CN117420861B - 一种华南型无源设施大棚自适应控温方法 - Google Patents

一种华南型无源设施大棚自适应控温方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,包括设施大棚,设施大棚内设置有风机、植物气孔导度测量装置以及控制系统,通过在设施大棚内设置温度传感器,然后通过控制系统判断温度是否大于阈值,进而驱动风机进行运转,测量植物气孔导度,并将控制系统中的温度代入预设的植物气孔导度与温度的函数关系中计算得到理论植物气孔导度,通过对比,从而使得控制系统再次控制风机进行运转,进一步降低设施大棚内的温度;该方法能够测量植物的气孔导度进而调整大棚温度,从而能根据植物目前的气孔大小实现对温室大棚的实时控制。

Description

一种华南型无源设施大棚自适应控温方法
技术领域
本发明涉及农业设施技术领域,具体涉及一种华南型无源设施大棚自适应控温方法。
背景技术
随着现代农业技术的不断提升,农业现代化水平在不断提高,随着农业生产的发展,大棚的应用越加广泛,成为栽培不同农作物的设施,能在不适宜农作物生长的季节中如常培养农作物,如中国专利申请号为202111036125.6,公布日为2021.11.16的专利文献,其公开了一种可适应气候环境变化的可调农业温室大棚,包括主钢管,主钢管两两对称设置有多组,且每组主钢管等间距分布设置,每组两个主钢管的顶部均设有顶钢管,顶钢管的顶部设有管架,管架呈三角型结构设置,管架和主钢管的外表面上均铺设有大棚膜,顶钢管的底部通过连接机构设有往复机构,往复机构的底部设有调温机构,往复机构相对两侧的下端设有光照机构。
该文献中的方法是,通过设置在温室大棚内的喷淋机构、调温机构和光照机构调控温室大棚内部环境的种植湿度、温度和光照强度,降低环境变化对温室大棚种植的影响、干扰,从而促进温室大棚植物的种植生长;但是在不适宜值物生长的时间段时,上述文献中无法根据大棚内植物在呼吸作用时通过叶子的气孔开合状态及时且准确调整大棚内的温度,而舒适的温度对于植物的生长显得尤为重要,而对于不同的植物其需要的舒适温度不同,且仅仅按照常规的温度和光照强度进行调整,比如虽然给予植物适应的温度,但是由于植物的气孔导度存在区别,从而使得该温度并不能使得植物的气孔完全被打开,进而植物不能完全吸收外界光照强度,从而无法确保植物正常生长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,能够测量植物的气孔导度进而调整大棚温度,从而能根据植物目前的气孔大小实现对温室大棚的实时控制。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,包括设施大棚,设施大棚内设置有风机、植物气孔导度测量装置以及控制系统;
还包括以下步骤:
(1)预设设施大棚内的温度阈值,植物气孔导度与温度的函数关系;
(2)通过安装在设施大棚内的温度传感器检测当前温度并传送至控制系统,然后通过控制系统判断温度是否大于预设设施大棚内温度阈值,若当前温度大于预设设施大棚内温度阈值,控制系统驱动风机运转降低设施大棚内的温度,否则进入步骤(3);
(3)通过植物气孔导度测量装置随机对设施大棚内的植物进行气孔导度测量,然后将植物气孔导度的数据h(T1)传送至控制系统;
(4)在控制系统中,将步骤(2)中检测得到的温度代入步骤(1)中预设的植物气孔导度与温度的函数关系得到理论植物气孔导度h(T),然后将理论植物气孔导度h(T)与步骤(3)中的测量植物气孔导度h(T1)进行对比,若理论植物气孔导度h(T)小于测量植物气孔导度h(T1),通过控制系统控制风机运转降低设施大棚内的温度。
以上设置,通过在设施大棚内设置温度传感器,便于检测设施大棚内的温度并传送至控制系统,然后通过控制系统判断温度是否大于预设设施大棚内温度阈值,进而能够驱动风机进行运转,从而实现设施大棚内的温度下降;通过测量植物气孔导度,并将控制系统中的检测当前温度代入预设的植物气孔导度与温度的函数关系中计算得到理论植物气孔导度,通过对比,从而使得控制系统再次控制风机进行运转,进一步降低设施大棚内的温度,直到设施大棚内的温度与植物气孔导度符合步骤(1)中预设函数关系,这样能实现根据植物实时气孔导度控制大棚内温度,从而大棚温度跟植物吸收成分的植物气孔导度密切相关,从而防止植物在当前温度下植物气孔导度不满足要求从而盲目调整温度导致植物无法满足正常需求的情况发生。
进一步的,所述步骤(1)中预设的植物气孔导度与温度的函数关系设置为:
其中h(T)是植物气孔导度,Tn是植物气孔调节功能发挥作用的最低温度,Tx植物气孔调节功能发挥作用的最高温度,T0植物气孔调节功能发挥作用的最适温度,T是设施大棚内的温度。
以上设置,使得将发挥作用的最高温度与最适温度之间差值与最高温度与最低温度之间差值之间的比值作为指数,确保设施大棚内温度跟随指数变化得到植物气孔的导度,确保设施大棚内的温度是在最高温度和最低温度之间波动,这样能够通过检测设施大棚内的温度计算得到该温度下对应的理论植物气孔导度,进而便于与实际测量得到的植物气孔导度进行对比,从而可以根据两者的差值确定设施大棚内的温度是否为植物生长的最适温度。
进一步的,所述步骤(2)中还包括以下步骤:
(2.1)若设施大棚内的温度大于预设设施大棚内温度阈值,控制系统驱动设施大棚的上排风机满功率运转,同时驱动设施大棚的下排风机半功率运转,间隔时间t后,反过来控制系统驱动设施大棚的上排风机半功率运转,而下排风机则是满功率运转,然后进入步骤(2);
(2.2)若设施大棚内的温度小于或等于预设设施大棚内温度阈值,则进入步骤(3)。
以上设置,通过驱动上排风机满功率运转,同时驱动下排风机半功率运转,并在间隔一段时间后,反过来驱动上排风机半功率运转,而下排风机则是满功率运转,这样能够在排风过程中防止设施大棚内出现扰流的现象,同时提高温室内部的温湿度均匀性并降低温室内部热负荷;另外通过温度传感器检测设施大棚内的温度并判断温度是否大于预设阈值,进而能够通过控制系统控制风机排出设施大棚内的温度。
进一步的,所述植物气孔导度测量装置包括植物气孔计和电动夹头,电动夹头的一端夹持在植物的叶片上,电动夹头的另一端连接在植物气孔计上,植物气孔计与控制系统通讯连接,所述步骤(3)中还包括以下内容:
随机选取设施大棚内的植物,将电动夹头的一端夹持在植物的叶片上,将电动夹头的另一端连接在植物气孔计上,然后对植物进行气孔导度测量,待测量完成后松开夹头。
以上设置,这样能够随机测量设施大棚内植物,进而得到植物气孔导度,同时在测量完成后及时松开夹头,防止长时间夹持而使得植物叶片受到伤害。
进一步的,所述步骤(4)中还包括以下步骤:
(4.1)若h(T1)大于h(T),则控制系统控制风机运转进一步降低设施大棚内的温度,然后进入步骤(2),直到设施大棚内的当前温度与植物气孔导度符合步骤(1)中预设植物气孔导度与温度的函数关系,控制系统控制风机停止运转;
(4.1)若h(T1)小于或等于h(T),控制系统直接控制风机停止运转。
以上设置,这样便于通过植物气孔导度的比较,进而通过控制系统控制风机运转,实现设施大棚内温度调整,从而使得设施大棚内的温度处于植物生长的最适温度。
进一步的,所述风机包括上排风机和下排风机,上排风机和下排风机均设置在设施大棚的一端。
以上设置,这样能够通过控制系统控制上下两排风机以不同的功率进行运转,从而达到降低设施大棚内温度的目的。
进一步的,所述设施大棚的进风口上还设置有除湿装置,所述除湿装置包括幕墙、电热丝以及除湿介质,设施大棚的另一端设有湿帘,幕墙设置在湿帘的外侧,除湿介质设置在幕墙的前方,电热丝设置在幕墙和除湿介质之间,控制系统与电热丝连接。
以上设置,能够使得外界空气在进入设施大棚前,先经过除湿装置进行除湿,从而降低空气的水蒸气含量,进而提高湿帘对外界空气的降温能力。
进一步的,在除湿介质上设有湿度传感器,在湿度传感器检测到除湿介质的含水率大于15%时,控制系统控制电热丝开始加热。
以上设置,通过湿度传感器实时检测除湿介质的含水量从而确保除湿介质的含水量不会太大从而影响除湿介质的除湿效果。
附图说明
图1为本发明的总体框架图。
图2为本发明中设施大棚的结构示意图。
图3为本发明中设施大棚另一视角的结构示意图。
图4为本发明中设施大棚侧视图。
图5为图4中C-C处剖视图。
图6为本发明中植物气孔导度测量装置测量植物气孔导度的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1-6所示,一种华南型无源设施大棚及其自适应控温方法,设施大棚1包括风机、除湿装置、植物气孔导度测量装置以及控制系统;在本实施例中,设施大棚1的一端设置为出风口,设施大棚1的另一端设置为进风口,设施大棚1的顶部设有太阳能板11,风机包括上排风机21和下排风机22,上排风机21和下排风机22均设置在出风口处,上排风机21设置为3个,下排风机22设置为2个,进风口处设有湿帘3;所述除湿装置包括幕墙4、电热丝5以及除湿介质6,除湿介质6设置为干燥剂,幕墙4设置在湿帘3的外侧,除湿介质6设置在幕墙4的前方,电热丝5设置在幕墙4和除湿介质6之间;所述植物气孔导度测量装置包括植物气孔计7和电动夹头8,电动夹头8的一端夹持在植物的叶片上,电动夹头8的另一端连接在植物气孔计7上;控制系统分别与植物气孔计7、电热丝5以及风机连接,太阳能板11分别与控制系统、电热丝5以及风机连接;在本实施例中,在除湿介质6上设有湿度传感器,在湿度传感器检测到除湿介质6的含水率大于15%时,控制系统控制电热丝5开始加热,进而将除湿介质6中的水分蒸发。本实施例中,植物气孔导度测量装置结构以及测量原理为现有技术,在此不再累述,控制系统的工作原理为现有技术在此不再累述,植物气孔开度是指植物叶片表皮上的气孔打开的大小和数量。
工作方法还包括以下具体步骤:
(1)预设设施大棚1内的温度阈值、植物气孔导度与温度的函数关系,在本实施例中,植物气孔导度与温度的函数关系设置为:
其中h(T)是植物气孔导度,Tn是植物气孔调节功能发挥作用的最低温度,Tx植物气孔调节功能发挥作用的最高温度,T0植物气孔调节功能发挥作用的最适温度,T是设施大棚内的温度,这样便能够通过温度计算得到该温度下对应的理论植物气孔导度,其中Tn是植物气孔调节功能发挥作用的最低温度,Tx植物气孔调节功能发挥作用的最高温度,T0植物气孔调节功能发挥作用的最适温度是按照不同植物预先设置好的,若当前植物类型确定即可确定出来。
(2)通过安装在设施大棚1内的温度传感器(图中未标出)检测温度并传送至控制系统,然后通过控制系统判断温度是否大于阈值,在本实施例中,阈值设置为40°。
(2.1)若设施大棚内1的温度大于40°,控制系统驱动设施大棚1的上排风机21满功率运转,同时驱动设施大棚1的下排风机22半功率运转,间隔时间t后,反过来控制系统驱动设施大棚1的上排风机21半功率运转,而下排风机22则是满功率运转,然后进入步骤(2);
(2.2)若设施大棚内1的温度小于或等于40°,则进入步骤(3)。
(3)随机选取设施大棚内1的植物,将电动夹头8的一端夹持在植物的叶片上,将电动夹头8的另一端连接在植物气孔计7上,然后对植物进行气孔导度测量,待测量完成后松开电动夹头8,然后将植物气孔导度的数据h(T1)传送至控制系统。
(4)在控制系统中,将步骤(2)中检测得到的温度代入步骤(1)中预设的植物气孔导度与温度的函数关系得到理论植物气孔导度h(T),然后将理论植物气孔导度h(T)与步骤(3)中的植物气孔导度h(T1)进行对比。
(4.1)若h(T1)大于h(T),则控制系统通过驱动设施大棚1的上排风机21满功率运转,下排风机22半功率运转,间隔时间t后,反过来驱动设施大棚1的上排风机21半功率运转,下排风机22满功率运转来进一步降低设施大棚1内的温度,然后进入步骤(2),直到设施大棚1内的温度与植物气孔导度符合步骤(1)中预设的植物气孔导度与温度的函数关系,控制系统控制风机停止运转。
(4.1)若h(T1)小于或等于h(T),控制系统直接控制风机停止运转。
本发明的工作原理:通过在设施大棚内设置温度传感器,便于检测设施大棚内的温度并传送至控制系统,然后通过控制系统判断温度是否大于预设设施大棚内温度阈值,进而能够驱动风机进行运转,从而实现设施大棚内的温度下降;通过测量植物气孔导度,并将控制系统中的检测当前温度代入预设的植物气孔导度与温度的函数关系中计算得到理论植物气孔导度,通过对比,从而使得控制系统再次控制风机进行运转,进一步降低设施大棚内的温度,直到设施大棚内的温度与植物气孔导度符合步骤(1)中预设函数关系,这样能实现根据植物实时气孔导度控制大盆内温度,从而大棚温度跟植物吸收成分的植物气孔导度密切相关,从而防止植物在当前温度下植物气孔导度不满足要求从而盲目调整温度导致植物无法满足正常需求的情况发生。

Claims (8)

1.一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,其特征在于:包括设施大棚,设施大棚内设置有风机、植物气孔导度测量装置以及控制系统;
还包括以下步骤:
(1)预设设施大棚内的温度阈值,植物气孔导度与温度的函数关系;
(2)通过安装在设施大棚内的温度传感器检测当前温度并传送至控制系统,然后通过控制系统判断温度是否大于预设设施大棚内温度阈值,若当前温度大于预设设施大棚内温度阈值,控制系统驱动风机运转降低设施大棚内的温度,否则进入步骤(3);
(3)通过植物气孔导度测量装置随机对设施大棚内的植物进行气孔导度测量,然后将植物气孔导度的数据h(T1)传送至控制系统;
(4)在控制系统中,将步骤(2)中检测得到的温度代入步骤(1)中预设的植物气孔导度与温度的函数关系得到理论植物气孔导度h(T),然后将理论植物气孔导度h(T)与步骤(3)中的测量植物气孔导度h(T1)进行对比,若理论植物气孔导度h(T)小于测量植物气孔导度h(T1),通过控制系统控制风机运转降低设施大棚内的温度。
2.根据权利要求1所述的一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,其特征在于:所述步骤(1)中预设的植物气孔导度与温度的函数关系设置为:
其中h(T)是植物气孔导度,Tn是植物气孔调节功能发挥作用的最低温度,Tx植物气孔调节功能发挥作用的最高温度,T0植物气孔调节功能发挥作用的最适温度,T是设施大棚内的温度。
3.根据权利要求1所述的一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,其特征在于:所述步骤(2)中还包括以下步骤:
(2.1)若设施大棚内的温度大于预设设施大棚内温度阈值,控制系统驱动设施大棚的上排风机满功率运转,同时驱动设施大棚的下排风机半功率运转,间隔时间t后,反过来控制系统驱动设施大棚的上排风机半功率运转,而下排风机则是满功率运转,然后进入步骤(2);
(2.2)若设施大棚内的温度小于或等于预设设施大棚内温度阈值,则进入步骤(3)。
4.根据权利要求1所述的一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,其特征在于:所述植物气孔导度测量装置包括植物气孔计和电动夹头,电动夹头的一端夹持在植物的叶片上,电动夹头的另一端连接在植物气孔计上,植物气孔计与控制系统通讯连接,所述步骤(3)中还包括以下内容:
随机选取设施大棚内的植物,将电动夹头的一端夹持在植物的叶片上,将电动夹头的另一端连接在植物气孔计上,然后对植物进行气孔导度测量,待测量完成后松开夹头。
5.根据权利要求1所述的一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,其特征在于:所述步骤(4)中还包括以下步骤:
(4.1)若h(T1)大于h(T),则控制系统控制风机运转进一步降低设施大棚内的温度,然后进入步骤(2),直到设施大棚内的当前温度与植物气孔导度符合步骤(1)中预设植物气孔导度与温度的函数关系,控制系统控制风机停止运转;
(4.1)若h(T1)小于或等于h(T),控制系统直接控制风机停止运转。
6.根据权利要求1所述的一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,其特征在于:所述风机包括上排风机和下排风机,上排风机和下排风机均设置在设施大棚的一端。
7.根据权利要求6所述的一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,其特征在于:所述设施大棚的进风口上还设置有除湿装置,所述除湿装置包括幕墙、电热丝以及除湿介质,设施大棚的另一端设有湿帘,幕墙设置在湿帘的外侧,除湿介质设置在幕墙的前方,电热丝设置在幕墙和除湿介质之间,控制系统与电热丝连接。
8.根据权利要求1所述的一种华南型无源设施大棚自适应控温方法,其特征在于:在除湿介质上设有湿度传感器,在湿度传感器检测到除湿介质的含水率大于15%时,控制系统控制电热丝开始加热。
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