CN111406551B - 一种节能智慧种植大棚及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能智慧种植大棚及其控制方法，包括：农药箱、若干个水位传感器、MCU、监控系统、中转装置和电动推杆，大棚内两侧放置有安装板，农药箱通过安装板安装在大棚内的一侧，农药箱内设有抽液机构，抽液机构的控制端与MCU连接，农药箱底部设有农药输送管，农药输送管的一端与抽液机构连接，农药输送管的另一端与中转装置连接，大棚顶部设有与大棚长度相等的横梁，中转装置固定安装在横梁的下侧，电动推杆固定安装在中转装置下侧。本发明通过蓄水池和太阳能电池板，合理利用自然资源，减少大棚种植成本，通过中转装置，智能化对种植物进行灌溉和喷洒农药。

Description

一种节能智慧种植大棚及其控制方法

技术领域

本发明涉及农业大棚技术领域，尤其涉及一种节能智慧种植大棚及其控制方法。

背景技术

随着农业技术的发展，大棚技术日渐广泛应用于农作物的种植，如各种花卉、反季蔬果的种植等，其原因在于大棚内的温度、温度等环境因素可通过人工调节，使其更好地满足农作物的生长需求，智慧大棚就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使传统农业更具有“智慧”。除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲。所谓“智慧大棚”就是充分应用现代信息技术成果，集成应用计算机与网络技术、物联网技术、音视频技术、3S技术、无线通信技术及专家智慧与知识，实现大棚农业可视化远程诊断、远程控制、灾变预警等智能管理。智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点(环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等)和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。“智慧大棚”是云计算、传感网、3S等多种信息技术在农业中综合、全面的应用，实现更完备的信息化基础支撑、更透彻的农业信息感知、更集中的数据资源、更广泛的互联互通、更深入的智能控制、更贴心的公众服务。智慧大棚能更好的发展农业，但目前的种植大棚成本高且浪费较多的能源，因此很难推广到广大种植户，也无法适用于大多数农民。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种智慧大棚”，其公开号CN208314595U，其公开日2019年01月01日，包括数据处理模块、通信模块、云端大数据服务器、数据采集模块、控制模块、电源模块、大棚内环境调节模块和显示模块；所述通信模块、数据采集模块、控制模块、电源模块和显示模块与数据处理模块相连，大棚内环境调节模块与控制模块相连，云端大数据服务器通过通信模块与数据处理模块相连；所述通信模块用于实时远程通信；所述电源模块用于为大棚供电；所述数据采集模块用于采集大棚内的温度数据、湿度数据、co浓度信息和光照信息；所述云端大数据服务器用于根据大棚所种的一种或几种农作物利用大数据得出大棚内所需的种植环境；所述大棚内环境调节模块用于调节大棚内农作物生长的环境；所述控制模块用于控制大棚内环境调节模块的运行；所述显示模块用于显示大棚内的温度数据、湿度数据、co浓度信息和光照信息；所述数据处理模块用于接受并处理数据采集模块、控制模块和通信模块的信号。该智慧大棚对大棚内的种植物的成长阶段进行检测，使种植物成长，但是该智慧大棚运用较多传感器技术，没有合理利用环境能源，造成较大资源浪费，同时造成成本过高，远远高出大棚种植物的收益的问题。

发明内容

本发明主要解决现有的技术智慧大棚成本过高且无法合理利用自然资源的问题；提供一种节能智慧种植大棚及其控制方法，智能化对大棚内种植物进行水灌溉和农药喷洒，合理利用自然资源进行大棚种植，减少大棚种植成本。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种节能智慧种植大棚，包括农药箱、若干个水位传感器、MCU、监控系统、中转装置和电动推杆，所述大棚内两侧放置有安装板，所述农药箱通过安装板安装在大棚内的一侧，所述农药箱内设有抽液机构，所述抽液机构的控制端与MCU连接，所述农药箱底部设有农药输送管，所述农药输送管的一端与抽液机构连接，所述农药输送管的另一端与中转装置连接，所述大棚顶部设有与大棚长度相等的横梁，所述中转装置固定安装在横梁的下侧，所述电动推杆固定安装在中转装置下侧，所述电动推杆的控制端与MCU连接，所述中转装置内设有压力泵，所述压力泵的控制端与MCU连接，所述中转装置下侧连接有导管，所述导管的底部安装喷头，所述喷头与所述电动推杆的活动杆底部固定连接，所述监控系统安装在大棚内，所述监控系统与MCU连接，若干个所述水位传感器分别安装在农药箱的底部以及中转装置内，若干个所述水位传感器均与MCU连接。当监控系统传递的信息显示种植物需要进行农药喷洒时，MCU接收农药箱底部的水位传感器的信息，确保农药箱内具有足够的农药液，启动抽液机构，使农药液进入中转装置，通过与电动推杆连接的导管，使农药液跟随导管和电动推杆移动，使农药液在接近种植物时从喷头中喷洒出来，确保农药液能喷洒在需要营养的种植物上，同时减少不必要的浪费，节约资源，减少了大棚种植的成本。

作为优选，还包括蓄水池，所述蓄水池设置在大棚外的两侧，所述蓄水池内设有抽水机，所述抽水机的输出端连接有若干个输水管，若干个所述输水管的另一端分别与所述中转装置以及农药箱连接，所述抽水机的一侧安装有电子控制开关，所述电子控制开关与抽水机连接，所述电子控制开关的控制端与MCU连接。通过安装在大棚外侧的蓄水池，当遇到雨水天气时，蓄水池可以将雨水进行存储，当种植物需要进行水灌溉时，通过控制电子控制开关闭合，使抽水机启动，蓄水池内的水经导水管进入中转装置，通过中转装置的电动推杆和导管，使水资源直接到达需要水的种植物旁边，减少不必要的浪费，减少大棚种植成本。

作为优选，还包括电机、滑块和刷子，所述刷子包括刷头和刷毛，所述电机安装在中转装置的一侧，所述电机的控制端与MCU连接，所述中转装置内的顶部设有滑槽，所述滑块滑动安装在滑槽内，所述滑块与电机连接，所述刷头的一端固定安装在滑块的底部，所述刷头的另一端与刷毛连接。通过滑块带动刷子在中转装置上来回滑动，使刷毛一直来回刷中转装置底部，防止淤泥或细物堵住导管。

作为优选，还包括太阳能电池板、太阳能电池板安装支架、蓄电池、切换开关和开关控制电路，所述太阳能电池板安装支架安装在大棚外顶部，所述太阳能电池板固定安装在太阳能电池板安装支架上，所述切换开关的一端与分别与监控系统、电动推杆、抽液机构和压力泵连接，所述切换开关的另一端包括第一触点和第二触点，所述第一触点与太阳能电池板连接，所述第二触点与蓄电池连接，所述切换开关的控制端与开关控制电路连接，所述开关控制电路与MCU连接。通过太阳能电池板将太阳能转换成电能，在白天时，利用太阳能电池板转换成的电能为大棚内的用电设备供电，进入夜晚，没有太阳能时，通过开关控制电路切换切换开关的触点，使蓄电池为用电设备进行供电，合理利用太阳能，减少大棚种植成本，节约能源。

作为优选，还包括蓄电池箱，所述蓄电池箱安装在大棚内与农药箱对应的一侧，所述蓄电池安装在蓄电池箱内。通过蓄电池箱保护蓄电池，防止蓄电池遭到破坏。

作为优选，还包括农药袋、长钉条、拉线、电阻丝、三级管和电源，所述农药袋内放置有农药，所述农药袋安装在农药箱底部，所述农药箱内上方设有电路箱，所述电路箱位于农药袋正上方，所述电阻丝、三级管和电源均设置在电路箱内，所述电源与三极管的集电极连接，所述电阻丝与三极管的发射极连接，所述三极管的基极与MCU连接，所述拉线的一端缠绕在电阻丝上，所述拉线的另一端穿过电路箱与长钉条的一端连接，所述长钉条的另一端尖且细。当安装在农药箱内的水位传感器检测到农药箱内的农药液不足时，MCU发送一个高电平给三极管，使三极管导通，电源开始给电阻丝供电，电源提供的功率大于电阻丝的额定功率，使电阻丝被烧断，缠绕早电阻丝上的拉线不在受到支撑，与拉线连接的长钉条掉落，长钉条尖细部位掉落到农药袋上，使农药袋被戳破，农药袋内的农药被释放出来，通过蓄水池进行抽水，进行农药液的制作，使农药箱内重新充满农药液，供给种植物使用。

本发明还提供一种节能智慧种植大棚控制方法，包括以下步骤：步骤s1：设置切换开关的第一触点导通，第二触点断开，通过获取所述监控系统传递的监控信息，判断大棚内的种植物是否需要喷洒农药或喷水，若都不需要，则不产生动作，若需喷洒农药，则执行步骤s3，若需喷水，则执行步骤s4；步骤s2：获取监控系统的监控信息，判断大棚内时间是白天还是夜晚，若为白天，则执行步骤s1，若为夜晚，则执行步骤s5；步骤s3：启动抽液机构，使农药液经农药输送管进入中转装置，启动电动推杆，当电动推杆带动喷头到达指定位置后，启动压力泵和电机；步骤s4：使电子控制开关闭合，启动抽水机，使水流经输水管进入中转装置，启动电动推杆，当电动推杆带动喷头到达指定位置后，启动压力泵和电机；步骤s5：通过开关控制电路，使切换开关第一触点断开，第二触点导通。

作为优选，所述的步骤s3中，在启动抽液机构之前，通过安装在农药箱底部的水位传感器检测农药液是否足够，若足够，则启动抽液机构，否则控制三极管导通，使电阻丝断开，使长钉条掉落击穿农药袋，同时启动抽水机，直到制作出足够的农药液，设置中转装置水位阈值，在启动压力泵和电机之前，通过安装在中转装置内的水位传感器检测中转装置内的水位是否达到阈值，若达到或超过阈值，则可启动压力泵和电机，否则，等待农药液继续输入中转装置，直到水位达到阈值。

作为优选，所述的步骤s4中，设置中转装置水位阈值，在启动压力泵和电机之前，通过安装在中转装置内的水位传感器检测中转装置内的水位是否达到阈值，若达到或超过阈值，则可启动压力泵和电机，否则，等待水流继续输入中转装置，直到水位达到阈值。

本发明的有益效果是：（1）通过蓄水池和中转装置，实现对大棚种植物的智能灌溉；（2）通过农药箱和电动推杆，使农药更好的喷洒到需要营养的种植物上；（3）通过农药袋，实现远程智能化补充农药液；（4）通过太阳能电池板，合理利用太阳能进行供电，减少大棚种植成本。

附图说明

图1是实施例一的节能智慧种植大棚的结构示意图。

图2是实施例二的农药箱结构示意图。

图3是实施例三的节能智慧种植大棚控制方法的流程框图。

图中1.蓄水池，2.抽液机构，3.农药箱，4.水位传感器，5.喷头，6.导管，7.电动推杆，8.农药输送管，9.中转装置，10.刷子，11.滑块，12.横梁，13.太阳能电池板，14.电机，15.输水管，16.监控系统，17.蓄电池箱，18.电阻丝，19.电源，20.电路箱，21.三极管，22.拉线，23.长钉条，24.农药袋。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例一：一种节能智慧种植大棚，如图1所示，包括农药箱3、若干个水位传感器4、MCU、监控系统16、蓄水池1、中转装置9、电机14、蓄电池箱17、滑块11、刷子10、太阳能电池板13、太阳能电池板13安装支架、蓄电池、切换开关、开关控制电路和电动推杆7，大棚内两侧放置有安装板，农药箱3通过安装板安装在大棚内的一侧，农药箱3内设有抽液机构2，抽液机构2的控制端与MCU连接，农药箱3底部设有农药输送管8，农药输送管8的一端与抽液机构2连接，农药输送管8的另一端与中转装置9连接，大棚顶部设有与大棚长度相等的横梁12，中转装置9固定安装在横梁12的下侧，电动推杆7固定安装在中转装置9下侧，电动推杆7的控制端与MCU连接，中转装置9内设有压力泵，压力泵的控制端与MCU连接，中转装置9下侧连接有导管6，导管6的底部安装喷头5，喷头5与电动推杆7的活动杆底部固定连接，监控系统16安装在大棚内，监控系统16与MCU连接，若干个水位传感器4分别安装在农药箱3的底部以及中转装置9内，若干个水位传感器4均与MCU连接，蓄水池1设置在大棚外的两侧，蓄水池1内设有抽水机，抽水机的输出端连接有若干个输水管15，若干个输水管15的另一端分别与中转装置9以及农药箱3连接，抽水机的一侧安装有电子控制开关，电子控制开关与抽水机连接，电子控制开关的控制端与MCU连接，刷子10包括刷头和刷毛，电机14安装在中转装置9的一侧，电机14的控制端与MCU连接，中转装置9内的顶部设有滑槽，滑块11滑动安装在滑槽内，滑块11与电机14连接，刷头的一端固定安装在滑块11的底部，刷头的另一端与刷毛连接，太阳能电池板13安装支架安装在大棚外顶部，太阳能电池板13固定安装在太阳能电池板13安装支架上，切换开关的一端与分别与监控系统16、电动推杆7、抽液机构2和压力泵连接，切换开关的另一端包括第一触点和第二触点，第一触点与太阳能电池板13连接，第二触点与蓄电池连接，切换开关的控制端与开关控制电路连接，开关控制电路与MCU连接，蓄电池箱17安装在大棚内与农药箱3对应的一侧，蓄电池安装在蓄电池箱17内。

在具体应用中，当大棚所处地区处于阴雨天气时，安装在大棚外两侧的蓄水池1开始蓄水，将雨水进行存储，当处于阳光天气时，太阳能电池板13将太阳能转换成电能，在白天时，通过开光控制电路控制切换开关，使切换开关的第一触点导通，让太阳能电池板13为大棚内的用电设备供电，在一定程度上节约能源，减少大棚种植成本，在夜晚时，通过开关控制电路，使切换开关的第二触点导通，在没有太阳能时，通过蓄电池为大棚内的用电设备供电。

当MCU通过监控系统16检测到大棚内的种植物需要喷洒农药时，MCU接收安装在农药箱3内的水位传感器4的信息，判断农药箱3内的农药液是否足够，若足够，则启动抽液机构2，使农药液经农药输送管8进入中转装置9，MCU接收安装在中转装置9内的水位传感器4的信息，当中转装置9内的液体达到一定阈值时，抽液机构2停止，农药液不在进入中转装置9，同时，启动电机14和电动推杆7，电动推杆7带动导管6进行移动，使导管6接近种植物，使农药液被合理吸收，减少农药液的浪费，电机14启动后，滑块11通过滑出在中转装置9内来回滑动，通过滑块11带动刷子10在中转装置9上来回滑动，使刷毛一直来回刷中转装置9底部，防止淤泥或细物堵住导管6。

如图2所示，为一种节能智慧种植大棚的实施例二，在此实施例中，增加了农药袋24、长钉条23、拉线22、电阻丝18、三级管和电源19，农药袋24内放置有农药，农药袋24安装在农药箱3底部，农药箱3内上方设有电路箱20，电路箱20位于农药袋24正上方，电阻丝18、三级管和电源19均设置在电路箱20内，电源19与三极管21的集电极连接，电阻丝18与三极管21的发射极连接，三极管21的基极与MCU连接，拉线22的一端缠绕在电阻丝18上，拉线22的另一端穿过电路箱20与长钉条23的一端连接，长钉条23的另一端尖且细。其余结构同实施例一。

当安装在农药箱3内的水位传感器4检测到农药箱3内的农药液不足时，MCU发送一个高电平给三极管21，使三极管21导通，电源19开始给电阻丝18供电，电源19提供的功率大于电阻丝18的额定功率，使电阻丝18被烧断，缠绕早电阻丝18上的拉线22不在受到支撑，与拉线22连接的长钉条23掉落，长钉条23尖细部位掉落到农药袋24上，使农药袋24被戳破，农药袋24内的农药被释放出来，通过蓄水池1进行抽水，进行农药液的制作，使农药箱3内重新充满农药液，供给种植物使用。

如图3所示，为本发明的实施例三，一种节能智慧种植大棚控制方法，包括以下步骤：步骤s1：设置切换开关的第一触点导通，第二触点断开，通过获取监控系统16传递的监控信息，判断大棚内的种植物是否需要喷洒农药或喷水，若都不需要，则不产生动作，若需喷洒农药，则执行步骤s3，若需喷水，则执行步骤s4；步骤s2：获取监控系统16的监控信息，判断大棚内时间是白天还是夜晚，若为白天，则执行步骤s1，若为夜晚，则执行步骤s5。

步骤s3：启动抽液机构2，使农药液经农药输送管8进入中转装置9，启动电动推杆7，当电动推杆7带动喷头5到达指定位置后，启动压力泵和电机14；在启动抽液机构2之前，通过安装在农药箱3底部的水位传感器4检测农药液是否足够，若足够，则启动抽液机构2，否则控制三极管21导通，使电阻丝18断开，使长钉条23掉落击穿农药袋24，同时启动抽水机，直到制作出足够的农药液，设置中转装置9水位阈值，在启动压力泵和电机14之前，通过安装在中转装置9内的水位传感器4检测中转装置9内的水位是否达到阈值，若达到或超过阈值，则可启动压力泵和电机14，否则，等待农药液继续输入中转装置9，直到水位达到阈值。

步骤s4：使电子控制开关闭合，启动抽水机，使水流经输水管15进入中转装置9，启动电动推杆7，当电动推杆7带动喷头5到达指定位置后，启动压力泵和电机14；设置中转装置9水位阈值，在启动压力泵和电机14之前，通过安装在中转装置9内的水位传感器4检测中转装置9内的水位是否达到阈值，若达到或超过阈值，则可启动压力泵和电机14，否则，等待水流继续输入中转装置9，直到水位达到阈值。

步骤s5：通过开关控制电路，使切换开关第一触点断开，第二触点导通。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种节能智慧种植大棚，包括农药箱和若干个水位传感器，其特征是，还包括：

MCU、监控系统、中转装置和电动推杆，所述大棚内两侧放置有安装板，所述农药箱通过安装板安装在大棚内的一侧，所述农药箱内设有抽液机构，所述抽液机构的控制端与MCU连接，所述农药箱底部设有农药输送管，所述农药输送管的一端与抽液机构连接，所述农药输送管的另一端与中转装置连接，所述大棚顶部设有与大棚长度相等的横梁，所述中转装置固定安装在横梁的下侧，所述电动推杆固定安装在中转装置下侧，所述电动推杆的控制端与MCU连接，所述中转装置内设有压力泵，所述压力泵的控制端与MCU连接，所述中转装置下侧连接有导管，所述导管的底部安装喷头，所述喷头与所述电动推杆的活动杆底部固定连接，所述监控系统安装在大棚内，所述监控系统与MCU连接，若干个所述水位传感器分别安装在农药箱的底部以及中转装置内，若干个所述水位传感器均与MCU连接；

还包括农药袋、长钉条、拉线、电阻丝、三级管和电源，所述农药袋内放置有农药，所述农药袋安装在农药箱底部，所述农药箱内上方设有电路箱，所述电路箱位于农药袋正上方，所述电阻丝、三级管和电源均设置在电路箱内，所述电源与三极管的集电极连接，所述电阻丝与三极管的发射极连接，所述三极管的基极与MCU连接，所述拉线的一端缠绕在电阻丝上，所述拉线的另一端穿过电路箱与长钉条的一端连接，所述长钉条的另一端尖且细；

当安装在农药箱内的水位传感器检测到农药箱内的农药液不足时，MCU发送一个高电平给三极管，使三极管导通，电源开始给电阻丝供电，电源提供的功率大于电阻丝的额定功率，使电阻丝被烧断，缠绕早电阻丝上的拉线不在受到支撑，与拉线连接的长钉条掉落，长钉条尖细部位掉落到农药袋上，使农药袋被戳破，农药袋内的农药被释放出来，通过蓄水池进行抽水，进行农药液的制作。

2.根据权利要求1所述的一种节能智慧种植大棚，其特征在于，还包括蓄水池，所述蓄水池设置在大棚外的两侧，所述蓄水池内设有抽水机，所述抽水机的输出端连接有若干个输水管，若干个所述输水管的另一端分别与所述中转装置以及农药箱连接，所述抽水机的一侧安装有电子控制开关，所述电子控制开关与抽水机连接，所述电子控制开关的控制端与MCU连接。

3.根据权利要求1所述的一种节能智慧种植大棚，其特征在于，还包括电机、滑块和刷子，所述刷子包括刷头和刷毛，所述电机安装在中转装置的一侧，所述电机的控制端与MCU连接，所述中转装置内的顶部设有滑槽，所述滑块滑动安装在滑槽内，所述滑块与电机连接，所述刷头的一端固定安装在滑块的底部，所述刷头的另一端与刷毛连接。

4.根据权利要求1所述的一种节能智慧种植大棚，其特征在于，还包括太阳能电池板、太阳能电池板安装支架、蓄电池、切换开关和开关控制电路，所述太阳能电池板安装支架安装在大棚外顶部，所述太阳能电池板固定安装在太阳能电池板安装支架上，所述切换开关的一端与分别与监控系统、电动推杆、抽液机构和压力泵连接，所述切换开关的另一端包括第一触点和第二触点，所述第一触点与太阳能电池板连接，所述第二触点与蓄电池连接，所述切换开关的控制端与开关控制电路连接，所述开关控制电路与MCU连接。

5.根据权利要求4所述的一种节能智慧种植大棚，其特征在于，还包括蓄电池箱，所述蓄电池箱安装在大棚内与农药箱对应的一侧，所述蓄电池安装在蓄电池箱内。

6.一种节能智慧种植大棚控制方法，适用于如权利要求1至5任一项所述的一种节能智慧种植大棚，包括以下步骤：

步骤s1：设置切换开关的第一触点导通，第二触点断开，通过获取所述监控系统传递的监控信息，判断大棚内的种植物是否需要喷洒农药或喷水，若都不需要，则不产生动作，若需喷洒农药，则执行步骤s3，若需喷水，则执行步骤s4；

步骤s2：获取监控系统的监控信息，判断大棚内时间是白天还是夜晚，若为白天，则执行步骤s1，若为夜晚，则执行步骤s5；

步骤s3：启动抽液机构，使农药液经农药输送管进入中转装置，启动电动推杆，当电动推杆带动喷头到达指定位置后，启动压力泵和电机；

步骤s4：使电子控制开关闭合，启动抽水机，使水流经输水管进入中转装置，启动电动推杆，当电动推杆带动喷头到达指定位置后，启动压力泵和电机；

步骤s5：通过开关控制电路，使切换开关第一触点断开，第二触点导通。

7.根据权利要求6所述的一种节能智慧种植大棚控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，在启动抽液机构之前，通过安装在农药箱底部的水位传感器检测农药液是否足够，若足够，则启动抽液机构，否则控制三极管导通，使电阻丝断开，使长钉条掉落击穿农药袋，同时启动抽水机，直到制作出足够的农药液，设置中转装置水位阈值，在启动压力泵和电机之前，通过安装在中转装置内的水位传感器检测中转装置内的水位是否达到阈值，若达到或超过阈值，则可启动压力泵和电机，否则，等待农药液继续输入中转装置，直到水位达到阈值。

8.根据权利要求6所述的一种节能智慧种植大棚控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，设置中转装置水位阈值，在启动压力泵和电机之前，通过安装在中转装置内的水位传感器检测中转装置内的水位是否达到阈值，若达到或超过阈值，则可启动压力泵和电机，否则，等待水流继续输入中转装置，直到水位达到阈值。

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