CN111338408A - 一种温室控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温室控制技术领域，公开了一种温室控制系统及其控制方法，以通过循环运动实现立体栽培方式，使苗盘作物在生长过程中随机架的运动而循环运动，提高温室的空间利用率，达到采光均匀、自动化程度高、降低劳动强度的目的。该温室控制系统，包括外棚，还包括设于外棚内的苗床循环机构，苗床循环机构包括苗床机架、苗盘和驱动组件，驱动组件设于苗床机架上，驱动组件与苗盘相连用于驱动苗盘在苗床机架内按照“Z”字型轨迹进行循环运动。

Description

一种温室控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及温室控制技术领域，尤其涉及一种温室控制系统及其控制方法。

背景技术

随着当今温室技术的广泛应用与农作物生长要求的提高，温室成为了设施农业的重要组成部分，据统计，中国拥有全球超过70％的农业大棚。现代温室大棚通过传感器检测技术对环境进行实时检测，并通过人工控制温室内部环境，创造最佳环境条件来满足作物的生长需要，避免自然灾害对作物生长的影响，提高作物的产出率和社会经济效益。大量的理论和实践研究表明合适的生长环境，能够提高作物的产量与品质。由于温室环境较复杂，且温室内空间有限，因此，目前使用温室进行种植往往面临作物采光不均匀，用户劳动强度高，温室利用率不高的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种温室控制系统及其控制方法，以通过循环运动实现立体栽培方式，使苗盘作物在生长过程中随机架的运动而循环运动，提高温室的空间利用率，达到采光均匀、自动化程度高、降低劳动强度的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种温室控制系统，包括外棚，还包括设于所述外棚内的苗床循环机构，所述苗床循环机构包括苗床机架、苗盘和驱动组件，所述驱动组件设于所述苗床机架上，所述驱动组件与所述苗盘相连用于驱动所述苗盘在苗床机架内按照“Z”字型轨迹进行循环运动。

优选地，所述驱动组件包括电机、减速器、用于连接所述电机和所述减速器的传动链、与所述减速器连接的联轴器、与所述联轴器连接的驱动轴、与所述驱动轴连接的主动链轮、若干个从动链轮、和用于连接所述主动链轮和所述若干个从动链轮的链条，若干个所述从动链轮在所述苗床机架的空间内呈多层设置使得所述链条在所述若干个从动链轮和所述主动链轮之间形成所述“Z”字形轨迹；

所述电机用于通过所述传动链将动力传输至所述减速器的输入轴，动力通过所述减速器与所述联轴器传输至所述驱动轴，所述驱动轴根据所述动力驱动所述主动链轮转动，所述主动链轮用于通过所述链条将动力传输到各个从动链轮，从动链轮在所述动力的作用下转动从而使得所述链条传动以控制设于所述链条上的所述苗盘在苗床机架内按照所述“Z”字型轨迹进行循环运动。

优选地，还包括环境信息采集模块、与所述环境信息采集模块连接的控制器、和与所述控制器连接的执行调节模块；

所述环境信息采集模块用于采集所述外棚内的环境信息值，并将所述环境信息值发送至所述控制器；

所述控制器用于根据所述环境信息值产生调节指令以调节所述执行调节模块执行相应工作，还用于根据所述环境信息产生控制指令控制所述苗床循环机构执行所述循环运动。

优选地，所述环境信息采集模块包括湿度传感器、温度传感器、光照传感器和CO₂传感器，所述湿度传感器用于采集所述外棚内的湿度值，并将所述湿度值发送至所述控制器；

所述温度传感器用于采集所述外棚内的温度值，并将所述温度值发送至所述控制器；

所述光照传感器用于采集所述外棚内的光照值，并将所述光照值发送至所述控制器；

所述CO₂传感器用于采集所述外棚内的CO₂浓度值，并将所述CO₂浓度值发送至所述控制器；

所述执行调节模块包括升温设备、降温设备、喷淋装置、补光模块、CO₂发生器；

所述控制器用于将所述温度值与预设的第一温度阈值和第二温度阈值进行比较，若所述温度值小于所述温度阈值，控制所述升温设备开启升温工作，若所述温度值超过所述第二温度阈值，控制所述降温设备开启降温工作；还用于将所述湿度值与预设的湿度阈值进行比较，若所述湿度值小于所述湿度阈值，控制所述喷淋装置工作；还用于将所述光照值和预设的光照阈值进行比较，若所述光照值小于所述光照阈值，控制所述补光模块工作；还用于将所述CO₂浓度值与预设的CO₂浓度阈值进行比较，若所述CO₂浓度值小于所述CO₂浓度阈值，控制所述CO₂发生器工作。

优选的，所述驱动组件还包括设于所述苗床机架内部的苗床稳定架，所述苗床稳定架包括两个三角形架，两个所述三角形架的顶角相对构成一个长方体稳定架。

优选地，所述外棚的顶部为拱形，所述外棚顶部设有一层卷膜。

优选地，还包括与所述控制器连接的显示屏。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种应用于上述温室控制系统的控制方法，包括：

获取温室的工作状态，包括上盘状态、生长状态、增补营养状态；

根据温室当前的工作状态，控制所述驱动组件按照设定的速度驱动所述苗床在苗床机架内按照“Z”字型轨迹进行所述循环运动；

当温室的工作状态为上盘状态时，所述设定的速度为第一速度值；

当温室的工作状态为生长状态时，所述设定的速度为第二速度值；

当温室的工作状态为增补营养状态时，所述设定的速度为第三速度值。

优选地，所述温室控制系统还包括环境信息采集模块、与所述环境信息采集模块连接的控制器、和与所述控制器连接的执行调节模块，所述控制方法还包括以下步骤：

通过环境信息采集模块采集所述外棚内的环境信息值，并将所述环境信息值发送至所述控制器；

所述控制器根据所述环境信息值产生调节指令以调节执行调节模块执行相应工作，同时根据所述环境信息产生控制指令控制所述苗床循环机构执行循环运动。

优选地，所述环境信息值包括湿度值、温度值、光照值和CO₂浓度值。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种温室控制系统及其控制方法，设有苗床循环机构以带动苗盘作物在生长过程中在外棚内做循环运动，具体地，驱动苗床在苗床机架内按照“Z”字型轨迹进行循环运动，通过不断改变其空间位置实现立体栽培方式，提高温室的空间利用率，达到采光均匀、自动化程度高、降低劳动强度的目的。有利于定点浇灌、施肥、喷药等。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的温室控制系统结构示意图；

图2是本发明优选实施例的苗床循环机构的结构示意图。

附图标记：

1、外棚；2、苗床机架；3、主动链轮；4、驱动轴；5、联轴器；6、减速器；7、传动链；8、电机；9、主控器；10、手动开关；11、卷帘机；12、CO₂传感器；13、喷淋装置；14、苗盘吊篮；15链条；16、苗床稳定架；17、从动链轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种温室控制系统，包括外棚1，还包括设于外棚1内的苗床循环机构，苗床循环机构包括苗床机架2、苗盘和驱动组件，驱动组件设于苗床机架2上，驱动组件与苗盘相连用于驱动苗盘在苗床机架2内按照“Z”字型轨迹进行循环运动。

上述的温室控制系统，通过设有苗床循环机构以带动苗盘作物在生长过程中在外棚1内做循环运动，具体地，驱动苗床在苗床机架2内按照“Z”字型轨迹进行循环运动，通过不断改变其空间位置实现立体栽培方式，提高温室的空间利用率，达到采光均匀、自动化程度高、降低劳动强度的目的。有利于定点浇灌、施肥、喷药等。

作为本实施例优选的实施方式，驱动组件包括电机8、减速器6、用于连接电机8和减速器6的传动链7、与减速器6连接的联轴器5、与联轴器5连接的驱动轴4、与驱动轴4连接的主动链轮3、若干个从动链轮17、和用于连接主动链轮3和若干个从动链轮17的链条15，若干个从动链轮17在苗床机架2的空间内呈多层设置使得链条15在若干个从动链轮17和主动链轮3之间形成“Z”字形轨迹；

电机8用于通过传动链7将动力传输至减速器6的输入轴，动力通过减速器6与联轴器5传输至驱动轴4，驱动轴4根据动力驱动主动链轮3转动，主动链轮3用于通过链条15将动力传输到各个从动链轮17，从动链轮17在动力的作用下转动从而使得链条15传动以控制设于链条15上的苗盘在苗床机架2内按照“Z”字型轨迹进行循环运动。

需要说明的是，温室的设计主要针对幼苗培育、菇类、芫荽和生菜等矮小的作物，该类作物对生长空间的高度要求低，通过温室进行设计栽培，可以提供更多的作物资源。本发明中，为了大幅度提高空间利用率，设计苗床托架层高度为300mm，共8层苗盘呈封闭“z”字型循环，可使空间率高达8倍。而且，通过8层苗盘设置，实现了立体栽培方式，需要说明的是，本发明并不限定层高，针对生长空间要求较高的叶菜也可以适当调节苗床托架层高度。

值得说明的是，上述的苗床循环机构可以通过人工控制，也可以设定为自动控制。即，本发明的温室控制系统的工作模式包括两种，分别为人工控制和自动控制，当温室控制系统处于人工控制工作模式时，用户可人为设定电机8的转速，从而控制苗床循环机构以不同的速度进行工作，还可以通过手动开关10控制调节模块执行相应工作。当温室控制系统处于自动控制工作模式时，该温室控制系统通过控制器控制调节模块执行相应工作。

具体地，上述温室控制系统还包括环境信息采集模块、与环境信息采集模块连接的控制器、和与控制器连接的执行调节模块；环境信息采集模块用于采集外棚1内的环境信息值，并将环境信息值发送至控制器；控制器用于根据环境信息值产生调节指令以调节执行调节模块执行相应工作，还用于根据环境信息产生控制指令控制苗床循环机构执行循环运动。

本实施例中，环境信息采集模块包括湿度传感器、温度传感器、光照传感器和CO₂传感器12，湿度传感器用于采集外棚1内的湿度值，并将湿度值发送至控制器；温度传感器用于采集外棚1内的温度值，并将温度值发送至控制器；光照传感器用于采集外棚1内的光照值，并将光照值发送至控制器；CO₂传感器12用于采集外棚1内的CO₂浓度值，并将CO₂浓度值发送至控制器；执行调节模块包括升温设备、降温设备、喷淋装置13、补光模块、CO₂发生器。

优选地，由于温室内部环境具有时变性强、线性度差等特点，且容易受外部环境变化、温室建筑结构、作物生长形态等诸多不确定因素的交叉影响，在接近作物生长区域的中部安装上述各类传感器，能相对准确地对作物生长环境数据(温度、湿度、CO₂浓度、光照强度)进行采集。喷淋装置13设于外棚1的顶部，可以使作物更均匀地接收喷淋装置13喷洒的水分。

本实施例中，控制器采用STM32F407单片机为主控芯片，该款芯片采用32位高性能ARM Cortex-M4处理器，工作的频率可达168MHz，具有集成度高、数据传输快等特点，具有3个I²C、6个、3个SPI、2个CAN2.0、2个USB OTG和1个SDIO，共17个通信接口，且具有17个定时器，满足系统的设计要求。

本实施例中，光照传感器采用MXBS-3001-GZ型温湿度光照三合一传感器和MXBS-3001-CO2型温湿度二氧化碳三合一传感器，该传感器具备信号稳定、精度高、测量范围广、传输距离短等特点，具体参数见表1。

表1传感器参数

本实施例中，考虑到温室升温的均匀性，升温设备主要是两台对角布置的电暖风机，且暖风机连续工作3小时最低升温10℃；降温设备采用百叶轴流负压式风机和卷帘机11，风机主要针对小幅度的降温，卷帘机11主要针对温室内外的气体交换；喷淋装置13采用扇形雾化微喷头，浇灌半径大，效果好且能够节约水资源；本实施例中的循环运动式立体栽培方式可通过改变作物位置实现均匀的光照，考虑到苗床层与层之间的光线相互遮挡，对于喜光照的作物可另外采取人工补光；二氧化碳作为植物进行光合作用的三要素之一，增加一定的二氧化碳有利于作物的生长，主要采用二氧化碳发生器进行增加温室二氧化碳含量。

具体地，控制器将温度值与预设的第一温度阈值和第二温度阈值进行比较，若温度值小于温度阈值，控制升温设备开启升温工作，若温度值超过第二温度阈值，控制降温设备开启降温工作；还用于将湿度值与预设的湿度阈值进行比较，若湿度值小于湿度阈值，控制喷淋装置13工作；还用于将光照值和预设的光照阈值进行比较，若光照值小于光照阈值，控制补光模块工作；还用于将CO₂浓度值与预设的CO₂浓度阈值进行比较，若CO₂浓度值小于CO₂浓度阈值，控制CO₂发生器工作。

作为本实施例优选的实施方式，如图2所示，驱动组件还包括设于苗床机架2内部的苗床稳定架16，苗床稳定架16包括两个三角形架，两个三角形架的顶角相对构成一个长方体稳定架。通过三角形原理进行稳定，可以使苗床机架2内部的苗床被更好的稳固。保证温室作物的安全性。

作为本实施例优选的实施方式，循环运动式苗床传输的中心距长达6.5米，采用链传动，传输动力平稳可靠。外棚1的顶部为拱形，外棚1顶部设有一层卷膜。本实施例中，顶部设计拱形结构，相比较平顶，承载能力高、防止雪灾，顶部采用塑性较好的薄膜，便于卷帘机11的卷膜，实现棚顶的开关，有利于温室内外的气体交换；温室四周采用双层阳光板，相比较塑料薄膜，阳光板保温效果好、抗大风能力强、受用寿命长。

作为本实施例优选的实施方式，还包括与控制器连接的显示屏，通过该显示屏可以将控制器接收的各环境信息更直观的显示给用户知晓。本实施例中，各类传感器对温度、湿度、二氧化碳浓度、光照度进行数据采集，并将采集的环境数据发送至控制器，控制器根据环境数据进行分析后，通过RS485串口通信进行传输对相应执行调节部件进行协调控制，同时传输数据至上位机的显示屏进行显示。使用户能更直观明了地获取环境信息。

实施例2

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种应用于上述温室控制系统的控制方法，包括：

获取温室的工作状态，包括上盘状态、生长状态、增补营养状态；

根据温室当前的工作状态，控制驱动组件按照设定的速度驱动苗床在苗床机架2内按照“Z”字型轨迹进行循环运动；

当温室的工作状态为上盘状态时，设定的速度为第一速度值；

当温室的工作状态为生长状态时，设定的速度为第二速度值；

当温室的工作状态为增补营养状态时，设定的速度为第三速度值。

需要说明的是，上盘状态表示将苗盘作物以苗盘吊篮14的方式放置入苗盘上，在该状态中，需要控制驱动组件以缓慢的速度运动，本实施例并不对具体的速度做限定，只需其满足方便工作人员进行上盘操作即可。生长状态表示苗盘作物在温室中的日常状态，在该状态中，驱动组件需进行匀速运动，其具体的速度数值根据具体要求设定。增补营养状态表示为苗盘的作物根据环境信息进行补水补光等操作的状态，在该状态下，需要控制苗盘减速缓慢运动，从而更好的获取到补充的作物生长所需的营养。

其中，温室控制系统还包括环境信息采集模块、与环境信息采集模块连接的控制器、和与控制器连接的执行调节模块，控制方法还包括以下步骤：

通过环境信息采集模块采集外棚1内的环境信息值，并将环境信息值发送至控制器；

控制器根据环境信息值产生调节指令以调节执行调节模块执行相应工作，同时根据环境信息产生控制指令控制苗床循环机构执行循环运动。

本实施例中，环境信息值包括湿度值、温度值、光照值和CO₂浓度值。

需要说明的是，根据环境信息进行相应的调节步骤在上述实施例1中已具体详述，在此，不多做赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温室控制系统，包括外棚，其特征在于，还包括设于所述外棚内的苗床循环机构，所述苗床循环机构包括苗床机架、苗盘和驱动组件，所述驱动组件设于所述苗床机架上，所述驱动组件与所述苗盘相连用于驱动所述苗盘在苗床机架内按照“Z”字型轨迹进行循环运动。

2.根据权利要求1所述的温室控制系统，其特征在于，所述驱动组件包括电机、减速器、用于连接所述电机和所述减速器的传动链、与所述减速器连接的联轴器、与所述联轴器连接的驱动轴、与所述驱动轴连接的主动链轮、若干个从动链轮、和用于连接所述主动链轮和所述若干个从动链轮的链条，若干个所述从动链轮在所述苗床机架的空间内呈多层设置使得所述链条在所述若干个从动链轮和所述主动链轮之间形成所述“Z”字形轨迹；

所述电机用于通过所述传动链将动力传输至所述减速器的输入轴，动力通过所述减速器与所述联轴器传输至所述驱动轴，所述驱动轴根据所述动力驱动所述主动链轮转动，所述主动链轮用于通过所述链条将动力传输到各个从动链轮，从动链轮在所述动力的作用下转动从而使得所述链条传动以控制设于所述链条上的所述苗盘在苗床机架内按照所述“Z”字型轨迹进行循环运动。

3.根据权利要求1所述的温室控制系统，其特征在于，还包括环境信息采集模块、与所述环境信息采集模块连接的控制器、和与所述控制器连接的执行调节模块；

所述环境信息采集模块用于采集所述外棚内的环境信息值，并将所述环境信息值发送至所述控制器；

所述控制器用于根据所述环境信息值产生调节指令以调节所述执行调节模块执行相应工作，还用于根据所述环境信息产生控制指令控制所述苗床循环机构执行所述循环运动。

4.根据权利要求3所述的温室控制系统，其特征在于，所述环境信息采集模块包括湿度传感器、温度传感器、光照传感器和CO₂传感器，所述湿度传感器用于采集所述外棚内的湿度值，并将所述湿度值发送至所述控制器；

所述温度传感器用于采集所述外棚内的温度值，并将所述温度值发送至所述控制器；

所述光照传感器用于采集所述外棚内的光照值，并将所述光照值发送至所述控制器；

所述CO₂传感器用于采集所述外棚内的CO₂浓度值，并将所述CO₂浓度值发送至所述控制器；

所述执行调节模块包括升温设备、降温设备、喷淋装置、补光模块、CO₂发生器；

所述控制器用于将所述温度值与预设的第一温度阈值和第二温度阈值进行比较，若所述温度值小于所述温度阈值，控制所述升温设备开启升温工作，若所述温度值超过所述第二温度阈值，控制所述降温设备开启降温工作；还用于将所述湿度值与预设的湿度阈值进行比较，若所述湿度值小于所述湿度阈值，控制所述喷淋装置工作；还用于将所述光照值和预设的光照阈值进行比较，若所述光照值小于所述光照阈值，控制所述补光模块工作；还用于将所述CO₂浓度值与预设的CO₂浓度阈值进行比较，若所述CO₂浓度值小于所述CO₂浓度阈值，控制所述CO₂发生器工作。

5.根据权利要求1所述的温室控制系统，其特征在于，所述驱动组件还包括设于所述苗床机架内部的苗床稳定架，所述苗床稳定架包括两个三角形架，两个所述三角形架的顶角相对构成一个长方体稳定架。

6.根据权利要求1所述的温室控制系统，其特征在于，所述外棚的顶部为拱形，所述外棚顶部设有一层卷膜。

7.根据权利要求3所述的温室控制系统，其特征在于，还包括与所述控制器连接的显示屏。

8.一种应用于上述权利要求1-7任一所述温室控制系统的控制方法，其特征在于，包括：

获取温室的工作状态，包括上盘状态、生长状态、增补营养状态；

根据温室当前的工作状态，控制所述驱动组件按照设定的速度驱动所述苗床在苗床机架内按照“Z”字型轨迹进行所述循环运动；

当温室的工作状态为上盘状态时，所述设定的速度为第一速度值；

当温室的工作状态为生长状态时，所述设定的速度为第二速度值；

当温室的工作状态为增补营养状态时，所述设定的速度为第三速度值。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述温室控制系统还包括环境信息采集模块、与所述环境信息采集模块连接的控制器、和与所述控制器连接的执行调节模块，所述控制方法还包括以下步骤：

通过环境信息采集模块采集所述外棚内的环境信息值，并将所述环境信息值发送至所述控制器；

所述控制器根据所述环境信息值产生调节指令以调节执行调节模块执行相应工作，同时根据所述环境信息产生控制指令控制所述苗床循环机构执行循环运动。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述环境信息值包括湿度值、温度值、光照值和CO₂浓度值。

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