CN114859998A - 一种智能温室控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温室领域，具体涉及一种智能温室控制系统及控制方法。包括温室主体和安装在温室主体上的通信装置、处理器、检测装置、灌溉装置，灌溉装置包括：精确灌溉组件，其围绕植株设置，用于对植株根系各部位精准浇水，输送组件，为精确灌溉组件输送灌溉用水，温控组件，用于调节灌溉用水的水温；精确灌溉组件包括：储水件，储水件设置有阀门，分流件，其插入植株根系周围的土壤中，侧面开设有通孔，分流件连接储水件上的阀门；分流件包括第一分流件和第二分流件，第一分流件为浅处土壤浇水，第二分流件为深处土壤供水。本发明采用更加精确的灌溉方式，联合分析天气预报及多项参数对温室进行精确调节，优化了控制效果、节能、环保。

Description

一种智能温室控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及温室领域，具体涉及一种智能温室控制系统及控制方法。

背景技术

随着人们生活水平的提升，人们对于农副产品的需求同样在提升，又由于我国农业资源禀赋较差，因此需要温室大棚的种植面积随之扩大。但现有的温室大多采用人工管控的方式来调整温室内各项参数，自动化程度不够高。

现有技术1，中国发明专利，公开号CN210445075U，公开日20200505，公开了一种基于物联网的农业智能温室大棚监控系统，用于对温室大棚内各参数的自动化监控和控制。

但所述现有技术1依然存在问题，现有技术1中的监控系统根据温室内的各参数的变化被动地进行控制，对于各项参数的控制存在单一控制的问题，没有考虑到各项参数之间相互影响的情况，导致所述控制存在延迟、调节不够精确。并且传统的温室大棚内的灌溉方式过于简单，对于电能、水资源的消耗较大，不够节能环保。由于大棚内的各项参数同时受室外天气的影响，现有技术中不考虑外部天气的控制方法效果不佳。

因此需要一种智能温室控制系统以及一种智能温室控制方法，解决现有技术中控制系统存在延迟，单一参数机械式调节效果不佳，能耗大，不环保的问题。

发明内容

本发明提供一种智能温室控制系统以及一种智能温室控制方法，采用更加精确的灌溉方式，节能环保。联合分析天气预报及多项参数对温室进行精确调节，从而优化了控制效果、节能、环保，解决了现有技术中存在的问题。

一种智能温室控制系统，包括温室主体和安装在温室主体上的通信装置、处理器、检测装置、灌溉装置、温度调节装置、通风装置、二氧化碳气肥机、湿度调节装置，所述灌溉装置包括：

精确灌溉组件，其围绕植株设置，用于对植株根系各部位精准浇水，

输送组件，其一端连接供水装置，另一端连接所述精确灌溉组件，为所述精确灌溉组件输送灌溉用水，

温控组件，其设置在所述输送组件上靠近所述精确灌溉组件处，用于调节灌溉用水的水温；

所述精确灌溉组件包括：

储水件，其上设置有供水口，所述供水口连接输送组件，所述储水件设置有阀门，所述阀门为计量阀，

分流件，其为一端尖锐的管状结构，所述分流件插入所述植株根系周围的土壤中，所述分流件侧面开设有通孔，所述分流件的另一端连接所述储水件上的阀门；

所述分流件包括至少一个第一分流件和至少一个第二分流件，所述第一分流件插入土壤的深度小于所述第二分流件，所述第一分流件为浅处土壤浇水，所述第二分流件为深处土壤供水，所述第一分流件对应连接的储水件上的阀门记为第一阀门，所述第二分流件对应连接的储水件上的阀门记为第二阀门。

当检测装置检测到土壤需要浇水时，处理器控制输送组件从供水口将灌溉用水输送到精确灌溉组件，在输送中所述灌溉用水经过所述温控组件。所述温控组件根据温室内土壤的实际情况对灌溉用水进行温度调节。所述处理器根据检测装置装置的反馈，根据土壤不同部位不同的湿度和需求，控制多个插入土壤不同深度的分流件对土壤的特定部位进行精确的浇水。

由于植株不同部位的根系对浇水的反应不同，不同深度土壤的土壤湿度对植株的生长有着关键的影响，采用这样的结构，能够精确地根据土壤情况和植株情况对植株进行灌溉，节约水资源，利于植株的生长，节能环保。并且采用这样的结构可以更加均匀地浇水，避免土壤湿度在短时间内变化过大影响植株的生长。

进一步的，所述检测装置包括：

至少两个土壤温湿度传感器，其设置在所述植株根系周围不同深度的土壤中，用于检测不同深度的土壤温度、土壤湿度，所述土壤温湿度传感器将检测到的数据发送到所述处理器，所述处理器通过不同深度土壤的土壤湿度控制精确灌溉组件，通过控制第一分流件、第二分流件来控制不同深度土壤的湿度。

采用这样的结构，通过位于部同深度的土壤的土壤温湿度传感器，能够精确地采集到植株根系周围土壤具体、详细的土壤温度、土壤湿度情况，从而更加方便对土壤温度、土壤湿度进行精确的控制。

进一步的，所述处理器接收通信装置、图像采集装置、检测装置、灌溉装置、温度调节装置、通风装置、二氧化碳气肥机、湿度调节装置发送的数据，通过对数据进行判断来控制灌溉装置、温度调节装置、通风装置、二氧化碳气肥机、湿度调节装置，从而实现温室智能控制系统的运行。

所述通信装置通过网络获取天气预报。

进一步的，还包括终端控制台，其用于存储、监控温室数据并控制所述处理器。

所述温度调节装置包括：

气温调节装置，其包括空调，所述空调安装于温室主体上靠近顶棚位置，

地温调节装置，其包括：电加热元件和隔热垫，所述隔热垫埋设在土壤下，将温室内的土壤与室外土壤分隔开；所述电加热元件埋设于温室内土壤和隔热垫之间。

所述电加热元件埋设深度为距温室地表1.2m～1.8m之间。

采用这样的结构，能够很方便地使用空调对温室内的气温进行调节。使用地温调节装置能够在冬天地温过低的时候对温室内的土壤进行加热，防止土壤温度过低影响植株的生长，采用隔热垫能够更好地保存温室中的热，防止热量散失过快，具有节能的优点。

所述通风装置包括通风口、通风风机、风道，所述通风口设置在温室主体上的顶棚边缘位置，所述通风风机安装在通风口处，所述风道布设于温室主体上的顶棚边缘位置，所述风道的进风口连接通风风机，所述风道上均匀布设有朝向作物的出风口；

所述通风装置还包括循环风机，所述循环风机安装在温室主体的靠近地面的侧壁上。

在需要室外通风时打开通风孔和通风风机，在需要室内循环时打开循环风机，采用这样的结构，能够方便快捷地改善温室的室内通风问题。

所述湿度调节装置包括：

微雾加湿组件，其包括：供水管路、高压泵和雾化喷头，所述雾化喷头安装在温室主体的顶棚上，其一端连接高压泵，所述高压泵一端连接雾化喷头另一端连接供水管路，所述供水管路为高压泵供水；

除湿组件，其包括除湿机和排水管路，所述除湿机均匀设置在温室内地面上，所述排水管路安装在温室地面上的沟垄旁，所述排水管路一端连接除湿机另一端连通排水沟。

在需要加湿时，处理器控制微雾加湿组件打开，所述雾化喷头喷出水雾，由于雾化的作用，水雾在空中就能蒸发，避免加湿时水汽沉降到植株和土壤后对其造成影响，可以有效增加室内湿度；在需要除湿时，打开除湿机组件就能有效降低室内湿度。采用这样的办法，可以更加有效地控制室内湿度，使得室内湿度更加可控，避免了加湿时水汽沉降影响植株。

进一步的，所述检测装置还包括：

室内温湿度传感器，其通过所述温室主体吊设在所述温室中，用于检测温室的室内气温和室内湿度，

室外温湿度传感器，其设置在温室通风口的外侧，用于检测温室外的环境温度和环境湿度，

至少两个二氧化碳浓度传感器，其包括设置在温室内靠近植株的近地侧的近地二氧化碳浓度传感器以及设置在远离植株的空气中的空气二氧化碳浓度传感器，所述近地二氧化碳浓度传感器用于检测植株周围靠近地面的二氧化碳浓度，所述空气二氧化碳浓度传感器用于检测温室内远离植株的空气中的二氧化碳浓度。

采用这样的结构，可以更加精确的检测温室内二氧化碳浓度及分布。

进一步的，所述图像采集装置包括：

植株摄像头，其通过摄像头支架设置在所述温室主体上并靠近植株，所述植株摄像头采集植株的生长图像并发送至处理器，

监控摄像头，其设置在所述温室主体靠近顶棚处，所述监控摄像头监控温室内的整体环境。

进一步的，所述智能温室控制系统还包括补光灯。

通过这样的装置，能够方便快捷地判断植株所处的生长阶段，通过生长图像和种植时间对比能够更加精确地判断植株植株所处的生长阶段。除此之外，通过采集植株的生长图像，还能够更加清楚的记录植株生长的全过程，有利于植株研究和精细化培养作物。

一种智能温室控制方法，包括如下步骤：

首先确定温室中培育的作物，确定所述作物的生长周期内的各阶段生长状态，确定作物在生长周期内温室各项参数的最佳范围，将其作为设定值，作物在不同生长阶段对应不同的设定值；

然后将设定值代入参数控制方法中，形成温室在作物各生长阶段对应的控制方法，将其记为阶段控制方法；

然后采集所述作物的当前生长状态图像，用当前生长状态图像与所述各阶段生长状态图像比对，确定所述作物当前对应的生长阶段，根据作物当前对应的生长阶段执行对应的阶段控制方法；

所述参数控制方法包括如下步骤：

步骤A，采集温室内的当前土壤湿度，对比当前土壤湿度与土壤湿度设定值，并判断是否需要浇水，

步骤A.1，若是，计算当前土壤湿度和土壤湿度设定值之间的差值，记为土壤湿度差，根据土壤湿度差和土壤灌溉体积计算灌溉量，

步骤A.2，采集温室内土壤温度，记为当前地温，对比当前地温与地温设定值，根据当前地温与地温设定值的对比结果调节灌溉用水的温度，并根据所述灌溉量控制灌溉装置进行灌溉；

步骤A.3，灌溉完成后待室内湿度稳定，采集当前室内湿度、当前环境湿度、当前室内气温、当前环境温度；收集一小时后的天气预报，获取未来环境气温、未来环境湿度；综合当前室内湿度、当前环境湿度、当前室内气温、当前环境气温、未来环境气温、未来环境湿度，调节温室内的室内湿度和室内气温；

步骤A.4，待室内气温稳定后，每两小时采集一次当前地温，对比当前地温与地温设定值，根据对比情况控制地温调节装置调节温室内土壤温度；

步骤A.a，若步骤A中判断无需浇水，则每一小时采集一次采集当前室内湿度、当前环境湿度、当前室内气温、当前环境气温；收集一小时后温室当地的天气预报，获取未来环境气温、未来环境湿度；采用与步骤A.3-A.4中相同的方法调节室内湿度、室内气温和地温。

采用这样的方法，利用当前土壤湿度和土壤湿度设定值之间的差距，再综合需要灌溉的土壤体积，能够相对精确的得出灌溉水量，从而避免了漫灌、喷灌不好控制导致的土壤湿度过湿或过干的情况；在灌溉前，通过调节灌溉用水的温度，避免灌溉用水与土壤温度差距过大而影响植株生长，同时通过调节灌溉用水的温度调节土壤温度，实现了对土壤温度更加精确的控制，避免了地温调节装置频繁启停的情况，节能减排；在灌溉完成后进行室内湿度的检测与调节，避免了室内湿度在调节时收到灌溉的影响，提高了室内湿度控制的精度和效率。

进一步的，所述步骤A.3具体包括如下步骤：

步骤A.3.0，灌溉完成后待室内湿度稳定，采集当前室内湿度、当前环境湿度；收集一小时后温室当地的天气预报，获取未来环境气温、未来环境湿度；对比当前室内湿度与室内湿度设定值，并判断，

步骤A.3.1，若当前室内湿度低于室内湿度设定值，计算当前室内湿度与室内湿度设定值之差，记为空气湿度差；根据空气湿度差控制湿度调节装置；计算由空气湿度差引起的温度变化，记为第一温差；同时，将未来环境气温减去当前环境气温的差，记为预测温差，将预测温差、当前室内气温、第一温差求和，并与室内气温设定值进行比较，根据比较结果控制气温调节装置；

步骤A.3.a，若当前室内湿度高于室内湿度设定值，开启室外通风并每五分钟采集一次室内湿度，直至当前室内湿度符合室内湿度设定值，然后采集当前室内气温、当前环境气温和未来环境气温，将未来环境气温减去当前环境气温的差，记为预测温差，将预测温差、当前室内气温求和，并与室内气温设定值进行比较，根据比较结果控制气温调节装置。

采用这样的方法，综合考虑了当前环境和未来环境气温，在调节室内气温时预先将预测温差的影响计算在内，从而更加精确地控制室内气温，避免因环境气温变化影响室内气温从而使气温调节装置重复调节，造成电能、热能的浪费，同样也避免了智能温室控制系统的震荡。

进一步的，所述参数控制方法还包括：

步骤1，采集温室内靠近所述作物处的二氧化碳浓度，记为近地二氧化碳浓度，采集温室高处远离所述作物处的二氧化碳浓度，记为空气二氧化碳浓度；对比近地二氧化碳浓度和空气二氧化碳浓度，并判断；

步骤1-a，若所述近地二氧化碳浓度大于或等于空气二氧化碳浓度的1.5倍时，开启通风装置的室内通风循环模式，直到近地二氧化碳浓度小于空气二氧化碳浓度的1.5倍；

步骤1-1，若近地二氧化碳浓度小于空气二氧化碳浓度的1.5倍时，对比近地二氧化碳浓度与二氧化碳浓度设定值，并判断，

若近地二氧化碳浓度大于二氧化碳浓度设定值，则开启通风装置的室外通风模式；

若近地二氧化碳浓度小于二氧化碳浓度设定值，则开启二氧化碳气肥机。

采用这样的方法，避免由于温室内局部二氧化碳浓度过高/过低而造成系统误动；

由于植株在光合作用时会消耗大量的二氧化碳，导致近地二氧化碳浓度迅速下降，通过采用室内循环通风的办法使温室内的二氧化碳浓度始终保持均匀稳定，并且在近地二氧化碳浓度低于二氧化碳浓度设定值时，能够快速地响应，启动二氧化碳气肥机，保证了作物的生长需求。

进一步的，所述步骤A.1还包括如下步骤：

步骤A.1.1，计算浅层土壤湿度和浅层土壤湿度设定值之间的差值，记为浅层土壤湿度差，根据浅层土壤湿度差和浅层土壤灌溉体积计算浅层灌溉量，

步骤A.1.2，计算深层土壤湿度和深层土壤湿度设定值之间的差值，记为深层土壤湿度差，根据深层土壤湿度差和深层土壤灌溉体积计算深层灌溉量，

步骤A.1.3，根据浅层灌溉量和深层灌溉量分别控制第一阀门和第二阀门，来控制对浅层土壤和深层土壤的浇水量。

进一步的，步骤A.1中灌溉量的计算方法具体如下：

首先测量各位置的土壤湿度，将每个位置的土壤湿度求加权平均，得到该区域的平均土壤湿度，将其记为当前土壤湿度，计算当前土壤湿度和土壤湿度设定值之间的差值，记为土壤湿度差，

然后根据土壤湿度差求得土壤含水量差，根据土壤含水量差和土壤灌溉体积计算得到所需要的灌溉量；具体公式为：

灌溉量＝土壤灌溉体积×土壤湿度差×[1-(土壤容重/2.65)]，

土壤灌溉体积＝灌溉深度×灌溉面积，

灌溉深度＝植株根系长度×k，

因此，灌溉量＝植株根系长度×k×灌溉面积×土壤湿度差×[1-(土壤容重/2.65)]；

其中k为常数，当浇灌对象为浅根系作物时k在1.1～1.3之间取值，当灌溉对象为直根系作物时k在1.3～1.75之间取值；

进一步的，步骤A.1.1、步骤A.1.2中浅层灌溉量和深层灌溉量的计算方法原理与所述步骤A.1中灌溉量的计算方法相同。

因此，浅层灌溉量＝浅层灌溉深度×灌溉面积×土壤湿度差×[1-(土壤容重/2.65)]；

深层灌溉量＝深层灌溉深度×灌溉面积×土壤湿度差×[1-(土壤容重/2.65)]；

其中，深层灌溉深度+浅层灌溉深度＝灌溉深度。

由于植株根系的不同部位需要的土壤湿度有所不同，采用这样的方法，能够根据不同深度的土壤湿度计算其所需要的灌溉量，实现灌溉的精确化，避免水资源浪费，更加利于植株生长。

进一步的，所述步骤A.2还包括如下步骤：

步骤A.2.1，将当前地温减去地温设定值的差记为地温差，判断地温差，

若所述地温差的绝对值大于10℃，则控制地温调节装置对土壤温度进行对应的加热/降温，直至所述地温差的绝对值小于10℃，然后控制温控组件对灌溉用水进行加热/降温，使加热/降温后的灌溉用水提升/降低当前地温直至落入地温设定值的范围，所述灌溉用水的温度范围为5℃～30℃，所述温控组件对灌溉用水的调节不能超过所述灌溉用水的温度范围；

若所述地温差的绝对值小于10℃，则直接控制所述温控组件对灌溉用水进行加热/降温，使加热/降温后的灌溉用水提升/降低当前地温直至落入地温设定值的范围，所述灌溉用水的温度范围为5℃～30℃，所述温控组件对灌溉用水的调节不能超过所述灌溉用水的温度范围。

采用这样的方法，防止由于土壤温度和灌溉用水温度差距过大而影响植株生长，通过对灌溉用水的温度调节，在当前地温偏离地温设定值不大的情况下简洁调节当前地温，避免了地温调节装置频繁的启停，节约资源。

进一步的，所述参数控制方法还包括：

步骤一，每半小时采集一次光照强度记为当前光照强度，对比当前光照强度和光照强度设定值并判断其大小关系，

若当前光照强度大于光照强度设定值的最大值，则打开遮光板进行调节，直到当前光照强度处在光照强度设定值的范围内，

若当前光照强度小于光照强度设定值的最小值，则打开补光装置进行补光，知道当前光照强度处在光照强度设定值的范围内，

步骤二，每日记录光照时长，根据光照时长设定值调节遮光板或补光装置，对应环境光照情况进行弱光或补光，使每日光照时长处在光照时长设定值的范围内。

采用这样的方法，能够根据植株的实际需要控制光照强度和光照时间，在植株缺乏光照时通过使用补光灯对其进行补光，利于植株的生长。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过精确灌溉组件实现了对植株根系不同部位的精确灌溉，避免了漫灌、喷灌不好控制导致的土壤湿度过湿或过干的情况，节约资源，避免土壤湿度在短时间内变化过大影响植株的生长。

2.本发明综合考虑了环境变化带来的影响，通过获取天气预报并综合考虑各项参数，实现了对温室的精确控制，更加节能环保，并避免了由于环境变化而导致的控制系统频繁启停的情况。

3.本发明通过调节灌溉用水的温度调节土壤温度，实现了对土壤温度更加精确的控制，避免了地温调节装置频繁启停的情况，节能减排；在灌溉完成后进行室内湿度的检测与调节，避免了室内湿度在调节时收到灌溉的影响，提高了室内湿度控制的精度和效率。

4.本发明综合考虑了当前环境和未来环境气温，在调节室内气温时预先将预测温差的影响计算在内，从而更加精确地控制室内气温，避免因环境气温变化影响室内气温从而使气温调节装置重复调节，造成电能、热能的浪费，同样也避免了智能温室控制系统的震荡。

5.本发明通过采用室内循环通风的办法使温室内的二氧化碳浓度始终保持均匀稳定，并且在近地二氧化碳浓度低于二氧化碳浓度设定值时，能够快速地响应，启动二氧化碳气肥机，保证了作物的生长需求。

附图说明

图1为本发明一种智能温室控制系统的系统拓补图；

图2为本发明一种智能温室控制方法的流程框图；

图3为本发明实施例1中精确灌溉组件的结构示意图；

图4为本发明实施例1中分流件的结构示意图；

图5为本发明实施例4中土壤温湿度传感器测量点位的示意图；

附图标记：

1、储水件；2、供水口；3、第一分流件；4、第二分流件；5、通孔。

具体实施方式

显然，下面所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种智能温室控制系统，包括温室主体和安装在温室主体上的通信装置、处理器、检测装置、灌溉装置、温度调节装置、通风装置、二氧化碳气肥机、湿度调节装置，所述灌溉装置包括：

精确灌溉组件，其围绕植株设置，用于对植株根系各部位精准浇水，

输送组件，其一端连接供水装置，另一端连接所述精确灌溉组件，为所述精确灌溉组件输送灌溉用水，

温控组件，其设置在所述输送组件上靠近所述精确灌溉组件处，用于调节灌溉用水的水温；

如图3、图4所示，所述精确灌溉组件包括：

储水件1，其上设置有供水口2，所述供水口2连接输送组件，所述储水件1设置有阀门，所述阀门为计量阀，

分流件，其为一端尖锐的管状结构，所述分流件插入所述植株根系周围的土壤中，所述分流件侧面开设有通孔5，所述分流件的另一端连接所述储水件1上的阀门；

所述分流件包括至少一个第一分流件3和至少一个第二分流件4，所述第一分流件3插入土壤的深度小于所述第二分流件4，所述第一分流件3为浅处土壤浇水，所述第二分流件4为深处土壤供水，所述第一分流件3对应连接的储水件1上的阀门记为第一阀门，所述第二分流件4对应连接的储水件1上的阀门记为第二阀门。

当检测装置检测到土壤需要浇水时，处理器控制输送组件从供水口2将灌溉用水输送到精确灌溉组件，在输送中所述灌溉用水经过所述温控组件。所述温控组件根据温室内土壤的实际情况对灌溉用水进行温度调节。所述处理器根据检测装置装置的反馈，根据土壤不同部位不同的湿度和需求，控制多个插入土壤不同深度的分流件对土壤的特定部位进行精确的浇水。

由于植株不同部位的根系对浇水的反应不同，不同深度土壤的土壤湿度对植株的生长有着关键的影响，采用这样的结构，能够精确地根据土壤情况和植株情况对植株进行灌溉，节约水资源，利于植株的生长，节能环保。并且采用这样的结构可以更加均匀地浇水，避免土壤湿度在短时间内变化过大影响植株的生长。

所述检测装置包括：

至少两个土壤温湿度传感器，其设置在所述植株根系周围不同深度的土壤中，用于检测不同深度的土壤温度、土壤湿度，所述土壤温湿度传感器将检测到的数据发送到所述处理器，所述处理器通过不同深度土壤的土壤湿度控制精确灌溉组件，通过控制第一分流件3、第二分流件4来控制不同深度土壤的湿度。

采用这样的结构，通过位于部同深度的土壤的土壤温湿度传感器，能够精确地采集到植株根系周围土壤具体、详细的土壤温度、土壤湿度情况，从而更加方便对土壤温度、土壤湿度进行精确的控制。

所述处理器接收通信装置、图像采集装置、检测装置、灌溉装置、温度调节装置、通风装置、二氧化碳气肥机、湿度调节装置发送的数据，通过对数据进行判断来控制灌溉装置、温度调节装置、通风装置、二氧化碳气肥机、湿度调节装置，从而实现温室智能控制系统的运行。

所述通信装置通过网络获取天气预报。

还包括终端控制台，其用于存储、监控温室数据并控制所述处理器。

所述温度调节装置包括：

气温调节装置，其包括空调，所述空调安装于温室主体上靠近顶棚位置，

地温调节装置，其包括：电加热元件和隔热垫，所述隔热垫埋设在土壤下，将温室内的土壤与室外土壤分隔开；所述电加热元件埋设于温室内土壤和隔热垫之间。

所述电加热元件埋设深度为距温室地表1.2m～1.8m之间。

采用这样的结构，能够很方便地使用空调对温室内的气温进行调节。使用地温调节装置能够在冬天地温过低的时候对温室内的土壤进行加热，防止土壤温度过低影响植株的生长，采用隔热垫能够更好地保存温室中的热，防止热量散失过快，具有节能的优点。

所述通风装置包括通风口、通风风机、风道，所述通风口设置在温室主体上的顶棚边缘位置，所述通风风机安装在通风口处，所述风道布设于温室主体上的顶棚边缘位置，所述风道的进风口连接通风风机，所述风道上均匀布设有朝向作物的出风口；

所述通风装置还包括循环风机，所述循环风机安装在温室主体的靠近地面的侧壁上。

在需要室外通风时打开通风孔和通风风机，在需要室内循环时打开循环风机，采用这样的结构，能够方便快捷地改善温室的室内通风问题。

所述湿度调节装置包括：

微雾加湿组件，其包括：供水管路、高压泵和雾化喷头，所述雾化喷头安装在温室主体的顶棚上，其一端连接高压泵，所述高压泵一端连接雾化喷头另一端连接供水管路，所述供水管路为高压泵供水；

除湿组件，其包括除湿机和排水管路，所述除湿机均匀设置在温室内地面上，所述排水管路安装在温室地面上的沟垄旁，所述排水管路一端连接除湿机另一端连通排水沟。

在需要加湿时，处理器控制微雾加湿组件打开，所述雾化喷头喷出水雾，由于雾化的作用，水雾在空中就能蒸发，避免加湿时水汽沉降到植株和土壤后对其造成影响，可以有效增加室内湿度；在需要除湿时，打开除湿机组件就能有效降低室内湿度。采用这样的办法，可以更加有效地控制室内湿度，使得室内湿度更加可控，避免了加湿时水汽沉降影响植株。

所述检测装置还包括：

室内温湿度传感器，其通过所述温室主体吊设在所述温室中，用于检测温室的室内气温和室内湿度，

室外温湿度传感器，其设置在温室通风口的外侧，用于检测温室外的环境温度和环境湿度，

至少两个二氧化碳浓度传感器，其包括设置在温室内靠近植株的近地侧的近地二氧化碳浓度传感器以及设置在远离植株的空气中的空气二氧化碳浓度传感器，所述近地二氧化碳浓度传感器用于检测植株周围靠近地面的二氧化碳浓度，所述空气二氧化碳浓度传感器用于检测温室内远离植株的空气中的二氧化碳浓度。

采用这样的结构，可以更加精确的检测温室内二氧化碳浓度及分布。

所述图像采集装置包括：

植株摄像头，其通过摄像头支架设置在所述温室主体上并靠近植株，所述植株摄像头采集植株的生长图像并发送至处理器，

监控摄像头，其设置在所述温室主体靠近顶棚处，所述监控摄像头监控温室内的整体环境。

通过这样的装置，能够方便快捷地判断植株所处的生长阶段，通过生长图像和种植时间对比能够更加精确地判断植株植株所处的生长阶段。除此之外，通过采集植株的生长图像，还能够更加清楚的记录植株生长的全过程，有利于植株研究和精细化培养作物。

实施例2

如图2所示，本实施例提供实施例1中系统的智能温室控制方法，包括如下步骤：

确定温室中培育的作物，确定所述作物的生长周期内的各阶段生长状态，确定作物在生长周期内温室各项参数的最佳范围；

然后根据所述各项参数的最佳范围作为各项参数的设定值代入参数控制方法中，形成温室在作物各生长阶段对应的控制方法，将其记为阶段控制方法；

然后采集所述作物的当前生长状态图像，用当前生长状态图像与所述各阶段生长状态图像比对，确定所述作物当前对应的生长阶段，根据作物当前对应的生长阶段执行对应的阶段控制方法；

所述参数控制方法包括如下步骤：

步骤A，采集温室内的当前土壤湿度，对比当前土壤湿度与土壤湿度设定值，并判断是否需要浇水，

步骤A.1，若是，计算当前土壤湿度和土壤湿度设定值之间的差值，记为土壤湿度差，根据土壤湿度差和土壤灌溉体积计算灌溉量，

步骤A.2，采集温室内土壤温度，记为当前地温，对比当前地温与地温设定值，根据当前地温与地温设定值的对比结果调节灌溉用水的温度，并根据所述灌溉量控制灌溉装置进行灌溉；

步骤A.3，灌溉完成后待室内湿度稳定，采集当前室内湿度、当前环境湿度、当前室内气温、当前环境温度；收集一小时后的天气预报，获取未来环境气温、未来环境湿度；综合当前室内湿度、当前环境湿度、当前室内气温、当前环境气温、未来环境气温、未来环境湿度，调节温室内的室内湿度和室内气温；

步骤A.4，待室内气温稳定后，每两小时采集一次当前地温，对比当前地温与地温设定值，根据对比情况控制地温调节装置调节温室内土壤温度；

步骤A.a，若步骤A中判断无需浇水，则每一小时采集一次采集当前室内湿度、当前环境湿度、当前室内气温、当前环境气温；收集一小时后温室当地的天气预报，获取未来环境气温、未来环境湿度；采用与步骤A.3-A.4中相同的方法调节室内湿度、室内气温和地温。

采用这样的方法，利用当前土壤湿度和土壤湿度设定值之间的差距，再综合需要灌溉的土壤体积，能够相对精确的得出灌溉水量，从而避免了漫灌、喷灌不好控制导致的土壤湿度过湿或过干的情况；在灌溉前，通过调节灌溉用水的温度，避免灌溉用水与土壤温度差距过大而影响植株生长，同时通过调节灌溉用水的温度调节土壤温度，实现了对土壤温度更加精确的控制，避免了地温调节装置频繁启停的情况，节能减排；在灌溉完成后进行室内湿度的检测与调节，避免了室内湿度在调节时收到灌溉的影响，提高了室内湿度控制的精度和效率。

所述步骤A.3具体包括如下步骤：

步骤A.3.0，灌溉完成后待室内湿度稳定，采集当前室内湿度、当前环境湿度；收集一小时后温室当地的天气预报，获取未来环境气温、未来环境湿度；对比当前室内湿度与室内湿度设定值，并判断，

步骤A.3.1，若当前室内湿度低于室内湿度设定值，计算当前室内湿度与室内湿度设定值之差，记为空气湿度差；根据空气湿度差控制湿度调节装置；计算由空气湿度差引起的温度变化，记为第一温差；同时，将未来环境气温减去当前环境气温的差，记为预测温差，将预测温差、当前室内气温、第一温差求和，并与室内气温设定值进行比较，根据比较结果控制气温调节装置；

步骤A.3.a，若当前室内湿度高于室内湿度设定值，开启室外通风并每五分钟采集一次室内湿度，直至当前室内湿度符合室内湿度设定值，然后采集当前室内气温、当前环境气温和未来环境气温，将未来环境气温减去当前环境气温的差，记为预测温差，将预测温差、当前室内气温求和，并与室内气温设定值进行比较，根据比较结果控制气温调节装置。

采用这样的方法，综合考虑了当前环境和未来环境气温，在调节室内气温时预先将预测温差的影响计算在内，从而更加精确地控制室内气温，避免因环境气温变化影响室内气温从而使气温调节装置重复调节，造成电能、热能的浪费，同样也避免了智能温室控制系统的震荡。

所述参数控制方法还包括：

步骤1，采集温室内靠近所述作物处的二氧化碳浓度，记为近地二氧化碳浓度，采集温室高处远离所述作物处的二氧化碳浓度，记为空气二氧化碳浓度；对比近地二氧化碳浓度和空气二氧化碳浓度，并判断；

步骤1-a，若所述近地二氧化碳浓度大于或等于空气二氧化碳浓度的1.5倍时，开启通风装置的室内通风循环模式，直到近地二氧化碳浓度小于空气二氧化碳浓度的1.5倍；

步骤1-1，若近地二氧化碳浓度小于空气二氧化碳浓度的1.5倍时，对比近地二氧化碳浓度与二氧化碳浓度设定值，并判断，

若近地二氧化碳浓度大于二氧化碳浓度设定值，则开启通风装置的室外通风模式；

若近地二氧化碳浓度小于二氧化碳浓度设定值，则开启二氧化碳气肥机。

采用这样的方法，避免由于温室内局部二氧化碳浓度过高/过低而造成系统误动；

由于植株在光合作用时会消耗大量的二氧化碳，导致近地二氧化碳浓度迅速下降，通过采用室内循环通风的办法使温室内的二氧化碳浓度始终保持均匀稳定，并且在近地二氧化碳浓度低于二氧化碳浓度设定值时，能够快速地响应，启动二氧化碳气肥机，保证了作物的生长需求。

所述步骤A.1还包括如下步骤：

步骤A.1.1，计算浅层土壤湿度和浅层土壤湿度设定值之间的差值，记为浅层土壤湿度差，根据浅层土壤湿度差和浅层土壤灌溉体积计算浅层灌溉量，

步骤A.1.2，计算深层土壤湿度和深层土壤湿度设定值之间的差值，记为深层土壤湿度差，根据深层土壤湿度差和深层土壤灌溉体积计算深层灌溉量，

步骤A.1.3，根据浅层灌溉量和深层灌溉量分别控制第一阀门和第二阀门，来控制对浅层土壤和深层土壤的浇水量。

由于植株根系的不同部位需要的土壤湿度有所不同，采用这样的方法，能够根据不同深度的土壤湿度计算其所需要的灌溉量，实现灌溉的精确化，避免水资源浪费，更加利于植株生长。

所述步骤A.2还包括如下步骤：

步骤A.2.1，将当前地温减去地温设定值的差记为地温差，判断地温差，

若所述地温差的绝对值大于10℃，则控制地温调节装置对土壤温度进行对应的加热/降温，直至所述地温差的绝对值小于10℃，然后控制温控组件对灌溉用水进行加热/降温，使加热/降温后的灌溉用水提升/降低当前地温直至落入地温设定值的范围，所述灌溉用水的温度范围为5℃～30℃，所述温控组件对灌溉用水的调节不能超过所述灌溉用水的温度范围；

若所述地温差的绝对值小于10℃，则直接控制所述温控组件对灌溉用水进行加热/降温，使加热/降温后的灌溉用水提升/降低当前地温直至落入地温设定值的范围，所述灌溉用水的温度范围为5℃～30℃，所述温控组件对灌溉用水的调节不能超过所述灌溉用水的温度范围。

采用这样的方法，防止由于土壤温度和灌溉用水温度差距过大而影响植株生长，通过对灌溉用水的温度调节，在当前地温偏离地温设定值不大的情况下简洁调节当前地温，避免了地温调节装置频繁的启停，节约资源。

所述参数控制方法还包括：

步骤一，每半小时采集一次光照强度记为当前光照强度，对比当前光照强度和光照强度设定值并判断其大小关系，

若当前光照强度大于光照强度设定值的最大值，则打开遮光板进行调节，直到当前光照强度处在光照强度设定值的范围内，

若当前光照强度小于光照强度设定值的最小值，则打开补光装置进行补光，知道当前光照强度处在光照强度设定值的范围内，

步骤二，每日记录光照时长，根据光照时长设定值调节遮光板或补光装置，对应环境光照情况进行弱光或补光，使每日光照时长处在光照时长设定值的范围内。

采用这样的方法，能够根据植株的实际需要控制光照强度和光照时间，在植株缺乏光照时通过使用补光灯对其进行补光，利于植株的生长。

实施例3

本实施例为实施例2中根据不同位置的土壤湿度计算灌溉量的方法，

步骤A.1中灌溉量的计算方法具体如下：

首先测量各位置的土壤湿度，将每个位置的土壤湿度求加权平均，得到该区域的平均土壤湿度，将其记为当前土壤湿度，计算当前土壤湿度和土壤湿度设定值之间的差值，记为土壤湿度差，

然后根据土壤湿度差求得土壤含水量差，根据土壤含水量差和土壤灌溉体积计算得到所需要的灌溉量；具体公式为：

灌溉量＝土壤灌溉体积×土壤湿度差×[1-(土壤容重/2.65)]，

土壤灌溉体积＝灌溉深度×灌溉面积，

灌溉深度＝植株根系长度×k，

因此，灌溉量＝植株根系长度×k×灌溉面积×土壤湿度差×[1-(土壤容重/2.65)]；

其中，k为常数，当浇灌对象为浅根系作物时k在1.1～1.3之间取值，当灌溉对象为直根系作物时k在1.3～1.75之间取值；

所述土壤容重如表1所示：

表1

作物土	沙土	沙壤土	壤土	粘壤土	粘土
						容重(t/m<sup>2</sup>)	1.45	1.35	1.25	1.2	1.15

步骤A.1.1、步骤A.1.2中浅层灌溉量和深层灌溉量的计算方法原理与所述步骤A.1中灌溉量的计算方法相同。

因此，浅层灌溉量＝浅层灌溉深度×灌溉面积×土壤湿度差×[1-(土壤容重/2.65)]；

深层灌溉量＝深层灌溉深度×灌溉面积×土壤湿度差×[1-(土壤容重/2.65)]；

其中，深层灌溉深度+浅层灌溉深度＝灌溉深度。

实施例4

本实施例为实施例3中当前土壤湿度的计算方法：

如图5所示，a、b、c、d四个点为土壤温湿度传感器检测点，a、b、c、d四个点处在土壤的不同深度，其中a、b两点位于浅层土壤，c、d两点位于深层土壤；

将a、b、c、d四个点的土壤湿度分别记为Ta、Tb、Tc、Td，则公式为：

T＝0.4Ta+0.3Tb+0.2Tc+0.1Td，

其中T为图5所示区域的当前土壤湿度。

实施例5

本实施例为作物生长状况的预测方法：

建立植物生长的模型，其公式如下：

y＝k₁x₁±k₂x₂±k₃x₃±k₄x₄±k₅x₅±b

其中，y表示为生长状态指标，既植株的干物质含量，x₁为灌溉水量，k₁为x₁的对应系数，x₂为光照，k₂为x₂的对应系数，x₃为二氧化碳含量，k₃为x₃的对应系数，x₄为地温，k₄为x₄的对应系数，x₅为室内湿度，k₅为x₅的对应系数，上述系数k₁-k₅根据作物品种选定，b为修正系数。

根据温室内的各项环境参数来预测所述植物的生长状态，然后对比实际情况和预测情况，若实际情况中y_实际大于预测情况中的y，则修改调整所述植物生长的模型，若实际情况中y_实际大于预测情况中的y，则调整温室内各项环境参数的设定值。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种智能温室控制系统，包括温室主体和安装在温室主体上的通信装置、图像采集装置、处理器、检测装置、灌溉装置、温度调节装置、通风装置、二氧化碳气肥机、湿度调节装置，其特征在于，所述灌溉装置包括：

精确灌溉组件，其围绕植株设置，用于对植株根系各部位精准浇水，

输送组件，其一端连接供水装置，另一端连接所述精确灌溉组件，为所述精确灌溉组件输送灌溉用水，

温控组件，其设置在所述输送组件上靠近所述精确灌溉组件处，用于调节灌溉用水的水温；

所述精确灌溉组件包括：

储水件，其上设置有供水口，所述供水口连接输送组件，所述储水件设置有阀门，所述阀门为计量阀，

分流件，其为一端尖锐的管状结构，所述分流件插入所述植株根系周围的土壤中，所述分流件侧面开设有通孔，所述分流件的另一端连接所述储水件上的阀门，所述分流件通过其上开设的通孔为土壤浇水；

所述分流件包括至少一个第一分流件和至少一个第二分流件，所述第一分流件插入土壤的深度小于所述第二分流件，所述第一分流件为浅处土壤浇水，所述第二分流件为深处土壤供水，所述第一分流件对应连接的储水件上的阀门记为第一阀门，所述第二分流件对应连接的储水件上的阀门记为第二阀门。

2.根据权利要求1所述的智能温室控制系统，其特征在于，所述检测装置包括：

至少两个土壤温湿度传感器，其分别设置在所述植株根系周围不同深度的土壤中，用于检测不同深度的土壤温度、土壤湿度；

位于不同深度土壤的土壤温湿度传感器将检测到的数据发送到所述处理器，所述处理器根据相应的数据，通过控制第一分流件、第二分流件来控制不同深度土壤的湿度。

3.根据权利要求1所述的智能温室控制系统，其特征在于，所述检测装置还包括：

室内温湿度传感器，其通过所述温室主体吊设在所述温室中，用于检测温室的室内气温和室内湿度，

室外温湿度传感器，其设置在温室通风口的外侧，用于检测温室外的环境温度和环境湿度，

至少两个二氧化碳浓度传感器，其包括设置在温室内靠近植株的近地侧的近地二氧化碳浓度传感器以及设置在远离植株的空气中的空气二氧化碳浓度传感器；

所述近地二氧化碳浓度传感器用于检测植株周围靠近地面的二氧化碳浓度，所述空气二氧化碳浓度传感器用于检测温室内远离植株的空气中的二氧化碳浓度。

4.根据权利要求1所述的智能温室控制系统，其特征在于，所述图像采集装置包括：

植株摄像头，其通过摄像头支架设置在所述温室主体上并靠近植株，所述植株摄像头采集植株的生长图像并发送至处理器，

监控摄像头，其设置在所述温室主体靠近顶棚处，所述监控摄像头监控温室内的整体环境。

5.一种权利要求1中系统所使用的智能温室控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先确定温室中培育的作物，确定所述作物的生长周期内的各阶段生长状态，确定作物在生长周期内温室各项参数的最佳范围，将其作为设定值，作物在不同生长阶段对应不同的设定值；

然后将设定值代入参数控制方法中，形成温室在作物各生长阶段对应的控制方法，将其记为阶段控制方法；

然后采集所述作物的当前生长状态图像，用当前生长状态图像与所述各阶段生长状态图像比对，确定所述作物当前对应的生长阶段，根据作物当前对应的生长阶段执行对应的阶段控制方法；

所述参数控制方法包括如下步骤：

步骤A，采集温室内的当前土壤湿度，对比当前土壤湿度与土壤湿度设定值，并判断是否需要浇水，

步骤A.1，若是，计算当前土壤湿度和土壤湿度设定值之间的差值，记为土壤湿度差，根据土壤湿度差和土壤灌溉体积计算灌溉量，

步骤A.2，采集温室内土壤温度，记为当前地温，对比当前地温与地温设定值，根据当前地温与地温设定值的对比结果调节灌溉用水的温度，并根据所述灌溉量控制灌溉装置进行灌溉；

步骤A.3，灌溉完成后待室内湿度稳定，采集当前室内湿度、当前环境湿度、当前室内气温、当前环境温度；收集一小时后的天气预报，获取未来环境气温、未来环境湿度；综合当前室内湿度、当前环境湿度、当前室内气温、当前环境气温、未来环境气温、未来环境湿度，调节温室内的室内湿度和室内气温；

步骤A.4，待室内气温稳定后，每两小时采集一次当前地温，对比当前地温与地温设定值，根据对比情况控制地温调节装置调节温室内土壤温度；

步骤A.a，若步骤A中判断无需浇水，则每一小时采集一次采集当前室内湿度、当前环境湿度、当前室内气温、当前环境气温；收集一小时后温室当地的天气预报，获取未来环境气温、未来环境湿度；采用与步骤A.3-A.4中相同的方法调节室内湿度、室内气温和地温。

6.根据权利要求5所述的智能温室控制方法，其特征在于，所述步骤A.3具体包括如下步骤：

步骤A.3.0，灌溉完成后待室内湿度稳定，采集当前室内湿度、当前环境湿度；收集一小时后温室当地的天气预报，获取未来环境气温、未来环境湿度；对比当前室内湿度与室内湿度设定值，并判断，

步骤A.3.1，若当前室内湿度低于室内湿度设定值，计算当前室内湿度与室内湿度设定值之差，记为空气湿度差；根据空气湿度差控制湿度调节装置；计算由空气湿度差引起的温度变化，记为第一温差；同时，将未来环境气温减去当前环境气温的差，记为预测温差，将预测温差、当前室内气温、第一温差求和，并与室内气温设定值进行比较，根据比较结果控制气温调节装置；

步骤A.3.a，若当前室内湿度高于室内湿度设定值，开启室外通风并每五分钟采集一次室内湿度，直至当前室内湿度符合室内湿度设定值，然后采集当前室内气温、当前环境气温和未来环境气温，将未来环境气温减去当前环境气温的差，记为预测温差，将预测温差、当前室内气温求和，并与室内气温设定值进行比较，根据比较结果控制气温调节装置。

7.根据权利要求5所述的智能温室控制方法，其特征在于，所述参数控制方法还包括：

步骤1，采集温室内靠近所述作物处的二氧化碳浓度，记为近地二氧化碳浓度，采集温室高处远离所述作物处的二氧化碳浓度，记为空气二氧化碳浓度；对比近地二氧化碳浓度和空气二氧化碳浓度，并判断；

步骤1-a，若所述近地二氧化碳浓度大于或等于空气二氧化碳浓度的1.5倍时，开启通风装置的室内通风循环模式，直到近地二氧化碳浓度小于空气二氧化碳浓度的1.5倍；

步骤1-1，若近地二氧化碳浓度小于空气二氧化碳浓度的1.5倍时，对比近地二氧化碳浓度与二氧化碳浓度设定值，并判断，

若近地二氧化碳浓度大于二氧化碳浓度设定值，则开启通风装置的室外通风模式；

若近地二氧化碳浓度小于二氧化碳浓度设定值，则开启二氧化碳气肥机。

8.根据权利要求5所述的智能温室控制方法，其特征在于，

所述步骤A.1还包括如下步骤：

步骤A.1.1，计算浅层土壤湿度和浅层土壤湿度设定值之间的差值，记为浅层土壤湿度差，根据浅层土壤湿度差和浅层土壤灌溉体积计算浅层灌溉量，

步骤A.1.2，计算深层土壤湿度和深层土壤湿度设定值之间的差值，记为深层土壤湿度差，根据深层土壤湿度差和深层土壤灌溉体积计算深层灌溉量，

步骤A.1.3，根据浅层灌溉量和深层灌溉量分别控制第一阀门和第二阀门，来控制对浅层土壤和深层土壤的浇水量。

9.根据权利要求5所述的智能温室控制方法，其特征在于，

所述步骤A.2还包括如下步骤：

步骤A.2.1，将当前地温减去地温设定值的差记为地温差，判断地温差，

若所述地温差的绝对值大于10℃，则控制地温调节装置对土壤温度进行对应的加热/降温，直至所述地温差的绝对值小于10℃，然后控制温控组件对灌溉用水进行加热/降温，使加热/降温后的灌溉用水提升/降低当前地温直至落入地温设定值的范围，所述灌溉用水的温度范围为5℃～30℃，所述温控组件对灌溉用水的调节不能超过所述灌溉用水的温度范围；

若所述地温差的绝对值小于10℃，则直接控制所述温控组件对灌溉用水进行加热/降温，使加热/降温后的灌溉用水提升/降低当前地温直至落入地温设定值的范围，所述灌溉用水的温度范围为5℃～30℃，所述温控组件对灌溉用水的调节不能超过所述灌溉用水的温度范围。

10.根据权利要求5所述的智能温室控制方法，其特征在于，所述参数控制方法还包括：

步骤一，每半小时采集一次光照强度记为当前光照强度，对比当前光照强度和光照强度设定值并判断其大小关系，

若当前光照强度大于光照强度设定值的最大值，则打开遮光板进行调节，直到当前光照强度处在光照强度设定值的范围内，

若当前光照强度小于光照强度设定值的最小值，则打开补光装置进行补光，知道当前光照强度处在光照强度设定值的范围内，

步骤二，每日记录光照时长，根据光照时长设定值调节遮光板或补光装置，对应环境光照情况进行弱光或补光，使每日光照时长处在光照时长设定值的范围内。

Images