CN110574592A - 一种大棚光照检测和控制系统及控制方法 - Google Patents

一种大棚光照检测和控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大棚光照检测和控制系统,由外部反光装置、地面反光装置、光照角度检测装置和控制器组成,外部反光装置安装在大棚外部的两侧,地面反光装置安装在大棚内地面的植株行间,外部反光装置中的外部反光板由电机驱动,地面反光装置中的地面反光板由电动推杆驱动。本发明还公开了上述系统的检测和控制方法。本发明中控制器根据光照角度控制电机和电动推杆的运行状态,以带动外部反光板和地面反光板转动至不同角度。本发明系统在不同光照情况下能够允许阳光进入大棚内、将大棚内反射出的阳光反射回大棚内、以及将大棚内射向地面的阳光反射到植株底部,使阳光能够充分作用在植株上,最大化促进大棚内植株的生长,而且消耗的电能非常少。

Description

一种大棚光照检测和控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于农业大棚调控技术领域,涉及一种大棚光照检测和控制系统,本发明还涉及上述系统的检测和控制方法。
背景技术
温室大棚是目前蔬菜、花卉等农作物种植中普遍使用的种植技术,由于秋冬季室外温度低且光照弱,因此农作物生产速度很慢。而采用玻璃、塑料薄膜等材料覆盖的温室大棚却能有效提高温室内的温度,且能对光照进行有效利用,种植在温室大棚中的农作物生长周期明显比室外种植的农作物生长周期短,因此能够获得更好的经济效益。
虽然温室大棚能有效利用秋冬季比较弱的光照,但是由于季节原因秋冬季光照强度明显低于夏季,即使温室大棚对光照的利用率比较高,但是大棚内的光照水平仍然比较低,这对植物生长速度有比较严重的影响。
为了提高大棚内的光照水平,目前很多农户都选择在大棚内安装补光灯,在日出时或者阴天可以利用补光灯对农作物进行补充光照,但是这种方式利用的光照是外来的,不但需要消耗大量电能,而且补光灯的光照并不均匀,无法达到正常太阳光照射的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种大棚光照检测和控制系统,用于补偿大棚内光照不足的问题。
本发明的另一目的是提供上述系统的检测和控制方法。
本发明所采用的技术方案是,一种大棚光照检测和控制系统,包括外部反光装置、地面反光装置、光照角度检测装置和控制器;
外部反光装置的数量为多个,分别安装在大棚外部的两侧,所述地面反光装置安装在大棚内的地面上,且位于植株的行间;光照角度检测装置用以检测阳光的照射角度;
外部反光装置包括多个排成一排的立杆,相邻两个立杆之间转动安装有外部反光板,外部反光板在电机的带动下转动,地面反光装置中具有可转动的地面反光板,地面反光板在电动推杆的带动下转动,光照角度检测装置、电机和电动推杆均与控制器电连接,控制器接收光照角度检测装置发送的光照角度数据,根据该光照角度数据控制电机和电动推杆的工作状态,以对外部反光板和地面反光板的转动角度进行控制。
本发明的特点还在于,
立杆中贯穿安装有多个驱动杆,驱动杆的一端插入位于一端的立杆侧壁中,另一端依次穿过位于中央的多个立杆的侧壁,并插入位于另一端的立杆的侧壁中,每个驱动杆在位于两个相邻立杆的侧面上固定安装有至少一个外部反光板,外部反光板的至少一个侧面具有反光功能,同一个驱动杆上的多个外部反光板均处于同一个平面内,电机与位于立杆中的多个驱动杆传动连接。
立杆上安装有连杆,连杆一端依次穿过多个立柱,连杆另一端与电机连接;立杆内部的驱动杆和连杆上卷绕有传动带,传动带为一个环形,将连杆和驱动杆包围在内。
立杆内部转动安装有多组滚轮,滚轮的组数与驱动杆的数量相同,每组滚轮包含两个滚轮,每组中的两个滚轮分别转动安装在位于立杆内部位于一个驱动杆两侧的位置,且滚轮的轴向与驱动杆的轴向平行;传动带位于滚轮和驱动杆之间,且滚轮和对应的驱动杆之间的距离等于传动带的厚度。
连杆通过减速机构与电机连接。
地面反光装置由多个地面反光单元拼接形成,每个地面反光单元包括框体、转杆和拼接机构,转杆穿过框体的两个相对侧面并转动安装在框体内部,转杆上固定安装有地面反光板,地面反光板地的至少一个侧面具有反光功能,多个地面反光单元的转杆因此拼接在一起,安装杆固定安装在拼接在一起的转杆的一端,电动推杆转动安装在安装杆的一端,多个地面反光单元通过拼接结构拼接在一起。
转杆两端分别从框体的两侧面伸出,转杆一端的端面中央具有伸出的插柱,转杆另一端的端面中央具有与插柱形状和尺寸相适应的插孔,两个地面反光单元中一个的插柱插在另一个的插孔中,使两个地面反光单元的转杆拼接在一起。
拼接机构包括卡环和卡杆,卡环固定安装在框体安装转杆的一侧壁的顶面上,卡环为截面为优弧的弧形弹片,卡杆为直径与卡环的内径相当的圆柱杆,卡杆固定安装在框体安装转杆的另一侧壁的顶面上,且卡杆和卡环的轴线平行。
本发明所采用的另一技术方案是,一种大棚光照检测和控制系统的检测和控制方法,按照以下步骤实施:
当光照角度处于第一角度范围时,控制向阳侧的外部反光装置中的电机转动,带动外部反光板转动至与光照方向平行的方向,控制背阴侧外部反光装置中的电机转动,带动外部反光板转动至朝向大棚,控制电动推杆伸长或缩短,将大棚内射向地面的阳光反射到与地面反光装置相邻的植株底部;
当光照角度处于第二角度范围且光照强度低于预设阈值时,控制向阳侧和背阴侧的外部反光装置中的电机转动,带动外部反光板转动至与光照方向平行的方向,控制电动推杆伸长或缩短,将大棚内射向地面的阳光反射到与地面反光装置相邻的植株底部。
本发明的特点还在于,
当光照角度处于第二角度范围且光照强度超过预设阈值时,控制向阳侧和背阴侧的外部反光装置中的电机转动,带动外部反光板转动至侧面朝向大棚,控制电动推杆伸长或缩短,使地面反光装置中地面反光板转动至与光照方向垂直的方向。
本发明的有益效果是,一种大棚光照检测和控制系统,由外部反光装置、地面反光装置、光照角度检测装置和控制器组成,外部反光装置安装在大棚外部的两侧,地面反光装置安装在大棚内地面的植株行间,外部反光装置中的外部反光板由电机驱动,地面反光装置中的地面反光板由电动推杆驱动,控制器根据光照角度控制电机和电动推杆的运行状态,以带动外部反光板和地面反光板转动至不同角度,在不同光照情况下能够允许阳光进入大棚内、将大棚内反射出的阳光反射回大棚内、以及将大棚内射向地面的阳光反射到植株底部,使阳光能够充分作用在植株上,最大化促进大棚内植株的生长,而且消耗的电能非常少。
附图说明
图1是本发明一种大棚光照检测和控制系统的在大棚种植区域的安装示意图;
图2为外部反光装置的结构示意图;
图3为立杆的内部结构示意图;
图4为地面反光装置的结构示意图;
图5为驱动装置的结构示意图。
图中,100.外部反光装置,110.立杆,111.滚轮,120.驱动杆,130.外部反光板,140.连杆,150.传动带,200.地面反光装置,210.框体,220.转杆,221.地面反光板,222.插柱,223.安装杆,224.连接杆,225.电动推杆,230.卡环,240.卡杆,241.连接块,250.插杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种大棚光照检测和控制系统,如图1所示,包括外部反光装置100、地面反光装置200、光照角度检测装置和控制器。
外部反光装置100的数量为多个,分别安装在大棚外部的两侧,用以将大棚内部反射出来的光反射回大棚内部,提高大棚内部的光照强度。
地面反光装置200安装在大棚内的地面上,且位于植株的行间,用于将从上方照射下来的光线向上反射,提高植株底部果实或叶片底面的光照强度。
光照角度检测装置安装在大棚外部,用以检测阳光的照射角度。
控制器安装在大棚内,用于根据所述光照角度检测装置检测到的光照角度对外部反光装置100和地面反光装置200进行控制。
如图2、图3所示,外部反光装置100包括多个排成一排的立杆110,立杆100均为空心结构,包括下部的直杆和上部的弧杆,直杆底端插入到地面上,弧杆固定安装在支杆的顶部,且支杆和弧杆的内部连通。立杆110中贯穿安装有多个驱动杆120,驱动杆120的一端插入位于一端的立杆110侧壁中,另一端依次穿过位于中央的多个立杆110的侧壁,最终插入位于另一端的立杆100的侧壁中。本实施例中,驱动杆120仅插入到弧杆上,其他实施例中所述驱动杆120还可以均匀分布在所述立杆和弧杆上。
驱动杆120在位于两个相邻立杆110的侧面上固定安装有至少一个外部反光板130,外部反光板130的至少一个侧面具有反光功能。当相邻两个立杆110之间的驱动杆120上的外部反光板130数量为一个时,外部反光板130的长度应接近两个立杆110之间的距离,如果外部反光板130的数量为多个则所有外部反光板130的长度之和应接近两个立杆110之间的距离,以尽量将相邻立杆110之间的空间填充满。同时,同一个所述驱动杆120上的多个外部反光板130均处于同一个平面内,当外部反光板130仅具有一面有反光功能时,所有具有反光功能的侧面均位于同一侧。当然,驱动杆120可以只有一个,此时其上安装的外部反光板130则需要较大的面积。
立杆110中弧杆具有与大棚顶部弧度相当的弧度,且弧杆与大棚的弧面相契合,当多个外部反光板130均匀分布在弧杆上时,所有外部反光板130能够组成一个近似弧面的曲面,该曲面上的外部反光板130处于背阴处时能够将大棚中反射出来的阳光聚集并反射回大棚内部。
驱动杆120可转动的安装在立杆110上,每个立杆110内部均转动安装有多组滚轮111,滚轮111的组数与驱动杆120的数量相同,每组中包含两个滚轮111,每组中的两个滚轮111分别转动安装在立杆110内部,且位于一个驱动杆120两侧的位置,且滚轮111的轴向与驱动杆120的轴向平行。立杆110上还转动安装有连杆140,连杆140的一端依次穿过立柱110,连杆140另一端通过减速机构与电机连接。本实施例中,连杆140位于直杆内部靠近底部的位置,且连杆140、电机、减速机构均处于地面以下。立杆110内部的驱动杆120和连杆140上卷绕有传动带150,传动带150为一个环形,将连杆140和驱动杆120包围在内,且传动带150位于滚轮111和驱动杆120之间,滚轮111和对应的驱动杆120之间的距离恰好等于传动带150的厚度,因此传动带150被紧紧挤压在滚轮111和驱动杆120之间,避免传动带150在连杆140带动下转动时与驱动杆120之间发生打滑。
如图4所示,地面反光装置200由多个地面反光单元拼接形成,每个地面反光单元均包括框体210、转杆220、拼接机构和插杆250,框体210为矩形框,转杆220穿过框体210的两个相对侧面并转动安装在框体210的中央,转杆220上固定安装有地面反光板221,地面反光板221的至少一个侧面具有反光功能,地面反光板221的尺寸略小于所述框体210的截面尺寸,使所述地面反光版221能够随着转杆220在框体220内部进行小范围的移动。
转杆220的两端分别从框体210的两侧面伸出,并且其中一端的端面中央设置有伸出的插柱222,另一端的端面中央设置有与插柱222形状和尺寸均相同的插孔(图未示),当两个地面反光单元拼接在一起后,可以将其中一个的插柱222插在另一个的插孔中,使两个地面反光单元的转杆220能够带动地面反光板221同步转动。本实施例中,所述插柱222为棱柱或者椭圆柱状结构。同时,在拼装时由于需要移动转杆220才能将两个转杆拼接在一起,因此转杆220能够在框体210上沿轴线滑动,为了使转杆220在移动并完成拼接后能够重新回到框体210中央以使转杆220上的地面反光板221能够在框体210中正常转动,转杆220上在地面反光板221和框体210的内侧面之间套接有弹簧,该弹簧能够允许转杆220进行小范围的移动并且在驱使转杆220移动的力消失后,能够将转杆220自动推回到框体210的中央。
拼接机构包括卡杆230和卡杆240,拼接机构包括卡环230和卡杆240,卡环230固定安装在所述框体210安装所述转杆220的一侧壁的顶面上,卡环230为截面为优弧的弧形弹片。卡杆240为直径与卡环230的内径相当的圆柱杆,卡杆240固定安装在框体210安装转杆220的另一侧壁的顶面上,且卡杆240和卡环230的轴线平行。在本实施例中,为了避免框体210与卡杆240直接连接以对卡杆240插入到卡环230中造成阻碍,卡杆240通过连接块241固定安装在所述框体210上,使卡杆240与框体210之间存在一定间隙,卡环230即可穿过该间隙与卡杆240卡接在一起。
插杆250的数量为至少两个,其分别固定在框体210两个相对侧壁的底面上,插杆250的底端为尖锥形,以方便将插杆250插入到大棚内的土壤中。
地面反光单元在拼接时,先在大棚内的地面上植株行间划一条直线,将多个地面反光单元通过拼接结构拼接在一起,此时各个地面反光单元彼此之间能够相对转动,将拼接形成的地面反光装置200沿地面的直线放置,然后将各个地面反光单元依次插入土壤中,插入时需要尽量保持多个地面反光单元的顶面处于同一平面内,最后移动转杆220将多个转杆依次拼接起来即可,需要注意转杆220拼接时要保证所有地面反光板221具有反光功能的侧面均处于同一侧。此时拼接得到的地面反光装置200一端转杆220的插孔和另一端转杆的插柱222露出,驱动装置安装在该露出的插孔或插柱上即可控制所述地面反光装置200中的地面反光板221一起转动。
驱动装置包括安装杆223和电动推杆225,安装杆223插接在露出的所述插孔中,或者套接在露出的插柱222上,电动推杆225一端转动安装在诸如大棚立柱的固定面上,另一端与安装杆223的一端转动连接,当电动推杆225通电伸长或缩短时能够通过安装杆223带动转杆220转动,进而使转杆220上的地面反光板221一起转动。
为了使用一个电动推杆225带动多个地面反光装置200中的地面反光板221一起转动,以节省电能,如图5所示,多个并排安装在大棚内地面上的地面反光装置的同一侧安装所述安装杆223,且多个安装杆223处于同一平面内,该多个安装杆223的一端通过一个连接杆224转动连接起来,且该多个安装杆223均保持相互平行,电动推杆225则转动安装在位于一端的安装杆223上。为了保持安装杆223和连接杆224组成的框架的稳定性,还可以在多个安装杆223的另一端也使用一个连接杆224转动连接起来,任意两个安装杆223和两个连接杆224形成形状可变的平行四边形。
光照角度检测装置、电机和电动推杆225均与控制器电连接,该控制器在预设的控制策略下相应的控制所述电机和电动推杆225的工作状态。预设的控制策略,即本发明中大棚光照检测和控制方法如下:
光照角度处于第一角度范围时,该第一角度范围可以是0°~75°或105°~180°,控制器控制向阳侧外部反光装置100中的电机转动,带动外部反光板130转动至与光照方向平行的方向,控制背阴侧外部反光装置100中的电机转动,带动外部反光板130转动至具有反光功能的侧面朝向大棚,控制电动推杆伸长或缩短,将大棚内射向地面的阳光反射到与地面反光装置200相邻的植株底部;此时向阳侧的外部反光装置100能够使阳光毫无阻碍的经过并照射到大棚内,而从大棚中反射出的阳光则被背阴侧的外部反光装置100反射回大棚内部,大棚内部的阳光则经过地面反光装置200反射,使进入到大棚内部的阳光能够尽可能多的作用在植株上,最大化促进植株生长;
光照角度处于第二角度范围时,该第二角度范围可以是75°~105°,且光照强度低于预设阈值时,控制器控制向阳侧和背阴侧的外部反光装置100中的电机转动,带动外部反光板转动至与光照方向平行的方向,控制电动推杆伸长或缩短,将大棚内射向地面的阳光反射到与地面反光装置200相邻的植株底部;此时虽然阳光处于直射状态,但是光照强度并不大,因此需要将尽可能多的阳光都引入到大棚中,而从大棚中反射出去的阳光并不多,因此两侧的外部反光装置均采用相同的控制;
光照角度处于第二角度范围且光照强度超过预设阈值时,控制向阳侧和背阴侧的外部反光装置100中的电机转动,带动外部反光板130转动至侧面朝向大棚,控制电动推杆伸长或缩短,使地面反光装置200中地面反光板221转动至与光照方向垂直的方向;此时光照强度过大且直射,会造成大棚内温度过高,土壤和植株的水分加速蒸腾,对植株生长很不利,因此需要将阳光都阻挡在大棚外部或者反射出大棚。
上述光照角度范围中,0°表示日出时的光照角度,180°表示日落时的光照角度,确定光照角度时应以东方为正方向。

Claims (10)

1.一种大棚光照检测和控制系统,其特征在于,包括外部反光装置(100)、地面反光装置(200)、光照角度检测装置和控制器;
所述外部反光装置(100)的数量为多个,分别安装在大棚外部的两侧,所述地面反光装置(200)安装在大棚内的地面上,且位于植株的行间;所述光照角度检测装置用以检测阳光的照射角度;
所述外部反光装置(100)包括多个排成一排的立杆(110),相邻两个立杆(110)之间转动安装有外部反光板(130),外部反光板(130)在电机的带动下转动,地面反光装置(200)中具有可转动的地面反光板(221),地面反光板(221)在电动推杆(225)的带动下转动,光照角度检测装置、电机和电动推杆(225)均与控制器电连接,控制器接收光照角度检测装置发送的光照角度数据,根据该光照角度数据控制所述电机和电动推杆(225)的工作状态,以对外部反光板和地面反光板的转动角度进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种大棚光照检测和控制系统,其特征在于,所述立杆(110)中贯穿安装有多个驱动杆(120),驱动杆(120)的一端插入位于一端的立杆(110)侧壁中,另一端依次穿过位于中央的多个立杆(110)的侧壁,并插入位于另一端的立杆(110)的侧壁中,每个驱动杆(120)在位于两个相邻立杆(110)的侧面上固定安装有至少一个外部反光板(130),外部反光板(130)的至少一个侧面具有反光功能,同一个驱动杆(120)上的多个外部反光板(130)均处于同一个平面内,电机与位于立杆(110)中的多个驱动杆传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种大棚光照检测和控制系统,其特征在于,所述立杆(110)上安装有连杆(140),连杆(140)一端依次穿过多个立柱(110),连杆(140)另一端与电机连接;立杆(110)内部的驱动杆(120)和连杆(140)上卷绕有传动带(150),传动带(150)为一个环形,将连杆(140)和驱动杆(120)包围在内。
4.根据权利要求3所述的一种大棚光照检测和控制系统,其特征在于,所述立杆(110)内部转动安装有多组滚轮(111),滚轮的组数与驱动杆(120)的数量相同,每组滚轮(111)包含两个滚轮,每组中的两个滚轮分别转动安装在位于立杆内部(110)位于一个驱动杆(120)两侧的位置,且滚轮的轴向与驱动杆(120)的轴向平行;传动带(150)位于滚轮和驱动杆(120)之间,且滚轮和对应的驱动杆(120)之间的距离等于传动带(150)的厚度。
5.根据权利要求3所述的一种大棚光照检测和控制系统,其特征在于,所述连杆(140)通过减速机构与电机连接。
6.根据权利要求1所述的一种大棚光照检测和控制系统,其特征在于,所述地面反光装置(200)由多个地面反光单元拼接形成,每个地面反光单元包括框体(210)、转杆(220)和拼接机构,所述转杆(220)穿过框体(210)的两个相对侧面并转动安装在框体(210)内部,转杆(220)上固定安装有地面反光板(221),地面反光板(221)地的至少一个侧面具有反光功能,多个地面反光单元的转杆(140)因此拼接在一起,安装杆(223)固定安装在拼接在一起的转杆(140)的一端,电动推杆(225)转动安装在安装杆的一端(223),多个地面反光单元通过拼接结构拼接在一起。
7.根据权利要求6所述的一种大棚光照检测和控制系统,其特征在于,所述转杆(220)两端分别从框体(210)的两侧面伸出,转杆(220)一端的端面中央具有伸出的插柱(222),转杆(220)另一端的端面中央具有与插柱(222)形状和尺寸相适应的插孔,两个地面反光单元中一个的插柱(222)插在另一个的插孔中,使两个地面反光单元的转杆(220)拼接在一起。
8.根据权利要求6所述的一种大棚光照检测和控制系统,其特征在于,所述拼接机构包括卡环(230)和卡杆(240),卡环(230)固定安装在框体(210)安装转杆(220)的一侧壁的顶面上,卡环(230)为截面为优弧的弧形弹片,卡杆(240)为直径与卡环(230)的内径相当的圆柱杆,卡杆(240)固定安装在框体(210)安装转杆(220)的另一侧壁的顶面上,且卡杆(240)和卡环(230)的轴线平行。
9.根据权利要求1中一种大棚光照检测和控制系统的检测和控制方法,其特征在于,按照以下步骤实施:
当光照角度处于第一角度范围时,控制向阳侧的外部反光装置(100)中的电机转动,带动外部反光板(130)转动至与光照方向平行的方向,控制背阴侧外部反光装置(100)中的电机转动,带动外部反光板(130)转动至朝向大棚,控制电动推杆(225)伸长或缩短,将大棚内射向地面的阳光反射到与地面反光装置(200)相邻的植株底部;
当光照角度处于第二角度范围且光照强度低于预设阈值时,控制向阳侧和背阴侧的外部反光装置(100)中的电机转动,带动外部反光板(130)转动至与光照方向平行的方向,控制电动推杆(225)伸长或缩短,将大棚内射向地面的阳光反射到与地面反光装置(200)相邻的植株底部。
10.根据权利要求9所述的一种大棚光照检测和控制系统的检测和控制方法,其特征在于,当光照角度处于第二角度范围且光照强度超过预设阈值时,控制向阳侧和背阴侧的外部反光装置(100)中的电机转动,带动外部反光板(130)转动至侧面朝向大棚,控制电动推杆(225)伸长或缩短,使地面反光装置(200)中地面反光板(221)转动至与光照方向垂直的方向。
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Assignee: Yan'an Tengri Intelligent Technology Co.,Ltd.

Assignor: YAN'AN University

Contract record no.: X2022980015274

Denomination of invention: A greenhouse illumination detection and control system and control method

Granted publication date: 20210730

License type: Exclusive License

Record date: 20220915

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