CN105248192A - 光伏农业温棚及其环境参数控制方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏农业温棚及其环境参数控制方法、装置。所述环境参数控制方法用于光伏农业温棚，包括：数据采集步骤：获取所述光伏农业温棚内作物整个生长周期内各阶段所需的环境参数值范围，并实时采集所述光伏农业温棚的实时环境参数值；数据处理与控制步骤：将所述实时环境参数值与所述环境参数值范围进行比较，根据比较结果发出控制信号；伺服调节步骤：根据所述控制信号，对所述实时环境参数值进行调节，以使所述实时环境参数值维持在所述环境参数值范围内。使用本发明光伏农业温棚，作物产量和质量大幅度提高，极大降低劳动成本。

Description

光伏农业温棚及其环境参数控制方法、装置

技术领域

本发明涉及光伏农业技术领域，尤其涉及一种用于光伏农业温棚的环境参数控制方法、一种用于光伏农业温棚的环境参数控制装置及具有该环境参数控制装置的光伏农业温棚。

背景技术

现有技术中，对于植物或作物的生长，科学家已经确定了影响生长有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。

新型的光伏农业温棚，是将作物的生长环境由外部的土地转移到光伏温棚内，实现了土地的作物生长和光伏发电的综合利用。而如何对光伏农业内部的光照、温度和湿度等环境参数进行精准控制，成为一个新课题。因此，需要开发一种用于光伏农业温棚的环境参数控制方法和装置。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种用于光伏农业温棚的环境参数控制方法，以对环境参数进行精准控制。

本发明的另一目的在于提供一种用于光伏农业温棚的环境参数控制装置。

本发明的再一目的在于提供一种具有本发明环境参数控制装置的光伏农业温棚。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种环境参数控制方法，用于光伏农业温棚，所述环境参数控制方法包括：

数据采集步骤：获取所述光伏农业温棚内作物整个生长周期内各阶段所需的环境参数值范围，并实时采集所述光伏农业温棚的实时环境参数值；

数据处理与控制步骤：将所述实时环境参数值与所述环境参数值范围进行比较，根据比较结果发出控制信号；

伺服调节步骤：根据所述控制信号，对所述实时环境参数值进行调节，以使所述实时环境参数值维持在所述环境参数值范围内。

一种环境参数控制装置，用于光伏农业温棚，其特征在于，所述环境参数控制装置包括：

数据采集模块，用于获取所述光伏农业温棚内作物整个生长周期内各阶段所需的环境参数值范围，并实时采集所述光伏农业温棚的实时环境参数值；

数据处理与控制模块，用于将所述实时环境参数值与所述环境参数值范围进行比较，根据比较结果发出控制信号；

伺服调节模块，用于根据所述控制信号，对所述实时环境参数值进行调节，以使所述实时环境参数值维持在所述环境参数值范围内。

本发明的光伏农业温棚，具有本发明的环境参数控制装置。

本发明的有益效果在于：本发明的光伏农业温棚的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、通风量等技术参数决定着农作物的生产与产出，所以建立针对光伏农业温棚内所种植作物，例如蔬菜的生长环境监测监控系统对作物的生产十分有利，同时还能减少作物生产过程中所使用能耗，并与伺服装置(通风电机、喷淋装置等)进行联动运行，自动调节光伏农业温棚内的作物生长环境。光伏农业温棚内设施的正常运转，还可以提高植物的生长速率。

本发明的光伏农业温棚，是集太阳能光伏发电、智能温控、现代高科技种植为一体的光伏温室，保证光伏发电组件的光照要求和整个光伏农业温棚的采光要求，光伏组件发出的直流电，可直接作为电源驱动相关伺服装置为光伏农业温棚进行补光，并直接支持光伏农业温棚内的农业设备的正常运行，驱动灌溉，同时解决冬季光伏农业温棚的供暖，提高光伏农业温棚内的温度，促进作物生长。

与传统温室大棚生产相比，本发明的光伏农业温棚，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。

附图说明

图1为本发明实施例的光伏农业温棚的示意图。

图2为本发明实施例的环境参数控制方法的流程图。

图3为本发明实施例的环境参数控制装置的模块示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是，本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明实施例的光伏农业温棚，具有本发明实施例的环境参数控制装置；本发明实施例的环境参数控制装置及环境参数控制方法，用于本发明实施例的光伏农业温棚。本发明实施例的光伏农业温棚，利用本发明的环境参数控制方法，对环境参数进行精准控制。

本发明实施例的环境参数控制装置，既能够智能化为光伏农业温棚内所种植作物(可包括农作物或经济作物)合理提供光能、二氧化碳、调节温湿度和保暖通风等需求，还能够实现远程控制。下面参考附图和优选实施例对技术方案作详细说明。

如图1所示，本发明实施例的太阳能光伏农业温棚，包括传感器装置、模拟量数字量转换接口(简称I/O转换接口)、第一无线通信模块、第二无线通信模块、嵌入式控制器、开关量输出接口、伺服子装置、远程控制设备、电源模块等。

本发明实施例的环境参数控制装置和控制方法，其中的环境参数，包括但不限于是温度、湿度、光照和二氧化碳浓度，或者是其中的一个、两个或三个参数。

本发明实施例的环境参数控制装置和控制方法，其中的环境参数，也可以是温度、湿度、光照和二氧化碳浓度的至少两个的组合参数。例如温度和光照，由于两者有相关性，因此可以将两者结合在一起进行组合控制。上述的组合参数也可以是三个参数的结合。

以下结合本发明实施例的环境参数控制方法，分别介绍各部件。

1、传感器装置

如果以本发明实施例的光伏农业温棚为一个整体系统的话，传感器装置可以称为传感器子系统，之后的伺服装置，也可以称为伺服子系统。

传感器装置，安装在本发明实施例的光伏农业温棚内，是本发明实施例的环境参数控制方法与控制装置的主要信息来源，它关系到整个控制装置检测、分析加工和控制的可靠性与准确性。传感器装置主要包括检测本发明实施例的光伏农业温棚内部温度的温度传感器、检测光伏农业温棚室内空气及土壤水分的湿度传感器、检测室内光照度的光照度传感器、检测二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器。

温度传感器将检测到的光伏农业温棚内部的温度信号、湿度传感器将检测到的土壤湿度信号、光照度传感器将检测到的光伏农业温棚内部的光照度信号、二氧化碳浓度传感器将将检测到的光伏农业温棚内部的二氧化碳浓度信号，发送到模拟量数字量转换接口。

2、模拟量数字量转换接口

模拟量数字量转换接口安装在光伏农业温棚外部，集成有多路开关和数据采集卡，主要完成对传感器装置传送来的信号进行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装置所输出信号的I/O转换。在本发明实施例的控制装置中，为满足实时性要求，优选的选用速度较高，多种采样触发方式，多路采样保持的多通道数据采集卡。

3、第一无线通信模块

第一无线通信模块，布置在本发明实施例的光伏农业温棚外部，用于将采样信号转换为无线采样信号发送给第二无线通信模块，并且接收第二无线通信模块发送来的无线控制信号。

4、第二无线通信模块

第二无线通信模块，安装在远端的机房内，例如光伏农业温棚的主控中心，办公楼内；第二无线通信模块的作用是接收第一无线通信模块发送来的无线采样信号，将无线采样信号转换为CPU可识别的格式，并发送给CPU所在远程控制设备的无线网卡。

5、嵌入式控制器

嵌入式控制器可安装在本发明实施例的光伏农业温棚的外部，但本发明并不局限于此。

嵌入式控制器的功能包括环境参数预设置、信号分析处理和控制三个部分，分别对应于本发明环境参数控制方法的三个步骤。如图2和图3所示，嵌入式控制器中安装有数据采集软件(数据采集模块)、数据处理和控制软件(数据处理和控制模块，或称信号处理和控制模块)、伺服调节软件(伺服调节模块)，其中，数据采集模块中包括进行参数预设置的子模块。

环境参数预设置，一方面可将某一时间范围内，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，以确定出该作物在整个生长过程中对上述参数的要求。

这里，可以设置一个对应该环境参数的环境参数值范围。对应单个的环境参数，可以是一个数值区间。对于组合参数而言，则是一个二维取值范围或三维取值范围。

数控分析处理模块，用来实现实时测量数据与本阶段环境参数值范围进行比较分析，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。

控制作用是向伺服装置发出控制信号，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可通过专用输入设备输入，根据采样信号进行分析，如果需要调节伺服装置则生成控制信号，产生的控制信号发送给开关量输出接口。

6、开关量输出接口

开关量输出接口，可安装在光伏农业温棚外部，根据嵌入式控制器的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。

7、伺服装置

伺服装置，或称伺服子系统，安装在光伏农业温棚内部，与开关量输出接口相连接，伺服装置包括：温度调节机构、湿度调节机构、照明机构、二氧化碳施放机构。其中的温度调节机构可包括降温设备和加热设备，或者降温与加热的一体设备。

伺服装置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伺服装置的调节机构动作量的变化。

通过对降温设备(如风机)、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，通过对光伏农业温棚的天窗、侧窗启闭部件以及喷雾器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，以实现对光伏农业温棚内光照度的调节。二氧化碳施放机构完成对光伏农业温棚内二氧化碳的施放。

传感器装置、嵌入式控制器、伺服装置形成一个闭环控制，实现实时调整、无人值守。

8、远程控制设备

在通过传感器装置、嵌入式控制器、伺服装置形成一个闭环控制，实现实时调整、无人值守的本地控制的基础上，还可以通过远程控制设备进行远程控制。

远程控制设备的核心是CPU，远程控制设备安装在远端的机房内，可采用微型计算机来实现，其功能包括实时监测、环境参数预设置、信号处理、控制、报警等。微型计算机中也安装有数据采集软件(数据采集模块)、数据处理和控制软件(信号处理和控制模块)、伺服调节软件(伺服调节模块)。

远程控制设备设置有鼠标接口、键盘接口、显示器接口，通过上述接口分别连接鼠标、键盘、显示屏，以实现远程实时监测和遥控。远程控制设备也可以通过相应接口连接报警器，实现报警功能，提醒控制中心内的工作人员对报警事件进行处理。

同样，远程控制设备的环境参数预设置，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。控制的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。

远程控制设备的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、I/O转换接口、嵌入式控制器到达开关量输出接口。上述控制信号发出包括以下几种情况：

(1)在远程监测过程中，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环境参数预设值需要调整，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的环境参数预设值。

9、电源模块。

电源模块包括：第一电源模块和第二电源模块，第一电源模块可安装在光伏农业温棚内，第二电源模块安装在远端的机房内，第一电源模块和第二电源模块既可以采用光伏农业温棚的光伏组件供电，也可以采用通用电源。第一电源模块向I/O转换接口、第一无线通信模块、嵌入式控制器、开关量输出接口、伺服子系统提供电源。第二电源模块向第二无线通信模块、远程控制设备及其外设、报警器提供电源。

本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环境参数控制方法，用于光伏农业温棚，其特征在于，所述环境参数控制方法包括：

数据采集步骤：获取所述光伏农业温棚内作物整个生长周期内各阶段所需的环境参数值范围，并实时采集所述光伏农业温棚的实时环境参数值；

数据处理与控制步骤：将所述实时环境参数值与所述环境参数值范围进行比较，根据比较结果发出控制信号；

伺服调节步骤：根据所述控制信号，对所述实时环境参数值进行调节，以使所述实时环境参数值维持在所述环境参数值范围内。

2.如权利要求1所述的环境参数控制方法，其特征在于，在所述数据采集步骤中，将所述作物不同生长期的所述环境参数进行设置，进而对所述环境参数数据进行数据拟合，以确定所述作物在整个生长过程中的所述环境参数值范围。

3.如权利要求2所述的环境参数控制方法，其特征在于，所述伺服调节步骤中，调节机构动作量的大小根据由所述比较结果所确定的调节量的大小来确定，根据所述控制信号中的调节量的大小来确定调节机构动作量的变化。

4.如权利要求1所述的环境参数控制方法，其特征在于，由传感器装置采集所述实时环境参数值，发送给模拟量数字量转换接口；

模拟量数字量转换接口完成对传感器装置传送来的信号的模拟量数字量转换和采样，并将采样信号发送给第一无线通信模块和嵌入式控制器；

所述嵌入式控制器根据所述采样信号，生成控制信号，传送给开关量输出接口；

所述开关量输出接口，根据所述控制信号生成伺服装置中对应调节机构的动作信号，以使所述调节机构动作。

5.如权利要求4所述的环境参数控制方法，其特征在于，还包括远程控制步骤中，通过设置在远端机房内的远程控制设备，进行远程环境参数预设置、远程信号处理和控制、远程实时监测及远程报警。

6.如权利要求5所述的环境参数控制方法，其特征在于，如所述嵌入式控制器中的所述预设环境参数范围需要调整，则通过所述远程控制设备的CPU生成并向所述嵌入式控制器发出更新信号，所述嵌入式控制器根据所述更新信号来刷新所述预设环境参数范围。

7.如权利要求1所述的环境参数控制方法，其特征在于，所述环境参数包括温度、湿度、光照和二氧化碳浓度的至少其中之一，或者所述环境参数包括温度、湿度、光照和二氧化碳浓度的至少两个的组合参数。

8.如权利要求7所述的环境参数控制方法，其特征在于，远程控制设备的CPU发出的控制信号，依次通过第二无线通信模块、所述第一无线通信模块、所述模拟量数字量转换接口、所述嵌入式控制器到达所述开关量输出接口；以下情况时所述远程控制设备发出所述控制信号：

在远程监测过程中，发现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；

如果所述远程控制设备连接的报警器发出报警，则发出控制信号。

9.一种环境参数控制装置，用于光伏农业温棚，其特征在于，所述环境参数控制装置包括：

数据采集模块，用于获取所述光伏农业温棚内作物整个生长周期内各阶段所需的环境参数值范围，并实时采集所述光伏农业温棚的实时环境参数值；

数据处理与控制模块，用于将所述实时环境参数值与所述环境参数值范围进行比较，根据比较结果发出控制信号；

伺服调节模块，用于根据所述控制信号，对所述实时环境参数值进行调节，以使所述实时环境参数值维持在所述环境参数值范围内。

10.一种光伏农业温棚，其特征在于，所述光伏农业温棚具有权利要求9所述的环境参数控制装置。