CN108536199A - 一种日光温室卷帘风口自动化控制系统及方法 - Google Patents

一种日光温室卷帘风口自动化控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于农业设施技术领域，尤其涉及一种日光温室卷帘风口自动化控制系统及方法。该系统包括温室大棚、卷帘机、卷帘和控制器，温室大棚靠近顶部区域设有通风口，在卷帘上对应通风口的位置设有风口膜；在温室大棚内设有CO2浓度传感器、温度传感器和风速传感器，分别与控制器相连接。本发明提供的控制方法将风口的功能及参数集合到卷帘自动控制中，可以通过卷帘带动风口膜的开启、关闭或部分开启，实现了卷帘和风口一体化控制，操作方便，降低了成本；另外，通过CO2浓度指标控制风口的启闭，利于植物更好地生长。

Description

一种日光温室卷帘风口自动化控制系统及方法
技术领域
本发明属于农业设施技术领域，尤其涉及一种日光温室卷帘风口自动化控制系统及方法。
背景技术
近年来，温室种植在世界范围内被广泛应用，温室自动化设备也随着温室种植的推广逐渐发展起来。传统温室种植不仅生产率低下，而且无法突破室外气候环境的影响。目前，在温室内环境控制中，已有相应的自动化设备问世。
温室环境自动化控制系统能够对温室内的各种环境因子如温度、光照、湿度、CO2浓度、风速等进行控制和调节。
通风口是温室大棚增温保湿的关键窗口，现有温室大棚通风口的控制往往采用人工作业，可控性差而且任务繁重，费时费力。尽管国内也有温室大棚通风口的自动化控制设备，卷帘和风口一体化控制，但是其控制方法都是利用时间、温度和湿度来监测温室环境，通过温度、湿度和时间的有效结合来控制温室卷帘和风口的闭合，但是作物生长需要光合作用，二氧化碳是植物光合作用的主要成分，因此，用CO2浓度来控制风口启闭也是至关重要的。
此外，对于青海、甘肃等西北地区，气候变化较大，极端天气现象比较严重，如何研究一套合理的温室大棚卷帘风口控制方法，来有效缓解极端天气对温室大棚及棚内作物带来的不良影响也是至关重要的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种日光温室卷帘风口自动化控制系统，设计合理、操作方便、自动化程度高、可控性高；同时，本发明提供一种日光温室卷帘风口自动化控制方法，针对不同天气变化情况，对卷帘的启闭进行合理控制。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种日光温室卷帘风口自动化控制系统，包括温室大棚1、卷帘机2、卷帘3和控制器，其特点在于：
所述温室大棚1靠近顶部区域设有通风口4，在卷帘3上对应通风口4的位置设有风口膜8；
所述卷帘机2包括卷帘轴5、电机6和支架7，卷帘3卷绕于卷帘轴5上，卷帘轴5上安装有电机6；
所述温室大棚1内设有CO2浓度传感器和温度传感器，所述电机6、CO2浓度传感器和温度传感器分别与控制器相连接，用CO2浓度传感器和温度传感器分别监测温室大棚内CO2的浓度和温度，便于更好的管理和控制该系统；
所述温室大棚1外设有风速传感器，风速传感器与控制器相连，用于监测外界风力，采取有效措施减轻对温室大棚的破坏。
同时，本发明提供了一种日光温室卷帘风口自动化控制方法，其特点在于：所述控制方法为CO2浓度+温度+时间控制模式，包括如下步骤：
第一步：初始化设定，设定系统启动时间点T1、系统关闭时间点T2、卷帘运行时长Tn，设定温室大棚CO2浓度上限值C1，下限值C2，设定温室大棚温度上限值W1，下限值W2，且初始时卷帘完全展开；
第二步：T1时，系统开始运行，控制器控制卷帘在电机的驱动下向上运行，运行至Tn后，停止运行；
第三步：当温室大棚内的CO2浓度低于C2时，利用温度进行监控，温室大棚内的温度保持在W1和W2之间时，进行开风口操作，换气补充CO2，30～60min或CO2浓度大于C1后关闭风口；
当温室大棚内CO2浓度大于C1时，控制器控制卷帘在电机的驱动下向上运行至风口打开，换气；
第四步：10～30min监测CO2浓度，如果CO2浓度在C2和C1之间，开风口1～1.5h；
第五步：当温室大棚内CO2浓度达到C1时，控制器控制电机，卷帘运行至风口关闭；
第六步：系统关闭，当时间达到系统关闭时间点T2时，电机启动，卷帘及卷帘轴回落至初始位置，系统自动停止工作直至再次达到系统开启时间点T1，重新开始以上操作，以此实现系统循环控制。
进一步地，本发明提供另一种用于日光温室卷帘风口自动化控制的方法，所述控制方法为温度+时间控制模式，包括如下步骤：
第一步：初始化设定，设定系统启动时间点T1、系统关闭时间点T2、卷帘运行时长Tn，设定温室大棚温度上限值W1，下限值W2，且初始时卷帘完全展开；
第二步：T1时，系统开始运行，控制器控制卷帘在电机的驱动下向上运行，运行至Tn，卷帘停止；
第三步：当温室大棚内的温度高于W1时，卷帘在电机的驱动向上运行一步，打开通风口，进行空气交换；
温度传感器对温室大棚内的温度再次监测，当温室大棚内的温度仍高于W1时，卷帘再次向上运行，打开风口；
当温室大棚内的温度低于W2时，关闭通风口，卷帘在电机的驱动下向下运行，至温度保持在W1和W2之间；
第四步：系统关闭，T2时，控制器控制电机，卷帘及卷帘轴回落至初始位置，系统自动停止工作直至达到下一次系统开启时间点T1，重新开始上述操作，以此实现系统循环控制。
进一步地，本发明提供另一种用于日光温室卷帘风口自动化的控制方法，所述控制方法为光照强度+风力+时间控制模式，包括以下步骤：
第一步：初始化设定，设定正常状态下卷帘运行时长为Tn，设定温室大棚风力承受值F，设定温室大棚光照强度上限值G1，下限值G2，且初始时卷帘完全展开；
第二步：当温室大棚光照强度小于G2时，命令卷帘向上运行1/2～2/3Tn，打开卷帘补充光照，直至光照强度保持在G1和G2之间；
第三步：光照强度适中时，需要用风速传感器监测外界风力，当外界风力大于F时，系统开始运行，卷帘在电机的驱动下向下运行1/2～2/3Tn。
其中，
CO2浓度+温度+时间控制模式，这种控制方法根据CO2浓度和温度双指标来控制卷帘风口的启闭，更贴近作物生长情况，控制方法合理有效。
温度+时间控制模式：该方法适用于正常天气状况，单独用温度监测棚内情况，通过风口的启闭控制温室大棚内的温度。
光照强度+风力+时间控制模式，根据天气状况进行判断，利用该方法，只是单独控制卷帘的启闭，不考虑风口通风情况。该方法更适用于青海、甘肃等气候变化较大，极端天气现象比较严重的地区。如果出现暴雪，卷帘积雪较重，温室大棚光照不足，此时，需要打开卷帘补充光照，但是由于卷帘积雪太重，打开卷帘时，卷帘越往上，卷帘轴、支架的重量越重，无法承受全部重量，因此，只能适当的打开卷帘；
如果卷帘是收起的，遇到大风等天气现象，温室大棚无法承受较大风力，风力过大温室大棚塑料膜会破坏，此时，我们需要展开卷帘来阻挡较大风力，有效保护温室大棚，但是，全部展开卷帘，棚内无法接受正常光照，因此，也要合理控制卷帘的展开情况。
前两种方法都是同时控制卷帘和风口的启闭，而第三种方法只是单独控制卷帘的启闭，不考虑风口情况。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明提供的日光温室卷帘风口自动化控制系统将风口的功能及参数集合到卷帘自动控制中，可以通过卷帘带动风口膜的开启、关闭或部分开启，实现了卷帘和风口一体化控制，操作方便，降低了成本；
(2)本发明提供的日光温室卷帘风口自动化控制系统利用CO2浓度、时间和温度控制等多种功能，是一种功能全面的温室大棚控制系统；
(3)本发明提供的日光温室卷帘风口自动化控制方法采用CO2浓度控制模式，CO2是植物进行光合作用的主要成分，通过CO2浓度控制风口的启闭，能够更好的掌控作物的生长条件，充分进行光合作用，利于作物更好地生长，提高作物产量。
(4)本发明分别提供了极端天气和正常天气状况下不同命令对卷帘的不同控制方法，是一套系统、有效的控制方法。
附图说明
图1为本发明日光温室结构示意图；
图2为本发明日光温室卷帘展开结构示意图；
图3为本发明日光温室卷帘风口自动化控制系统的示意图。
其中，1是温室大棚；2是卷帘机；3是卷帘；4是通风口；5是卷帘轴；6是电机；7是支撑架；8是风口膜。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供一种日光温室卷帘风口自动化控制系统，包括温室大棚1、卷帘机2、卷帘3和控制器。温室大棚1靠近顶部区域设有通风口4，在卷帘3上对应通风口4的位置设有风口膜8；卷帘机2包括卷帘轴5、电机6和支架7，卷帘3卷绕于卷帘轴5上，卷帘轴5上安装有电机6；
温室大棚1内设有CO2浓度传感器和温度传感器，如图3所示，电机6、CO2浓度传感器和温度传感器分别与控制器相连接，通过CO2浓度传感器监测温室大棚内的CO2浓度，利用温度传感器监测温室大棚室内温度。
温室大棚1外设有风速传感器，风速传感器与控制器相连，用于监测外界风力，采取有效措施减轻对温室大棚的破坏。
实施例2
本实施例提供了第一种用于日光温室卷帘风口自动化控制的方法，该方法为CO2浓度+温度+时间控制模式，包括如下步骤：
第一步：初始化设定，设定系统启动时间点T1、系统关闭时间点T2、卷帘运行时长Tn，设定温室大棚CO2浓度上限值C1，下限值C2，设定温室大棚温度上限值W1，下限值W2，且初始时卷帘完全展开；
第二步：当时间达到系统启动时间点T1时，系统开始运行，控制器控制电机，卷帘会随同卷帘轴在电机的驱动下向上卷绕运行，卷帘运行Tn时长后，会停止运行；
第三步：用CO2浓度传感器监测温室大棚内CO2浓度；
当温室大棚内的CO2浓度无法达到下限CO2浓度值C2时，利用温度进行监控，温室大棚内的温度保持在上限温度值W1和下限温度值W2之间时，进行开风口操作，换气补充CO2，30min后关闭风口；
当温室大棚内CO2浓度大于C1时，控制器控制电机，卷帘在电机的驱动下向上运行至风口打开，换气；
第四步：每经过10min就用CO2浓度传感器对温室大棚内CO2浓度进行监测，如果CO2浓度在下限CO2浓度值C2和上限CO2浓度值C1之间，开风口1h；
第五步：当温室大棚内CO2浓度达到上限CO2浓度值C1时，控制器控制电机，卷帘运行至风口关闭；
第六步：系统关闭，当时间达到系统关闭时间点T2时，电机启动，卷帘及卷帘轴回落至初始位置，系统自动停止工作直至再次达到系统开启时间点T1，重新开始以上操作，以此实现系统循环控制。
实施例3
本实施例提供了一种用于日光温室卷帘风口自动化控制的方法，该方法为CO2浓度+温度+时间控制模式，包括如下步骤：
第一步：初始化设定，设定系统启动时间点T1、系统关闭时间点T2、卷帘运行时长Tn，设定温室大棚CO2浓度上限值C1，下限值C2，设定温室大棚温度上限值W1，下限值W2，且初始时卷帘完全展开；
第二步：当时间达到系统启动时间点T1时，系统开始运行，控制器控制电机，卷帘会随同卷帘轴在电机的驱动下向上卷绕运行，卷帘运行Tn时长后，会停止运行；
第三步：用CO2浓度传感器监测温室大棚内CO2浓度；
当温室大棚内的CO2浓度无法达到下限CO2浓度值C2时，利用温度进行监控，温室大棚内的温度保持在上限温度值W1和下限温度值W2之间时，进行开风口操作，换气补充CO2，60min后关闭风口；
当温室大棚内CO2浓度大于C1时，控制器控制电机，卷帘在电机的驱动下向上运行至风口打开，换气；
第四步：每经过30min就用CO2浓度传感器对温室大棚内CO2浓度进行监测，如果CO2浓度在下限CO2浓度值C2和上限CO2浓度值C1之间，开风口1.5h；
第五步：当温室大棚内CO2浓度达到上限CO2浓度值C1时，控制器控制电机，卷帘运行至风口关闭；
第六步：系统关闭，当时间达到系统关闭时间点T2时，电机启动，卷帘及卷帘轴回落至初始位置，系统自动停止工作直至再次达到系统开启时间点T1，重新开始以上操作，以此实现系统循环控制。
实施例4
本实施例提供第二种用于日光温室卷帘风口自动化控制的方法，所述控制方法为温度+时间控制模式，包括如下步骤：
第一步：初始化设定，设定系统启动时间点T1、系统关闭时间点T2、卷帘运行时长Tn，设定温室大棚温度上限值W1，下限值W2，且初始时卷帘完全展开；
第二步：当时间达到系统启动时间点T1时，系统开始运行，控制器控制电机，卷帘会随同卷帘轴在电机的驱动下向上卷绕运行，运行时长达到Tn时，卷帘会停止；
第三步：当温度传感器监测到温室大棚内的温度高于上限温度值W1时，进行开风口作业，控制器控制电机，卷帘会在电机的驱动向上运行一步，进行空气交换；
温度传感器对温室大棚内的温度再次监测，当温室大棚内的温度仍高于上限温度值W1时，卷帘再次向上运行，打开风口；
当温度传感器监测到温室大棚内的温度低于下限温度值W2时，进行关风口作业，控制器控制电机，卷帘向下运行一步，直至温室大棚内的温度保持在上限温度值W1和下限温度值W2之间，不进行任何操作；
第四步：系统关闭，当时间达到系统关闭时间点T2时，控制器控制电机，卷帘及卷帘轴回落至初始位置，系统自动停止工作直至达到下一次系统开启时间点T1，重新开始上述操作，以此实现系统循环控制。
实施例5
由于青海等地气候条件的原因，出现暴雪、大风等天气现象比较多，尤其是冬季，极端天气的出现会严重影响棚内作物，因此，本实施例提供另一种用于日光温室卷帘风口自动化的控制方法，单独操作卷帘，不考虑风口的启闭状态，所述控制方法为光照强度+风力+时间控制模式，包括以下步骤：
第一步：初始化设定，设定正常状态下卷帘运行时长为Tn，设定温室大棚风力承受值F，设定温室大棚光照强度上限值G1，下限值G2，且初始时卷帘完全展开；
第二步：当温室大棚光照强度小于光照强度下限值G2时，命令卷帘向上运行1/2～2/3Tn，运行此时段是最佳状态，打开卷帘补充光照，直至光照强度保持在上限值G1和下限值G2之间；
第三步：光照强度适中时，需要用风速传感器监测外界风力，当外界风力大于温室大棚风力承受值F时，系统开始运行，卷帘在电机的驱动下向下运行1/2～2/3Tn。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种日光温室卷帘风口自动化控制系统，包括温室大棚(1)、卷帘机(2)、卷帘(3)和控制器，其特征在于：
所述温室大棚(1)靠近顶部区域设有通风口(4)，在卷帘(3)上对应通风口(4)的位置设有风口膜(8)；
所述卷帘机(2)包括卷帘轴(5)、电机(6)和支架(7)，卷帘(3)卷绕于卷帘轴(5)上，卷帘轴(5)上安装有电机(6)；
所述温室大棚(1)内设有CO2浓度传感器和温度传感器，所述电机(6)、CO2浓度传感器和温度传感器分别与控制器相连接；
所述温室大棚(1)外设有风速传感器，风速传感器与控制器相连。
2.一种日光温室卷帘风口自动化控制方法，采用权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述控制方法为CO2浓度+温度+时间控制模式，包括如下步骤：
第一步：初始化设定，设定系统启动时间点T1、系统关闭时间点T2、卷帘运行时长Tn，设定温室大棚CO2浓度上限值C1，下限值C2，设定温室大棚温度上限值W1，下限值W2，且初始时卷帘完全展开；
第二步：T1时，系统开始运行，控制器控制卷帘在电机的驱动下向上运行，运行至Tn后，停止运行；
第三步：当温室大棚内的CO2浓度低于C2时，利用温度进行监控，温室大棚内的温度保持在W1和W2之间时，进行开风口操作，换气补充CO2，30～60min或CO2浓度大于C1后关闭风口；
当温室大棚内CO2浓度大于C1时，控制器控制卷帘在电机的驱动下向上运行至风口打开，换气；
第四步：10～30min监测CO2浓度，如果CO2浓度在C2和C1之间，开风口1～1.5h；
第五步：当温室大棚内CO2浓度达到C1时，控制器控制电机，卷帘运行至风口关闭；
第六步：系统关闭，当时间达到系统关闭时间点T2时，电机启动，卷帘及卷帘轴回落至初始位置，系统自动停止工作直至再次达到系统开启时间点T1，重新开始以上操作，以此实现系统循环控制。
3.一种日光温室卷帘风口自动化控制方法，采用权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述控制方法为温度+时间控制模式，包括如下步骤：
第一步：初始化设定，设定系统启动时间点T1、系统关闭时间点T2、卷帘运行时长Tn，设定温室大棚温度上限值W1，下限值W2，且初始时卷帘完全展开；
第二步：T1时，系统开始运行，控制器控制卷帘在电机的驱动下向上运行，运行至Tn，卷帘停止；
第三步：当温室大棚内的温度高于W1时，卷帘在电机的驱动向上运行一步，打开通风口，进行空气交换；
温度传感器对温室大棚内的温度再次监测，当温室大棚内的温度仍高于W1时，卷帘再次向上运行，打开风口；
当温室大棚内的温度低于W2时，关闭通风口，卷帘在电机的驱动下向下运行，至温度保持在W1和W2之间；
第四步：T2时，控制器控制电机，卷帘及卷帘轴回落至初始位置，系统自动停止工作直至达到下一次系统开启时间点T1，重新开始上述操作，以此实现系统循环控制。
4.一种日光温室卷帘风口自动化控制方法，采用权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述控制方法为光照强度+风力+时间控制模式，包括以下步骤：
第一步：初始化设定，设定正常状态下卷帘运行时长为Tn，设定温室大棚风力承受值F，设定温室大棚光照强度上限值G1，下限值G2，且初始时卷帘完全展开；
第二步：当温室大棚光照强度小于G2时，命令卷帘向上运行1/2～1/3Tn，打开卷帘补充光照，直至光照强度保持在G1和G2之间；
第三步：光照强度适中时，需要用风速传感器监测外界风力，当外界风力大于F时，系统开始运行，卷帘在电机的驱动下向下运行1/2～1/3Tn。
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