CN105159370B - 太阳能光伏农业温棚 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种太阳能光伏农业温棚，包括温棚本体、设置于所述温棚本体内的多个能够透光的光伏组件、光伏组件固定支架以及环境参数控制装置，光伏组件固定支架设置在所述温棚本体内的地面上，用于固定所述光伏组件并带动光伏组件转动，环境参数控制装置由所述光伏组件供给能源以检测并调节所述温棚本体内的温度、湿度、光照度以及二氧化碳浓度中的至少其中一项参数。本实施例的太阳能光伏农业温棚，能够调节温棚本体内的环境参数，提高产量，并且不会改变土地使用性质，由于光伏组件位于温棚本体内部，因而能够避免光伏组件损坏，光伏组件固定支架能够用于安装照明灯、喷水管等其他配件，能够充分利用温棚本体内的空间，节约了土地资源。

Description

太阳能光伏农业温棚

技术领域

本发明涉及一种农业温棚，尤其涉及一种太阳能光伏农业温棚。

背景技术

科学家已经确定了影响植物生长有52种因素，但是起主要作用的包括：土壤有机质、土壤水分、根层深度、温度、湿度、光照度、风速等等。

“十二五”以来，精准农业已成为当今世界农业发展的新趋势，它是由现代信息技术支持的根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，它将推动农业生产由以前的粗放型农业向技术型、细化型的现代化农业转变。精准农业的基本思路是根据农作物在生长过程中所出现的优劣性而进行科学管理，实时地感知作物生长信息和作物生长环境信息，分析作物生长差异的原因，并按具体情况做出决策，准确地根据不同的情况进行针对性的管理，用最少或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，优化生产管理体系，取得经济效益和环境效益。精准农业的技术体系主要包含信息获取系统、信息处理系统与智能化的农业机械作业3个部分，其中如何能方便、有效、快捷、准确地获取到农作物田间的环境信息，已经成为实施精准农业最为关键的问题，为此，需要大力开展适用于农作物的环境信息快速感知技术与传感仪器的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够控制农业温棚内环境参数的太阳能农业温棚。

根据本发明的一个方面，一种太阳能光伏农业温棚，包括温棚本体、设置于所述温棚本体内的多个能够透光的光伏组件、光伏组件固定支架以及环境参数控制装置，光伏组件固定支架设置在所述温棚本体内的地面上，用于固定所述光伏组件并带动光伏组件转动，环境参数控制装置由所述光伏组件供给能源以检测并调节所述温棚本体内的温度、湿度、光照度以及二氧化碳浓度中的至少其中一项参数。

根据本发明的一实施方式，所述光伏组件固定支架并包括多个立柱、地锚、多个转轴、多个旋转支架、多个连接杆、多个转轴支撑座以及转轴驱动装置，所述地锚固定设置于立柱的下端以将立柱竖直支撑于温棚本体内的地面，所述立柱与所述连接杆通过扣件组成网状，所述转轴支撑座固定连接于所述立柱的顶端，所述转轴水平转动支撑于转轴支撑座内，所述旋转支架固定连接于所述转轴，所述光伏组件固定.连接于所述旋转支架，所述转轴驱动装置驱动所述转轴转动。

根据本发明的一实施方式，所述转轴驱动装置包括横杆以及能够伸缩的推杆，所述旋转支架上设有末端位于所述转轴下方的转杆，所述横杆与每一转轴上的其中一个旋转支架上的转杆转动连接，所述推杆的一端转动连接于其中一个所述立柱，另一端转动连接于所述横杆以带动所述横杆运动。

根据本发明的一实施方式，所述温棚本体包括框架型的龙骨以及设置于所述龙骨的玻璃，所述温棚本体上方设有能够由窗机打开或关闭的天窗，所述温棚本体的侧壁上设有通风孔，所述通风孔上安装有排风扇。

根据本发明的一实施方式，所述环境参数控制装置包括传感器子系统、模拟量数字量转换接口、嵌入式控制器、开关量输出接口以及伺服子系统；所述传感器子系统安装于温棚本体内，用于对温棚本体内的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度参数进行检测并将检测值转变为模拟量电信号；所述模拟量数字量转换接口接收由所述传感器子系统所传送的模拟量电信号并将其转变为数字量电信号后发送至嵌入式控制器；所述嵌入式控制器根据接收到的数字量电信号而产生相应的控制信号，并将所述控制信号发送至所述开关量输出接口，以控制所述伺服子系统调节所述温棚本体内的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度参数。传感器子系统、模拟量数字量转换接口、嵌入式控制器、开关量输出接口和伺服子系统形成一个闭环控制，可以实现太阳能光伏农业温棚内多项参数的实时调整，达到无人值守，并能够远程控制。

根据本发明的一实施方式，所述伺服子系统包括温度调节机构、湿度调节机构、照明机构以及二氧化碳释放机构；温度调节机构布置在所述温棚本体内部并靠近其内侧壁；湿度调节机构包括多个用于向温棚本体内喷水的喷头，所述喷头固定于所述光伏组件固定支架；照明机构用于温棚本体内提供照明；二氧化碳释放机构位于温棚本体内壁顶部，用于释放二氧化碳。

根据本发明的一实施方式，所述环境参数控制装置还包括用于与所述嵌入式控制器无线通信的微型计算机。

根据本发明的一实施方式，所述环境参数控制装置还包括第一无线通信模块和第二无线通信模块，所述第一无线通信模块与所述嵌入式控制器连接，所述第二无线通信模块与所述微型计算机连接，所述嵌入式控制器与所述微型计算机通过该第一无线通信模块和第二无线通信模块进行无线通信。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本实施例的太阳能光伏农业温棚，能够调节温棚本体内的环境参数，提高产量，并且不会改变土地使用性质，由于光伏组件位于温棚本体内部，因而能够避免光伏组件损坏，延长使用寿命，维护方便，光伏组件固定支架能够用于安装照明灯、喷水管等其他配件，能够充分利用温棚本体内的空间，节约了土地资源。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明实施例太阳能光伏农业温棚的示意图；

图2是本发明实施例太阳能光伏农业温棚的主视示意图；

图3是本发明实施例太阳能光伏农业温棚的右视示意图；

图4是本发明实施例中伸缩杆带动横杆移动时的示意图；

图5是本发明实施例的旋转支架与光伏组件及转轴相结合的示意图；

图6是图5的右视示意图；

图7是本发明实施例的环境参数控制装置的示意图；

图8是本发明实施例的光伏组件供电示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

如图1至图3所示，本实施例公开了一种太阳能光伏农业温棚，包括温棚本体1、多个能够透光的光伏组件30、光伏组件固定支架以及环境参数控制装置。光伏组件30通过光伏组件固定支架支撑在温棚本体1的内部，并且光伏组件固定支架能够带动光伏组件30转动以跟踪阳光。

温棚本体1可以采用塑料温棚或者玻璃温棚，截面可为半圆柱型或者矩形。在本实施例中，温棚本体1为长方体型的玻璃温棚，其截面为矩形。温棚本体1包括框架型的龙骨11以及设置在龙骨11上的玻璃15。龙骨11设置在地基12上。温棚本体1上方设有能够由窗机16打开或关闭的天窗13，天窗13通过合页14连接在龙骨11上，温棚本体1的侧壁上设有通风孔17，所述通风孔17上安装有排风扇，窗机16为电动窗机。

参见图2至图6，光伏组件固定支架包括多个立柱21、地锚24、转轴26、旋转支架27、多个连接杆28、多个转轴支撑座29以及转轴驱动装置。光伏组件固定支架用于对光伏组件30进行支撑。

地锚24固定设置于立柱21的下端以将立柱21竖直支撑于温棚本体1内的地面，立柱21与连接杆28通过扣件组成网状，转轴支撑座29固定连接于立柱21的顶端，转轴26水平转动支撑于转轴支撑座29内，旋转支架27固定连接于转轴26，光伏组件30固定连接于旋转支架27，转轴驱动装置用于驱动所述转轴26转动。

地锚24可以增加立柱21与地面的受力面积，使立柱21更加稳固地竖立在土质地面上。这些立柱21在温棚本体1的地面上沿着横向方向和纵向方向整齐排列，连接杆28处于水平状态，并与同一行或者同一列的立柱21进行连接，使立柱21保持竖立状态而不会倾倒。连接杆28可以布置在立柱21的上方位置，这样不会影响到工作。

在每一列立柱21的顶端各安装有一个转轴26。每个转轴26上安装有若干个旋转支架27。如图5及图6所示，旋转支架27倾斜安装在转轴26上。旋转支架27的前端通过前端支架271固定在转轴26上，旋转支架27的后端固定连接有两个组件固定杆273。这两个组件固定杆273排列为V型，上端连接旋转支架27，下端连接后固定座272，后固定座272固定连接在转轴26上。

参见图3及图4，转轴驱动装置包括横杆22以及能够伸缩的推杆23，在旋转支架27上设有末端位于所述转轴26下方的转杆274，横杆22与每一转轴26上的其中一个旋转支架27上的转杆274转动连接，推杆23的一端转动连接于其中一个立柱21，另一端转动连接于横杆22以带动横杆22运动。当推杆23伸长或者缩短时，就能够带动横杆22运动，横杆22带动所有的转杆274运动，就能够带动所有的转轴26进行转动，使得所有的旋转支架27同步转动，使所有的光伏组件30也同步转动。

环境参数控制装置，由光伏组件30供给能源以检测并调节温棚本体1内的温度、湿度、光照度以及二氧化碳浓度参数。如图7及图8所示，本实施例中，环境参数控制装置包括传感器子系统、模拟量数字量转换接口、嵌入式控制器、开关量输出接口、伺服子系统以及用于与所述嵌入式控制器无线通信的微型计算机。

传感器子系统安装于温棚本体1内，用于对温棚本体1内的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度中的至少其中一项参数进行检测并将检测值转变为模拟量电信号，是环境参数控制装置的主要信息来源。它关系到整个系统检测、分析加工和控制的可靠性与准确性。传感器子系统包括用于检测温棚本体1内的温度的温度传感器，用于检测温棚本体1内的空气及土壤水分的湿度传感器，用于检测温棚本体1内光照度的光照度传感器以及用于检测温棚本体1内二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器。

多个温度传感器、光照度传感器、二氧化碳浓度传感器可分别固定在光伏组件固定支架的不同位置，湿度传感器埋设在温棚本体1内的土壤中。

这些传感器所检测到的温度信号、湿度信号、光照度信号以及二氧化碳浓度信号被发送到模拟量数字量转换接口，从而将其由模拟信号转换为数字信号。

模拟量数字量转换接口安装在温棚本体1的外部，通过信号线与传感器子系统的各个传感器进行连接。在模拟量数字量转换接口内集成有多路开关和数据采集卡，主要完成对传感器子系统传送来的信号进行I/O转换和采样，并将采样信号发送给第一无线通信模块和嵌入式控制器。集成多路开关用于完成传感器子系统输出信号的I/O转换。为满足实时性要求，一般应选用速度较高，多种采样触发方式，多路采样保持的多通道数据采集卡。模拟量数字量转换接口所转换的数字信号可被发送至嵌入式控制器。

嵌入式控制器安装在温棚本体1的外部，功能包括环境参数预设置、信号分析处理和控制三个部分。嵌入式控制器中安装有数据采集软件(数据采集模块)、信号处理和控制软件(信号处理和控制模块)、伺服软件(伺服模块)。

环境参数预设置一方面可将某一时间范围内，农作物正常生长对温度、湿度、光照和二氧化碳浓度等参数的要求进行设置；另一方面可将作物不同生长期对温度、湿度、光照和二氧化碳浓度要求等参数进行设置，进而对其进行数据拟合，以确定其在整个生长过程中对上述因素的要求。

信号分析处理用来实现测量数据与本阶段环境参数值进行比较分析，为控制提供决策依据，控制部分则由此发出各种相应的控制信号。

控制作用是向伺服子系统发出控制信号，控制信号中包括调节温度、湿度、光照和二氧化碳浓度的调节量。

嵌入式控制器的环境参数预设置通过专用输入设备输入，根据采样信号进行分析，如果需要调节伺服子系统则生成控制信号，产生的控制信号发送给开关量输出接口。

开关量输出接口安装在温棚本体的外部，根据控制信号中的调节量生成伺服子系统中对应调节机构的动作信号，动作信号中包含有调节机构的调节量。开关量输出接口通过电缆连接伺服子系统。

伺服子系统安装在农业温棚骨架内，其结构包括：温度调节机构、湿度调节机构、照明机构、二氧化碳施放机构。伺服子系统根据控制信号来动作，动作量的大小根据调节量来确定，根据控制信号中调节量的大小来实现动作量的变化。

温度调节机构(降温设备、加热设备)布置在温棚本体内部，靠近内侧壁的玻璃15的位置；湿度调节机构包括喷淋设备，喷淋设备具有多个用于向温棚本体内喷水的喷头，这些喷头固定在光伏组件固定支架上，以利于喷淋调节湿度和温度；照明机构、二氧化碳施放机构固定在顶部外龙骨11的下部。照明机构包括补光灯、LED植物生长投射灯。

温度调节机构通过对降温设备、加热设备(如热暖)的工作方式及时间的控制以实现对温度的调节功能。湿度调节机构通过对窗机16以及喷淋设备的控制以完成对湿度的调节。照明机构通过对照明灯的开或关，以实现对温室内光照度的调节。二氧化碳施放机构完成对温室内二氧化碳施放。

传感器子系统、模拟量数字量转换接口、嵌入式控制器、开关量输出接口和伺服子系统形成一个闭环控制，并由一第一电源模块供电，可以实现实时调整、无人值守。

环境参数控制装置还包括第一无线通信模块和第二无线通信模块，第一无线通信模块由第一电源模块供电，并能够通过模拟量数字量转换接口实现与嵌入式控制器相连接以收发数据。第二无线通信模块能够与微型计算机连接以收发数据。其中，微型计算机包括CPU、鼠标接口、键盘接口、显示器接口以及显示器等。第二无线通信模块和微型计算机通过一第二电源模块进行供电。嵌入式控制器与微型计算机通过该第一无线通信模块和第二无线通信模块进行无线通信。

第一电源模块和第二电源模块是由光伏组件30供电的。由图8可知，光伏组件产生的电能经过逆变器存储在蓄电池中，再由蓄电池供给第一电源模块和第二电源模块电能。

CPU发出的控制信号通过第二无线通信模块、第一无线通信模块、模拟量数字量转换接口、嵌入式控制器到达开关量输出接口。控制信号发出包括以下几种情况：

(1)在监测过程中，如果发现农作物正常生长对温度、湿度、光照和二氧化碳浓度出现异常，发出控制信号；

(2)如果报警器发出报警，则认为调节相应参数，发出控制信号。

当然，如果发现嵌入式控制器的预设参数需要调整，也可以通过CPU生成并发出更新信号，嵌入式控制器根据更新信号来刷新之前预设参数。

本实施例的太阳能光伏农业温棚并不占用地面，也不会改变土地使用性质，因此能够节约土地资源，而且容易拆卸恢复原状，由于光伏组件位于温棚本体内部，因而能够避免光伏组件损坏，延长使用寿命，维护方便，光伏组件固定支架能够用于安装照明灯、喷水管等其他配件，能够充分利用温棚本体内的空间，节约了土地资源。

通过在设置不同透光率的太阳能电池板，能满足不同作物的采光需求，可种植有机农产品、名贵苗木等各类高附加值作物，还能实现反季种植、精品种植。

本实施例为太阳能光伏发电、智能温控、现代高科技种植为一体的太阳能光伏农业温棚，能够保证光伏发电组件的光照要求和整个温棚本体的采光要求，太阳能光伏发出的直流电，可直接为农业温室进行补光，并直接支持温棚本体农业设备的正常运行，驱动灌溉，同时解决冬季温棚本体供暖，提高大棚温度，促进农作物生长。

本实施例的太阳能光伏农业温棚能够实现远程参数的无线控制。具有良好的扩展性和实用性，实现了温室的智能化测控管理，降低劳动强度。同时能够很好的推动农业信息化。与传统大棚生产质量相比，本实施例的太阳能光伏农业温棚的产量和质量大幅度提高，极大降低劳动成本，生产率提高30％以上。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (6)

1.一种太阳能光伏农业温棚，其特征在于，包括：

温棚本体，所述温棚本体为玻璃温棚；

设置于所述温棚本体内的多个能够透光的光伏组件；

光伏组件固定支架，设置在所述温棚本体内的地面上，用于固定所述光伏组件并带动光伏组件转动；

环境参数控制装置，由所述光伏组件供给能源以检测并调节所述温棚本体内的温度、湿度、光照度以及二氧化碳浓度中的至少其中一项参数；

所述光伏组件固定支架并包括多个立柱、地锚、多个转轴、多个旋转支架、多个连接杆、多个转轴支撑座以及转轴驱动装置，所述地锚固定设置于立柱的下端以将立柱竖直支撑于温棚本体内的地面，所述立柱与所述连接杆通过扣件组成网状，所述转轴支撑座固定连接于所述立柱的顶端，所述转轴水平转动支撑于转轴支撑座内，所述旋转支架固定连接于所述转轴，所述光伏组件固定连接于所述旋转支架，所述转轴驱动装置驱动所述转轴转动；

所述转轴驱动装置包括横杆以及能够伸缩的推杆，所述旋转支架上设有末端位于所述转轴下方的转杆，所述横杆与每一转轴上的其中一个旋转支架上的转杆转动连接，所述推杆的一端转动连接于其中一个所述立柱，另一端转动连接于所述横杆以带动所述横杆运动；所述旋转支架的前端通过前端支架固定在转轴上，旋转支架的后端固定连接有两个组件固定杆；两个所述组件固定杆排列为V型，上端连接旋转支架，下端连接后固定座，所述后固定座固定连接于转轴上。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏农业温棚，其特征在于：所述温棚本体包括框架型的龙骨以及设置于所述龙骨的玻璃，所述温棚本体上方设有能够由窗机打开或关闭的天窗，所述温棚本体的侧壁上设有通风孔，所述通风孔上安装有排风扇。

3.根据权利要求1所述的太阳能光伏农业温棚，其特征在于：所述环境参数控制装置包括传感器子系统、模拟量数字量转换接口、嵌入式控制器、开关量输出接口以及伺服子系统；所述传感器子系统安装于温棚本体内，用于对温棚本体内的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度参数进行检测并将检测值转变为模拟量电信号；所述模拟量数字量转换接口接收由所述传感器子系统所传送的模拟量电信号并将其转变为数字量电信号后发送至嵌入式控制器；所述嵌入式控制器根据接收到的数字量电信号而产生相应的控制信号，并将所述控制信号发送至所述开关量输出接口，以控制所述伺服子系统调节所述温棚本体内的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度参数。

4.根据权利要求3所述的太阳能光伏农业温棚，其特征在于：所述伺服子系统包括：

温度调节机构，布置在所述温棚本体内部并靠近其内侧壁；

湿度调节机构，包括多个用于向温棚本体内喷水的喷头，所述喷头固定于所述光伏组件固定支架；

照明机构，用于温棚本体内提供照明；以及

二氧化碳释放机构，位于温棚本体内壁顶部，用于释放二氧化碳。

5.根据权利要求3或4所述的太阳能光伏农业温棚，其特征在于：所述环境参数控制装置还包括用于与所述嵌入式控制器无线通信的微型计算机。

6.根据权利要求5所述的太阳能光伏农业温棚，其特征在于：所述环境参数控制装置还包括第一无线通信模块和第二无线通信模块，所述第一无线通信模块与所述嵌入式控制器连接，所述第二无线通信模块与所述微型计算机连接，所述嵌入式控制器与所述微型计算机通过该第一无线通信模块和第二无线通信模块进行无线通信。