CN117055668B - 食用菌工厂化生产环境控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及菌类生产智能化控制领域，提供了一种食用菌工厂化生产环境控制系统，包括环境检测单元、环境中控平台、环境控制单元和控制成本分析单元；环境检测单元用于获取到食用菌生产工厂内部的生产环境信息构建生产环境信息模型；环境中控平台，用于将生产环境信息模型与预设的标准信息化模型进行对比；环境控制单元用于根据对比结果生成相应的环境控制信号，控制成本分析单元用于对环境控制成本进行计算并评估；环境控制单元还用于根据评估结果控制环境控制设备是否运行；本发明可以在在兼顾调控成本的同时，实现对食用菌生产环境的有效检测及控制。
Description
技术领域
本发明涉及菌类生产智能化控制领域，具体为食用菌工厂化生产环境控制系统。
背景技术
目前, 传统的食用菌工厂化生产车间多为方形建筑，建筑材料为彩钢板，栽培瓶采用格架式立体摆放，车间内通过调控环境来满足食用菌生长所需的条件。
但是，因车间结构存在死角，导致食用菌生长所需的湿度、温度、光照、氧等传递不均匀，造成车间内局部环境条件差异，影响食用菌生长发育的一致性和整齐度，进而影响商品率。
因此，如何在食用菌工厂化生产过程中，能够考虑成本的同时实现对食用菌生产环境的准确有效检测及控制，是行业里共同面对的难题。
发明内容
为了在兼顾成本的同时，实现对食用菌生产环境的有效检测及控制，本发明提出了一种食用菌工厂化生产环境控制系统。其采用的技术方案如下：
食用菌工厂化生产环境控制系统，包括环境检测单元、环境中控平台、环境控制单元和控制成本分析单元；
所述环境检测单元，用于获取到食用菌生产工厂内部的生产环境信息，构建生产环境信息模型，并将生产环境信息模型发送至环境中控平台；所述生产环境信息包括环境温度、环境湿度、基质温度和基质湿度；
所述环境中控平台，用于接收生产环境信息模型，并将所述生产环境信息模型与预设的标准信息化模型进行对比，将对比结果发送至环境控制单元；
所述环境控制单元，用于接收对比结果，并根据所述对比结果生成相应的环境控制信号后发送至控制成本分析单元；还用于接收评估结果，并根据所述评估结果控制环境控制设备是否运行；
所述控制成本分析单元，用于根据所述环境控制信号对环境控制成本进行计算并评估，并将评估结果发送至环境控制单元。
优选地，所述环境检测单元通过多个点位设置的温湿度传感器对所述生产环境信息进行采集；
所述环境检测单元在构建生产环境信息模型时，具体包括：
根据采集到的生产环境信息以及采集该生产环境信息的传感器位置，建立三维立体模型；
在三维立体模型中，创建各采集点指向其他采集点的三维向量；
计算该采集点三维向量上任一点的生产环境信息，获得所述三维立体模型中所有点的生产环境信息；
完成生产环境信息模型的构建，所述生产环境信息模型包括温度分布模型和湿度分布模型。
优选地，所述环境检测单元在构建生产环境信息模型时，所述计算该采集点三维向量上任一点的生产环境信息的计算方式如下：
在三维立体模型中选取两个采集点，将所述两个采集点进行连线；
计算所述两个采集点在生产环境信息模型中的直线距离以及所述两个采集点的生产环境信息差值；
将所述两个采集点的生产环境信息差值均匀的分配至所述两个采集点在生产环境信息模型中的直线距离上；
针对该连线上的任一点，计算该点距离任一连线端点的距离，并根据该距离获取所分配的生产环境信息差值；
将连线端点处采集点的生产环境信息减去所分配生产环境信息差值，即为该点的生产环境信息。
优选地，所述环境中控平台在将所述生产环境信息模型与预设的标准信息化模型进行对比，并将对比结果发送至环境控制单元时，具体包括：
在所述生产环境信息模型和预设的标准信息化模型中分别设置多个相同的对比点位；
将生产环境信息模型以及预设的标准信息化模型中相同位置的对比点位进行环境信息差值计算；
将所述环境信息差值计算的结果与预设的生产环境范围差值进行对比：若所述环境信息差值计算的结果大于预设的生产环境范围差值，则将该对比点记录为异常对比点；若所述环境信息差值计算的结果小于等于预设的生产环境范围差值，则将该对比点记录为正常对比点；
统计生产环境信息模型中的正常对比点和异常对比点，并将异常对比点在所有对比点中所占的比例记录为异常比例：若异常比例为零，则对比结果为生成环境正常信号；若异常比例小于预设的异常比例阈值，则对比结果为生成环境低危信号；若异常比例大于等于预设的异常比例阈值，则对比结果为生成环境高危信号；
将所述环境正常信号、环境低危信号和环境高危信号发送至环境控制单元。
优选地，所述环境控制单元，用于根据对比结果生成相应的环境控制信号；具体包括：
当接收到环境正常信号时，不处理；
当接收到环境低危信号时，生成环境低危提醒，并将所述环境低危提醒发送至管理设备；同时，针对每一个被标记为异常对比点的对比点，选取距离该对比点位置最近的环境控制设备，将该环境控制设备记录为可用设备，并将该异常对比点进行生产环境信息调节所需的运行参数生成环境控制信号；
当接收到环境高危信号时，生成环境高危提醒，并将所述环境高危提醒发送至管理设备；同时，将所有环境控制设备记录为可用设备，并将该异常对比点进行生产环境信息调节所需要的运行参数生成环境控制信号。
优选地，所述控制成本分析单元，进一步用于：
获取可用设备的当前运行参数；
对环境控制信号中所需要的运行参数与所述可用设备的当前运行参数进行对比，计算调节运行成本，并将所述调节运行成本与预设的成本阈值进行对比：
若调节运行成本小于成本阈值，则评估结果为成本达标，生成成本达标信号，并将所述成本达标信号发送至所述环境控制单元；
所述环境控制单元收到成本达标信号后
若调节运行成本大于成本阈值，则评估结果为成本不达标，生成成本不达标信号，并将所述成本不达标信号发送至所述环境控制单元；
优选地，所述环境控制单元，在根据所述评估结果控制环境控制设备是否工作时具体包括：
当接收到成本达标信号时，驱动环境控制设备对生产环境信息进行调节；
当接收到成本不达标信号时，生成环境异常警报，并将所述环境异常警报发送至管理设备，所述管理设备对环境控制信号进行手动确认后对环境控制信号进行执行。
优选地，所述食用菌工厂化生产环境控制系统还包括生产环境变更单元；
所述生产环境变更单元，用于获取未来24小时预计的外部环境信息，并根据未来24小时预计的外部环境信息，计算维持食用菌生产工厂内部生产环境信息所需要的控制成本，将控制成本发送至控制成本分析单元；
所述外部环境信息为食用菌生产工厂外部且对食用菌生产环境能产生影响的环境信息；
相应的，所述控制成本分析单元，还用于对接收到的控制成本进行分析；若所述控制成本高于预设的控制成本值，则生成提前控制信号后发送至所述环境控制单元，若所述控制成本低于预设的控制成本值，则不作出反应；
所述环境控制单元，还用于根据接收到的提前控制信号，控制环境控制设备运行。
优选地，所述生产环境变更单元，在计算维持食用菌生产工厂内部生产环境信息所需要的控制成本时具体包括：
获取未来24小时内的外界温度变化和风速变化；
计算食用菌生产工厂的室内外温差；
根据风速和厂房导热系数，计算预计的环境温度的热量流失量或热量增加量；
根据热量流失量或热量增加量计算抵消该热量流失量或热量增加量所需要的成本，即为控制成本。
优选地，所述环境控制单元根据接收到的提前控制信号，控制环境控制设备运行具体包括：
接收到提前控制信号后，当未来24小时处于热量流失状态时，在谷段用水电时间提前将环境温度提高，其提高上限不超过生产环境范围中的上限值；当未来24小时处于热量增加状态时，在谷段用水电时间提前将环境温度下降，其下降下限不低于生产环境范围中的下限值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在食用菌工厂化生产的生产环境中设置多个生产环境信息采集传感器，实现对生产环境信息的全方位采集，保证后续生产环境控制中所依据的环境信息准确；并通过三维建模和向量分析的方式使得生产环境中每一点的环境信息均可以被检测或被预估，进一步提高了生产环境信息采集的准确性。
本发明通过对环境调节控制成本的分析，使得环境需要进行微调时，能够自主运作，无需人员手动操作，降低了管理人员的工作量，而在生产环境出现较大偏差时，通过生成警报提醒的方式，提醒管理人员的介入，避免因为意外情况导致的生产环境失控或生产环境调节成本过高。
本发明通过对未来外部环境的预测，分析未来外部环境变化时生产环境进行调整所需花费的成本，当成本过高时能够通过在例如夜间时段的水电费用低谷期时进行提前调节，从而应对未来外部环境的变化，保证了生产中的低成本，提高了食用菌生产厂家的经济效益。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，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，食用菌工厂化生产环境控制系统，包括环境检测单元、环境中控平台、环境控制单元和控制成本分析单元；
所述环境检测单元，用于获取到食用菌生产工厂内部的生产环境信息，构建生产环境信息模型，并将生产环境信息模型发送至环境中控平台；所述生产环境信息包括环境温度、环境湿度、基质温度和基质湿度；
所述环境中控平台，用于接收生产环境信息模型，并将所述生产环境信息模型与预设的标准信息化模型进行对比，将对比结果发送至环境控制单元；
所述环境控制单元，用于接收对比结果，并根据所述对比结果生成相应的环境控制信号后发送至控制成本分析单元；还用于接收评估结果，并根据所述评估结果控制环境控制设备是否运行；
所述控制成本分析单元，用于根据所述环境控制信号对环境控制成本进行计算并评估，并将评估结果发送至环境控制单元。
在本发明的一个实施例中，所述环境检测单元通过多个点位设置的温湿度传感器对所述生产环境信息进行采集；
所述环境检测单元在构建生产环境信息模型时，具体包括：
根据采集到的生产环境信息以及采集该生产环境信息的传感器位置，建立三维立体模型；
在三维立体模型中，创建各采集点指向其他采集点的三维向量；
计算该采集点三维向量上任一点的生产环境信息，获得所述三维立体模型中所有点的生产环境信息；
完成生产环境信息模型的构建，所述生产环境信息模型包括温度分布模型和湿度分布模型。
在本发明的一个实施例中，所述环境检测单元在构建生产环境信息模型时，所述计算该采集点三维向量上任一点的生产环境信息的计算方式如下：
在三维立体模型中选取两个采集点，将所述两个采集点进行连线；
计算所述两个采集点在生产环境信息模型中的直线距离以及所述两个采集点的生产环境信息差值；
将所述两个采集点的生产环境信息差值均匀的分配至所述两个采集点在生产环境信息模型中的直线距离上；
针对该连线上的任一点，计算该点距离任一连线端点的距离，并根据该距离获取所分配的生产环境信息差值；
将连线端点处采集点的生产环境信息减去所分配生产环境信息差值，即为该点的生产环境信息。
在本发明中，三维向量在指向其他生产环境信息采集点时，其上的环境温度数值、环境湿度数值以向目标生产环境信息采集点的环境温度数值、环境湿度数值贴近的方式均匀变动，从而在生产环境信息模型中构建温度分布模型、湿度分布模型。
在本发明的一个实施例中，所述环境中控平台在将所述生产环境信息模型与预设的标准信息化模型进行对比，并将对比结果发送至环境控制单元时，具体包括：
在所述生产环境信息模型和预设的标准信息化模型中分别设置多个相同的对比点位；
将生产环境信息模型以及预设的标准信息化模型中相同位置的对比点位进行环境信息差值计算；
将所述环境信息差值计算的结果与预设的生产环境范围差值进行对比：若所述环境信息差值计算的结果大于预设的生产环境范围差值，则将该对比点记录为异常对比点；若所述环境信息差值计算的结果小于等于预设的生产环境范围差值，则将该对比点记录为正常对比点；
统计生产环境信息模型中的正常对比点和异常对比点，并将异常对比点在所有对比点中所占的比例记录为异常比例：若异常比例为零，则对比结果为生成环境正常信号；若异常比例小于预设的异常比例阈值，则对比结果为生成环境低危信号；若异常比例大于等于预设的异常比例阈值，则对比结果为生成环境高危信号；
将所述环境正常信号、环境低危信号和环境高危信号发送至环境控制单元。
在本发明的一个实施例中，所述环境控制单元，用于根据对比结果生成相应的环境控制信号；具体包括：
当接收到环境正常信号时，不处理；
当接收到环境低危信号时，生成环境低危提醒，并将所述环境低危提醒发送至管理设备；同时，针对每一个被标记为异常对比点的对比点，选取距离该对比点位置最近的环境控制设备，将该环境控制设备记录为可用设备，并将该异常对比点进行生产环境信息调节所需的运行参数生成环境控制信号；
当接收到环境高危信号时，生成环境高危提醒，并将所述环境高危提醒发送至管理设备；同时，将所有环境控制设备记录为可用设备，并将该异常对比点进行生产环境信息调节所需要的运行参数生成环境控制信号。
在本发明的一个实施例中，所述控制成本分析单元，进一步用于：
获取可用设备的当前运行参数；
对环境控制信号中所需要的运行参数与所述可用设备的当前运行参数进行对比，计算调节运行成本，并将所述调节运行成本与预设的成本阈值进行对比：
若调节运行成本小于成本阈值，则评估结果为成本达标，生成成本达标信号，并将所述成本达标信号发送至所述环境控制单元；
所述环境控制单元收到成本达标信号后
若调节运行成本大于成本阈值，则评估结果为成本不达标，生成成本不达标信号，并将所述成本不达标信号发送至所述环境控制单元；
在本发明的一个实施例中，所述环境控制单元，在根据所述评估结果控制环境控制设备是否工作时具体包括：
当接收到成本达标信号时，驱动环境控制设备对生产环境信息进行调节；
当接收到成本不达标信号时，生成环境异常警报，并将所述环境异常警报发送至管理设备，所述管理设备对环境控制信号进行手动确认后对环境控制信号进行执行。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述食用菌工厂化生产环境控制系统还包括生产环境变更单元；所述生产环境变更单元位于食用菌生产工厂的外部。
所述生产环境变更单元，用于获取未来24小时预计的外部环境信息，并根据未来24小时预计的外部环境信息，计算维持食用菌生产工厂内部生产环境信息所需要的控制成本，将控制成本发送至控制成本分析单元；
所述外部环境信息为食用菌生产工厂外部且对食用菌生产环境能产生影响的环境信息；
相应的，所述控制成本分析单元，还用于对接收到的控制成本进行分析；若所述控制成本高于预设的控制成本值，则生成提前控制信号后发送至所述环境控制单元，若所述控制成本低于预设的控制成本值，则不作出反应；
所述环境控制单元，还用于根据接收到的提前控制信号，控制环境控制设备运行。
在本发明的一个实施例中，所述生产环境变更单元，在计算维持食用菌生产工厂内部生产环境信息所需要的控制成本时具体包括：
获取未来24小时内的外界温度变化和风速变化；
计算食用菌生产工厂的室内外温差；
根据风速和厂房导热系数，计算预计的环境温度的热量流失量或热量增加量；
根据热量流失量或热量增加量计算抵消该热量流失量或热量增加量所需要的成本，即为控制成本。
在本发明的一个实施例中，所述环境控制单元根据接收到的提前控制信号，控制环境控制设备运行具体包括：
接收到提前控制信号后，当未来24小时处于热量流失状态时，在谷段用水电时间提前将环境温度提高，其提高上限不超过生产环境范围中的上限值；当未来24小时处于热量增加状态时，在谷段用水电时间提前将环境温度下降，其下降下限不低于生产环境范围中的下限值，从而降低食用菌生产过程中的生产环境调节成本。
在本发明的另一个实施例中，本发明还提供了一种食用菌工厂化生产环境控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：在食用菌生产环境中设置多个传感器进行生产环境信息的采集，根据采集到的信息进行数据模拟，构建生产环境信息模型，其中生产环境信息模型包括温度分布模型、湿度分布模型；
步骤二：将生产环境信息模型与预设的标准信息化模型对比，并根据对比结果生成能够对生产环境信息进行调整的环境控制信号；
步骤三：根据环境控制信号对环境控制成本进行分析，若控制成本在预设范围内，则直接对生产环境进行控制，若控制成本在预设范围外，则生成警报。
所述方法还进一步包括：
步骤四：对外部环境进行获取，并根据外部环境的变化与生产环境会出现的变化核算控制成本，若控制成本高于预设的值，则在水电价格低谷期提前对生产环境进行控制，降低成本。
在本实施例中，所述方法涉及到的具体操作在系统的功能介绍中已进行阐述，此处不再赘述。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.食用菌工厂化生产环境控制系统，其特征在于，包括环境检测单元、环境中控平台、环境控制单元和控制成本分析单元；
所述环境检测单元，用于获取到食用菌生产工厂内部的生产环境信息，构建生产环境信息模型，并将生产环境信息模型发送至环境中控平台；所述生产环境信息包括环境温度、环境湿度、基质温度和基质湿度；
所述环境中控平台，用于接收生产环境信息模型，并将所述生产环境信息模型与预设的标准信息化模型进行对比，将对比结果发送至环境控制单元；
所述环境控制单元，用于接收对比结果，并根据所述对比结果生成相应的环境控制信号后发送至控制成本分析单元；还用于接收评估结果，并根据所述评估结果控制环境控制设备是否运行；
所述控制成本分析单元，用于根据所述环境控制信号对环境控制成本进行计算并评估，并将评估结果发送至环境控制单元；
所述环境中控平台在将所述生产环境信息模型与预设的标准信息化模型进行对比，并将对比结果发送至环境控制单元时，具体包括：
在所述生产环境信息模型和预设的标准信息化模型中分别设置多个相同的对比点位；
将生产环境信息模型以及预设的标准信息化模型中相同位置的对比点位进行环境信息差值计算；
将所述环境信息差值计算的结果与预设的生产环境范围差值进行对比：若所述环境信息差值计算的结果大于预设的生产环境范围差值，则将该对比点记录为异常对比点；若所述环境信息差值计算的结果小于等于预设的生产环境范围差值，则将该对比点记录为正常对比点；
统计生产环境信息模型中的正常对比点和异常对比点，并将异常对比点在所有对比点中所占的比例记录为异常比例：若异常比例为零，则对比结果为生成环境正常信号；若异常比例小于预设的异常比例阈值，则对比结果为生成环境低危信号；若异常比例大于等于预设的异常比例阈值，则对比结果为生成环境高危信号；
将所述环境正常信号、环境低危信号和环境高危信号发送至环境控制单元；
其中，所述环境控制单元，用于根据对比结果生成相应的环境控制信号；具体包括：
当接收到环境正常信号时，不处理；
当接收到环境低危信号时，生成环境低危提醒，并将所述环境低危提醒发送至管理设备；同时，针对每一个被标记为异常对比点的对比点，选取距离该对比点位置最近的环境控制设备，将该环境控制设备记录为可用设备，并将该异常对比点进行生产环境信息调节所需的运行参数生成环境控制信号；
当接收到环境高危信号时，生成环境高危提醒，并将所述环境高危提醒发送至管理设备；同时，将所有环境控制设备记录为可用设备，并将该异常对比点进行生产环境信息调节所需要的运行参数生成环境控制信号。
2.根据权利要求1所述的食用菌工厂化生产环境控制系统，其特征在于，所述环境检测单元通过多个点位设置的温湿度传感器对所述生产环境信息进行采集；
所述环境检测单元在构建生产环境信息模型时，具体包括：
根据采集到的生产环境信息以及采集该生产环境信息的传感器位置，建立三维立体模型；
在三维立体模型中，创建各采集点指向其他采集点的三维向量；
计算该采集点三维向量上任一点的生产环境信息，获得所述三维立体模型中所有点的生产环境信息；
完成生产环境信息模型的构建，所述生产环境信息模型包括温度分布模型和湿度分布模型。
3.根据权利要求2所述的食用菌工厂化生产环境控制系统，其特征在于，所述环境检测单元在构建生产环境信息模型时，所述计算该采集点三维向量上任一点的生产环境信息的计算方式如下：
在三维立体模型中选取两个采集点，将所述两个采集点进行连线；
计算所述两个采集点在生产环境信息模型中的直线距离以及所述两个采集点的生产环境信息差值；
将所述两个采集点的生产环境信息差值均匀的分配至所述两个采集点在生产环境信息模型中的直线距离上；
针对该连线上的任一点，计算该点距离任一连线端点的距离，并根据该距离获取所分配的生产环境信息差值；
将连线端点处采集点的生产环境信息减去所分配生产环境信息差值，即为该点的生产环境信息。
4.根据权利要求1所述的食用菌工厂化生产环境控制系统，其特征在于，所述控制成本分析单元，进一步用于：
获取可用设备的当前运行参数；
对环境控制信号中所需要的运行参数与所述可用设备的当前运行参数进行对比，计算调节运行成本，并将所述调节运行成本与预设的成本阈值进行对比：
若调节运行成本小于成本阈值，则评估结果为成本达标，生成成本达标信号，并将所述成本达标信号发送至所述环境控制单元；
所述环境控制单元收到成本达标信号后
若调节运行成本大于成本阈值，则评估结果为成本不达标，生成成本不达标信号，并将所述成本不达标信号发送至所述环境控制单元。
5.根据权利要求4所述的食用菌工厂化生产环境控制系统，其特征在于，所述环境控制单元，在根据所述评估结果控制环境控制设备是否工作时具体包括：
当接收到成本达标信号时，驱动环境控制设备对生产环境信息进行调节；
当接收到成本不达标信号时，生成环境异常警报，并将所述环境异常警报发送至管理设备，所述管理设备对环境控制信号进行手动确认后对环境控制信号进行执行。
6.根据权利要求1所述的食用菌工厂化生产环境控制系统，其特征在于，所述食用菌工厂化生产环境控制系统还包括生产环境变更单元；
所述生产环境变更单元，用于获取未来24小时预计的外部环境信息，并根据未来24小时预计的外部环境信息，计算维持食用菌生产工厂内部生产环境信息所需要的控制成本，将控制成本发送至控制成本分析单元；
所述外部环境信息为食用菌生产工厂外部且对食用菌生产环境能产生影响的环境信息；
相应的，所述控制成本分析单元，还用于对接收到的控制成本进行分析；若所述控制成本高于预设的控制成本值，则生成提前控制信号后发送至所述环境控制单元，若所述控制成本低于预设的控制成本值，则不作出反应；
所述环境控制单元，还用于根据接收到的提前控制信号，控制环境控制设备运行。
7.根据权利要求6所述的食用菌工厂化生产环境控制系统，其特征在于，
所述生产环境变更单元，在计算维持食用菌生产工厂内部生产环境信息所需要的控制成本时具体包括：
获取未来24小时内的外界温度变化和风速变化；
计算食用菌生产工厂的室内外温差；
根据风速和厂房导热系数，计算预计的环境温度的热量流失量或热量增加量；
根据热量流失量或热量增加量计算抵消该热量流失量或热量增加量所需要的成本，即为控制成本。
8.根据权利要求7所述的食用菌工厂化生产环境控制系统，其特征在于，
所述环境控制单元根据接收到的提前控制信号，控制环境控制设备运行具体包括：
接收到提前控制信号后，当未来24小时处于热量流失状态时，在谷段用水电时间提前将环境温度提高，其提高上限不超过生产环境范围中的上限值；当未来24小时处于热量增加状态时，在谷段用水电时间提前将环境温度下降，其下降下限不低于生产环境范围中的下限值。
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