CN105511528B - 一种以温度优先的温室环境控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种以温度优先的温室环境控制方法，该温室环境控制技术通过事先设定的温度与湿度、二氧化碳浓度和光照强度之间的关系，优先将温室内的温度设置在作物最佳成长速度的温度范围内，然后，利用热量守恒定律，根据温室内的温度分别先后协调控制温室内的湿度、二氧化碳浓度和光照强度，以便时刻保证温室内的温度处于作物最佳的生长速度。本发明通过温室控制器对温室的温度进行实时控制，并同时实时检测温室内的其他参数，保证其他参数处于正常的范围内，使得作物根据各个生长时期的状态时刻处于最佳的温度生长范围内，本发明的控制方法实时性高，能够实时对各个参数进行反馈，实现各个参数的动态控制，提高了温室的控制效果。
Description
技术领域
本发明涉及基于一种温室控制技术领域，具体为一种以温度优先的温室环境控制方法，属于农业工程技术领域。
背景技术
温室环境控制过程是一个复杂的过程，需要控制的因素很多，但主要因素是温度和湿度，由于各个因素的给定值不是恒定值，不同的作物在不同的生长阶段有不同的适应范围，目前的温室环境控制技术大多采用湿度、温度、光照和二氧化碳浓度的单独控制方式，这种控制方式虽然能够基本满足温室内作物的生长所需，但是，不能达到作物生长的最佳状态，尤其是温度，对于作物各个时期的生长具有极其重要的作用。基于目前的研究发现，在温湿度、光照和二氧化碳浓度的诸多因素中，温度对于作物的影响最为关键，而湿度、光照和二氧化碳浓度对作物的生长也具有一定的影响，因此，如何设计一种以温度为优先控制，其他参数辅助控制的温室环境控制技术，对于温室的发展具有极其重要的作用。
基于以上技术问题，本发明提供了一种以温度优先的温室环境控制方法，其通过对温度进行优先控制，利用能力守恒定律，通过温室控制器对温室的温度进行实时控制，并同时实时检测温室内的其他参数，保证其他参数处于正常的范围内，使得作物根据各个生长时期的状态时刻处于最佳的温度生长范围内，本发明的控制方法实时性高，能够实时对各个参数进行反馈，实现各个参数的动态控制，提高了温室的控制效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构和使用简单、合理，精度高，性能稳定的一种以温度优先的温室环境控制方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种以温度优先的温室环境控制方法，其特征在于，该温室环境控制技术通过事先设定的温度与湿度、二氧化碳浓度和光照强度之间的关系，优先将温室内的温度设置在作物最佳成长速度的温度范围内，然后，利用热量守恒定律，根据温室内的温度分别先后协调控制温室内的湿度、二氧化碳浓度和光照强度，以便时刻保证温室内的温度处于作物最佳的生长速度。
进一步，作为优选，该温室的室内设置有室内温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和光传感器，所述温室的室外壁上也设置有室外温度传感器，该温室的顶端设置有天窗，该温室内还设置有风机、加热器、热气加速流动风机和加湿器，其中，所述室内温度传感器和所述室外温度传感器均与温室控制器连接，所述湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和光传感器也连接所述温室控制器，所述温室控制器还连接所述风机、加热器、热气加速流动风机、加湿器和光源，所述温室控制器还与所述天窗的开启机构连接；
其中，实现对该温室以温度为优先的温室环境控制技术包括以下步骤：
(1)首先，事先研究分析作物的生长速度与温室的环境温度之间的关系，并确定出作物在各个生长时期的生长速率与温度的关系，将作物各个生长时期的最佳温度存储于温室控制器的数据库中，然后，以各个生长时期的最佳温度为常量，以湿度、二氧化碳浓度和光照强度为变量，分析出作物在各个生长时期的最佳温度下，对应的湿度、二氧化碳浓度和光照强度的最佳范围，并将该最佳范围与各自的温度一一对应的存储于所述温室控制器的数据库中；
(2)温室控制器根据作物的生长时期，从温室控制器的数据库中选择温室的最佳温度；
(3)温室控制器时刻计算温室内温度变化率，并根据温室内温度变化率，控制加热器、热气加速流动风机的功率；
(4)温室控制器利用湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和光传感器分别实时测定温室内的湿度、二氧化碳浓度和光照强度，并将测定的湿度、二氧化碳浓度和光照强度分别与温室控制器的数据库内存储的湿度、二氧化碳浓度和光照强度范围进行比较；
(5)如果测定的湿度、二氧化碳浓度和光照强度处于温室控制器的数据库内存储的湿度、二氧化碳浓度和光照强度范围内，则返回步骤(3)；
(6)如果测定的湿度不处于温室控制器的数据库内存储的湿度范围内，则温室控制器控制湿度加湿器，使湿度加湿器的功率升高或者降低一级，并返回步骤(3)；
(7)如果测定的二氧化碳浓度不处于温室控制器的数据库内存储的二氧化碳浓度范围内，则温室控制器控制天窗开启机构，使天窗的开启空间升高或者降低一级，并返回步骤(3)；
(8)如果测定的光照强度不处于温室控制器的数据库内存储的光照强度范围内，则温室控制器控制光源器，使光源的功率升高或者降低一级，并返回步骤(3)；
其中，所述步骤(3)中，计算温室内温度变化率使用如下公式进行计算：
其中，h为温室的容积与地表面积之比，dWt/dt为温室内温度变化率，Et为作物蒸腾作用所吸收的热量，Esoil为土壤表面水蒸发吸收热量，Eadd为加热器的散热量，Econd为温室表面的散热量，Ev为天窗换气的散热量；上式中：
为作物冠层的净辐射热量，ρCP为蒸汽密度乘以蒸汽比容，es(Ti)为饱和水气压下的温度值，e为温室内实际温度值，rs为作物的气孔阻力，λ为矫正系数，γ为温度计算常数；
β为温室外部温度与温室室内温度的比值，ras为温室外表面与空气之间的传输阻力。
进一步，作为优选，所述湿度加湿器、天窗的开启空间和光源器的功率均分为九级，包括+4级、+3级、+2级、+1级、0级、-1级、-2级、-3级和-4级。
进一步，作为优选，所述温室的外部还设置有雨雪检测器，且当所述雨雪检测器检测到外部出现雨雪天气时，所述步骤(7)中，所述温室控制器强制控制天窗开启机构关闭天窗。
进一步，作为优选，温室的温度采集采用多点采集的方式，并对多点采集的温度数据取平均运算。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种以温度优先的温室环境控制方法，其通过对温度进行优先控制，利用能力守恒定律，通过温室控制器对温室的温度进行实时控制，并同时实时检测温室内的其他参数，保证其他参数处于正常的范围内，使得作物根据各个生长时期的状态时刻处于最佳的温度生长范围内，本发明的控制方法实时性高，能够实时对各个参数进行反馈，实现各个参数的动态控制，提高了温室的控制效果。
附图说明
图1是本发明的一种以温度优先的温室环境控制方法的示意图；
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种以温度优先的温室环境控制方法，其特征在于，该温室环境控制技术通过事先设定的温度与湿度、二氧化碳浓度和光照强度之间的关系，优先将温室内的温度设置在作物最佳成长速度的温度范围内，然后，利用热量守恒定律，根据温室内的温度分别先后协调控制温室内的湿度、二氧化碳浓度和光照强度，以便时刻保证温室内的温度处于作物最佳的生长速度。
在本实施例中，该温室的室内设置有室内温度传感器1、湿度传感器2、二氧化碳浓度传感器3和光传感器4，所述温室的室外壁上也设置有室外温度传感器5，该温室的顶端设置有天窗，该温室内还设置有风机6、加热器7、热气加速流动风机8和加湿器9，其中，所述室内温度传感器1和所述室外温度传感器5均与温室控制器连接，所述湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和光传感器也连接所述温室控制器，所述温室控制器还连接所述风机6、加热器7、热气加速流动风机8、加湿器9和光源10，所述温室控制器还与所述天窗11的开启机构连接；
其中，实现对该温室以温度为优先的温室环境控制技术包括以下步骤：
(1)首先，事先研究分析作物的生长速度与温室的环境温度之间的关系，并确定出作物在各个生长时期的生长速率与温度的关系，将作物各个生长时期的最佳温度存储于温室控制器的数据库中，然后，以各个生长时期的最佳温度为常量，以湿度、二氧化碳浓度和光照强度为变量，分析出作物在各个生长时期的最佳温度下，对应的湿度、二氧化碳浓度和光照强度的最佳范围，并将该最佳范围与各自的温度一一对应的存储于所述温室控制器的数据库中；
(2)温室控制器根据作物的生长时期，从温室控制器的数据库中选择温室的最佳温度；
(3)温室控制器时刻计算温室内温度变化率，并根据温室内温度变化率，控制加热器、热气加速流动风机的功率；
(4)温室控制器利用湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和光传感器分别实时测定温室内的湿度、二氧化碳浓度和光照强度，并将测定的湿度、二氧化碳浓度和光照强度分别与温室控制器的数据库内存储的湿度、二氧化碳浓度和光照强度范围进行比较；
(5)如果测定的湿度、二氧化碳浓度和光照强度处于温室控制器的数据库内存储的湿度、二氧化碳浓度和光照强度范围内，则返回步骤(3)；
(6)如果测定的湿度不处于温室控制器的数据库内存储的湿度范围内，则温室控制器控制湿度加湿器，使湿度加湿器的功率升高或者降低一级，并返回步骤(3)；
(7)如果测定的二氧化碳浓度不处于温室控制器的数据库内存储的二氧化碳浓度范围内，则温室控制器控制天窗开启机构，使天窗的开启空间升高或者降低一级，并返回步骤(3)：
(8)如果测定的光照强度不处于温室控制器的数据库内存储的光照强度范围内，则温室控制器控制光源器，使光源的功率升高或者降低一级，并返回步骤(3)；
其中，所述步骤(3)中，计算温室内温度变化率使用如下公式进行计算：
其中，h为温室的容积与地表面积之比，dWt/dt为温室内温度变化率，Et为作物蒸腾作用所吸收的热量，Esoil为土壤表面水蒸发吸收热量，Eadd为加热器的散热量，Econd为温室表面的散热量，Ev为天窗换气的散热量；上式中：
为作物冠层的净辐射热量，ρCP为蒸汽密度乘以蒸汽比容，es(Ti)为饱和水气压下的温度值，e为温室内实际温度值，rs为作物的气孔阻力，λ为矫正系数，γ为温度计算常数；
β为温室外部温度与温室室内温度的比值，ras为温室外表面与空气之间的传输阻力。
此外，所述湿度加湿器、天窗的开启空间和光源器的功率均分为九级，包括+4级、+3级、+2级、+1级、0级、-1级、-2级、-3级和-4级。所述温室的外部还设置有雨雪检测器，且当所述雨雪检测器检测到外部出现雨雪天气时，所述步骤(7)中，所述温室控制器强制控制天窗开启机构关闭天窗。为了提高检测精度，温室的温度采集采用多点采集的方式，并对多点采集的温度数据取平均运算。
本发明通过对温度进行优先控制，利用能力守恒定律，通过温室控制器对温室的温度进行实时控制，并同时实时检测温室内的其他参数，保证其他参数处于正常的范围内，使得作物根据各个生长时期的状态时刻处于最佳的温度生长范围内，本发明的控制方法实时性高，能够实时对各个参数进行反馈，实现各个参数的动态控制，提高了温室的控制效果。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (4)
1.一种以温度优先的温室环境控制方法，其特征在于，该温室环境控制技术通过事先设定的温度与湿度、二氧化碳浓度和光照强度之间的关系，优先将温室内的温度设置在作物最佳成长速度的温度范围内，然后，利用热量守恒定律，根据温室内的温度分别先后协调控制温室内的湿度、二氧化碳浓度和光照强度，以便时刻保证温室内的温度处于作物最佳的生长速度；该温室的室内设置有室内温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和光传感器，所述温室的室外壁上也设置有室外温度传感器，该温室的顶端设置有天窗，该温室内还设置有风机、加热器、热气加速流动风机和加湿器，其中，所述室内温度传感器和所述室外温度传感器均与温室控制器连接，所述湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和光传感器也连接所述温室控制器，所述温室控制器还连接所述风机、加热器、热气加速流动风机、加湿器和光源，所述温室控制器还与所述天窗的开启机构连接；
其中，实现对该温室以温度为优先的温室环境控制技术包括以下步骤：
(1)首先，事先研究分析作物的生长速度与温室的环境温度之间的关系，并确定出作物在各个生长时期的生长速率与温度的关系，将作物各个生长时期的最佳温度存储于温室控制器的数据库中，然后，以各个生长时期的最佳温度为常量，以湿度、二氧化碳浓度和光照强度为变量，分析出作物在各个生长时期的最佳温度下，对应的湿度、二氧化碳浓度和光照强度的最佳范围，并将该最佳范围与各自的温度一一对应的存储于所述温室控制器的数据库中；
(2)温室控制器根据作物的生长时期，从温室控制器的数据库中选择温室的最佳温度；
(3)温室控制器时刻计算温室内温度变化率，并根据温室内温度变化率，控制加热器、热气加速流动风机的功率；
(4)温室控制器利用湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和光传感器分别实时测定温室内的湿度、二氧化碳浓度和光照强度，并将测定的湿度、二氧化碳浓度和光照强度分别与温室控制器的数据库内存储的湿度、二氧化碳浓度和光照强度范围进行比较；
(5)如果测定的湿度、二氧化碳浓度和光照强度处于温室控制器的数据库内存储的湿度、二氧化碳浓度和光照强度范围内，则返回步骤(3)；
(6)如果测定的湿度不处于温室控制器的数据库内存储的湿度范围内，则温室控制器控制湿度加湿器，使湿度加湿器的功率升高或者降低一级，并返回步骤(3)；
(7)如果测定的二氧化碳浓度不处于温室控制器的数据库内存储的二氧化碳浓度范围内，则温室控制器控制天窗开启机构，使天窗的开启空间升高或者降低一级，并返回步骤(3)；
(8)如果测定的光照强度不处于温室控制器的数据库内存储的光照强度范围内，则温室控制器控制光源器，使光源的功率升高或者降低一级，并返回步骤(3)；
其中，所述步骤(3)中，计算温室内温度变化率使用如下公式进行计算：
其中，h为温室的容积与地表面积之比，dWt/dt为温室内温度变化率，Et为作物蒸腾作用所吸收的热量，Esoil为土壤表面水蒸发吸收热量，Eadd为加热器的散热量，Econd为温室表面的散热量，Ev为天窗换气的散热量；上式中：
ΔR′n为作物冠层的净辐射热量，ρCp为蒸汽密度乘以蒸汽比容，es(Ti)为饱和水气压下的温度值，e为温室内实际温度值，rs为作物的气孔阻力，λ为矫正系数，γ为温度计算常数；
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β为温室外部温度与温室室内温度的比值，ras为温室外表面与空气之间的传输阻力。
2.根据权利要求1所述的一种以温度优先的温室环境控制方法，其特征在于，所述湿度加湿器、天窗的开启空间和光源器的功率均分为九级，包括+4级、+3级、+2级、+1级、0级、-1级、-2级、-3级和-4级。
3.根据权利要求1所述的一种以温度优先的温室环境控制方法，其特征在于，所述温室的外部还设置有雨雪检测器，且当所述雨雪检测器检测到外部出现雨雪天气时，所述步骤(7)中，所述温室控制器强制控制天窗开启机构关闭天窗。
4.根据权利要求1所述的一种以温度优先的温室环境控制方法，其特征在于，温室的温度采集采用多点采集的方式，并对多点采集的温度数据取平均运算。
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