CN113437933A - 基于植物生长的太阳能智能采光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于植物生长的太阳能智能采光系统，属于太阳能利用及植物自动化培养技术领域，包括感光模块、中央处理模块、追光模块、光电转换模块、电源管理模块、环境检测模块和环境控制模块；本发明采光方式采用视日追踪与光电追踪相结合的方式，根据系统时间与光强传感器采集的数据精准判断太阳位置，适用于各种天气情况；并在在太阳能转动方式上采用了双轴驱动，使用减速电机和推杆电机推动太阳能板在水平和垂直两个方向上转动，提高了采光效率；此外，本发明将太阳能进行转换储备作为系统电源，并通过多种传感器和执行机构感知并调节植物生长环境，大大提高了植物的生长速度，因而，具有很高的社会效益。

Description

基于植物生长的太阳能智能采光系统

技术领域

本发明涉及太阳能利用及植物自动化培养技术领域，尤其涉及基于植物生长的太阳能智能采光系统。

背景技术

经检索，中国专利号CN106665151A公开了一种高光能利用率的自适应植物工厂光照培养系统，该发明虽然能够通过LED光源组实现对植物培养，但光源依靠电力公司供应，功耗高且效率低；植物自动化培养，可以节省大量人力，实现真正的环保农业；由于可以自由调节光照等各种参数，植物生长周期短，可以随时培养人们需要的各种植物；其能够在限定的空间范围内，利用多种传感器测量周围的温度、湿度等环境参数从而对植物生长的环境做出相应的调控，来使农产品高效持续生长；但植物生长所需要的空气、热量、湿度等均由人工提供，尤其是在控制温度这个变量时，加热片和制冷片耗能都特别高，植物培养需要消耗大量的电能；因此，能源消耗问题是植物培养投入生产必须解决的关键问题；太阳能是一种可再生的清洁能源，同时我国的太阳能资源十分丰富，因此充分开发和利用太阳能可以很好地解决上述问题；在太阳能发电的系统中，太阳能板单位面积所接收的光照强度决定了太阳能板所吸收的实际能量；但目前市场上大多数是固定式太阳能板，研究表明，当使用同等面积、相同转换率的太阳能板时，如果使太阳能板始终面向太阳光，太阳能板至少提高35％的接收效率，所以如何让太阳能板随动是必须要解决的问题；因此，发明出基于植物生长的太阳能智能采光系统变得尤为重要；

现有基于植物生长的采光系统，大多依靠电力公司供应作为能源支持，其功耗高且效率低，虽然有一些人开始使用太阳能来作为能源支持，但其太阳光的利用率较低；为此，我们提出基于植物生长的太阳能智能采光系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的基于植物生长的太阳能智能采光系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于植物生长的太阳能智能采光系统，包括感光模块、中央处理模块、追光模块、光电转换模块、电源管理模块、环境检测模块和环境控制模块；

其中，所述中央处理模块包括采光处理控制模块、植物培养控制模块和电源管理控制模块；所述追光模块包括太阳能板、减速电机和推杆电机；所述环境监测模块包括温度触感器、湿度传感器和植物光照强传感器；所述环境控制模块包括补光电路、循环风扇、加热器、制冷器和加湿器；所述电源管理模块包括蓄电池和开关电源，且所述蓄电池上设置有电压传感器。

进一步地，所述感光模块用于利用太阳光照强度传感器获取太阳光照强度数据；所述采光处理控制模块用于获取太阳光照强度数据和系统实时时间数据，并通过计算向追光模块下达指令进行追光；所述追光模块用于根据下达指令控制减速电机和推杆电机进行追光，并通过太阳能板进行太阳光收集。

进一步地，所述环境检测模块用于利用温度传感器、湿度传感器和光照强度触感器获取植物生长温度数据、植物生长湿度数据和植物生长光照强度数据；所述植物培养控制模块用于获取植物生长温度数据、植物生长湿度数据和植物生长光照强度数据，并将其与预设值进行比较，以获取植物生长环境情况信息，同时根据植物生长环境情况信息向环境控制模块发送调控命令；所述环境控制模块用于根据调控命令，并通过补光电路、循环风扇、加热器、制冷器和加湿器对植物生长环境进行调控。

进一步地，所述光电转换模块用于将追光模块收集到的太阳光进行光电转换，形成电能；所述蓄电池用于存储经过光电转换后形成的电能；所述开关电源用于存储电力公司所供应的电能；所述电压传感器用于获取蓄电池的电压数据；所述电源管理控制模块用于获取电压数据，并计算判断其是满足供电要求，同时根据判断结果向电源模块发送供电命令；所述电源模块用于根据供电命令分别控制蓄电池或开关电源向系统其他设备进行供电。

进一步地，所述采光处理控制模块的具体运行过程如下：

S1：首先，获取太阳光照强度数据和系统实时时间数据；

S2：然后，利用视日追踪方式和光电追踪方式对步骤S1所述太阳光照强度数据和系统实时时间数据进行计算，得到计算结果，同时根据计算结果判断出是否为黑夜；若判断结果为是，则打开植物补光灯，太阳能板停止追光；反之，则关闭植物补光灯，太阳能板开始追光，并给蓄电池充电；同时，计算太阳能板左右两侧光照强度差值；

S3：若步骤S2所述太阳能板左右两侧光照强度差值不等于零，则控制减速电机推动太阳能板进行横向追光；反之，则计算太阳能板上下两侧光照强度差值；

S4：若步骤S3所述太阳能板上下两侧光照强度差值不等于零，则控制推杆电机推动太阳能板进行纵向追光。

进一步地，所述视日追踪算法通过计算太阳高度角和方位角确定太阳位置，其公式如下：

(1)太阳高度角α计算：

sinα＝sinγsinβ+cosγcosβcosω (1)

(2)方位角

计算：

进一步地，所述植物培养控制模块的具体运行过程如下：

SS1：首先，通过环境监测模块获取植物生长环境的温度数据和湿度数据；

SS2：然后，对步骤SS1所述温度数据进行计算，同将温度计算结果与设定温度进行比较判断，若温度计算结果小于设定温度，则打开加热器进行升温；反之，则打开制冷器进行降温；

SS3：接着，对步骤SS1所述湿度数据进行计算，同将湿度计算结果与设定湿度进行比较判断，若湿度计算结果小于设定湿度，则打开加湿器进行加湿；反之，则打开循环风扇进行除湿。

进一步地，所述电源管理控制模块的具体过程如下：

SSS1：首先，获取电压传感器采集到的蓄电池电压数据；

SSS2：然后，将步骤SSS1所述蓄电池电压数据与供电要求数据进行比较判断，得到判断结果；

SSS3：若步骤SSS2判断结果为蓄电池的电压数据满足供电要求数据，则将系统切换为蓄电池供电，反之，则将系统切换为开关电源供电。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、该基于植物生长的太阳能智能采光系统，相较于固定采光系统，其采光方式采用视日追踪与光电追踪相结合的方式，根据系统时间与光强传感器采集的数据精准判断太阳位置，适用于各种天气情况；并在太阳能转动方式上采用了双轴驱动，使用减速电机和推杆电机推动太阳能板在水平和垂直两个方向上转动，提高了采光效率，太阳光的利用率较高；

2、该基于植物生长的太阳能智能采光系统，通过多种传感器和执行机构感知并调节植物生长环境，大大提高了植物的生长速度；并通过将太阳能进行转换储备作为系统电源，同时通过对电压数据进行监测和调节，使得办法发明功耗低且效率高，具有很高的社会效益，有利于降低对火力发电的依赖，减少温室气体的排放，缓解当前日益严重的资源匮乏和环境污染的问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提出的基于植物生长的太阳能智能采光系统的整体结构示意图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

参照图1，本实施例公开了一种基于植物生长的太阳能智能采光系统，包括感光模块、中央处理模块、追光模块、光电转换模块、电源管理模块、环境检测模块和环境控制模块；

其中，中央处理模块包括采光处理控制模块、植物培养控制模块和电源管理控制模块；追光模块包括太阳能板、减速电机和推杆电机；环境监测模块包括温度触感器、湿度传感器和植物光照强传感器；环境控制模块包括补光电路、循环风扇、加热器、制冷器和加湿器；电源管理模块包括蓄电池和开关电源，且蓄电池上设置有电压传感器。

感光模块用于利用太阳光照强度传感器获取太阳光照强度数据；

采光处理控制模块用于获取太阳光照强度数据和系统实时时间数据，并通过计算向追光模块下达指令进行追光；具体的，系统实时时间数据需要进行联网和实时更新。

追光模块用于根据下达指令控制减速电机和推杆电机进行追光，并通过太阳能板进行太阳光收集。

环境检测模块用于利用温度传感器、湿度传感器和光照强度触感器获取植物生长温度数据、植物生长湿度数据和植物生长光照强度数据；

植物培养控制模块用于获取植物生长温度数据、植物生长湿度数据和植物生长光照强度数据，并将其与预设值进行比较，以获取植物生长环境情况信息，同时根据植物生长环境情况信息向环境控制模块发送调控命令；

环境控制模块用于根据调控命令，并通过补光电路、循环风扇、加热器、制冷器和加湿器对植物生长环境进行调控。

光电转换模块用于将追光模块收集到的太阳光进行光电转换，形成电能；

蓄电池用于存储经过光电转换后形成的电能；开关电源用于存储电力公司所供应的电能；

电压传感器用于获取蓄电池的电压数据；

电源管理控制模块用于获取电压数据，并计算判断其是满足供电要求，同时根据判断结果向电源模块发送供电命令；

电源模块用于根据供电命令分别控制蓄电池或开关电源向系统其他设备进行供电。

参照图1，本实施例公开了一种基于植物生长的太阳能智能采光系统，包括感光模块、中央处理模块、追光模块、光电转换模块、电源管理模块、环境检测模块和环境控制模块；

其中，中央处理模块包括采光处理控制模块、植物培养控制模块和电源管理控制模块；追光模块包括太阳能板、减速电机和推杆电机；环境监测模块包括温度触感器、湿度传感器和植物光照强传感器；环境控制模块包括补光电路、循环风扇、加热器、制冷器和加湿器；电源管理模块包括蓄电池和开关电源，且蓄电池上设置有电压传感器。

除与上述实施例相同结构外，本实施例将具体介绍采光处理控制模块、植物培养控制模块和电源管理控制模块的具体运行过程；

具体的，该采光处理控制模块的具体运行过程如下：

S1：首先，获取太阳光照强度数据和系统实时时间数据；

S2：然后，利用视日追踪方式和光电追踪方式对步骤S1太阳光照强度数据和系统实时时间数据进行计算，得到计算结果，同时根据计算结果判断出是否为黑夜；若判断结果为是，则打开植物补光灯，太阳能板停止追光；反之，则关闭植物补光灯，太阳能板开始追光，并给蓄电池充电；同时，计算太阳能板左右两侧光照强度差值；

具体的，该视日追踪算法通过计算太阳高度角和方位角确定太阳位置，其公式如下：

(1)太阳高度角α计算：

sinα＝sinγsinβ+cosγcosβcosω (1)

(2)方位角

计算：

具体的，该光电追踪方式用六个光照强度传感器，均匀分布在太阳能板的四周，每个长边放置两个，每个短边放置一个。

S3：若步骤S2太阳能板左右两侧光照强度差值不等于零，则控制减速电机推动太阳能板进行横向追光；反之，则计算太阳能板上下两侧光照强度差值；

S4：若步骤S3太阳能板上下两侧光照强度差值不等于零，则控制推杆电机推动太阳能板进行纵向追光。

具体的，该植物培养控制模块的具体运行过程如下：

SS1：首先，通过环境监测模块获取植物生长环境的温度数据和湿度数据；

SS2：然后，对步骤SS1温度数据进行计算，同将温度计算结果与设定温度进行比较判断，若温度计算结果小于设定温度，则打开加热器进行升温；反之，则打开制冷器进行降温；

SS3：接着，对步骤SS1湿度数据进行计算，同将湿度计算结果与设定湿度进行比较判断，若湿度计算结果小于设定湿度，则打开加湿器进行加湿；反之，则打开循环风扇进行除湿。

具体的，该电源管理控制模块的具体过程如下：

SSS1：首先，获取电压传感器采集到的蓄电池电压数据；

SSS2：然后，将步骤SSS1蓄电池电压数据与供电要求数据进行比较判断，得到判断结果；

SSS3：若步骤SSS2判断结果为蓄电池的电压数据满足供电要求数据，则将系统切换为蓄电池供电，反之，则将系统切换为开关电源供电。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于植物生长的太阳能智能采光系统，其特征在于，包括感光模块、中央处理模块、追光模块、光电转换模块、电源管理模块、环境检测模块和环境控制模块；

其中，所述中央处理模块包括采光处理控制模块、植物培养控制模块和电源管理控制模块；所述追光模块包括太阳能板、减速电机和推杆电机；所述环境监测模块包括温度触感器、湿度传感器和植物光照强传感器；所述环境控制模块包括补光电路、循环风扇、加热器、制冷器和加湿器；所述电源管理模块包括蓄电池和开关电源，且所述蓄电池上设置有电压传感器。

2.根据权利要求1所述的基于植物生长的太阳能智能采光系统，其特征在于，所述感光模块用于利用太阳光照强度传感器获取太阳光照强度数据；所述采光处理控制模块用于获取太阳光照强度数据和系统实时时间数据，并通过计算向追光模块下达指令进行追光；所述追光模块用于根据下达指令控制减速电机和推杆电机进行追光，并通过太阳能板进行太阳光收集。

3.根据权利要求1所述的基于植物生长的太阳能智能采光系统，其特征在于，所述环境检测模块用于利用温度传感器、湿度传感器和光照强度触感器获取植物生长温度数据、植物生长湿度数据和植物生长光照强度数据；所述植物培养控制模块用于获取植物生长温度数据、植物生长湿度数据和植物生长光照强度数据，并将其与预设值进行比较，以获取植物生长环境情况信息，同时根据植物生长环境情况信息向环境控制模块发送调控命令；所述环境控制模块用于根据调控命令，并通过补光电路、循环风扇、加热器、制冷器和加湿器对植物生长环境进行调控。

4.根据权利要求1所述的基于植物生长的太阳能智能采光系统，其特征在于，所述光电转换模块用于将追光模块收集到的太阳光进行光电转换，形成电能；所述蓄电池用于存储经过光电转换后形成的电能；所述开关电源用于存储电力公司所供应的电能；所述电压传感器用于获取蓄电池的电压数据；所述电源管理控制模块用于获取电压数据，并计算判断其是满足供电要求，同时根据判断结果向电源模块发送供电命令；所述电源模块用于根据供电命令分别控制蓄电池或开关电源向系统其他设备进行供电。

5.根据权利要求1所述的基于植物生长的太阳能智能采光系统，其特征在于，所述采光处理控制模块的具体运行过程如下：

S1：首先，获取太阳光照强度数据和系统实时时间数据；

S2：然后，利用视日追踪方式和光电追踪方式对步骤S1所述太阳光照强度数据和系统实时时间数据进行计算，得到计算结果，同时根据计算结果判断出是否为黑夜；若判断结果为是，则打开植物补光灯，太阳能板停止追光；反之，则关闭植物补光灯，太阳能板开始追光，并给蓄电池充电；同时，计算太阳能板左右两侧光照强度差值；

S3：若步骤S2所述太阳能板左右两侧光照强度差值不等于零，则控制减速电机推动太阳能板进行横向追光；反之，则计算太阳能板上下两侧光照强度差值；

S4：若步骤S3所述太阳能板上下两侧光照强度差值不等于零，则控制推杆电机推动太阳能板进行纵向追光。

6.根据权利要求5所述的基于植物生长的太阳能智能采光系统，其特征在于，所述视日追踪算法通过计算太阳高度角和方位角确定太阳位置，其公式如下：

(1)太阳高度角α计算：

sinα＝sinγsinβ+cosγcosβcosω (1)

(2)方位角

计算：

7.根据权利要求1所述的基于植物生长的太阳能智能采光系统，其特征在于，所述植物培养控制模块的具体运行过程如下：

SS1：首先，通过环境监测模块获取植物生长环境的温度数据和湿度数据；

SS2：然后，对步骤SS1所述温度数据进行计算，同将温度计算结果与设定温度进行比较判断，若温度计算结果小于设定温度，则打开加热器进行升温；反之，则打开制冷器进行降温；

SS3：接着，对步骤SS1所述湿度数据进行计算，同将湿度计算结果与设定湿度进行比较判断，若湿度计算结果小于设定湿度，则打开加湿器进行加湿；反之，则打开循环风扇进行除湿。

8.根据权利要求1所述的基于植物生长的太阳能智能采光系统，其特征在于，所述电源管理控制模块的具体过程如下：

SSS1：首先，获取电压传感器采集到的蓄电池电压数据；

SSS2：然后，将步骤SSS1所述蓄电池电压数据与供电要求数据进行比较判断，得到判断结果；

SSS3：若步骤SSS2判断结果为蓄电池的电压数据满足供电要求数据，则将系统切换为蓄电池供电，反之，则将系统切换为开关电源供电。

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