CN110780694B - 一种大棚光照自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业育苗领域，具体公开了一种大棚光照自动控制系统，包括用于提供人工光照的光照模块和用于采集光照强度数据的光照采集模块；还包括控制模块和图像采集模块；图像采集模块用于采集作物的图像；控制模块用于获取光照强度数据和作物的图像；控制模块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；控制模块还用于根据当前光照强度需求调节光照模块的光照强度。采用本发明的技术方案能够根据蔬菜的生长周期自动调节光照强度。

Description

一种大棚光照自动控制系统

技术领域

本发明涉及农业育苗领域，特别涉及一种大棚光照自动控制系统。

背景技术

蔬菜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。但是蔬菜的生长离不开充足的光照，而大棚育苗时，不止需要通过太阳光的照射，在太阳落山之后，还需要通过灯光进行照射，保证作物持续进行光合作用，加快作物生长。大棚内的光照条件直接影响蔬菜的生长发育、产量和品质。

为了对大棚内的光照进行自动控制，公开号为CN106386208A的中国专利公开了一种基于PLC控制器的光伏大棚补光控制系统，光伏大棚内设置光强传感器，光强传感器监测光伏大棚内的光照强度，将监测数据送至PLC控制器中；PLC控制器根据人机界面中预先设定好的光照强度数据与采集到的光照强度数据进行比较，根据实际光照强度数据与设定值的差值大小，确定LED蔬菜生长灯开启个数从而实现光强控制。

上述方案自动实现光伏大棚内光照强度的控制，但是，光照强度的调节是根据预设的条件进行的，光照强度的调节不能自动的与蔬菜的生长周期相适应。如果光照强度低于蔬菜当前需求，容易减缓蔬菜的生长；如果光照强度高于蔬菜当前的需求，容易造成能源浪费，而且还可能晒伤蔬菜。

为此，需要一种能根据蔬菜的生长周期自动调节光照强度的控制系统。

发明内容

本发明提供了一种大棚光照自动控制系统，能够根据蔬菜的生长周期自动调节光照强度。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种大棚光照自动控制系统，包括用于提供人工光照的光照模块和用于采集光照强度数据的光照采集模块；还包括控制模块和图像采集模块；图像采集模块用于采集作物的图像；控制模块用于获取光照强度数据和作物的图像；控制模块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；控制模块还用于根据当前光照强度需求调节光照模块的光照强度。

基础方案原理及有益效果如下：

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。本方案根据光照强度及作物生长周期的光照需求来自动调节光照强度，提高了大棚控制系统的智能化程度，同时提高了大棚生产效率。

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，所述图像采集模块包括若干摄像头，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。

由于在大棚种植作物时，种植的面积大，人为划分成便于管理的小区域后，每一区域至少对应一个摄像头，使得每一区域作物的图像都能被采集到。

进一步，所述光照模块包括若干紫外线照射灯，每一区域至少对应一个紫外线照射灯，紫外线照射灯固定在大棚的顶部。

由于在大棚种植作物时，种植的面积大，人为划分成便于管理的小区域后，每一区域至少对应一个紫外线照射等，使得每一区域作物都能接收光照。

进一步，所述控制模块还包括调节单元，处理单元还用于计算每一区域作物的当前生长周期，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；处理单元还用于根据该区域的当前光照强度需求向调节单元发送调节指令，调节单元用于根据调节指令调节对应区域紫外线照射灯的光照强度。

对每一区域的光照强度进行单独管理，针对性更强，有利于作物的生长。

进一步，所述控制模块还包括提醒单元；处理单元还用于根据所有区域作物的当前生长周期计算当前平均生长周期，处理单元还用于判断每一区域作物的当前生长周期与当前平均生长周期的周期差距，如果有任一区域的周期差距大于预设的阈值，处理单元还用于向提醒单元发送提醒指令；提醒单元用于发出提醒。

由于作物的生长不仅受光照强度的影响，还营养、温度、湿度等因素影响，如果任一区域的周期差距大于预设的阈值时，可能营养、温度、湿度等因素也出现了异常，此时发出提醒，便于工作人员及时得知情况。

进一步，还包括终端模块，终端模块用于接收提醒单元发出的提醒。

便于工作人员通过终端模块及时得知提醒。

进一步，所述提醒单元还用于从处理单元获取所有区域作物的当前生长周期和当前平均生长周期，将所有区域作物的当前生长周期和当前平均生长周期发送至终端模块。

便于工作人员通过终端模块了解作物的生长情况。

进一步，所述图像采集模块每隔预设时间采集一次作物的图像。

由于作物生长是缓慢进行的，短时间内没有明显的变化，每隔预设时间采集一次，便于识别作物的变化，而且可以降低运算量。

进一步，所述预设时间为12-24小时。

工作人员可以根据不同作物的生长速度，在范围内合理设置预设时间。

附图说明

图1为一种大棚光照自动控制系统实施例一的逻辑框图。

图2为一种大棚光照自动控制系统实施例二的大棚的俯视图；

图3为一种大棚光照自动控制系统实施例二的大棚的侧视图；

图4为一种大棚光照自动控制系统实施例三的大棚的侧视图；

图5为一种大棚光照自动控制系统实施例三的太阳能电池板初始状态的俯视图；

图6为一种大棚光照自动控制系统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

如图1所示，本实施例的一种大棚光照自动控制系统，包括光照模块、光照采集模块、控制模块、图像采集模块和终端模块。

本实施例中，将大棚中种植的作物人为的划分为若干的区域，区域的划分可以根据实际情况进行。

光照模块包括若干紫外线照射灯，紫外线照射灯用于提供人工光照；每一区域至少对应一个紫外线照射灯，紫外线照射灯通过螺钉固定在大棚的顶部。每一区域至少紫外线照射灯的数量可以根据区域的面积、紫外线灯的功率和紫外线灯距离作物的距离确定，保证该区域内所有的作物均能被照射到即可。

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。

光照采集模块包括若干光照传感器，光照传感器用于采集光照强度数据，每一区域至少对应一个光照传感器。

控制模块包括处理单元、存储单元、调节单元和提醒单元。

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；处理单元还用于根据该区域的当前光照强度需求向调节单元发送调节指令，调节单元用于根据调节指令调节对应区域紫外线照射灯的光照强度。

处理单元还用于根据所有区域作物的当前生长周期计算当前平均生长周期，处理单元还用于判断每一区域作物的当前生长周期与当前平均生长周期的周期差距，如果有任一区域的周期差距大于预设的阈值，处理单元还用于向提醒单元发送提醒指令；提醒单元用于在接收到提醒指令后向终端模块发出提醒。提醒单元还用于从处理单元获取所有区域作物的当前生长周期和当前平均生长周期，将所有区域作物的当前生长周期和当前平均生长周期发送至终端模块。

终端模块用于接收提醒单元发出的提醒，以及接收所有区域作物的当前生长周期和当前平均生长周期信息。本实施例中，终端模块采用手机，提醒单元采用4G网络模块，提醒单元和终端模块之间通过4G无线网络连接。

实施例二

本实施例的一种大棚光照自动控制系统，与实施例一的区别在于，还包括阳光遮蔽模块。

如图2和图3所示，本实施例中，大棚1的顶部为圆弧形，区域划分时，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。

本实施中，光照采集模块包括用于采集内部光照强度数据的室内采集单元；还包括用于采集外部光照强度数据的室外采集单元；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。

控制模块包括还包括驱动单元。

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紫外线照射灯的开闭。

处理单元还用于获取外部光照强度数据和每一区域的内部光照强度数据。处理单元还用于将当前光照强度需求作为该区域的第一阈值。本实施例中，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数据低于第一阈值，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数据是否高于第二阈值，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数据低于第一阈值，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紫外线照射灯；

当某一区域内部光照强度数据低于第一阈值，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数据是否低于第三阈值，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数据高于第一阈值，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紫外线照射灯；

其中，驱动单元开启或关闭某区域的紫外线照射灯时，如果某区域有多个紫外线照射灯，驱动单元依次开启或关闭紫外线照射灯，当该区域内部光照强度数据等于第一阈值时，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紫外线照射灯。

实施例三

本实施例和实施例二的区别在于，如图4和图5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数据高于第四阈值时，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6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数据低于第四阈值时，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。光照强度数据低于第四阈值时，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。由于外部光照强度数据小于第四阈值，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 (7)

1.一种大棚光照自动控制系统，包括用于提供人工光照的光照模块和用于采集光照强度数据的光照采集模块；其特征在于，还包括控制模块和图像采集模块；图像采集模块用于采集作物的图像；控制模块用于获取光照强度数据和作物的图像；控制模块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；控制模块还用于根据当前光照强度需求调节光照模块的光照强度；

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；

大棚的顶部为圆弧形，区域划分时，以大棚顶部的轴线为分界线将大棚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,大棚内种植的作物，按照大棚顶部区域的正投影进行区域的划分；

还包括阳光遮蔽模块,阳光遮蔽模块的数量与划分的区域数量一一对应；

阳光遮蔽模块包括卷帘机、遮阳膜、卷轴、配重杆、固定座和两条滑轨；

卷帘机包括输出轴,固定座通过螺钉固定在所属区域远离卷帘机的一侧；卷轴平行与大棚顶部的轴线设置，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转动连接；

遮阳膜的一端粘接在卷轴上，遮阳膜的另一端粘接在配重杆上,配重杆的轴线与卷轴的轴线平行,两条滑轨垂直于大棚顶部轴线且两条滑轨分别位于配重杆的两端，两条滑轨通过螺钉固定在大棚上,配重杆的一端与一滑轨滑动连接，配重杆的另一端与另一滑轨滑动连接,卷帘机用于带动卷轴转动，使卷轴卷起或释放遮阳膜；

控制模块包括还包括驱动单元，驱动单元用于控制每一区域卷帘机执行卷起或释放动作；

还包括太阳能模块和通风模块；

太阳能模块包括机架、旋转机构和太阳能电池板；机架位于大棚顶部左右两个卷帘机中间，机架下端与大棚顶部通过螺栓连接，机架的上端与旋转机构下端螺栓连接；旋转机构的上端与太阳能电池板螺栓连接；太阳能电池板初始状态下其长边平行与大棚的轴线，机架左右两个卷帘机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内部的地面上，第一风机用于将大棚内的空气吹向大棚的墙壁，实现空气内循环；通风管道用于连通大棚内和大棚外，第二风机螺钉固定在大棚外部的地面上，第二风机用于将大棚外部的空气通过通风管道吹入大棚内，太阳能电池板用于给旋转机构、第一风机和第二风机供电；

当某一区域外部光照强度数据高于第四阈值时，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旋转，使太阳能电池板的长边垂直于大棚的轴线，驱动单元还用于根据内循环信号控制第一风机启动；

当某一区域的外部光照强度数据低于第四阈值时，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旋转，使太阳能电池板的长边平行于大棚的轴线，驱动单元还用于根据外循环信号控制第二风机启动；

所述图像采集模块包括若干摄像头，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；

所述光照模块包括若干紫外线照射灯，每一区域至少对应一个紫外线照射灯，紫外线照射灯固定在大棚的顶部。

2.根据权利要求1所述的大棚光照自动控制系统，其特征在于：所述控制模块还包括调节单元，处理单元还用于计算每一区域作物的当前生长周期，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；处理单元还用于根据该区域的当前光照强度需求向调节单元发送调节指令，调节单元用于根据调节指令调节对应区域紫外线照射灯的光照强度。

3.根据权利要求2所述的大棚光照自动控制系统，其特征在于：所述控制模块还包括提醒单元；处理单元还用于根据所有区域作物的当前生长周期计算当前平均生长周期，处理单元还用于判断每一区域作物的当前生长周期与当前平均生长周期的周期差距，如果有任一区域的周期差距大于预设的阈值，处理单元还用于向提醒单元发送提醒指令；提醒单元用于发出提醒。

4.根据权利要求3所述的大棚光照自动控制系统，其特征在于：还包括终端模块，终端模块用于接收提醒单元发出的提醒。

5.根据权利要求4所述的大棚光照自动控制系统，其特征在于：所述提醒单元还用于从处理单元获取所有区域作物的当前生长周期和当前平均生长周期，将所有区域作物的当前生长周期和当前平均生长周期发送至终端模块。

6.根据权利要求5所述的大棚光照自动控制系统，其特征在于：所述图像采集模块每隔预设时间采集一次作物的图像。

7.根据权利要求6所述的大棚光照自动控制系统，其特征在于：所述预设时间为12-24小时。

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