CN106774557A - 一种分区域大棚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分区域大棚，包括工作面，所述工作面包括在所述工作面上顺序分布的排气功能区、遮阳保温区、通风功能区，所述排气功能区、通风功能区相对于所述工作面选择性的敞开或关闭，所述遮阳保温区包括保护膜和相对于所述保护膜选择性的伸入或缩回的遮阳保温网；本发明的分区域大棚将工作面划分为不同功能区域，根据环境情况，切换不同的功能区，调节大棚进入相应的功能，对大棚内的温湿度和遮阳与保温功能进行调节；同时利用控制系统能够自动对大棚内的不同功能区进行切换，控制方式科学和及时，大棚采用了模块化的功能区域分割，使得控制系统实现各种调节时变得更为简单和针对。

Description

一种分区域大棚

技术领域

本发明涉及一种大棚，尤其是一种分区域大棚。

背景技术

现代农业中利用温室大棚进行作物的种植已经成为必不可缺的一个部分，不管是农村单一种植，还是在农场集团化种植中，大棚都随处可见。依托于大棚，可以直接进行经济作物的直接的生长，提供大量的反季节蔬菜、花卉等经济作物供市民消费，提高了人民生活水平。农业大棚内适用于大棚内部的环境参数为大棚内部的温度、湿度、日照、通风、内部气体浓度等。相关的参数需要根据作物的不同来进行调整。

在大棚日常生产过程中必须提供一个满足上述环境要求的工作状态，例如：

温度控制：常见的温度控制方法有升温和降温两种，在夏季常见降温方式为通风、个别情况下需要用专用的设备来降低温度；在冬季需要提高内部环境的情况下，可以在大棚上采用增加保温层的方式，结合内部采用专用设备来加温。

湿度控制：由于大棚内部相对是一个独立封闭的小空间，当温度上升后植物叶面挥发作用加快，空气中的湿度明显提高。随着温度的提高，湿度增加。当达到一定条件后，两者相互促进。一般依靠通风换气的方式来调整内部湿度。

光照控制：尤其指夏季，过强的光照会给植物带来伤害，尤其当光照、温度、湿度等条件复合作用时候，这种伤害会更加剧烈。为了避免这种影响，在光照过强时候采用遮阳帘等措施避免阳光直射。当作物有特殊需求或者遇到光线不足的生长条件，可以依靠人工增加光照。

气体浓度控制：主要指的是二氧化碳等浓度过高时会影响作物生长的气体，依靠传感器测量浓度，当浓度超过阈值后，通过通风换气的方式来调节气体浓度。

现代大棚设计使用中，依靠通风、换气、遮阳、保温等几个工作状态来调节大棚内部生长环境。

如图1所示的现有技术中存在的一种大棚，大棚的工作面采用一层保护膜3连接一层遮阳网2形成环状结构的双层保护膜设计；在顶部和底部设置转轴1，双层保护膜可绕转轴循环；工作过程中依靠转轴1转动调节遮阳网2的位置来切换功能状态。

该种大棚将各种功能集中为一体，通过转轴1转动，实现功能之间的切换，但是也存在一些缺陷，如：双层遮阳网的存在，使得最少有一半的空间要受到遮挡，个别条件下不利于作物的生长；所有的切换工作，依靠转轴调整，纯人工作业；不能自动切换功能。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种具有不同功能模块的分区域大棚。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种分区域大棚，该大棚包括工作面，所述工作面包括在所述工作面上顺序分布的排气功能区、遮阳保温区、通风功能区，所述排气功能区、通风功能区相对于所述工作面选择性的敞开或关闭，所述遮阳保温区包括保护膜和相对于所述保护膜选择性的伸入或缩回的遮阳保温网。

优选地，当所述分区域大棚有排气要求时，将所述排气功能区设置为敞开式；当所述分区域大棚无排气要求时，将所述排气功能区设置为关闭式。

优选地，当所述分区域大棚有通风要求时，将所述通风功能区设置为敞开式；当所述分区域大棚无通风要求时，将所述通风功能区设置为关闭式。

优选地，当所述分区域大棚有遮阳要求时，所述遮阳保温网伸入到所述保护膜上，将所述保护膜覆盖；当所述分区域大棚无遮阳要求时，所述遮阳保温网从所述保护膜上缩回拉出，将所述保护膜露出。

优选地，当所述分区域大棚有保温要求时，所述遮阳保温网伸入到所述保护膜上并开启加热保温功能；当所述分区域大棚无保温要求时，所述遮阳保温网关闭加热保温功能并从所述保护膜上缩回拉出。

优选地，所述分区域大棚的调节运行通过控制系统控制，所述控制系统包括传感器、控制器和驱动系统，所述传感器采集环境参数输入到所述控制器中，所述控制器根据内部程序输出控制命令，所述驱动系统根据控制命令开启或关闭所述通风功能、排气功能、遮阳功能、保温功能中的其中一个或多个。

优选地，当所述传感器采集到光强大于预设的最高强度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将所述遮阳保温网伸入到所述保护膜上；当所述传感器采集到光强小于预设的最低强度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将所述遮阳保温网从所述保护膜中缩回拉出。

优选地，当所述传感器采集到温度大于预设的最高温度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将通风功能区打开；当所述传感器采集到温度低于预设的最低温度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将通风功能区关闭。

优选地，当所述传感器采集到湿度大于预设的最高湿度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将排气功能区打开；当所述传感器采集到湿度低于预设的最低湿度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将排气功能区关闭。

优选地，当所述遮阳保温网伸入到所述保护膜上时，所述通风功能区、排气功能区的控制将被主动关闭并暂停一段时间。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，有益效果是:分区域大棚将工作面划分为不同功能区域，根据环境情况，切换不同的功能区，调节大棚进入相应的功能，对大棚内的温湿度和遮阳与保温功能进行调节；同时利用控制系统能够自动对大棚内的不同功能区进行切换，控制方式科学和及时，控制系统结构稳定、成本较低、耗能低；同时由于使用了传感器对温湿度进行监控对温度的把握将更加的准确和及时，控制器的方式使得处理数据更加高效、稳定；大棚采用了模块化的功能区域分割，使得控制系统实现各种调节时变得更为简单和针对。

同时，自然风的使用也使得散热的条件更加的贴近自然，避免不必要的植物损伤热量散失，节省能耗。在另一方面由于是分区域的机构设置，在没有电的情况下，也可以通过手动的方式改变大棚的外貌以达到对温湿度的调节以及光照的遮蔽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的一种大棚的结构示意图；

图2是本发明的分区域大棚的结构示意图；

图3a-3d是本发明的分区域大棚切换状态的示意图；

图4是本发明的分区域大棚的控制系统的示意图；

图5是本发明的多个控制器控制大棚向主控端控制程序发送信息的示意图；

图6是本发明的分区域大棚的物联网式控制系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图2所示，一种分区域大棚，包括工作面，及在工作面上顺序分布排气功能区20、遮阳保温区、通风功能区10，排气功能区、通风功能区相对于工作面选择性的敞开或关闭，遮阳保温区包括保护膜和相对于保护膜选择性的伸入或缩回的遮阳保温网。

其中，如图3a所示，大棚正常状态下，通风功能区10和排气功能区20关闭，遮阳保温网40未插入到保温膜30上，如图3b所示，当通风功能区10敞开时，主要起到对大棚进行通风、散热的功能。如图3c所示，当排气功能区20敞开时，主要起到对大棚进行换气、除湿气的功能。如图3d所示，当遮阳保温网40伸入到保护膜30上对保护膜30进行覆盖时，能够遮蔽阳光。当例如冬天，需要对大棚进行保温时，对伸入到保护膜30上的遮阳保温网40进行保温处理，例如加保温板等具有保温功能的材料，在保温网40上通电加热等可实现的保温处理。

该分区域大棚的需要切换的情况是：

当分区域大棚有排气要求时，将排气功能区20设置为敞开式；当分区域大棚无排气要求时，将排气功能区20设置为关闭式。

当分区域大棚有通风要求时，将通风功能区10设置为敞开式；当分区域大棚无通风要求时，将通风功能区10设置为关闭式。

当分区域大棚有遮阳要求时，遮阳保温网40伸入到保护膜30上，将保护膜30覆盖；当分区域大棚无遮阳要求时，遮阳保温网40从保护膜30上缩回拉出，将保护膜30露出。

当分区域大棚有保温要求时，遮阳保温网40伸入到保护膜30上并开启加热保温功能；当分区域大棚无保温要求时，遮阳保温网40关闭加热保温功能并从保护膜40上缩回拉。

如图4所示，分区域大棚的调节运行通过控制系统控制，控制系统包括传感器、控制器和驱动系统，传感器采集环境参数输入到所述控制器中，控制器根据内部程序输出控制命令，驱动系统根据控制命令开启或关闭所述通风功能、排气功能、遮阳功能、保温功能中的其中一个或多个。具体地，驱动系统例如为电机，控制器为单片机，ARM，FPGA等具有控制功能的控制电路设备，例如为51单片机，稳定、高效，兼容性好，本发明以控制器为单片机为例进行介绍。

温湿度控制：

为了实现对大棚温度，湿度以及光照的调节，程序被设置成温湿度的区间控制：也就是在设备模型启动后在温度不高于预设的最高温度(例如40℃)之前并不触发单片机发送命令，当传感器采集到温度大于预设的最高温度时，驱动系统基于控制器的控制命令将通风功能区10打开；当通风功能区10打开后单片机的后续命令才进入可激发状态，当传感器采集到温度低于预设的最低温度(例如20℃)时，驱动系统基于控制器的控制命令将通风功能区10关闭，或者控制系统设定打开通风功能区10一定时间后，例如15分钟，驱动系统自行关闭通风功能区10，同时代码的后续命令重新进入休眠，并进入下一个循环逻辑中。其中，通风功能区10例如为散热窗。以上是对温度的控制，通过上述的方法，可以使得温度的轻微变化不至于使得大棚做出反应，使得控制系统的控制精确，同时也使得大棚的控制系统将在大部分时间里处于修眠状态，使得能耗大大降低。

对于湿度的控制和温度是一样的。例如，当传感器采集到湿度大于预设的最高湿度时，驱动系统基于控制器的控制命令将排气功能区20打开；当传感器采集到湿度低于预设的最低湿度时，驱动系统基于控制器的控制命令将排气功能区20关闭。

通过对温湿度的区域控制，可以降低对电机以及控制系统的精度要求，有效的降低成本。

遮阳及保温控制

当传感器采集到光强大于预设的最高强度时，驱动系统基于控制器的控制命令将遮阳保温网40伸入到保护膜30上；当传感器采集到光强小于预设的最低强度时，驱动系统基于控制器的控制命令将遮阳保温网40从所保护膜30中缩回拉出。

需要说明的是，整个温湿度控制系统与遮阳及保温的控制系统间相对独立，但是遮阳及保温处于最高的地位，也就是说当遮阳保温网启动时，温湿度的控制程式将自动关闭，并且不在进行下一步监控。即当驱动系统将所述遮阳保温网40伸入到保护膜30上时，控制器输出控制命令，控制驱动系统关闭对通风功能区和排气功能区的控制并暂停一段时间。例如，主动切断通风功能区10和排气功能区20的电机的控制电路使整个电路暂时处于一个关闭状态，例如约半小时，并在半小时后重新对当前的光强进行判断来决定是否启动所有的控制电路。

本发明的控制系统由单片机控制并由对称的通风、换气、遮阳、保温四台小型电动机提供动力，由齿轮和链条传递动能，在保证能驱动整个大棚运作的同时也更为节能。同时，在停电或者其他情况导致电机不能正常工作的时候，依然可以通过手动的方式对大棚的各功能区进行调节。

同时由于运用单片机的方式的不同，由传感器采集的实时环境参数数据可以由网络或者物理的方式传输至用户的手机或者电脑等用户端并组成相应的数据库用以分析植物生长环境的变化以做出应对方案。

由于区域种植，在大棚内部的控制不可能完全有单片机自主进行，这样农场主对大棚的管理难度增大，为了便于管理，需要将各个独立的大棚控制终端集中到农场管理部门来。这样的一种控制方式适合于区域化种植的集中管理。

本文还提出了一种应用于分区域大棚内的并联式控制系统，包括多个传感器、多个控制器、多个驱动系统，一个主控制端，多个传感器分别采集多个分区域大棚的环境参数，分别发送到多个控制器，多个控制器将数据信息实时发送到主控制端，主控制端根据多个控制器数据信息分别判断多个分区域大棚的工作状态，并根据工作状态分别对多个控制器发出控制指令，多个驱动系统基于控制指令驱动所述大棚切换不同功能区，如图5所示为多个单片机控制大棚向主控端控制程序发送信息的示意图。

如图6所示，一种应用于分区域大棚内的物联网式控制系统，包括传感器、多个控制器、例如单片机，多个主控端服务器100，多个末端监控器200，例如手机、电脑等。传感器采集环境参数发送到控制器处理，控制器处理后将控制信息发送到主控端服务器100，主控端服务器100通过网络实时将管理数据发送到末端监控器200上。

此种物联网式控制系统在上面提到的并联系统的基础上将管理模式扩大应用，可以实时向internet网络发布管理数据，管理者可以通过任意末端监视器200对大棚的生产工作情况进行观测，并随时随地的向大棚进行管理指令的发布，通过主控端服务器100，控制器，网络等的配合实现对大棚的控制。借助于互联网云平台，还可结合大数据对相关数据进行科学的统计分析和研究工作，使农场的生产经营面向现代化。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分区域大棚，其特征在于：包括工作面，所述工作面包括在所述工作面上顺序分布的排气功能区、遮阳保温区、通风功能区，所述排气功能区、通风功能区相对于所述工作面选择性的敞开或关闭，所述遮阳保温区包括保护膜和相对于所述保护膜选择性的伸入或缩回的遮阳保温网。

2.如权利要求1所述的分区域大棚，其特征在于，当所述分区域大棚有排气要求时，将所述排气功能区设置为敞开式；当所述分区域大棚无排气要求时，将所述排气功能区设置为关闭式。

3.如权利要求1所述的分区域大棚，其特征在于，当所述分区域大棚有通风要求时，将所述通风功能区设置为敞开式；当所述分区域大棚无通风要求时，将所述通风功能区设置为关闭式。

4.如权利要求1所述的分区域大棚，其特征在于，当所述分区域大棚有遮阳要求时，所述遮阳保温网伸入到所述保护膜上，将所述保护膜覆盖；当所述分区域大棚无遮阳要求时，所述遮阳保温网从所述保护膜上缩回拉出，将所述保护膜露出。

5.如权利要求1所述的分区域大棚，其特征在于，当所述分区域大棚有保温要求时，所述遮阳保温网伸入到所述保护膜上并开启加热保温功能；当所述分区域大棚无保温要求时，所述遮阳保温网关闭加热保温功能并从所述保护膜上缩回拉出。

6.如权利要求1所述的分区域大棚，其特征在于，所述分区域大棚的调节运行通过控制系统控制，所述控制系统包括传感器、控制器和驱动系统，所述传感器采集环境参数输入到所述控制器中，所述控制器根据内部程序输出控制命令，所述驱动系统根据控制命令开启或关闭所述通风功能、排气功能、遮阳功能、保温功能中的其中一个或多个。

7.如权利要求6所述的分区域大棚，其特征在于，当所述传感器采集到光强大于预设的最高强度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将所述遮阳保温网伸入到所述保护膜上；当所述传感器采集到光强小于预设的最低强度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将所述遮阳保温网从所述保护膜中缩回拉出。

8.如权利要求6所述的分区域大棚，其特征在于，当所述传感器采集到温度大于预设的最高温度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将通风功能区打开；当所述传感器采集到温度低于预设的最低温度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将通风功能区关闭。

9.如权利要求6所述的分区域大棚，其特征在于，当所述传感器采集到湿度大于预设的最高湿度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将排气功能区打开；当所述传感器采集到湿度低于预设的最低湿度时，所述驱动系统基于所述控制器的控制命令将排气功能区关闭。

10.如权利要求7所述的分区域大棚，其特征在于，当所述遮阳保温网伸入到所述保护膜上时，所述通风功能区、排气功能区的控制将被主动关闭并暂停一段时间。