工模拟环境对应一个智能控制器，每个智能控制器与各个传感器模块和执行设备连接，用于收集各个传感器模块上传的信息以及控制执行设备；服务器与每个智能控制器之间通过通讯控制器进行通信。采用本发明的人工模拟环境的控制装置自动化程度高，需要人工干预的地方少，能够不受自然气候影响，能够标准化、规模化的生产，且除虫操作采用物理除虫方式，不会因为农药残留降低蔬菜品质，影响人体健康。

Description

一种人工模拟环境的控制方法及装置

技术领域：

本发明涉及智能控制领域，特别涉及一种人工模拟环境的控制方法及装置。

背景技术：

随着科技发展，农业技术不再只依赖于自然环境。很多西部地区，全年无霜期较短，有大片的沙地、盐碱地、干旱带，受自然环境影响，可耕地少，可种植的作物也少。目前现有的温室大棚种植可以在一定程度上克服上述问题，但还是存在着很多问题，如现在普遍使用的日光温室大棚，结构简单，造价低廉，但只适合在冬季使用，设备利用率低，且若遇上连续阴雨、下雪或低温等极端天气，普通温室大棚对棚内农作物保护能力有限，严重时，会有冻害发生。并且虫害发生时，多数都通过施药的方式进行除虫，众所周知，农药对人的危害轻则慢性中毒，重则致癌、致畸、致突变，可能长期在人体内累计，对人类健康是潜在的威胁，还会影响神经系统，破坏肝脏功能。

发明内容：

鉴于此，有必要设计一种能够克服以上缺陷的人工模拟环境的控制方法及装置。

第一方面，一种人工模拟环境的控制方法，该方法包括：

确定模拟环境类型，从专家库中匹配与模拟环境类型对应的环境模式编号，并从专家库中根据对应的环境模式编号确定人工模拟环境所要执行的各项环境参数；

接收各个传感器模块230采集的各项环境监测信息，通过将各项环境参数与对应的各项环境监测信息进行比较，生成控制指令；

将控制指令下发至对应的执行模块，并依据控制指令执行相应的操作。

较佳的，接收各个传感器模块230采集的各项环境监测信息，包括：接收各个传感器模块230采集的空气温湿度数据信息、土壤温湿度数据信息、光照度数据信息、二氧化碳浓度数据信息、保温帘位置信息、温室膜位置信息及土壤酸碱度数据信息。

较佳的，接收各个传感器模块230采集的各项环境监测信息，通过将各项环境参数与对应的各项环境监测信息进行比较，生成控制指令，包括：

接收各个传感器模块230采集的各项环境监测信息，在判断是否执行除虫操作时，通过将所述各项环境监测信息与对应的各项环境监测信息进行比较，判断当前人工模拟环境的各项环境监测信息是否符合除虫条件：若距离上次除虫的间隔大于设定天数，且室外平均温度大于设定温度，则生成除虫指令；否则不生成除虫指令；或者，

接收各个传感器模块230采集的各项环境监测信息，在指示执行卷起保温帘操作时，通过将各项环境监测信息与对应的各项环境监测信息进行比较，判断当前人工模拟环境的各项环境监测信息是否符合卷起保温帘条件；若符合卷起保温帘条件，则生成卷起保温帘指令；若不符合卷起保温帘条件，则根据卷起保温帘条件指示的人工模拟环境所要执行的环境参数执行相应的操作，并生成卷起保温帘指令；其中，卷起保温帘条件用于指示到达设定卷起保温帘时间或检测到当前人工模拟环境内的温度高于设定温度。

较佳的，生成除虫指令之后，还包括：

获取当前种植的植株高度，根据人工模拟环境的面积与植株高度计算除虫所需二氧化碳的体积，并根据计算出的二氧化碳体积执行释放二氧化碳的操作；或者，

获取当前种植的植株高度，根据植株高度将二氧化碳浓度传感器303位置调整至植株高度，并执行释放二氧化碳的操作，待二氧化碳浓度传感器303接收的二氧化碳浓度数据信息高于设定阈值时，停止释放二氧化碳。

较佳的，生成卷起保温帘指令之后，还包括：

在检测到保温帘外侧压力高于设定压力值时，生成放弃卷起保温帘的指令；或者，

在检测到人工模拟环境以外的温度低于设定温度时，生成放弃卷起保温帘的指令。

第二方面，一种人工模拟环境的控制装置，该装置包括：服务器200、通讯控制器210、智能控制器220、传感器模块230以及执行设备240；其中，每个人工模拟环境对应一个智能控制器220，每个智能控制器220与各个传感器模块230和执行设备240连接，用于收集各个传感器模块230上传的信息以及控制执行设备240；服务器200与每个智能控制器220之间通过通讯控制器210进行通信。

较佳的，各个传感器模块230包括：空气温湿度传感器300、土壤温湿度传感器301、光照度传感器302、二氧化碳浓度传感器303、保温帘位置传感器304、温室膜位置传感器305、保温帘压力传感器306及土壤酸碱度传感器307。

较佳的，执行设备240包括：保温帘电机308、温室膜电机309、风门电机310、补光照明设备311、喷淋设备312及施肥设备313。

较佳的，装置还包括：报警设备；报警设备通过通讯控制器210与服务器200进行通信。

较佳的，装置还包括：能源模块；能源模块包括风力发电设备、太阳能发电设备及沼气发电设备。采用本发明实施例中提供的人工模拟环境控制装置将工作模式设置完成后，会根据采集的环境监测信息，选择最优管理方案操作执行设备，整个控制装置自动化程度高，需要人工干预的地方少，能够不受自然气候影响，使得标准化、规模化的生产成为可能，且除虫操作采用物理除虫方式，不会因为农药残留降低蔬菜品质，影响人体健康，且设定最佳除虫时间，根据植株高度释放除虫所需二氧化碳，能以最低成本达到最佳的除虫效果，保证经济效益。

附图说明：

附图1是本发明实施例中的人工模拟环境的结构示意图；

附图2是本发明实施例中的人工模拟环境的控制装置结构示意图；

附图3是本发明实施例中传感器模块和执行设备的详细结构示意图；

附图4是本发明实施例中的人工模拟环境的控制方法流程图。

具体实施方式：

为了给出一种不使用农药，采用物理方式杀虫的人工模拟环境的实现方案，本发明实施例提供了一种人工模拟环境的控制方法及装置，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明。

本发明实施例中提供的人工模拟环境是一个在相对封闭的空间内模拟出自然环境气候的装置，可以模拟的环境参数有空气温湿度、土壤温湿度、光照度、二氧化碳浓度及土壤酸碱度等，并且模拟出的每项环境参数都可以在很大范围内调整，受周围自然环境气候的影响很小，既可以完全独立于自然环境气候运行，也可以选择性的接受自然气候环境的影响。

本发明实施例提供的人工模拟环境主要由设备主体，管理设备的控制系统以及为设备提供能源的能源模块。

参阅图1所示，该人工模拟环境由封闭结构和内部各种功能设备构成，内外双层拱结构，内层拱100上面覆盖保温帘101，留有空气对流窗104。外层拱102覆盖一种温室膜103，温室膜103可以防雨雪、保温、有特殊的吸热结构。内外拱之间有间隔，作为空气对流通道，将保温帘101得到的热导入棚内。人工模拟环境内使用的设备有滴灌设备、加湿设备、喷淋设备312、施肥设备313、二氧化碳气源、空气对流装置、空气温湿度调节设备、采光设备、人工模拟环境的控制装置。

参阅图2所示，本发明实施例提供的人工模拟环境的控制装置，包括：服务器200、通讯控制器210、智能控制器220、传感器模块230以及执行设备240；其中，每个人工模拟环境对应一个智能控制器220，每个智能控制器220与各个传感器模块230和执行设备240连接，用于收集各个传感器模块230上传的信息以及控制执行设备240；服务器200与每个智能控制器220之间通过通讯控制器210进行通信。

其中，参阅图3所示，上述各个传感器模块230包括：空气温湿度传感器300、土壤温湿度传感器301、光照度传感器302、二氧化碳浓度传感器303、保温帘位置传感器304、温室膜位置传感器305、保温帘压力传感器306及土壤酸碱度传感器307。上述执行设备240包括：保温帘电机308、温室膜电机309、风门电机310、补光照明设备311、喷淋设备312及施肥设备313。

人工模拟环境的控制装置还包括：报警设备；报警设备通过通讯控制器210与服务器200进行通信。能源模块；能源模块包括风力发电设备、太阳能发电设备及沼气发电设备。

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的人工模拟环境的控制装置，相应地，本发明另一实施例还提供了人工模拟环境的控制方法，该方法的流程图如图4所示，具体包括：

步骤400：确定模拟环境类型，从专家库中匹配与模拟环境类型对应的环境模式编号，并从专家库中根据对应的环境模式编号确定人工模拟环境所要执行的各项环境参数。

具体的，人工模拟环境控制装置控制着整个人工模拟环境的联网设备，实时协调能源模块和各种设备，且还整合了专家库，专家库中有农业专家针对各种农作物提出的种植建议和管理方法，还有针对各种牲畜的养殖建议和管理方法，人工模拟环境控制装置在加载专家库时，首先确定农作物或牲畜的种类，农作物种类或牲畜种类所需的环境参数、种植或养殖建议都为一种模拟环境类型，将该模拟环境类型编号，与专家库中的编号进行匹配，确定人工模拟环境需要加载的模拟环境类型中的各项环境参数，并且，人工模拟环境在运行期间，对各项环境参数都设置了安全阈值，最大限度的减少人工操作的失误。步骤410：接收各个传感器模块230采集的各项环境监测信息，通过将各项环境参数与对应的各项环境监测信息进行比较，生成控制指令。

具体的，在确定了人工模拟环境所要执行的各项环境参数后，接收各个传感器模块230采集的各项环境监测信息，包括：接收各个传感器模块230采集的空气温湿度数据信息、土壤温湿度数据信息、光照度数据信息、二氧化碳浓度数据信息、保温帘位置信息、温室膜位置信息及土壤酸碱度数据信息。

分析对比各项环境参数与对应的各项环境监测信息，生成相应的控制指令，下面主要从除虫和保温帘的开启关闭上进行详细介绍。

植物在夜间光合作用停止，只进行呼吸作用，吸入空气中的氧气，排出二氧化碳，日落后，将人工模拟环境完全封闭，经过一夜的呼吸作用，人工模拟环境内的二氧化碳浓度达到最高，在植物未进行光合作用之前，即日出之前，到达设定除虫时间；接着接收各个传感器模块230采集的各项环境监测信息，在指示执行除虫操作时，通过将各项环境监测信息与对应的各项环境监测信息进行比较，判断当前人工模拟环境的各项环境监测信息是否符合除虫条件：若距离上次除虫的间隔大于设定天数，且室外平均温度大于设定温度，则生成除虫指令；否则不生成除虫指令；其中，除虫间隔时间根据设定温度进行调整，在温度偏高时，除虫间隔时间设置较短，气温低于害虫繁殖的气温，除虫间隔时间设置相对长一些。除了设置设定除虫时间，还需要检测温室膜位置当前处于何种位置及是否存储有足够的二氧化碳；此时温室膜的位置应使得整个人工模拟环境的下部处于闭合状态，且二氧化碳产生装置需要存储足够的二氧化碳，在设定除虫时间执行除虫的操作，可以使用最少的二氧化碳达到杀虫的目的，节省了人工制造二氧化碳的成本。

在各方面条件都指示进行除虫时，生成除虫指令之后，获取当前种植的植株高度，根据人工模拟环境的面积与植株高度计算除虫所需二氧化碳的体积，并根据计算出的二氧化碳体积执行释放二氧化碳的操作；或者，获取当前种植的植株高度，根据植株高度将二氧化碳浓度传感器303位置调整至植株高度，并执行释放二氧化碳的操作，待二氧化碳浓度传感器303接收的二氧化碳浓度数据信息高于设定阈值时，停止释放二氧化碳。两种方式都可以尽可能的节省二氧化碳，又可以达到除虫的目的，除虫后的二氧化碳也有利于植物白天进行光合作用。

保温帘对人工模拟环境有温度调节的作用，通过接收各个传感器模块230采集的各项环境监测信息，在指示执行卷起保温帘操作时，通过将各项环境监测信息与对应的各项环境监测信息进行比较，判断当前人工模拟环境的各项环境监测信息是否符合卷起保温帘条件；若符合卷起保温帘条件，则生成卷起保温帘指令；若不符合卷起保温帘条件，则根据卷起保温帘条件指示的人工模拟环境所要执行的环境参数执行相应的操作，并生成卷起保温帘指令；其中，卷起保温帘条件用于指示到达设定卷起保温帘时间或检测到当前人工模拟环境内的温度高于设定温度。

在生成卷起保温帘指令之后，还需要继续判断，在保温帘上有积雪等重物时，此时为了避免卷起保温帘时保温帘被损坏，则不继续执行卷起保温帘，具体步骤如下：在检测到保温帘外侧压力高于设定压力值时，生成放弃卷起保温帘的指令；或者，可能遭遇极冷天气时，在检测到人工模拟环境以外的温度低于设定温度时，生成放弃卷起保温帘的指令，防止人工模拟环境中的植物被冻伤。

步骤420：将控制指令下发至对应的执行模块，并依据控制指令执行相应的操作。

具体的，将生成的控制指令下发至对应的执行模块，如，将卷起保温帘的指令发送至保温帘电机308，指示保温帘电机308工作，卷起保温帘。

人工模拟环境的工作模式一旦设置完成，传感器模块230会根据现场采集的各项环境监测信息，选择最优的管理方案操作各个执行设备240，例如，设置好每天早上8点开启保温帘，下午7点关闭保温帘。在开启保温帘之前，先通过人工模拟环境外的传感器收集当前自然气候的环境信息，判定是否适合开启保温帘，遇大风、雨雪等极端天气，则不会开启保温帘，并向操作人员发出告警，启动补光设备和空气温湿度调节设备。即便不是极端天气，若人工模拟环境外的各项环境监测信息与人工模拟环境内部设置保持的环境参数相差太大，智能控制器220也会将人工模拟环境与外部环境隔离，例如，人工模拟环境内部设置的温度为30摄氏度，而检测到人工模拟环境外部环境为40摄氏度，智能控制器220会关闭保温帘和内拱架上的空气对流窗，用内拱和外拱之间的空气隔离人工模拟环境外部的高温空气，同时启动空气温湿度调节设备将人工模拟环境内部温度稳定在30摄氏度。

综上所述，采用本发明实施例中提供的人工模拟环境控制装置将工作模式设置完成后，会根据采集的环境监测信息，选择最优管理方案操作执行设备，整个控制装置自动化程度高，需要人工干预的地方少，能够不受自然气候影响，使得标准化、规模化的生产成为可能，且除虫操作采用物理除虫方式，不会因为农药残留降低蔬菜品质，影响人体健康，且设定最佳除虫时间，根据植株高度释放除虫所需二氧化碳，能以最低成本达到最佳的除虫效果，保证经济效益。

Claims (10)

1.一种人工模拟环境的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

确定模拟环境类型，从专家库中匹配与所述模拟环境类型对应的环境模式编号，并从所述专家库中根据所述对应的环境模式编号确定人工模拟环境所要执行的各项环境参数；

接收各个传感器模块采集的各项环境监测信息，通过将所述各项环境参数与对应的各项环境监测信息进行比较，生成控制指令；

将所述控制指令下发至对应的执行模块，并依据所述控制指令执行相应的操作。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收各个传感器模块采集的各项环境监测信息，包括：接收各个传感器模块采集的空气温湿度数据信息、土壤温湿度数据信息、光照度数据信息、二氧化碳浓度数据信息、保温帘位置信息、温室膜位置信息及土壤酸碱度数据信息。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，接收各个传感器模块采集的各项环境监测信息，通过将所述各项环境参数与对应的各项环境监测信息进行比较，生成控制指令，包括：

接收各个传感器模块采集的各项环境监测信息，在判断是否执行除虫操作时，通过将所述各项环境监测信息与对应的各项环境监测信息进行比较，判断当前人工模拟环境的各项环境监测信息是否符合除虫条件：若距离上次除虫的间隔大于设定天数，且室外平均温度大于设定温度，则生成除虫指令；否则不生成除虫指令；或者，

接收各个传感器模块采集的各项环境监测信息，在指示执行卷起保温帘操作时，通过将所述各项环境监测信息与对应的各项环境监测信息进行比较，判断当前人工模拟环境的各项环境监测信息是否符合卷起保温帘条件；若符合所述卷起保温帘条件，则生成卷起保温帘指令；若不符合所述卷起保温帘条件，则根据所述卷起保温帘条件指示的人工模拟环境所要执行的环境参数执行相应的操作，并生成卷起保温帘指令；其中，所述卷起保温帘条件用于指示到达设定卷起保温帘时间或检测到当前人工模拟环境内的温度高于设定温度。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，生成除虫指令之后，还包括：

获取当前种植的植株高度，根据人工模拟环境的面积与所述植株高度计算除虫所需二氧化碳的体积，并根据计算出的二氧化碳体积执行释放二氧化碳的操作；或者，

获取当前种植的植株高度，根据所述植株高度将二氧化碳浓度传感器位置调整至所述植株高度，并执行释放二氧化碳的操作，待所述二氧化碳浓度传感器接收的二氧化碳浓度数据信息高于设定阈值时，停止释放二氧化碳。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，生成卷起保温帘指令之后，还包括：

在检测到保温帘外侧压力高于设定压力值时，生成放弃卷起保温帘的指令；或者，

在检测到人工模拟环境以外的温度低于设定温度时，生成放弃卷起保温帘的指令。

6.一种人工模拟环境的控制装置，其特征在于，所述装置包括：服务器、通讯控制器、智能控制器、传感器模块以及执行设备；其中，每个人工模拟环境对应一个智能控制器，每个智能控制器与各个传感器模块和执行设备连接，用于收集所述各个传感器模块上传的信息以及控制所述执行设备；服务器与每个智能控制器之间通过通讯控制器进行通信。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述各个传感器模块包括：空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳浓度传感器、保温帘位置传感器、温室膜位置传感器、保温帘压力传感器及土壤酸碱度传感器。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述执行设备包括：保温帘电机、温室膜电机、风门电机、补光照明设备、喷淋设备及施肥设备。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：报警设备；所述报警设备通过所述通讯控制器与所述服务器进行通信。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：能源模块；所述能源模块包括风力发电设备、太阳能发电设备及沼气发电设备。