CN111492868A - 植物种植箱温度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种植物种植箱温度控制系统及控制方法，所述植物种植箱内设置有植物生长架；所述植物生长架的底部设有供热管路；所述植物种植箱内还设置有供热装置，所述供热装置与供热管路连通用于向供热管路输送液体介质进行供热；所述系统包括：室内温度检测器件，用于检测植物种植箱内的箱内温度；控制器，用于根据所述箱内温度以及预设植物生长温度范围参数控制供热装置向供热管路输入的热量。本申请实施例提供的植物种植箱温度控制系统及控制方法能够提高植物种植箱内温度的控制效果，以满足植物生长的需求，适用于高原高寒地区植物种植箱温度控制。

Description

植物种植箱温度控制系统及控制方法

技术领域

本申请涉及一种植物种植箱的温度控制技术，尤其涉及一种植物种植箱温度控制系统及控制方法。

背景技术

植物种植箱是一种在封闭环境中种植植物，通过人为控制植物生长所需的光照、温度、湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度等环境条件，进而获得较高产量和较优品质的植物生长装置，适用于野外作业、海上作业等场景，也适用于耕种土地面积较小的地区或国家。

而对于高原地区，由于其具有气压较低，日照时间长、干湿分明、多夜雨、年温差小日温差大、多冰雹、多雷电等多种复杂的自然条件，现有的植物种植箱在高原气候下会出现耗能较高、寿命较短且易损坏等问题，尤其是在气温较低的情况下容易出现功能丧失的问题。主要原因有如下几点：

1、现有的植物种植箱的箱体主要采用钢板加内保温结构，密封性不足且易产生建筑冷热桥，进而使得箱内温度达不到植物生长所需的温度。

2、现有的植物种植箱大多采用空调进行温度调控。但在高原地区的积温较少，全年平均温度较低，且随着海拔每升高100米，年均温降低0.57℃。普通的空调在低温环境中的制暖能力非常有限，且耗能较高。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了一种植物种植箱温度控制系统及控制方法。

本申请第一方面实施例提供一种植物种植箱温度控制系统，所述植物种植箱内设置有植物生长架；所述植物生长架的底部设有供热管路；所述植物种植箱内还设置有供热装置，所述供热装置与供热管路连通用于向供热管路进行供热；所述温度控制系统还包括：

室内温度检测器件，用于检测植物种植箱内的箱内温度；

控制器，用于根据所述箱内温度以及预设植物生长温度范围参数控制供热装置向供热管路输入的热量。

本申请第二方面实施例提供一种应用如上温度控制系统的温度控制方法，包括：

获取植物种植箱的箱内温度；

根据所述箱内温度以及预设植物生长温度范围参数控制供热装置向供热管路输入的热量。

本申请实施例所提供的技术方案，采用室内温度检测器件用于检测植物种植箱内的箱内温度，采用控制器根据箱内温度以及预设植物生长温度范围控制供热装置向供热管路输入的热量，供热管路设置在植物生长架的底部，热量从下向上传递，使得植物生长架周围温度较为均匀，热量也能够满足植物生长的需要。传统方案中采用空调制暖，一方面其制暖能力有限，而且暖空气通常在箱体的顶部流动，很难向下与底部的冷空气进行对流使得底部的植物周围温度较低，生长状况不好，而本实施例所提供的方案解决了传统方案的缺陷。

附图说明

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

图1为本申请实施例提供的植物种植箱的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的温度控制系统的结构示意图一；

图3为本申请实施例提供的温度控制系统的结构示意图二；

图4为本申请实施例提供的温度控制的基本控制流程图。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供一种温度控制系统，能够应用于植物种植箱中。植物种植箱内设有植物生长架，具有多层种植平台，能够种植多层植物。植物种植箱内设置有供热管路、供热装置，供热管路设置在植物生长架的底部，供热装置与供热管路连通，用于向供热管路进行供热。

温度控制系统包括：室内温度检测器件和控制器。其中，室内温度检测器件用于检测植物种植箱内的箱内温度。控制器与室内温度检测器件电连接，获取室内温度检测器件检测到的箱内温度，然后根据箱内温度以及预设植物生长温度范围控制供热装置向供热管路输入的热量。供热管路向外散发热量，能够提高植物生长架所处环境的温度。

例如：预设植物生长温度范围的数值较高，控制器可控制供热装置增大向供热管路输入的热量；若预设植物生长温度范围的数值较低，控制器可控制供热装置减小向供热管路输入的热量。

预设植物生长温度范围可以为预设的一个温度范围，可以根据植物生长架上种植的植物生长特性进行确定，例如：对于适应较高温度的植物，可以控制增大向供热管路输入的热量；对于适应较低温度的植物，可以控制减少向供热管路输入的热量。预设植物生长温度范围为预先输入给控制器，并存储在存储器中。

本实施例所提供的技术方案，采用室内温度检测器件用于检测植物种植箱内的箱内温度，采用控制器根据箱内温度以及预设植物生长温度范围控制供热装置向供热管路输入的热量，供热管路设置在植物生长架的底部，热量从下向上传递，使得植物生长架周围温度较为均匀，热量也能够满足植物生长的需要。传统方案中采用空调制暖，一方面其制暖能力有限，而且暖空气通常在箱体的顶部流动，很难向下与底部的冷空气进行对流使得底部的植物周围温度较低，生长状况不好，而本实施例所提供的方案解决了传统方案的缺陷。

在上述技术方案的基础上，本实施例提供一种植物种植箱的具体实现方式：

图1为本申请实施例提供的植物种植箱的结构示意图，图2为本申请实施例提供的温度控制系统的结构示意图一。如图1和图2所示，植物种植箱包括：箱体1，箱体1的一端设置可打开的箱门，箱体1可以为透明箱体、不透明箱体或半透明箱体，当其为不透明箱体时，可以采用钢板围成，也可以直接采用集装箱。

当箱门关闭时，箱体1内为密闭结构，其内部区域划分为种植区和设备区，二者之间采用密闭性能较好的材料制成侧板隔开。种植区设置有植物生长架2，植物生长架为多层结构，可以种植多层植物植物，每层植物的上方均设置有照明装置，用于提供植物生长所需要的光照。植物生长架2的底部设置供热管路，供热管路具体可以为供热盘管，呈“U”形弯曲盘设在植物生长架2的底部，以进行均匀供热。植物生长架2的顶部设置有通风管路3，通风管路3可以直管，也可以为盘管。通风管路3的一端设置有风机盘管，风机盘管工作时可驱动空气在通风管路3内有序流动，进而带动箱体1内的空气有序流动。

设备区设置有供热装置，用于向供热盘管输入热量。供热装置包括：保温水箱和加热装置，保温水箱通过液体管路与供热盘管连通，并在液体管路上设置循环泵，促使液体介质在保温水箱与供热盘管之间循环流动。液体管路上海设置有电磁阀，可通过控制器控制电磁阀的开关及开度，进而控制液体管路的通断及流量。加热装置用于对保温水箱中的液体介质进行加热。本实施例中，加热装置包括：热泵和电辅热器，热泵中的散热端(也即热泵的出口端)向保温水箱提供热量，电辅热器的加热端伸入保温水箱内对液体介质进行加热。

与传统的方案相比，采用热泵进行加热能够大幅度降低能耗，在发电量相同的情况下，能够保证制热量满足植物种植的要求，能够解决高原高寒条件下制暖困难且耗能较高的问题。

另外，采用太阳能供电系统设置在箱体1的顶部，将太阳能转换为电能，供给上述热泵、风机盘管、照明装置等用电设备使用。采用太阳能供电系统进行发电，能够脱离电网使用，更适用于野外作业、海上作业等用电不方便的情况。

进一步的，箱体1内还设置有湿度调节装置，用于调节箱体1内的湿度，以满足植物生长需要。还可以设置有二氧化碳浓度调节装置，用于调节箱体1内的二氧化碳浓度。

植物生长架上设置有水培槽，其内填充有水培营养液。

如图2所示，温度控控制系统中的控制器43获取室内温度检测器件41采集到的箱内温度，然后根据箱内温度以及预设植物生长温度范围参数控制供热装置5向供热管路6输入的热量。

本实施例还提供一种温度控制系统的实现方式：

图3为本申请实施例提供的温度控制系统的结构示意图二。如图3所示，温度控制系统包括：室内温度检测器件41、室外温度检测器件42、控制器43、热泵44、循环泵45、电辅热器46和风机盘管47。

其中，室内温度检测器件41的数量为多个，分散布置在植物种植箱的箱体1内，用于检测箱内温度。室内温度检测器件41为温度传感器，可以为热电阻、热电偶、红外温度检测器等。

室外温度检测器件42设置在箱体1的外部，用于检测外部环境温度。上述预设植物生长温度范围为控制器43根据外部环境温度的变化规律及植物生长特性确定的。不同的植物所需的环境温度不同，同一植物的不同生长阶段所需的环境温度也不相同，具体可以根据具体植物的具体生长阶段进行设定，作为输入参数预先输入控制器并进行存储。

以某种植物为例，在催芽阶段，所需温度为20℃-25℃，湿度为70％-100％，无需光照。在苗化阶段，温度为18℃-24℃，湿度为75％-85％，光照强度为7000lux，二氧化碳浓度为400ppm-500ppm。在定植阶段，白天温度为20℃-24℃，夜间温度为5℃-18℃，营养液温度控制在15℃-24℃。湿度为60％-75％，二氧化碳浓度为400ppm-500ppm。上述预设植物生长温度范围可根据以上规律进行设定。

或者，上述预设植物生长温度范围也可以结合外部环境温度进行设定，例如：生菜在定植阶段，白天可依据外界温度控制在20℃-24℃，夜间控制在5℃-8℃。20℃-24℃、5℃-8℃就作为预设植物生长温度范围。

或者，上述预设植物生长温度范围可以根据植物生长特性、生长节段和外部环境温度共同确定。

一种实现方式为：图4为本申请实施例提供的温度控制的基本控制流程图。如图4所示，上述室内温度检测器件41的数量为多个，分散布设在箱体1内。控制器43根据箱内温度以及预设植物生长温度范围参数控制供热装置向供热管路输入的热量，具体为：

控制器43获取多个室内温度检测器件41检测到的箱内温度，并计算多个箱内温度的平均值，然后判断该平均值是否低于预设植物生长温度范围的下限。若判断出平均值低于下限，表明箱内温度较低，需要控制供热装置增大向供热管路输入的热量。

本实施例中，当箱内温度较低时，控制供热装置增大向供热管路输入的热量，可采用三级供热模式：

第一级供热，当控制器43判断出室内温度的平均值低于下限时，增大液体管路上电磁阀的开度，以增大液体介质在保温水箱与供热盘管之间的流动速度，提高向供热盘管输入的热量。

在增大电磁阀的开度之后，继续采集获取并计算室内温度的平均值，若经过一段时间之后室内温度的平均值仍低于预设植物生长温度范围的下限，则启动第二级供热：控制热泵提高出水温度，提高保温水箱内的温度。

在提高热泵出水温度之后，继续采集获取并计算室内温度的平均值，若经过一段时间之后室内温度的平均值仍低于预设植物生长温度范围的下限，则启动启动第三级供热：控制电辅热器对保温水箱进行加热，进一步提高保温水箱内的温度。

上述三级供热方式只是一种实现方式，实际情况中也可以仅采用一种供热方式，或采用其中两种供热方式。若采用三级供热方式，其执行顺序也不限定于上述内容。

以上是当室内温度较低时采取的升温方案。下面提供一种当室内温度较高时可采取的降温方案：

控制器获取多个箱内温度，计算箱内温度的平均值，并判断平均值是否高于预设植物生长温度范围的上限。当判断出平均值高于上限时，表明箱内温度过高，需要进行降温。具体可进行三级降温模式：

第一级降温：控制器控制热泵降低其出水温度，以降低保温水箱内液体介质的温度，进而减少向供热盘管输送的热量。

当控制热泵降低其出水温度之后，继续采集获取箱内温度，并判断出箱内温度平均值仍然高于预设植物生长温度范围的上限时，启动第二级降温，具体为控制风机盘管启动，促进空气在通风管路内及箱体内有序流动，以降低箱内温度。

另外，箱体内还可以设置有新风装置，当箱体内温度仍比较高时，可开启新风装置，与箱外环境进行通风气体交换，以使外界的冷气进入箱体内，实现第三级降温。

上述三级降温方式只是一种实现方式，实际情况中也可以仅采用一种降温方式，或采用其中两种降温方式。若采用三级降温方式，其执行顺序也不限定于上述内容。

在上述技术方案的基础上，本实施例还提供一种实现方式：

控制器获取各室内温度检测器件采集到的箱内温度，确定其中的最大值和最小值，计算最大值与最小值之间的差值作为温度极差。控制器判断温度极差是否大于上限阈值，若是，表明箱体内温度分布不均，则控制风机盘管启动，促进箱体内空气流动，使得箱体内温度均匀分布，植物种植架上各位置的植物所处的环境温度保持一致。

在启动风机盘管之后，若一段时间之后温度极差仍大于上限阈值，则可以提高风机盘管中风机的风速，加强空气流动。

上述温度极差可根据箱体的容积及外界环境温度进行设定，例如可以为3℃。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种植物种植箱温度控制系统，其特征在于，所述植物种植箱内设置有植物生长架；所述植物生长架的底部设有供热管路；所述植物种植箱内还设置有供热装置，所述供热装置与供热管路连通用于向供热管路进行供热；所述温度控制系统还包括：

室内温度检测器件，用于检测植物种植箱内的箱内温度；

控制器，用于根据所述箱内温度以及预设植物生长温度范围参数控制供热装置向供热管路输入的热量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设植物生长温度范围为根据植物生长架上种植的植物生长特性确定的。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

室外温度检测器件，用于检测植物种植箱的外部环境温度；

所述预设植物生长温度范围为控制器根据根据植物生长架上种植的植物生长特性、生长阶段、外部环境温度确定的。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述室内温度检测器件的数量为多个，分散布设在植物种植箱内；所述控制器根据箱内温度以及预设植物生长温度范围参数控制供热装置向供热管路输入的热量，包括：

控制器计算多个室内温度检测器件检测到的箱内温度的平均值；

控制器判断所述平均值是否低于预设植物生长温度范围的下限；

若判断结果为是，则控制供热装置增大向供热管路输入的热量。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述供热装置包括：保温水箱、循环泵和电磁阀；所述保温水箱与供热管路连通，所述循环泵和电磁阀设置在供热管路上；

控制供热装置增大向供热管路输入的热量，具体为增大电磁阀的开度，以增大液体流速。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述供热装置还包括：热泵，所述热泵用于调节保温水箱内液体的温度；

在增大电磁阀的开度之后，若所述平均值仍低于预设植物生长温度范围的下限，则控制热泵提高出水温度。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述供热装置还包括：电辅热器，所述电辅热器的加热端位于保温水箱内；

在启动热泵之后，若所述平均值仍低于预设植物生长温度范围的下限，则启动电辅热器对保温水箱进行加热。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器根据箱内温度以及预设植物生长温度范围参数控制供热装置向供热管路输入的热量，还包括：

控制器判断所述平均值是否高于预设植物生长温度范围的上限；

若判断结果为是，控制热泵降低出水温度。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，植物生长架的顶部设有通风管路，所述通风管路的一端设置有风机盘管；

在控制热泵降低出水温度之后，若所述平均值仍高于预设植物生长温度范围的上限，则控制所述风机盘管启动以实现种植箱内通风。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于在判断出各室内温度检测器检测到的箱内温度中最大值与最小值之间的差值大于上限阈值时控制风机盘管启动；

在风机盘管启动之后，若箱内温度中的最大值与最小值之间的差值仍大于上限阈值，则增大风机的风速。

11.应用权利要求1-10任一项温度控制系统的温度控制方法，其特征在于，包括：

获取植物种植箱的箱内温度；

根据所述箱内温度以及预设植物生长温度范围参数控制供热装置向供热管路输入的热量。

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