CN110771404A - 一种育苗智能补光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业育苗技术领域，具体公开了一种育苗智能补光装置，包括阳光遮蔽模块和控制模块，阳光遮蔽模块包括卷帘机和遮阳膜，卷帘机固定在大棚顶部，卷帘机用于卷起或释放遮阳膜；控制模块用于控制卷帘机执行卷起或释放动作，并记录遮阳膜当前的卷起或释放状态；还包括：人造光源模块，包括若干补光灯，补光灯用于提供人工光照；数据采集模块，包括用于采集内部光照强度的室内采集单元；控制模块，用于获取内部光照强度；当内部光照强度低于第一阈值，且遮阳膜处于释放状态时，控制模块还用于控制卷帘机执行卷起动作。采用本发明的技术方案能够保证作物生长速度一致。

Description

一种育苗智能补光装置

技术领域

本发明涉及农业育苗技术领域，特别涉及一种育苗智能补光装置。

背景技术

作物智能化育苗具有规模大、节工节本、效益好等优势，能对引进、试验、示范、推广优新品种以及提高育成率等方面提供重要保证，还能节约土地资源，保证幼苗质量，具有巨大的发展前景。

目前,普遍采取在大棚中育苗的方式。但是作物的生长离不开充足的光照，大棚内的光照条件直接影响作物的生长发育、产量和品质。目前，大棚育苗主要是依靠人工光源提供光照。但是在白天时，阳光充足的情况下仍然依靠人工光源，提高了能源的效果，会增加生产成本。

为了充分利用阳光，现有技术中通常采用透明材料搭建大棚，这样，白天有阳光的时候，阳光就可以透过大棚射入大棚内，为作物提供光照。但是，如果白天完全利用阳光，夏天温度高的时候，直射的阳光还容易晒伤作物。而且，由于大棚内各种设施的遮挡，以及太阳会持续移动，容易导致作物接收的光照不一，作物的生长速度也会出现不一致的情况；会增加管理的成本。

为此，需要一种能保证作物生长速度一致的补光装置。

发明内容

本发明提供了一种育苗智能补光装置，能够保证作物生长速度一致的补光装置。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种育苗智能补光装置，包括阳光遮蔽模块和控制模块，阳光遮蔽模块包括卷帘机和遮阳膜，卷帘机固定在大棚顶部，卷帘机用于卷起或释放遮阳膜；控制模块用于控制卷帘机执行卷起或释放动作，并记录遮阳膜当前的卷起或释放状态；还包括：人造光源模块，包括若干补光灯，补光灯用于提供人工光照；数据采集模块，包括用于采集内部光照强度的室内采集单元；控制模块，用于获取内部光照强度；当内部光照强度低于第一阈值，且遮阳膜处于释放状态时，控制模块还用于控制卷帘机执行卷起动作；当内部光照强度低于第一阈值，且遮阳膜处于卷起状态时，控制模块还用于开启补光灯；当内部光照强度高于第一阈值，且遮阳膜处于卷起状态时，控制模块还用于关闭补光灯；其中，控制模块开启或关闭补光灯时，控制模块依次开启或关闭补光灯，当内部光照强度等于第一阈值时，控制模块停止开启或关闭补光灯。

基础方案原理及有益效果如下：

内部光照强度低于第一阈值，也就是内部的光照强度不能满足当前的作物生长需求时，本方案中，控制模块通过控制卷帘机执行卷起动作，可以使外部的阳光进入大棚内，为作物提供光照；当遮阳膜处于卷起状态，外部的阳光不能为作物提供足够的光照时，才开启补光灯，能有效的节约能源，同时能保证作物的正常生长。本方案充分利用自然光照，减少补光灯使用的能耗，同时能保证光照满足作物的生长需求，使作物生长速度一致。

进一步，所述数据采集模块，还包括用于采集外部光照强度的室外采集单元；控制模块还用于获取外部光照强度；

当内部光照强度低于第一阈值，且遮阳膜处于释放状态时，控制模块还用于判断外部光照强度是否高于第二阈值，如果高于，控制模块控制卷帘机执行卷起动作；

当内部光照强度低于第一阈值，且遮阳膜处于卷起状态时，控制模块还用于判断外部光照强度是否低于第二阈值，如果低于，控制模块控制卷帘机构执行释放动作。

通过判断外部光照强度是否高于第二阈值，能提前判断外部的阳光是否适合为作物提供光照。例如夜晚，外部光照强度必然低于第二阈值，此时没有必要执行卷起动作。如果外部光照强度低于第二阈值，控制模块控制卷帘机构执行释放动作；通常是由白天进入夜晚，阳光减少，此时执行释放动作并非出于光照强度的考虑，而是属于保温的考虑。因为温度的降低也会对作物的生长产生一定的负面影响。

进一步，所述阳光遮蔽模块还包括卷轴，卷帘机包括输出轴，卷轴的一端与卷帘机的输出轴固定连接，卷轴的另一端与大棚顶部转动连接；遮阳膜的一端固定连接在卷轴上。

卷帘机带动卷轴顺时针或逆时针转动，卷轴从而可以顺利的将遮阳膜卷起或释放。

进一步，还包括配重杆，配重杆与遮阳膜远离卷轴的一端固定连接，配重杆的轴线与卷轴的轴线平行。

通过设置配重杆，释放时，在重力的作用下，遮阳膜就能顺利的覆盖大棚，能避免出现遮阳膜堆积在一处的情况。

进一步，还包括两滑轨，两滑轨分别位于配重杆的两端，两滑轨固定在大棚上，配重杆的两端分别与两滑轨滑动连接。

通过滑轨能对配重杆的位移进行限位。还能避免大风等天气时遮阳膜远离卷轴的一端被吹起。

进一步，还包括图像采集模块，图像采集模块用于采集作物的图像；控制模块还用于基于作物的图像计算作物的当前生长周期，控制模块中预存有作物生长周期与光照强度需求数据；控制模块基于当前生长周期和作物生长周期与光照强度需求数据计算当前光照强度需求值；控制模块还用于将当前光照强度需求值作为第一阈值。

由于作物在生长过程中，形态会出现变化，本方案通过作物的图像能计算作物的当前生长周期，再基于当前生长周期和作物生长周期与光照强度需求数据就能计算出当前光照强度需求；根据当前光照强度需求调节光照强度。能使当前的光照强度与作物的生长周期相适应。

进一步，所述控制模块包括处理单元和存储单元，存储单元中预存有作物叶片面积与生长周期数据；处理单元用于获取作物的图像，根据作物的图像识别作物的当前叶片面积；处理单元还用于根据当前叶片面积和作物叶片面积与生长周期数据计算作物的当前生长周期。

由于作物在生长过程中，叶片的面积会发生变化，通过叶片面积能准确的判断出作物的当前生长周期。

进一步，所述阳光遮蔽模块的数量至少为两个。

与一个遮阳模块相比，能对大棚的至少两个部分进行单独的调节，控制更为灵活。

进一步，所述室内采集单元的数量至少为两个。

室内采集单元的数量越多，每个室内采集单元需要采集的区域就越小，针对性会更高。

进一步，所述补光灯采用紫外线照射灯。

紫外线照射灯能为作物提供充足的光照。

附图说明

图1为一种育苗智能补光装置实施例一的大棚的俯视图；

图2为一种育苗智能补光装置实施例一的大棚的侧视图；

图3为一种育苗智能补光装置实施例三的大棚的侧视图；

图4为一种育苗智能补光装置实施例三的太阳能电池板初始状态的俯视图；

图5为一种育苗智能补光装置实施例三的太阳能电池板旋转后的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：大棚1、卷帘机2、遮阳膜3、配重杆4、固定座5、滑轨6、机架7、旋转机构8、太阳能电池板9。

实施例一

本实施例的一种育苗智能补光装置，包括阳光遮蔽模块、控制模块、人造光源模块、数据采集模块。

如图1和图2所示，本实施例中，大棚1的顶部为圆弧形，以大棚1顶部的轴线为分界线将大棚1顶部分为左右两个对称的部分，每一部分又各自划分为若干区域，大棚1顶部的区域的划分可以根据实际情况进行，为了方便管理，保证左右两部分的区域是关于分界线对称的即可。大棚1内种植的作物，按照大棚1顶部区域的正投影进行区域的划分，换句话说，作物区域的划分和大棚1顶部区域的划分是一一对应的关系。本实施例中，将大棚1顶部划分为4个区域，对应的，大棚1内种植的作物也被划分为4个区域。

阳光遮蔽模块的数量至少为两个且阳光遮蔽模块的数量与划分的区域数量一一对应。本实施例中，阳光遮蔽模块的数量为4。

阳光遮蔽模块包括卷帘机2、遮阳膜3、卷轴、配重杆4、固定座5和两条滑轨6；

卷帘机2通过螺钉固定在大棚1的顶部，具体在所属区域最靠近大棚1顶部轴线的位置；卷帘机2包括输出轴。固定座5通过螺钉固定在所属区域远离卷帘机2的一侧；卷轴平行与大棚1顶部的轴线设置，卷轴一端与输出轴通过联轴器固定连接，卷轴的另一端与固定座5转动连接。具体的，固定座5上开设有圆形孔，圆形孔内设置有滚珠轴承，滚珠轴承的外钢圈与圆形孔的内壁焊接，滚珠轴承的内钢圈与卷轴的另一端焊接。

遮阳膜3的一端粘接在卷轴上，遮阳膜3的另一端粘接在配重杆4上。配重杆4的轴线与卷轴的轴线平行。两条滑轨6垂直于大棚1顶部轴线且两条滑轨6分别位于配重杆4的两端，两条滑轨6通过螺钉固定在大棚1上。配重杆4的一端与一滑轨6滑动连接，配重杆4的另一端与另一滑轨6滑动连接。卷帘机2用于带动卷轴转动，使卷轴卷起或释放遮阳膜3。

人造光源模块包括若干补光灯，补光灯用于提供人工光照。本实施例中，补光灯采用紫外线照射灯。每一作物的区域至少对应1个补光灯。补光灯固定在作物的上方，补光灯的安装属于现有技术，这里不再赘述。

数据采集模块，包括用于采集内部光照强度的室内采集单元；还包括用于采集外部光照强度的室外采集单元；室内采集单元的数量至少为两个。换句话说，每一作物的区域至少对应1个室内采集单元，本实施例中，室内采集单元和室外采集单元均采用光照传感器。

控制模块包括处理单元、存储单元和驱动单元。

驱动单元用于控制每一区域卷帘机2执行卷起或释放动作，处理单元用于将每一区域遮阳膜3当前的卷起或释放状态存储至存储单元内。驱动单元还用于控制每一区域补光灯的开闭。

处理单元还用于获取外部光照强度和每一区域的内部光照强度。本实施例中，第一阈值指作物光照强度的需求值；第二阈值指外部光源，也就是阳光能为作物提供光照的一个光照强度适宜范围值；第三阈值指外部光源，也就是阳光不能为作物提供光照的一个最低光照强度值。

当某一区域内部光照强度低于第一阈值，且该区域遮阳膜3处于释放状态时，处理单元还用于判断外部光照强度是否高于第二阈值，如果高于，处理单元还用于向驱动单元发送卷起信号，驱动单元用于根据卷起信号控制该区域卷帘机2执行卷起动作；

当某一区域内部光照强度低于第一阈值，且该区域遮阳膜3处于卷起状态时，处理单元还用于向驱动单元发送开灯信号，驱动单元用于根据开灯信号开启该区域补光灯；

当某一区域内部光照强度低于第一阈值，且该区域遮阳膜3处于卷起状态时，处理单元还用于判断外部光照强度是否低于第三阈值，如果低于，处理单元还用于向驱动单元发送释放信号，驱动单元用于根据释放信号控制该区域卷帘机2执行释放动作；

当某一区域内部光照强度高于第一阈值，且该区域遮阳膜3处于卷起状态时，处理单元还用于向驱动单元发送关灯信号，驱动单元用于根据关灯信号关闭该区域补光灯；

其中，驱动单元开启或关闭某区域的补光灯时，如果某区域有多个补光灯，驱动单元依次开启或关闭补光灯，当该区域内部光照强度等于第一阈值时，处理单元还用于向驱动单元发送维持信号，驱动单元用于根据维持信号停止开启或关闭该区域补光灯。

实施例二

本实施例和实施例一的区别在于，本实施例中还包括图像采集模块，图像采集模块包括若干摄像头，摄像头用于每隔预设时间采集一次作物的图像。预设时间为12-24小时。本实施例中采用12小时。每一区域至少对应一个摄像头，摄像头用于采集对应区域的作物的图像。在设置摄像头时，应保证摄像头拍摄到的图像中，作物的叶片清晰可见。

存储单元中预存有作物生长周期与光照强度需求数据、作物叶片面积与生长周期数据。

处理单元用于从光照传感器获取每一区域的光照强度数据，从摄像头获取每一区域作物的图像；处理单元基于每一区域作物的图像计算该区域作物的当前生长周期。具体的，计算时，处理单元根据作物的图像识别作物的当前叶片面积；处理单元还用于根据当前叶片面积和作物叶片面积与生长周期数据计算作物的当前生长周期。

识别作物的当前叶片面积属于现有技术，本实施例中提供一种现有的识别方式，在其他实施例中，也可以采用另外的识别方式。

识别时，处理单元将作物图像分割为若干等份，形成网格，每一等份(即每一网格)中的作物数量相等，最好是，每一网格中包含一株作物，该作物位于网格中心。处理单元计算作物的叶片在每一等份的面积占比。计算时，作物图像根据预设灰度阈值转化为灰度图像；处理单元识别出灰度图像中叶片的像素点；每一等份中叶片的像素点占所述等份的总像素点的比例为面积占比。通过面积占比即可基于每一等份的面积计算得到叶片面积。

处理单元还用于基于当前生长周期和作物生长周期与光照强度需求数据计算该区域的当前光照强度需求值，处理单元还用于将当前光照强度需求值作为该区域的第一阈值。处理单元将某一区域内部光照强度与该区域的第一阈值进行对比。

实施例三

本实施例和实施例一的区别在于，如图3和图4所示，还包括太阳能模块和通风模块；太阳能模块包括机架7、旋转机构8和太阳能电池板9。

机架7下端与大棚1顶部通过螺栓连接；具体的，机架7位于大棚1顶部左右两个卷帘机2中间；机架7的上端与旋转机构8下端螺栓连接；旋转机构8的上端与太阳能电池板9螺栓连接。本实施例中，旋转机构8包括伺服电机和谐波减速器，伺服电机的输出轴与谐波减速器的输入轴螺栓连接，谐波减速器的输出轴与太阳能电池板9螺栓连接；在其他实施例中，也可以使用其他的旋转机构8实现太阳能电池板的旋转功能，这属于现有技术，这里不再赘述。太阳能电池板初始状态下其长边平行与大棚1的轴线，机架7左右两个卷帘机2位于太阳能电池板投影下。

通风模块包括第一风机、第二风机和通风管道，第一风机通过螺钉固定在大棚1内部的地面上，第一风机用于将大棚1内的空气吹向大棚1的墙壁，实现空气内循环；通风管道用于连通大棚1内和大棚1外，第二风机螺钉固定在大棚1外部的地面上，第二风机用于将大棚1外部的空气通过通风管道吹入大棚1内。太阳能电池板9用于给旋转机构8、第一风机和第二风机供电。

当某一区域外部光照强度高于第四阈值时，处理单元还用于向驱动单元发送垂直转动信号和内循环信号，驱动单元用于根据转动信号控制旋转机构8旋转，如图5所示，使太阳能电池板9的长边垂直于大棚1的轴线，驱动单元还用于根据内循环信号控制第一风机启动。本实施例中，第四阈值大于第二阈值，第四阈值指外部光源，也就是阳光会晒伤作物的最低光照强度值。由于光照强度过大会导致作物晒伤，通过旋转太阳能电池板9，能挡住部分阳光，在保证作物阳光需求的同时，又降低了光照强度，同时还不影响发电，一举多得。通过启动第一风机，加强内部的空气循环，保证作物光照合作用时有充足的二氧化碳供给。

当某一区域的外部光照强度低于第四阈值时，处理单元还用于向驱动单元发送复位转动信号和外循环信号，驱动单元用于根据复位转动信号控制旋转机构8旋转，使太阳能电池板9的长边平行于大棚1的轴线，驱动单元还用于根据外循环信号控制第二风机启动。光照强度低于第四阈值时，外部光照强度对作物的伤害小，通过旋转太阳能电池板9，能让阳光重新照进大棚1内，保证作物的光照需求。由于外部光照强度小于第四阈值，外部空气温度相对较低，将外部空气通过第二风机送入大棚1内，能保证作物光合作用时有充足的二氧化碳供给。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种育苗智能补光装置，包括阳光遮蔽模块和控制模块，阳光遮蔽模块包括卷帘机和遮阳膜，卷帘机固定在大棚顶部，卷帘机用于卷起或释放遮阳膜；控制模块用于控制卷帘机执行卷起或释放动作，并记录遮阳膜当前的卷起或释放状态；其特征在于，还包括：人造光源模块，包括若干补光灯，补光灯用于提供人工光照；数据采集模块，包括用于采集内部光照强度的室内采集单元；控制模块，用于获取内部光照强度；当内部光照强度低于第一阈值，且遮阳膜处于释放状态时，控制模块还用于控制卷帘机执行卷起动作；当内部光照强度低于第一阈值，且遮阳膜处于卷起状态时，控制模块还用于开启补光灯；当内部光照强度高于第一阈值，且遮阳膜处于卷起状态时，控制模块还用于关闭补光灯；其中，控制模块开启或关闭补光灯时，控制模块依次开启或关闭补光灯，当内部光照强度等于第一阈值时，控制模块停止开启或关闭补光灯。

2.根据权利要求1所述的一种育苗智能补光装置，其特征在于：所述数据采集模块，还包括用于采集外部光照强度的室外采集单元；控制模块还用于获取外部光照强度；

当内部光照强度低于第一阈值，且遮阳膜处于释放状态时，控制模块还用于判断外部光照强度是否高于第二阈值，如果高于，控制模块控制卷帘机执行卷起动作；

当内部光照强度低于第一阈值，且遮阳膜处于卷起状态时，控制模块还用于判断外部光照强度是否低于第二阈值，如果低于，控制模块控制卷帘机构执行释放动作。

3.根据权利要求2所述的一种育苗智能补光装置，其特征在于：所述阳光遮蔽模块还包括卷轴，卷帘机包括输出轴，卷轴的一端与卷帘机的输出轴固定连接，卷轴的另一端与大棚顶部转动连接；遮阳膜的一端固定连接在卷轴上。

4.根据权利要求3所述的一种育苗智能补光装置，其特征在于：还包括配重杆，配重杆与遮阳膜远离卷轴的一端固定连接，配重杆的轴线与卷轴的轴线平行。

5.根据权利要求4所述的一种育苗智能补光装置，其特征在于：还包括两滑轨，两滑轨分别位于配重杆的两端，两滑轨固定在大棚上，配重杆的两端分别与两滑轨滑动连接。

6.根据权利要求5所述的一种育苗智能补光装置，其特征在于：还包括图像采集模块，图像采集模块用于采集作物的图像；控制模块还用于基于作物的图像计算作物的当前生长周期，控制模块中预存有作物生长周期与光照强度需求数据；控制模块基于当前生长周期和作物生长周期与光照强度需求数据计算当前光照强度需求值；控制模块还用于将当前光照强度需求值作为第一阈值。

7.根据权利要求6所述的一种育苗智能补光装置，其特征在于：所述控制模块包括处理单元和存储单元，存储单元中预存有作物叶片面积与生长周期数据；处理单元用于获取作物的图像，根据作物的图像识别作物的当前叶片面积；处理单元还用于根据当前叶片面积和作物叶片面积与生长周期数据计算作物的当前生长周期。

8.根据权利要求7所述的一种育苗智能补光装置，其特征在于：所述阳光遮蔽模块的数量至少为两个。

9.根据权利要求8所述的一种育苗智能补光装置，其特征在于：所述室内采集单元的数量至少为两个。

10.根据权利要求9所述的一种育苗智能补光装置，其特征在于：所述补光灯采用紫外线照射灯。

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