CN115443838A - 一种室内环境的植物气体自平衡系统 - Google Patents

一种室内环境的植物气体自平衡系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种室内环境的植物气体自平衡系统，包括数据获取模块、环境分析模块以及气体浓度平衡模块，通过数据获取模块获取室内氧气以及二氧化碳的平均浓度以及光照强度，并通过环境分析模块判断室内的气体是否达到平衡，若未达到平衡则通过气体浓度平衡模块中的沼气燃烧单元和模拟日光单元对室内空气中的氧气以及二氧化碳进行平衡，而通过燃烧沼气的方式不仅能够消耗植物进行光合作用所产生的氧气，同时能够为生长的植物补充二氧化碳，从而能够植物生长合成有机物时补充碳元素，避免了室内氧气浓度过高给植物带来的危害。

Description

一种室内环境的植物气体自平衡系统
技术领域
本发明涉及植物种植技术领域，具体为一种室内环境的植物气体自平衡系统。
背景技术
为了能够保证植物的正常生长，植物需要进行光合作用，维持植物所需的氧气和二氧化碳浓度在标称水平是至关重要的。为了同时控制二氧化碳和氧气的浓度，必须寻求一种能够通过植物自身生长规律来高效节能的调节内部氧气和二氧化碳气体浓度的方式，来保证植物的生长。
目前为了植物能够快速的生长都是将植物放置在室内，便于提高植物的生长速度，但是长期在室内生长植物进行光合作用所产生的氧气较多，二氧化碳较少，导致室内的二氧化碳和氧气失衡，因此无法提供足量的碳元素为植物合成有机物，而目前的采用普遍的做法时，将外界的空气与室内的空气进行交换，这种方式所需时间较长，因此室内种植所带来的效果受益不够明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室内环境的植物气体自平衡系统，通过数据获取模块获取室内氧气以及二氧化碳的平均浓度以及光照强度，再利用环境分析模块判断室内的氧气和二氧化碳气体是否达到平衡且处于适宜植物生长的平衡状态，若没有到达平衡状态，则通过气体浓度平衡模块进行调节，直至室内的气体达到适宜植物生长的气体平衡状态。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种室内环境的植物气体自平衡系统，包括数据获取模块、环境分析模块以及气体浓度平衡模块；
所述数据获取模块用于获取室内环境数据；
所以环境分析模块用于将室内环境数据与标准值进行比较，分析室内二氧化碳浓度占比、室内氧气浓度占比以及光照强度是否符合种植植物的生长条件；
所述气体浓度平衡模块包括沼气燃烧单元、模拟日光单元、通风换气单元以及控制终端；
所述室内环境数据包括实时二氧化碳浓度占比的平均值、实时氧气浓度占比的平均值以及光照强度数据。
作为本发明进一步的方案：所述数据获取模块包括若干个气体浓度检测仪以及光照传感器，若干所述气体浓度检测仪用于获取若干个实时二氧化碳浓度占比以及氧气浓度占比，所述光照传感器用于获取当前种植的植物所受到的光照强度。
作为本发明进一步的方案：所述标准值包括二氧化碳浓度占比标准值、氧气浓度占比标准值和标准预设光照强度。
作为本发明进一步的方案：所述气体浓度平衡模块包括沼气燃烧单元、模拟日光单元、通风换气单元以及控制终端。
作为本发明进一步的方案：所述沼气燃烧单元用于消耗室内的氧气并提升室内二氧化碳浓度占比值；
所述模拟日光单元用于消耗室内的二氧化碳并提升室内氧气浓度占比；
所述通风换气单元用于将室内的气体与室外的气体进行交换。
作为本发明进一步的方案：所述环境分析模块的分析步骤为：
S1：将数据获取模块中的实时获取的室内二氧化碳浓度占比的平均值以及实时获取的室内氧气浓度占比的平均值分别与二氧化碳浓度占比标准值以及氧气浓度占比标准值进行对比，而获取的光照强度与种植的植物相适宜的标准预设光照强度相比较；
S2：若室内二氧化碳浓度占比的平均值高于二氧化碳浓度占比标准值，且室内氧气浓度占比的平均值低于氧气浓度占比标准值时，此时通过气体浓度平衡模块中的模拟日光单元，根据种植区域的光照强度调整模拟日光单元的光照亮度，使得植物进行光合作用，从而对空气中的CO2进行吸收；
S3：若室内氧气浓度占比的平均值高于氧气浓度占比标准值，且室内二氧化碳浓度占比的平均值低于二氧化碳浓度占比标准值时，此时通过气体浓度平衡模块中的沼气燃烧单元将室内的氧气进行消耗，并产生二氧化碳，降低氧气浓度过高所产生的影响；
S4：若室内氧气浓度占比的平均值不在氧气浓度占比标准值的范围内，且室内二氧化碳的浓度占比不在二氧化碳浓度占比标准值的范围内，此时通过气体浓度平衡模块中的通风换气单元将室内的空气与室外的空气进行交换，并进行循环S1步骤；
S5：当室内氧气浓度占比的平均值以及室内二氧化碳浓度占比的平均值分别在氧气占比标准值以及二氧化碳浓度占比标准值内时，此时关闭气体浓度平衡模块。
作为本发明进一步的方案：所述根据区域的光照强度调整模拟日光单元的光照亮度的方法为：
SS1：将植物的种植区域根据日光灯的光照范围划分成面积等同的若干个子区域，然后将若干个子区域标记为D1、D2、……、Di，其中i＝1、2、……、n，n为正整数；
SS2：通过数据获取模块获取种植的植物在光合作用时所吸收二氧化碳量为最大时的光照强度，并标记为Gmax；
SS3：通过光照传感器获取Di区域的光照强度，标记为Gc，其中c＝1、2、……、n；
SS4：通过公式Gd＝Gmax-Gc计算出Di区域内日光灯所需调节光照亮度。
作为本发明进一步的方案：所述数据获取模块、环境分析模块与气体浓度平衡模块通信和/或电性连接；
所述控制终端分别与所述沼气燃烧单元、所述模拟日光单元以及所述通风换气单元相连接，所述环境分析模块与控制终端相连接。
本发明的有益效果：
(1)本发明中，通过数据获取模块获取室内氧气以及二氧化碳的平均浓度以及光照强度，并通过环境分析模块判断室内的气体是否达到平衡，若未达到平衡则通过气体浓度平衡模块中的沼气燃烧单元和模拟日光单元对室内空气中的氧气以及二氧化碳进行平衡，而通过燃烧沼气的方式不仅能够消耗植物进行光合作用所产生的氧气，同时能够为生长的植物补充二氧化碳，从而能够植物生长合成有机物时补充碳元素，避免了室内氧气浓度过高给植物带来的危害。
(2)本发明中，通过将室内的种植面积划分为若干个子区域，并在子区域内设置日光灯，利用日光灯能够弥补的异常天气是光照强度不足时，导致的室内二氧化碳浓度较高，而氧气浓度较低的情况，通过该种方式不仅能够促进植物在生长时有机物的合成，并且能够解决室内二氧化碳浓度过高给植物带来的危害。
(3)本发明中，通过在室内设置换气通风模块，利用该模块能够将室内的气体与室外的气体进行交换，能够避免在氧气浓度占比以及二氧化碳浓度占比均不再适宜的植物生长的范围内时，将室内的气体进行重新调节，从而保证植物的快速生长，进一步提高其实用性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的工作原理框图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种室内环境的植物气体自平衡系统，包括数据获取模块、环境分析模块以及气体浓度平衡模块；
可以理解的是，在密闭的室内，植物一天内进行呼吸作用所产生的二氧化碳少于植物光合作用所吸收的二氧化碳，同时在植物进行光合作用的同时会产生氧气，一旦二氧化碳浓度降低则无法提供足量的碳元素，则会影响植物的生长，因此需要气体浓度平衡模块对室内的氧气浓度以及二氧化碳浓度进行平衡，同时提供足量的碳元素，并且为了保证植物有足量的时间进行呼吸作用，因此该一种室内环境的植物气体自平衡系统的运作时间为6:00-23:00。
本申请中，数据获取模块、环境分析模块与气体浓度平衡模块通信和/或电性连接；
所述数据获取模块用于获取室内环境数据，所述数据获取模块包括若干个气体浓度检测仪以及光照传感器，若干个所述气体浓度检测仪均匀的布置于室内，所述光照传感器吊装与植物的上方，其中若干所述气体浓度检测仪用于获取若干个实时二氧化碳浓度占比以及氧气浓度占比，所述光照传感器用于获取当前种植的植物所受到的光照强度；
其中，所述室内环境数据包括实时二氧化碳浓度占比的平均值、实时氧气浓度占比的平均值以及光照强度数据，且数据获取模块与环境分析模块具有一定的处理能力(如对若干个气体浓度检测仪采集的数据计算平均值等)；
所以环境分析模块用于将室内环境数据与标准值进行比较，从而分析目前室内二氧化碳浓度占比、室内氧气浓度占比以及光照强度是否符合种植植物的生长条件，若不符合则通过气体浓度平衡模块对气体进行平衡，若符合则保持气体浓度平衡模块处于关闭状态；
所述标准值包括二氧化碳浓度占比标准值、氧气浓度占比标准值和标准预设光照强度。
作为一个优选的实施例，其中二氧化碳浓度占比标准值预设为0.9％-1.0％、氧气浓度占比标准值预设为20.5％-21.5％，而标准预设光照强度根据种植植物的品种通过植物生长数据库获取，而在种植特殊植物，例如生长环境需要在氧气浓度高或者二氧化碳浓度的植物时，可通过在室内放置制氧设备或者制备二氧化碳的设备。
所述气体浓度平衡模块包括沼气燃烧单元、模拟日光单元、通风换气单元以及控制终端；
作为一个优选的实施例，所述沼气燃烧单元包括沼气池设备，通过管道将沼气通入室内，并在管道上设置单向阀以及点燃阀，设置点燃阀对其沼气进行点燃，所述模拟日光单元包括若干个日光灯，所述通风换气单元可通过换气扇的方式将室外的空气与室内的空气进行交换。
在本申请中，所述沼气燃烧单元用于消耗室内的氧气并提升室内二氧化碳浓度占比值，由于沼气的主要成分为甲烷，而甲烷的燃烧并不会产生多余的有害物质，其中甲烷的燃烧方程式为
Figure BDA0003884710020000061
所述模拟日光单元用于消耗室内的二氧化碳并提升室内氧气浓度占比，由于植物的光合作用在进行光合作用会吸收二氧化碳并转化为有机物，促进植物的生长，所述通风换气单元用于将室内的气体与室外的气体进行交换；
所述环境分析模块的分析步骤为：
S1：将数据获取模块中的实时获取的室内二氧化碳浓度占比的平均值以及实时获取的室内氧气浓度占比的平均值分别与二氧化碳浓度占比标准值以及氧气浓度占比标准值进行对比，而获取的光照强度与种植的植物相适宜的标准预设光照强度相比较；
S2：若室内二氧化碳浓度占比的平均值高于二氧化碳浓度占比标准值，且室内氧气浓度占比的平均值低于氧气浓度占比标准值时，此时通过气体浓度平衡模块中的模拟日光单元，根据种植区域的光照强度调整模拟日光单元的光照亮度，使得植物进行光合作用，从而对空气中的CO2进行吸收；
S3：若室内氧气浓度占比的平均值高于氧气浓度占比标准值，且室内二氧化碳浓度占比的平均值低于二氧化碳浓度占比标准值时，此时通过气体浓度平衡模块中的沼气燃烧单元将室内的氧气进行消耗，并产生二氧化碳，降低氧气浓度过高所产生的影响；
S4：若室内氧气浓度占比的平均值不在氧气浓度占比标准值的范围内，且室内二氧化碳的浓度占比不在二氧化碳浓度占比标准值的范围内，此时通过气体浓度平衡模块中的通风换气单元将室内的空气与室外的空气进行交换，并进行循环S1步骤；
S5：当室内氧气浓度占比的平均值以及室内二氧化碳浓度占比的平均值分别在氧气占比标准值以及二氧化碳浓度占比标准值内时，此时关闭气体浓度平衡模块。
本申请中，所述控制终端分别与所述沼气燃烧单元、所述模拟日光单元以及所述通风换气单元相连接，所述环境分析模块与控制终端相连接。
所述根据区域的光照强度调整模拟日光单元的光照亮度的方法为：
SS1：将植物的种植区域根据日光灯的光照范围划分成面积等同的若干个子区域，然后将若干个子区域标记为D1、D2、……、Di，其中i＝1、2、……、n，n为正整数；
SS2：通过数据获取模块获取种植的植物在光合作用时所吸收二氧化碳量为最大时的光照强度，并标记为Gmax；
SS3：通过光照传感器获取Di区域的光照强度，标记为Gc，其中c＝1、2、……、n；
SS4：通过公式Gd＝Gmax-Gc计算出Di区域内日光灯所需调节光照亮度。
在一个优选的实施例中，所述控制终端通过PLC控制器单独控制若干个子区域内的日光灯，并且可进行实时调节日光灯的光照强度，并且在每个子区域内对应设置一个光照传感器。
本发明的工作原理：首先通过数据获取模块获取室内氧气以及二氧化碳的平均浓度以及光照强度，通过环境分析模块判断室内的氧气和二氧化碳气体是否达到平衡且处于适宜植物生长的平衡状态，若没有到达平衡状态，则通过气体浓度平衡模块进行调节，直至室内的气体达到适宜植物生长的气体平衡状态。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种室内环境的植物气体自平衡系统，其特征在于，包括数据获取模块、环境分析模块以及气体浓度平衡模块；
所述数据获取模块用于获取室内环境数据；
所以环境分析模块用于将室内环境数据与标准值进行比较，分析室内二氧化碳浓度占比、室内氧气浓度占比以及光照强度是否符合种植植物的生长条件；
所述气体浓度平衡模块包括沼气燃烧单元、模拟日光单元、通风换气单元以及控制终端；
所述室内环境数据包括实时二氧化碳浓度占比的平均值、实时氧气浓度占比的平均值以及光照强度数据。
2.根据权利要求1所述的一种室内环境的植物气体自平衡系统，其特征在于，所述数据获取模块包括若干个气体浓度检测仪以及光照传感器，若干所述气体浓度检测仪用于获取若干个实时二氧化碳浓度占比以及氧气浓度占比，所述光照传感器用于获取当前种植的植物所受到的光照强度。
3.根据权利要求1所述的一种室内环境的植物气体自平衡系统，其特征在于，所述标准值包括二氧化碳浓度占比标准值、氧气浓度占比标准值和标准预设光照强度。
4.根据权利要求1所述的一种室内环境的植物气体自平衡系统，其特征在于，所述气体浓度平衡模块包括沼气燃烧单元、模拟日光单元、通风换气单元以及控制终端。
5.根据权利要求1所述的一种室内环境的植物气体自平衡系统，其特征在于，所述沼气燃烧单元用于消耗室内的氧气并提升室内二氧化碳浓度占比值；
所述模拟日光单元用于消耗室内的二氧化碳并提升室内氧气浓度占比；
所述通风换气单元用于将室内的气体与室外的气体进行交换。
6.根据权利要求1所述的一种室内环境的植物气体自平衡系统，其特征在于，所述环境分析模块的分析步骤为：
S1：将数据获取模块中的实时获取的室内二氧化碳浓度占比的平均值以及实时获取的室内氧气浓度占比的平均值分别与二氧化碳浓度占比标准值以及氧气浓度占比标准值进行对比，而获取的光照强度与种植的植物相适宜的标准预设光照强度相比较；
S2：若室内二氧化碳浓度占比的平均值高于二氧化碳浓度占比标准值，且室内氧气浓度占比的平均值低于氧气浓度占比标准值时，此时通过气体浓度平衡模块中的模拟日光单元，根据种植区域的光照强度调整模拟日光单元的光照亮度，使得植物进行光合作用，从而对空气中的CO2进行吸收；
S3：若室内氧气浓度占比的平均值高于氧气浓度占比标准值，且室内二氧化碳浓度占比的平均值低于二氧化碳浓度占比标准值时，此时通过气体浓度平衡模块中的沼气燃烧单元将室内的氧气进行消耗，并产生二氧化碳，降低氧气浓度过高所产生的影响；
S4：若室内氧气浓度占比的平均值不在氧气浓度占比标准值的范围内，且室内二氧化碳的浓度占比不在二氧化碳浓度占比标准值的范围内，此时通过气体浓度平衡模块中的通风换气单元将室内的空气与室外的空气进行交换，并进行循环S1步骤；
S5：当室内氧气浓度占比的平均值以及室内二氧化碳浓度占比的平均值分别在氧气占比标准值以及二氧化碳浓度占比标准值内时，此时关闭气体浓度平衡模块。
7.根据权利要求1所述的一种室内环境的植物气体自平衡系统，其特征在于，所述根据区域的光照强度调整模拟日光单元的光照亮度的方法为：
SS1：将植物的种植区域根据日光灯的光照范围划分成面积等同的若干个子区域，然后将若干个子区域标记为D1、D2、……、Di，其中i＝1、2、……、n，n为正整数；
SS2：通过数据获取模块获取种植的植物在光合作用时所吸收二氧化碳量为最大时的光照强度，并标记为Gmax；
SS3：通过光照传感器获取Di区域的光照强度，标记为Gc，其中c＝1、2、……、n；
SS4：通过公式Gd＝Gmax-Gc计算出Di区域内日光灯所需调节光照亮度。
8.根据权利要求1所述的一种室内环境的植物气体自平衡系统，其特征在于，所述数据获取模块、环境分析模块与气体浓度平衡模块通信和/或电性连接；
所述控制终端分别与所述沼气燃烧单元、所述模拟日光单元以及所述通风换气单元相连接，所述环境分析模块与控制终端相连接。
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