CN112314280A - 一种温室大棚农业环境管控系统及其运行工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温室大棚农业环境管控系统及其运行工艺，所述温室大棚农业环境管控系统包括简易温室大棚、通风装置、遮阳装置、喷淋装置和智能管控装置，通风装置设置在简易温室大棚的棚架之间，遮阳装置设置在简易温室大棚的上侧，喷淋装置设置在棚内地面上，智能管控装置与通风装置、遮阳装置和喷淋装置分别连接。该管控系统通过智能管控装置接收实时监测的棚内环境参数和用户的短信通讯指令，根据用户指令或环境参数超出阈值范围的情况进行调控。本发明是基于现有简易温室大棚的改进，节约建造成本的同时对棚内环境进行调控，并通过短信通讯的方式实现远程监控，为棚内植物生长提供稳定、适宜的环境。

Description

一种温室大棚农业环境管控系统及其运行工艺

技术领域

本发明涉及农业环境管控领域，特别涉及一种温室大棚农业环境管控系统及其运行工艺。

背景技术

现在，越来越多的种植者采用温室大棚技术进行种植，而为了给植物提供适宜生长的环境，温室大棚农业环境管控系统被广泛引入温室大棚，用于及时调控大棚内环境。CN204833008U“一种温室大棚室内环境控制系统”公开了一种包括温室大棚环境信息采集系统、处理单元、温室大棚环境控制系统和无线通信单元的温室大棚室内环境控制系统，所述温室大棚环境信息采集系统包括光照强度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、土壤温度传感器和土壤湿度传感器；所述温室大棚环境控制系统包括温室大棚遮阳装置、温室大棚降温装置、温室大棚除湿装置、温室大棚通风装置和温室大棚喷灌装置。

但是，现阶段的温室大棚农业环境管控系统，通常以特定的钢结构棚架和玻璃棚体为基础。这种温室大棚农业环境管控系统存在以下问题：（1）国内的温室大棚主要为弧形钢管棚架上铺设塑料油纸的简易温室大棚，无法与现阶段的温室大棚农业环境管控系统相匹配；（2）现阶段的温室大棚农业环境管控系统侧重于对棚内的农业环境进行监控，对农业环境的调节能力较差；（3）现阶段的温室大棚农业环境管控系统需要通过局域网进行数据传输，但是现阶段农村的农业生产条件，例如农户的大棚种植面积少、生产场地距离网络接口较远等，都会促使农户为了减少成本而不搭建局域网。

发明内容

本发明的目的是提供一种温室大棚农业环境管控系统及其运行工艺，适用于简易温室大棚的棚内环境控制，能实现棚内环境自动监控与调节，并与用户建立短信通讯进行远程监控调节。

本发明目的可以通过以下技术方案实现：一种温室大棚农业环境管控系统，包括简易温室大棚、通风装置、遮阳装置、喷淋装置和智能管控装置，通风装置设置在简易温室大棚的棚架之间，遮阳装置设置在简易温室大棚的上侧，喷淋装置设置在棚内地面上，智能管控装置与通风装置、遮阳装置和喷淋装置分别连接进行棚内温度、湿度和光照的监测与调控，并以短信方式反馈监测与调控信息和接受远程调控指令，为棚内植物生长提供适宜环境。

优选的，所述通风装置包括固定板、第一弧形支撑杆、第二弧形支撑杆和电动伸缩杆；所述第一弧形支撑杆与固定板固定连接；所述第二弧形支撑杆与固定板滑动连接；所述电动伸缩杆设置在第一弧形支撑杆和第二弧形支撑杆之间，通过调节第二弧形支撑杆的滑动控制通风口的面积。

优选的，所述遮阳装置包括遮阳帘、支架、立柱、牵引电机、牵引绳和卷帘电机；所述立柱安装在地面上，所述支架安装在立柱的上侧，所述牵引电机设置在支架的顶端，所述卷帘电机与遮阳帘的转轴相连；所述牵引电机和卷帘电机控制遮阳帘的伸展与卷曲。

优选的，所述智能管控模块包括信息采集部和信息处理部，信息采集部和信息处理部电性连接；所述信息采集部包括温度传感器、湿度传感器和光照传感器，用于监控棚体内的农业环境；所述信息处理部包括单片机系统、继电器和GSM通讯模块，所述单片机输入端与信息采集部和GSM通讯模块连接，输出端分别与通风装置、喷淋装置、通过继电器与遮阳装置连接，用于根据信息采集部的采集数据做出相应的处理；所述GSM通讯模块通过短信通讯方式向用户发送棚内环境调控信息，并接受用户远程调控指令。

优选的，所述温室大棚农业环境管控系统还包括排气扇，设置于简易温室大棚的进出口，用于协助通风装置进行棚内温湿度调节。

一种温室大棚农业环境管控系统的运行工艺，包括如下步骤：

（1）智能管控模块接收实时监测的棚内环境参数和用户的短信通讯指令；

（2）智能管控模块根据用户指令或环境参数超出阈值范围的情况进行调控，并设置调控优先级为控温优先级高于控湿优先级和控制光照优先级，避免调控冲突：

当棚内温度值高于设定阀值范围时，控制通风装置增大通风口面积；当通风装置降温效果仍然无法满足降温要求是，控制遮阳装置进行展帘；当棚内温度值低于设定的阀值范围时，控制通风装置关闭通风口；

当棚内湿度值大于设定阀值范围时，控制通风装置增大通风口面积；当湿度值小于设定阀值范围时，控制喷淋装置喷水；

当棚内光照值大于设定阀值范围时，控制遮阳装置展帘；当棚内光照值小于设定阀值范围时，控制遮阳装置卷帘。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）本发明的农业环境管控系统是基于现有简易温室大棚的改进，不需要搭建特定的温室大棚，如钢结构棚架和玻璃棚体构建的温室大棚，所以不需要农户过多的改造大棚，且管控系统的整体造价低，便于推广应用。

2）本发明的温室大棚农业环境管控系统，能同时实现对棚内环境的监控与调节，通过控制通风装置、遮阳装置、喷淋装置、排风机等构件调节温度、湿度、光照在适宜植物生长的环境范围内。

3）本发明以GSM通讯模块替代局域网，通过短信通讯的方式接收棚内环境的监测和调控信息，并发出远程调控指令控制棚内环境，为棚内植物生长提供稳定、适宜的环境。

附图说明

图1为本发明的棚体结构示意图；

图2为本发明的通风装置结构示意图；

图3为图2中的固定板结构示意图；

图4为本发明的遮阳装置结构示意图；

图5为图4中的支架结构示意图；

图6为图4中的牵引电机结构示意图；

图7为本发明的运行原理图；

图8为本发明的温度控制流程图；

图9为本发明的湿度控制流程图；

图10为本发明的光照控制流程图。

其中，11-棚架，12-地面，2-通风装置，21-固定板，211-第一滑槽，212-通孔，22-第一弧形支撑杆，23-第二弧形支撑杆，24-电动伸缩杆，3-遮阳装置，31-遮阳帘，32-支架，321-第二滑槽，33-立柱，34-牵引电机，341-第二固定孔，342-绕线转轮，35-牵引绳，36-卷帘电机；41-温度传感器，42-湿度传感器，43-光照传感器，44-单片机系统，45-继电器，46-排气扇，47-GSM通讯模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

实施例1

一种温室大棚农业环境管控系统，在简易温室大棚的基础上，安装通风装置2、遮阳装置3、喷淋装置、排风扇46和智能管控装置。通风装置2设置在简易温室大棚的两根棚架之间；遮阳装置3设置在简易温室大棚的上侧；喷淋装置设置在棚内地面上，为铺设的具有等距水控的喷水管；排风扇46设置在简易温室大棚的进出口；智能管控装置用于控制通风装置2和遮阳装置3。

如图1所示，简易温室大棚包括棚架11和塑料油纸。在地面12钻孔，然后在钻孔均匀有序地内插入弧形棚架11，并在棚架11上铺设塑料油纸即搭建完成，制造成本低，但是控温效果较差，自动化程度也较低，增加了农户的劳动强度。

如图2和图3所示，通风装置2 包括固定板21、第一弧形支撑杆22、第二弧形支撑杆23和电动伸缩杆24。固定板21设置在两根棚架11之间，第一弧形支撑杆22与固定板21固定连接，第二弧形支撑杆23与固定板21滑动连接，电动伸缩杆24设置在第一弧形支撑杆22和第二弧形支撑杆23之间。固定板21设有第一滑槽211和通孔212。通过通孔212可以将固定板21安装在地面上，第二弧形支撑杆23的两端设有能与第一滑槽22相匹配的滑块，以便使第二弧形支撑杆23能够在电动伸缩杆24的带动下前后滑动。第一弧形支撑杆22和第二弧形支撑杆23设有第一固定孔，用于分别固定塑料油纸。当第二弧形支撑杆23滑动到与第一弧形支撑杆22贴合时，通风口为完全封闭的状态；第二弧形支撑杆23与第一弧形支撑杆22的距离越远，通风口的面积越大。

如图4至图6所示，遮阳装置3包括遮阳帘31、支架32、立柱33、牵引电机34、牵引绳35和卷帘电机36。立柱33安装在地面上，支架32安装在立柱33的上侧，牵引电机34设置在支架32的顶端，卷帘电机36与遮阳帘31的转轴相连。遮阳帘31内部均匀有序地设有支撑条，能够防止展开的遮阳帘31塌陷。卷帘电机36为力矩电机，为了保持运行稳定，配合有力矩电机控制器。支架32内侧设有第二滑槽321，遮阳帘31的支撑条的两端卡在第二滑槽321内，使遮阳帘31的边缘可以在第二滑槽321内滑动。牵引电机34的转轴固定连接有绕线转轮342，绕线转轮342上设有第二固定孔341，将牵引绳35系在第二固定孔341上。当需要展帘时，牵引电机34带动绕线转轮341转动即可通过牵引绳35拖动遮阳帘31。当需要卷帘时，牵引电机34断电，卷帘电机36开始卷帘，牵引绳35从绕线转轮341中转出。

如图7所示，智能管控模块包括信息采集部和信息处理部。信息采集部和信息处理部电性连接，信息采集部用于监控棚体内的农业环境，信息处理部根据信息采集部的采集数据做出相应的处理，以改善棚体内的农业环境。信息采集部包括温度传感器41、湿度传感器42和光照传感器43，信息处理部包括单片机系统44、继电器45和GSM通讯模块47。温度传感器41、湿度传感器42和光照传感器43都与单片机系统44电性连接，信号线在连接单片机I/O口前，都分别连接有滤波电路和放大电路，以保证单片机AD采集的I/O口能够采集准确的信号。同时，在单片机程序内控制温度传感器41、湿度传感器42和光照传感器43的采样开关，分别循环有序的读取单片机AD采集模块采集的3路采样数据。遮阳装置3的供电线路串接有继电器45，继电器45与单片机系统44电性连接，信号线与单片机的I/O电连接，以达到通过继电器45控制卷帘电机36和牵引电机34工作的目的。排气扇46通过继电器45与单片机系统44电性连接，以达到通过继电器45控制排风扇46工作的目的。通风装置2与单片机系统44电性连接，配合限位开关控制电动伸缩杆24有界限地移动，即电动伸缩杆24移动到最大行程时，第一弧形支撑杆22与第二弧形支撑杆23贴合，此时通风口关闭；电动伸缩杆24移动为最小行程时，此时通风口完全打开。喷淋装置通过继电器45与单片机系统44电性连接，通过控制喷水管水泵，控制喷水管中水的喷淋。GSM通讯模块47的接口与单片机系统44的串口电连接，GSM通讯模块47能够与单片机系统44进行短信通讯。用户可以通过GSM通讯模块47发送设定的短信，GSM通讯模块47在接收到短信后，会通过串口传输给单片机系统44进行识别和处理，首先验证用户权限，然后再根据短信的内容做出相应的指令。单片机系统44每次完成温度调节、湿度调节或光照调节后，都会向用户发送短信进行提示。具体地，温度传感器41的型号为电阻式温度传感器；湿度传感器42的型号为TS-FTM01；光照传感器43的型号为BITS103；单片机的型号为STM32F407ZGT6；GSM通讯模块47的型号为TC35i。

一种温室大棚农业环境管控系统的运行工艺，包括将温度传感器41、湿度传感器42和光照传感器43实时监测的棚内环境参数传输至单片机，单片机将参数与程序设定的阀值范围进行比对，对超出阈值范围的参数进行相应调节：

如图8所示，当采集的棚内温度值高于程序设定的阀值范围时，单片机系统44控制电动伸缩杆24收缩，带动第二弧形支撑杆23向后移动，增大通风口面积，降低棚体内的温度；如果降温效果仍然无法满足要求，单片机系统44控制打开遮阳装置3、排气扇46的供电线路，配合通风装置2对温室大棚进行降温；当采集的棚内温度值低于程序设定的阀值范围时，单片机系统44控制电动伸缩杆24伸展，带动第二弧形支撑杆23向前移动，关闭通风口。

如图9所示，当采集的棚内湿度值大于程序设定的阀值范围时，单片机系统44控制通风装置2增大通风口面积，降低棚体内的湿度值；如果除湿效果仍然无法满足要求，单片机系统44控制打开排气扇46的供电线路，配合通风装置2对温室大棚进行除湿；当采集的湿度值小于程序设定的阀值范围时，单片机系统44控制喷淋装置喷水，增加棚体内的湿度值。

如图10所示，当采集的棚内光照值大于程序设定的阀值范围时，单片机系统44控制卷帘电机36逆时针旋转，配合牵引电机34拖动遮阳帘31进行展帘，以遮挡简易温室大棚上侧的阳光，降低棚体内的光照值；当采集的棚内光照值小于程序设定的阀值范围时，单片机系统44控制牵引电机34上电，卷帘电机36顺时针旋转进行卷帘，增加棚体内的光照值。

为了更好的控制棚内环境，在单片机系统44程序内设定了优先级，以防止控制过程中出现冲突：控温优先级高于控湿优先级，即通风装置2会优先配合单片机系统控制温室大棚的棚内温度；控温优先级高于控制光照优先级，即遮阳装置3会优先配合单片机系统控制温室大棚的棚内温度。

用户也可以通过与GSM通讯模块进行短信通讯的方式获知棚内环境参数及调节参数，并做出指令调节，实现远程控制的目的。

在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员根据本发明作出各种相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种温室大棚农业环境管控系统，其特征在于，包括简易温室大棚、通风装置、遮阳装置、喷淋装置和智能管控装置，通风装置设置在简易温室大棚的棚架之间，遮阳装置设置在简易温室大棚的上侧，喷淋装置设置在棚内地面上，智能管控装置与通风装置、遮阳装置和喷淋装置分别连接进行棚内温度、湿度和光照的监测与调控，并以短信方式反馈监测与调控信息和接受远程调控指令，为棚内植物生长提供适宜环境。

2.如权利要求1所述的温室大棚农业环境管控系统，其特征在于，所述通风装置包括固定板、第一弧形支撑杆、第二弧形支撑杆和电动伸缩杆；所述第一弧形支撑杆与固定板固定连接；所述第二弧形支撑杆与固定板滑动连接；所述电动伸缩杆设置在第一弧形支撑杆和第二弧形支撑杆之间，通过调节第二弧形支撑杆的滑动控制通风口的面积。

3.如权利要求1所述的温室大棚农业环境管控系统，其特征在于，所述遮阳装置包括遮阳帘、支架、立柱、牵引电机、牵引绳和卷帘电机；所述立柱安装在地面上，所述支架安装在立柱的上侧，所述牵引电机设置在支架的顶端，所述卷帘电机与遮阳帘的转轴相连；所述牵引电机和卷帘电机控制遮阳帘的伸展与卷曲。

4.如权利要求1所述的温室大棚农业环境管控系统，其特征在于，所述智能管控模块包括信息采集部和信息处理部，信息采集部和信息处理部电性连接；所述信息采集部包括温度传感器、湿度传感器和光照传感器，用于监控棚体内的农业环境；所述信息处理部包括单片机系统、继电器和GSM通讯模块，所述单片机输入端与信息采集部和GSM通讯模块连接，输出端分别与通风装置、喷淋装置、通过继电器与遮阳装置连接，用于根据信息采集部的采集数据做出相应的处理；所述GSM通讯模块通过短信通讯方式向用户发送棚内环境调控信息，并接受用户远程调控指令。

5.如权利要求1所述的温室大棚农业环境管控系统，其特征在于，所述温室大棚农业环境管控系统还包括排气扇，设置于简易温室大棚的进出口，用于协助通风装置进行棚内温湿度调节。

6.权利要求1所述的温室大棚农业环境管控系统的运行工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）智能管控模块接收实时监测的棚内环境参数和用户的短信通讯指令；

（2）智能管控模块根据用户指令或环境参数超出阈值范围的情况进行调控，并设置调控优先级为控温优先级高于控湿优先级和控制光照优先级，避免调控冲突：

当棚内温度值高于设定阀值范围时，控制通风装置增大通风口面积；当通风装置降温效果仍然无法满足降温要求是，控制遮阳装置进行展帘；当棚内温度值低于设定的阀值范围时，控制通风装置关闭通风口；

当棚内湿度值大于设定阀值范围时，控制通风装置增大通风口面积；当湿度值小于设定阀值范围时，控制喷淋装置喷水；

当棚内光照值大于设定阀值范围时，控制遮阳装置展帘；当棚内光照值小于设定阀值范围时，控制遮阳装置卷帘。

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