CN111165221A - 一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法，设施包括用于控制大棚的薄膜卷起与放下的卷膜设备；用于加速大棚内空气流通和降温的风扇系统；用于测量大棚外温度、风速、风向以及降水速率的室外监测系统；用于测量大棚内温度的室内监测系统以及控制卷膜设备和风扇系统工作的控制模块。本发明提供的控制方法采用控制模块对测量得到的气象参数值，与设定的限值进行比对分析判断，进行薄膜卷起控制、薄膜放下控制、风扇启动控制、风扇关闭控制以及保护控制，从而实现通风换气的智能化控制，减少了大风和低温等极端天气对大棚内植物生长的影响，节省了大量的劳动力，提高了设施生产的管理效率。

Description

一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法

技术领域

本发明属于农业大棚领域，涉及一种通风换气设施及其控制方法，具体涉及一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法。

背景技术

塑料大棚，俗称冷棚，是设施农业中常用的一种设施类型。塑料大棚的骨架由镀锌管、铝合金管或钢管等材料构成搭成拱形棚，在骨架上覆盖有塑料薄膜。塑料大棚常用于栽培蔬菜、花卉和水果等，使得这些农产品能够提早或延迟供应，同时提高了单位面积产量，更利于防御自然灾害。塑料大棚可分为单栋大棚和连栋大棚，是目前我国设施农业生产中性价比很高的一种设施生产类型，同时也是我国南方地区设施生产的最主要设施类型。

塑料薄膜具有保温性，大棚覆盖薄膜后，大棚内的温度将随着外界气温的升高而升高，如果在晴朗的天气条件下，大棚内的温度可以比外界高6－15℃，在高温季节棚内可以产生50℃以上的高温。同时，塑料薄膜的气密性较强，因此在覆盖塑料薄膜后，大棚内土壤水分蒸发和作物蒸腾造成棚内相对湿度很高，不利于植物生长，同时也容易造成病虫害的发生和蔓延。

目前生产上普遍采用遮阳网遮荫或直接揭膜变成露地生产，在一个长40米的单栋塑料大棚上安装遮阳网，需4个劳动力合作用20-30分钟的时间，把一个大棚上的塑料薄膜揭开，需4个劳动力合作用10-20分钟的时间。一个园区或企业有多个大棚，工作量巨大，所以无论采用哪种方式，耗费大量的劳动力和时间。

目前，除了使用人力揭开薄膜外，也有一些便捷的卷膜设备，主要是采用大棚手摇卷膜器或电动卷膜器这两种方式来实现塑料大棚侧膜的升降，从而实现大棚通风换气和温度管理。无论哪种卷膜方法，大棚的单侧薄膜卷起或放下都需要20-30秒，一个大棚两侧卷膜的话需要40秒到1分钟的时间，而且所有的大棚必须按次序人工一个个去卷膜或按电钮，如果一个农业园区或生产合作社有许多个塑料大棚，从第一个大棚卷膜开始到所有的大棚都完成卷膜操作，需要很长的时间和大量的人工，而且由于不同的大棚膜卷起或关闭的存在时间差，会造成不同大棚间温度和湿度管理上的差异，不利于植物生长的均一性。

发明内容

本发明是针对上述问题而进行的，目的在于提供一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法，用于对具有薄膜以及骨架的大棚进行通风换气。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施，其特征在于，包括：卷膜设备，安装在大棚的两侧，用于控制大棚的薄膜的卷起与放下；风扇系统，安装在大棚顶部，用于加速大棚内空气的流通和降温；室外监测系统，安装在大棚外，用于测量大棚外环境的风速、风向、温度、湿度、光照强度和雨量的值并输出测量值；室内监测系统，安装在大棚内，用于测量大棚内环境的空气温度值并输出测量值；以及控制模块，与室外监测系统、室内监测系统、卷膜设备以及风扇系统电连接，用于设定限值和接收室外监测系统以及室内监测系统输出的测量值，并将测量值与限值进行比对分析判断，从而控制卷膜设备和风扇系统进行薄膜卷起控制、薄膜放下控制、风扇启动控制、风扇关闭控制以及保护控制。

本发明提供的基于气象信息的大棚智能通风换气设施，还可以具有这样的特征，其中，室外监测系统包括室外温湿度传感器、风速传感器、雨量传感器以及风向传感器，室内监测系统为室内温湿度传感器。

本发明提供的基于气象信息的大棚智能通风换气设施，还可以具有这样的特征，其中，卷膜设备包括卷膜杆以及卷膜电机，卷膜杆安装在大棚的两侧，位于大棚的薄膜靠近地面的一端，卷膜电机和控制模块电连接，安装在卷膜杆的两侧，用于根据控制模块的信号控制卷膜杆卷起或放下薄膜。

本发明提供的基于气象信息的大棚智能通风换气设施，还可以具有这样的特征，其中，风扇系统包括测顶部通风扇以及环流风扇，测顶部通风扇安装在大棚的侧顶部的骨架上，环流风扇悬挂在大棚的骨架上，位于靠近大棚中央的位置。

一种基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，在控制模块中设定限值，限值包括薄膜卷起大棚内限定温度T_b1、薄膜放下大棚内限定温度T_b2、薄膜卷起大棚外限定温度T_w、薄膜卷起大棚外限定风速V_L、风扇启动温度T_f1、风扇停止温度T_f2、保护控制风速V_p以及保护控制降水速率。

S2，采用室外监测系统测量大棚外温度T_外、大棚外风速V、大棚外风向以及大棚外降水速率，同时采用室内监测系统测量大棚内温度T_内，并输出测量值，测量大棚外温度T_内以及大棚内温度T_外的频率为10s/次，

S3，采用控制模块接收室外监测系统和室内监测系统输出的测量值，并将测量值与控制模块中设定的限值进行比对分析判断，从而控制卷膜设备和风扇系统进行薄膜卷起控制、薄膜放下控制、风扇启动控制、风扇关闭控制以及保护控制。

本发明提供的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法，还可以具有这样的特征，薄膜卷起控制的具体步骤如下：

若T_内＞T_b1，则控制模块向室内监测系统发送信号，控制室内监测系统每2s一次共测量5次大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均，若T_平均＞T_b1，则控制模块判断断符合薄膜卷起控制的条件。若T_外＜T_w，并且V＜V_L，则控制模块向卷膜设备发出信号，控制卷膜设备卷起大棚两侧的薄膜。若T_外≤T_w，或V≥V_L，则控制模块向卷膜设备发出信号，控制卷膜设备卷起大棚与风向相反一侧的薄膜。

本发明提供的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法，还可以具有这样的特征，薄膜放下控制的具体步骤如下：

若T_内≤T_b2，则控制模块向室内监测系统发送信号，控制室内监测系统每2s一次共测量5次大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均，若T_平均≤T_b2，则控制模块判断判断符合所述薄膜放下控制的条件，并向卷膜设备发出信号，控制卷膜设备卷起放下的薄膜。

本发明提供的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法，还可以具有这样的特征，风扇启动控制的具体步骤如下：

若T_内＞T_f1，则控制模块向室内监测系统发送信号，控制室内监测系统每2s一次共测量5次大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均。若T_平均＞T_f1，则控制模块判断符合所述风扇启动控制的条件，并向风扇系统发出信号，控制风扇系统启动，加速大棚内的空气流通。

本发明提供的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法，还可以具有这样的特征，风扇关闭控制的具体步骤如下：

若T_内≤T_f2，则控制模块向室内监测系统发送信号，控制室内监测系统每2s一次共测量5次大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均。若T_平均≤T_f2，则控制模块判断符合所述风扇关闭的条件，并向卷膜设备发出信号，控制卷膜设备卷起放下的薄膜。

本发明提供的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法，还可以具有这样的特征，保护控制的具体步骤如下：

若V﹥V_p，或大棚外降水速率大于保护控制降水速率，则控制模块判断符合保护控制的条件，立即控制卷膜设备放下大棚两侧的薄膜，同时控制风扇系统关闭。

发明作用与效果

根据本发明的基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法，采用控制模块与卷膜设备和风扇系统连接的方式，实现了大棚通风的自动控制，节省了大量的劳动力，提高了设施生产的管理效率和经济效益。采用控制模块与室外监测系统和室内监测系统连接，将测量获得的气象参数作为控制通风的条件，同时依据塑料大棚可以双侧卷膜的特点，实现了不同气候条件下的智能化控制，减少大风和低温对大棚内植物生长的影响，更有利于植物生长。采用包含测顶部通风扇和环流风扇的风扇系统，依据热空气向上的原理，通过通风扇的强制通风和两侧的自然通风，形成烟囱效应，达到高温季节塑料大棚降低温度的目的。通过在控制模块中设置保护控制策略，在大风、暴雨的极端气候下放下薄膜并关闭风扇，规避了极端气候可能对植物带来的破坏。采用算术平均滤波法，根据计算得到的温度的平均值对卷膜设备和风扇系统进行控制，能够减少卷膜电机和通风扇的开启次数和频率，延长其使用寿命，相应的也降低了园区或企业的运行成本。

附图说明

图1是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气设施的室内示意图；

图2是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气设施的室外监测系统示意图；

图3是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法的流程图；

图4是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法中薄膜卷起控制的流程图；

图5是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法中薄膜放下控制的流程图；

图6是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法中风扇启动控制的流程图；

图7是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法中风扇关闭控制的流程图；

图8是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法中保护控制的流程图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例来说明本发明的具体实施方式。

<实施例>

本实施例提供一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法，用于对具有薄膜以及骨架的大棚进行通风换气。

本实施例中塑料大棚为832型单栋塑料大棚，大棚宽8米，长40米，塑料大棚是南北走向，可以卷起的薄膜的两侧分别是东侧和西侧，采用土壤栽培绿叶菜，肥料使用自制腐熟有机肥，以基肥的方式在定植前一次性施入。

图1是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气设施的室内示意图，图2是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气设施的室外监测系统示意图。

如图1、图2所示，本实施例提供的基基于气象信息的大棚智能通风换气设施，用于对具有薄膜以及骨架的大棚进行通风换气，包括室外监测系统10、室内监测系统20、卷膜设备30、风扇系统40以及控制模块50。

室外监测系统10安装在塑料大棚外。

室外监测系统10包括室外温湿度传感器11、风速传感器12、雨量传感器13以及风向传感器14，用于测量塑料大棚外环境的风速、风向、温度、湿度、光照强度和降水速率的值并输出。

室内监测系统20，安装在塑料大棚内。

室内监测系统20包括室内温湿度传感器21，用于测量大棚内环境空气的温度的值并输出。

卷膜设备30，安装在塑料大棚的两侧，用于控制塑料大棚的薄膜的卷起与放下。

卷膜设备30包括卷膜杆31以及卷膜电机32。

卷膜杆31安装在大棚的两侧，位于大棚的薄膜靠近地面的一端。

卷膜电机32和控制模块50电连接，安装在卷膜杆31的两侧，用于根据控制模块50的信号控制卷膜杆卷30起或放下薄膜。

风扇系统40，安装在大棚的顶部，用于加速大棚内空气的流通和降温。

风扇系统40包括测顶部通风扇41以及环流风扇42。

测顶部通风扇41安装在大棚的顶部的骨架上。

环流风扇42悬挂在大棚的骨架上，位于靠近大棚中央的位置。

控制模块50，与室外监测系统10、室内监测系统20、卷膜设备30以及风扇系统40电连接，用于设定限值和接收室外监测系统10以及室内监测系统20输出的测量值，并将测量值与限值进行比对分析判断，从而控制卷膜设备30和风扇系统40进行薄膜卷起控制、薄膜放下控制、风扇启动控制、风扇关闭控制以及保护控制。

本实施例中控制模块50安装在大棚外。

图3是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法的流程图。

如图3所示，本实施例提供的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法，具体包括如下步骤：

S1，在控制模块50中设定限值，设定的限值包括：薄膜卷起大棚内限定温度T_b1＝15℃，薄膜放下大棚内限定温度T_b2＝12℃，薄膜卷起大棚外限定温度T_w＝10℃，薄膜卷起大棚外限定风速V_L＝5.5m/s，风扇启动温度T_f1＝35℃，风扇停止温度T_f2＝30℃，保护控制风速V_p＝10.8m/s，保护控制降水速率为10mm/h。

S2，采用室外监测系统10测量大棚外温度T_外、大棚外风速V、大棚外风向以及大棚外降水速率，同时采用室内监测系统20测量大棚内温度T_内，并输出测量值，测量大棚外温度T_内以及大棚内温度T_外的频率为10s/次，

S3，采用控制模块50接收室外监测系统10和室内监测系统20输出的测量值，并将测量值与控制模块50中设定的限值进行比对分析判断，从而控制卷膜设备30和风扇系统40进行薄膜卷起控制、薄膜放下控制、风扇启动控制、风扇关闭控制以及保护控制。

图4是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法中薄膜卷起控制的流程图。

如图4所示，若T_内＞T_b1，则控制模块50向室内监测系统20发送信号，控制室内监测系统20每2s一次共测量5次大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均，若T_平均＞T_b1，则控制模块50判断符合所述薄膜卷起控制的条件。若T_外＜T_w，并且V＜V_L，则控制模块50向卷膜设备30发出信号，控制卷膜设备30卷起大棚两侧的薄膜。若T_外≤T_w，或V≥V_L，并且风向偏东，则控制模块50向卷膜设备30发出信号，控制卷膜设备30卷起大棚西侧的薄膜。若T_外≤T_w，或V≥V_L，并且风向不偏东，则控制模块50向卷膜设备30发出信号，控制卷膜设备30卷起大棚东侧的薄膜。

图5是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法中薄膜放下控制的流程图。

如图5所示，若T_内≤T_b2，则控制模块50向室内监测系统20发送信号，控制室内监测系统20每2s一次共测量5次大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均，若T_平均≤T_b2，则控制模块50判断符合所述薄膜放下控制的条件，并向卷膜设备30发出信号，控制卷膜设备30卷起放下的薄膜。

图6是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法中风扇启动控制的流程图。

如图所示，若T_内＞T_f1，则控制模块50向室内监测系统20发送信号，控制室内监测系统每2s一次共测量5次大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均。若T_平均＞T_f1，则控制模块50判断符合所述风扇启动控制的条件，并向风扇系统40发出信号，控制风扇系统40启动，加速大棚内的空气流通。

图7是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法中风扇关闭控制的流程图。

如图7所示，风扇关闭控制的过程为，若T_内≤T_f2，则控制模块50向室内监测系统发送信号，控制室内监测系统20每2s一次共测量5次大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均。若T_平均≤T_f2，则控制模块50判断符合所述风扇关闭控制的条件，并向风扇系统40发出信号，控制通风设备40关闭。

图8是本发明实施例的基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法中保护控制的流程图。

如图8所示，保护控制的过程为，若V﹥V_p，或大棚外降水速率大于保护控制降水速率，则控制模块50判断符合保护控制的条件，立即控制卷膜设备30放下大棚两侧的薄膜，同时控制风扇系统40关闭。

实施例作用与效果

根据本实施例的一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法，采用控制模块与卷膜设备和风扇系统连接的方式，实现了大棚通风的自动控制。不仅节省大量的劳动力，减轻了设施生产的劳动强度，同时提高农业园区或农业企业设施生产的管理效率，促进植物生长，提升设施生产的经济效益。

根据本实施例的一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法，采用控制模块与室外监测系统和室内监测系统连接的方式，将测量获得的气象参数作为控制通风的条件，同时依据塑料大棚可以双侧卷膜的特点，出了不同气候条件下不同的通风换气方式，减少大风和低温对大棚内植物生长的影响，更有利于植物生长。

根据本实施例的一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法，使用包含测顶部通风扇和环流风扇的风扇系统，依据热空气向上的原理，通过通风扇的强制通风和两侧的自然通风，形成烟囱效应，达到高温季节塑料大棚降低温度的目的。

根据本实施例的一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法，通过在控制模块中设置保护控制策略，在大风、暴雨的极端气候下放下薄膜并关闭风扇，规避了极端气候可能对植物带来的破坏。

根据本实施例的一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法，采用了算术平均滤波法计算大棚内平均温度，再与设定值比对分析判断，减少卷膜电机和通风扇的开启次数和频率，延长其使用寿命，相应的也降低了园区或企业的运行成本。

上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明的基于气象信息的大棚智能通风换气设施及其控制方法不限于上述实施例描述的范围。

Claims (10)

1.一种基于气象信息的大棚智能通风换气设施，用于对具有薄膜以及骨架的大棚进行通风换气，其特征在于，包括：

卷膜设备，安装在所述大棚的两侧，用于控制所述大棚的所述薄膜的卷起与放下；

风扇系统，安装在所述大棚顶部，用于加速所述大棚内空气的流通和降温；

室外监测系统，安装在所述大棚外，用于测量所述大棚外环境的风速、风向、温度和降水速率的值并输出；

室内监测系统，安装在所述大棚内，用于测量所述大棚内环境的空气温度的值并输出；以及

控制模块，与所述室外监测系统、所述室内监测系统、所述卷膜设备以及所述风扇系统电连接，用于设定限值和接收所述室外监测系统以及所述室内监测系统输出的测量值，并将所述测量值与所述限值进行比对分析判断，从而控制所述卷膜设备和所述风扇系统进行薄膜卷起控制、薄膜放下控制、风扇启动控制、风扇关闭控制以及保护控制。

2.根据权利要求1所述的设施大棚智能化通风换气设施，其特征在于：

其中，所述室外监测系统包括室外温湿度传感器、风速传感器、雨量传感器以及风向传感器，所述室内监测系统为室内温湿度传感器。

3.根据权利要求1所述的设施大棚智能化通风换气设施，其特征在于：

其中，所述卷膜设备包括卷膜杆以及卷膜电机，所述卷膜杆安装在所述大棚的两侧，位于所述大棚的所述薄膜靠近地面的一端，所述卷膜电机和所述控制模块电连接，安装在所述卷膜杆的两侧，用于根据所述控制模块的信号控制所述卷膜杆卷起或放下所述薄膜。

4.根据权利要求1所述的设施大棚智能化通风换气设施，其特征在于：

其中，所述风扇系统包括测顶部通风扇以及环流风扇，所述测顶部通风扇安装在所述大棚的侧顶部的所述骨架上，所述环流风扇悬挂在所述大棚的所述骨架上，位于靠近所述大棚中央的位置。

5.一种基于气象信息的大棚智能通风换气控制方法，用于对具有薄膜以及骨架的大棚进行通风换气，其特征在于，包括如下步骤：

S1，在控制模块中设定限值，所述限值包括薄膜卷起大棚内限定温度T_b1、薄膜放下大棚内限定温度T_b2、薄膜卷起大棚外限定温度T_w、薄膜卷起大棚外限定风速V_L、风扇启动温度T_f1、风扇停止温度T_f2、保护控制风速V_p以及保护控制降水速率，

S2，采用室外监测系统测量大棚外温度T_外、大棚外风速V、大棚外风向以及大棚外降水速率，同时采用室内监测系统测量大棚内温度T_内，并输出测量值，测量所述大棚外温度T_内以及所述大棚内温度T_外的频率为10s/次，

S3，采用所述控制模块接收所述室外监测系统和所述室内监测系统输出的所述测量值，并将所述测量值与所述控制模块中设定的所述限值进行比对分析判断，从而控制卷膜设备和风扇系统进行薄膜卷起控制、薄膜放下控制、风扇启动控制、风扇关闭控制以及保护控制。

6.根据权利要求5所述的设施大棚智能化通风换气控制方法，其特征在于，所述薄膜卷起控制的具体步骤如下：

若T_内＞T_b1，则所述控制模块向所述室内监测系统发送信号，控制所述室内监测系统每2s一次共测量5次所述大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均，若T_平均＞T_b1，则所述控制模块判断符合所述薄膜卷起控制的条件，若T_外＜T_w，并且V＜V_L，则所述控制模块向所述卷膜设备发出信号，控制所述卷膜设备卷起所述大棚两侧的所述薄膜，若T_外≤T_w，或V≥V_L，则所述控制模块向所述卷膜设备发出信号，控制所述卷膜设备卷起所述大棚与风向相反一侧的所述薄膜。

7.根据权利要求5所述的设施大棚智能化通风换气控制方法，其特征在于，所述薄膜放下控制的具体步骤如下：

若T_内≤T_b2，则所述控制模块向所述室内监测系统发送信号，控制所述室内监测系统每2s一次共测量5次所述大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均，若T_平均≤T_b2，则所述控制模块判断符合所述薄膜放下控制的条件，并向所述卷膜设备发出信号，控制所述卷膜设备卷起放下的所述薄膜。

8.根据权利要求5所述的设施大棚智能化通风换气控制方法，其特征在于，所述风扇启动控制的具体步骤如下：

若T_内＞T_f1，则所述控制模块向所述室内监测系统发送信号，控制所述室内监测系统每2s一次共测量5次所述大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均，若T_平均＞T_f1，则所述控制模块判断符合所述风扇启动控制的条件，并向所述风扇系统发出信号，控制所述风扇系统启动，加速所述大棚内的所述空气流通。

9.根据权利要求5所述的设施大棚智能化通风换气控制方法，其特征在于，所述风扇关闭控制的具体步骤如下：

若T_内≤T_f2，则所述控制模块向所述室内监测系统发送信号，控制所述室内监测系统每2s一次共测量5次所述大棚内的温度并计算获得其平均值T_平均，若T_平均≤T_f2，则所述控制模块判断符合所述风扇关闭的条件，并向所述卷膜设备发出信号，控制所述卷膜设备卷起放下的所述薄膜。

10.根据权利要求5所述的设施大棚智能化通风换气控制方法，其特征在于，所述保护控制的具体步骤如下：

若V﹥V_p，或所述大棚外降水速率大于所述保护控制降水速率，则所述控制模块判断符合保护控制的条件，立即控制所述卷膜设备放下所述大棚两侧的所述薄膜，同时控制所述风扇系统关闭。

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