CN112449908A - 一种设施栽培中的追光补光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设施栽培中的追光补光系统，包括：智能追光模块及根据所述智能追光系统相配合运作的栽培机构；智能补光模块及根据所述智能补光系统相互配合运作的栽培机构；所述智能追光模块包括控制单元、光电检测单元，所述光电检测单元包括太阳光追踪传感器；当处于晴天时光电检测单元启动，所述光电检测单元中的太阳光追踪传感器将光信号转换为电信号，所述太阳光追踪传感器可控制多个方向，且所述太阳光追踪传感器将电信号传输至所述控制单元；当处于阴雨天时，重复最近一次追光方案；所述智能补光模块预设不同作物光照需求阈值，当白天智能追光系统光累计值无法达到该种作物系统预设阈值时，自动开启补光系统以达到阈值。根据本发明，光照利用率高、光照环境均匀及通过多层栽培模式增大空间的利用率，使得能耗小，大大减低了成本。

Description

一种设施栽培中的追光补光系统
技术领域
本发明涉及农作物补光的技术领域，特别涉及一种设施栽培中的追光补光系统。
背景技术
现有的设施农业作物种植补光技术，主要有两种：一种是主要来源于太阳光，其光能不依靠人工补光，完全依靠自然光，由于内部采用传统的单层栽培模式以及易受到温室结构采光的制约，光照利用率偏低；一种是人工补光灯补光，一般为点光源，光强与距离的平方成反比，且固定安装在顶棚上方，不能根据作物的不同生长阶段调节高度和光强强度，且对于株高较高、冠幅较宽的作物来说，下部叶片容易被上部叶片遮挡，存在上部光照强度高，下部光照强度低、整体植株受光不均匀的问题，植株下半部分光合作用效率低下，影响作物的产量和品质。
现有技术的设施农业作物种植追光补光系统，传统的自然光栽培，栽培模式大多是单层栽培，该栽培模式下，作物能最大限度的接收自然光，光照环境相对均匀，但是单层栽培模式的空间利用率低，无法达到空间的高效利用，产量低于以多层立体栽培形式进行高密度栽培的增加人工补光模式。为提高空间利用率，越来越多的设施温室采用多层立体栽培，人工补光灯补光模式一般为点状光源，固定安装在温室顶棚上方，该种补光模式会造成上层栽培架上的作物能接收足够光照，受立体栽培的结构设施影响，下层栽培面上的作物处于逆光逆境，进而导致作物采收期的产量达不到生产的需求，为使所有作物能够获得均匀的光照，需要在栽培架每层加入人工电力照明，造成更多的能源损耗，且建设成本以及后期的维护费用巨大，增加了运营成本。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种设施栽培中的追光补光系统，光照利用率高、光照环境均匀及通过多层栽培模式增大空间的利用率，使得能耗小，大大减低了成本。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种设施栽培中的追光补光系统，包括：
智能追光模块及根据所述智能追光系统相配合运作的栽培机构；
所述智能追光模块包括控制单元、光电检测单元，所述光电检测单元包括太阳光追踪传感器；
当处于晴天时光电检测单元启动，所述光电检测单元中的太阳光追踪传感器将光信号转换为电信号，所述太阳光追踪传感器可控制多个方向，且所述太阳光追踪传感器将电信号传输至所述控制单元，所述控制单元控制所述栽培机构中的驱动件；
当处于阴雨天时，重复最近一次追光方案；
智能补光模块，所述智能补光模块预设有不同作物光照需求阈值，当白天智能追光系统光累计值无法达到该种作物系统预设阈值时，自动开启补光系统以达到设定阈值。
优选的，所述栽培机构包括支撑架、固定于所述支撑架上的横梁架、设置于所述横梁架上方的顶棚、固定于所述顶棚上的光照传感器、固定于所述横梁架上的驱动机构及固定于所述驱动机构上栽培组件。
优选的，所述驱动机构包括固定于所述横梁架上的转动轴承及与所述转动轴承轴中心同心的驱动电机，所述转动轴承中插入有钢管，所述钢管同时插入驱动电机的输出轴中，且所述钢管上固定有钢丝绳，所述钢丝绳上通过花篮螺丝固接有栽培组件。
优选的，所述栽培组件包括栽培槽及固定于所述栽培槽底部的供水管，所述栽培槽底部开设有供排水口，且沿所述栽培槽长度方向上至少开设有两个供排水托槽。
优选的，所述横梁架沿水平方向上均匀固定有多个所述驱动机构，每个所述驱动机构固接有栽培组件，且每个所述驱动机构之间设置有人工补光灯，所述人工补光灯固定于横梁架上。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：通过采用智能追光模块可以对天气处于晴天或者阴天分别进行对太阳光进行追光，而且在阴天时智能重复最近一次追光方案；而且智能追光补光系统预设多种作物的光照需求阈值，根据作物的生长需求以及实时追光情况，智能化展开人工补光，达到设定阈值，整体系统性的解决光照均匀度、遮光、能耗高等问题。从而高效、均匀、精确、低成本的实现作物对太阳光照的充分利用，提高农业的产量和经济效益，在晴天时，通过光电检测单元实时检测太阳光的角度，进而将太阳光的角度传输至控制单元中，所述控制单元对栽培机构中驱动电机进行控制，进而控制在不同采光时段根据太阳光变化自动控制可升降栽培装置，增加补光时间，从而实现作物最大程度接受自然光，使作物作物能够均匀的随当地太阳光的升降变化，从不同角度接受自然光的照射，同时能够根据作物的实际需求进行智能补光，不仅保证作物获得充分的光照，还可提高种植密度，提高了土地利用率。
附图说明
图1为根据本发明的设施栽培中的追光补光系统的侧视图；
图2为根据本发明的设施栽培中的追光补光系统的中栽培槽的V型结构图；
图3为根据本发明的设施栽培中的追光补光系统的中栽培槽的交错型结构图；
图4为根据本发明的设施栽培中的追光补光系统的中栽培槽的水平型结构图。
图5为根据本发明的设施栽培中的追光补光系统软件流程图；
图6为根据本发明的设施栽培中的追光补光系统软件硬件架构图。
图中：1.支撑架；2.通风窗；3.光照传感器；4.钢丝绳；5.花篮螺丝；6.栽培槽；7.人工补光灯；8.植物；9.地面；10.驱动电机；11.供排水口；12.横梁架；13.供排水托槽；14.供水管；15.转动轴承。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-4，一种设施栽培中的追光补光系统，包括：智能追光模块及根据所述智能追光系统相配合运作的栽培机构；
所述智能追光模块包括控制单元、光电检测单元，所述光电检测单元包括太阳光追踪传感器；
通过当地时间和太阳光追踪传感器的读数综合判断天气情况，当处于晴天时光电检测单元启动，所述光电检测单元中的太阳光追踪传感器将光信号转换为电信号，所述太阳光追踪传感器可控制多个方向，通过任意一个是否受到光照判断太阳的方向，配合栽培机构，进而控制栽培机构中的驱动件，达到追踪光照补光的目的，且所述太阳光追踪传感器将电信号传输至所述控制单元，所述控制单元控制所述栽培机构中的驱动件；
当处于阴雨时所述重复最近一次追光方案，通过所述智能补光模块预设有不同作物光照需求阈值，当白天智能追光系统光累计值无法达到该种作物系统预设阈值时，自动开启补光系统以达到设定阈值，通过光照传感器感知，是否为阴雨天，如若是阴雨天将自动展开最近一次追光方案，同时自动开展人工补光，达到系统设定阈值，满足作物对光照需求。
当阴天过后出现晴天时，系统优惠自动转到光电模式下进行追踪，通过采用追光补光两种追踪方式，互相补充，通过控制电机，带动可升降栽培装置进行升降，形成不同排列方阵，根据太阳光照的每日的变化情况自动的调控轨道的启停、升降。在不同采光时段根据太阳光变化自动控制可升降栽培装置，增加补光时间，从而实现作物最大程度接受自然光，使作物作物能够均匀的随当地太阳光的升降变化，从不同角度接受自然光的照射，不仅保证作物获得充分的光照，还可提高种植密度，提高了土地利用率。时系统还搭配人工补光系统，在阴天或者夜晚根据作物的生长情况实时展开人工补光，整体系统性的解决光照均匀度、遮光、能耗高等问题。从而高效、均匀、精确、低成本的实现作物对太阳光照的充分利用，提高农业的产量和经济效益。从而促进现代设施农业高效生产种植技术大规模的推广与应用。
如图5-6所示，通过PC端包括远程测控平台，所述PC端通过信号连接有追光装置和补光装置，所述追光装置和补光装置通过PC端进行远程监测控制，来采取不同天气开启哪种运行方式，该补光系统中主控器信号连接有追踪传感器、其他辅助传感器及驱动器，主控器对传感器传来的信号进行处理分析，并进行操作控制，主控器包括控制模块、显示模块及通信模块，当需要对栽培机构进行升降时，此时主控器将控制驱动器使得栽培机构进行相对应的升降。
进一步的，所述栽培机构包括支撑架1、固定于所述支撑架1上的横梁架12、设置于所述横梁架12上方的顶棚、固定于所述顶棚上的光照传感器3、固定于所述横梁架12上的驱动机构及固定于所述驱动机构上栽培组件，因有主动追光式及固定式，主动追光式在所述顶棚上按照一定的面积比例安装覆盖光照传感器3，所述横梁架12固定于地面9上，且所述横梁架12与支撑架1之间构成植物种植区间，当太阳光角度变化时，所述驱动机构带动栽培组件进行沿竖直方向移动，所述顶棚上开设有通风窗2。
进一步的，所述驱动机构包括固定于所述横梁架12上的转动轴承15及与所述转动轴承15轴中心同心的驱动电机10，所述转动轴承15中插入有钢管16，所述钢管16同时插入驱动电机10的输出轴中，且所述钢管16上固定有钢丝绳4，所述钢丝绳4上通过花篮螺丝5固接有栽培组件，当驱动电机10的输出轴进行转动时，则带动转动轴承15进行转动，进而带动钢管16进行转动，而钢丝绳4固定于钢管16上，使得通过钢丝绳4缩短带动栽培槽6的升降。
进一步的，所述栽培组件包括栽培槽6及固定于所述栽培槽6底部的供水管14，所述栽培槽6内种植有植物8，所述栽培槽6底部开设有供排水口11，且沿所述栽培槽6长度方向上至少开设有两个供排水托槽13。
进一步的，所述横梁架12沿水平方向上均匀固定有多个所述驱动机构，每个所述驱动机构固接有栽培组件，且每个所述驱动机构之间设置有人工补光灯7，所述人工补光灯7固定于横梁架12上，当天气为阴天时可通过人工补光灯7对植物进行补光。
通过限定每天9：00时栽培槽6的排列方式为倒V型，起始位置的角度与当天同意时间的太阳方位角一致。每隔1小时自动变化角度进行升降排列，每小时角度变化15°，其中中午12：00时采用水平型排列方式或者交错型排列方式。
水平型、倒V型、交错型等，通过设定，每隔一段时间自动排列一次，可以根据总转动角度，设定栽培槽6的升降排列。在光照条件弱或者傍晚时，可以使用人工补光灯进行补光，在保证产量和品质的前提下，降低能耗，提高效益。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种设施栽培中的追光补光系统，其特征在于，包括：
智能追光模块及根据所述智能追光系统相配合运作的栽培机构；
所述智能追光模块包括控制单元、光电检测单元，所述光电检测单元包括太阳光追踪传感器；
当处于晴天时光电检测单元启动，所述光电检测单元中的太阳光追踪传感器将光信号转换为电信号，所述太阳光追踪传感器可控制多个方向，且所述太阳光追踪传感器将电信号传输至所述控制单元，所述控制单元控制所述栽培机构中的驱动件；
当处于阴雨天时，重复最近一次追光方案；
智能补光模块，所述智能补光模块预设有不同作物光照需求阈值，当白天智能追光系统光累计值无法达到该种作物系统预设阈值时，自动开启补光系统以达到设定阈值。
2.如权利要求1所述的一种设施栽培中的追光补光系统，其特征在于，所述栽培机构包括支撑架(1)、固定于所述支撑架(1)上的横梁架(12)、设置于所述横梁架(12)上方的顶棚、固定于所述顶棚上的光照传感器(3)、固定于所述横梁架(12)上的驱动机构及固定于所述驱动机构上栽培组件。
3.如权利要求4所述的一种设施栽培中的追光补光系统，其特征在于，所述驱动机构包括固定于所述横梁架(12)上的转动轴承(15)及与所述转动轴承(15)轴中心同心的驱动电机(10)，所述转动轴承(15)中插入有钢管(16)，所述钢管(16)同时插入驱动电机(10)的输出轴中，且所述钢管(16)上固定有钢丝绳(4)，所述钢丝绳(4)上通过花篮螺丝固接有栽培组件。
4.如权利要求4所述的一种设施栽培中的追光补光系统，其特征在于，所述栽培组件包括栽培槽(6)及固定于所述栽培槽(6)底部的供水管(14)，所述栽培槽(6)底部开设有供排水口，且沿所述栽培槽(6)长度方向上至少开设有两个供排水托槽(13)。
5.如权利要求4-6所述的任一的一种设施栽培中的追光补光系统，其特征在于，所述横梁架(12)沿水平方向上均匀固定有多个所述驱动机构，每个所述驱动机构固接有栽培组件，且每个所述驱动机构之间设置有人工补光灯(7)，所述人工补光灯(7)固定于横梁架(12)上。
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