CN206147361U - 一种闭锁栽培空间环境自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，包括闭锁空间和位于闭锁空间中的现场控制模块、温度传感模块、湿度传感模块、CO2浓度传感模块、温度调整模块、湿度调整模块、CO2浓度调整模块、光照调整模块、图像传感模块，解决传统的粗放式农业生产对生产环境的投入较少，而且投入中劳动所占的比重较大，影响农业品产量增长的主要因素是土地面积的大小和土壤自然肥力的高低，产出的产品质量也随环境影响参差不齐的问题，提供了一种不受外界环境影响的闭锁栽培空间环境自动控制系统。本实用新型的优点在于不受环境影响；人工成本低；可同时栽培多种植物。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种植物工厂控制系统，具体涉及一种闭锁栽培空间环境自动控制系统。
背景技术
农业为通过培育动植物生产食品及工业原料的产业。农业属于第一产业，研究农业的科学是农学。农业的劳动对象是有生命的动植物，获得的产品是动植物本身．我们把利用动物植物等生物的生长发育规律，通过人工培育来获得产品的各部门，统称为农业．农业是支撑国民经济建设与发展的基础产品。农业是人们利用动植物体的生活机能，把自然界的物质和能转化为人类需要的产品的生产部门。现阶段的农业分为植物栽培和动物饲养两大类。土地是农业中不可替代的在基本生产资料，劳动对象主要是有生命的动植物，生产时间与劳动时间不一致，受自然条件影响大，有明显的区域性和季节性。农业是人类衣食之源、生存之本，是一切生产的首要条件。它为国民经济其他部门提供粮食、副食品、工业原料、资金和出口物资。农村又是工业品的最大市场和劳动力的来源。21世纪是农业发展的重要阶段，生命科学和其它最新科学技术相结合，将使世界农业发生根本性的变化。随着分子生物学的发展，生物基因库的建成，遗传工程的崛起，克隆技术和生物固氮技术的广泛应用，农业的面貌将为之一新。工业化农业的发展，以投入大量物质和能量为标志，促进了生产力的大幅度提高，但也带来了能源枯竭、环境污染和生态失调等严重的社会问题。来出现的新科学技术革命中，产生了一批新的技术群，如生物工程技术、新能源技术、微电子技术、原子能技术、空间技术和海洋技术等等。这些科学技术成果正不同程度地在农业中得到应用，为解决工业化农业带来的环境、能源和生态问题，呈现了光明的前景。在发展中国家，还有8亿以上人口未达到粮食安全线，还有1.8亿的学龄前儿童营养失调，数以亿计的人们正遭受饥饿和营养不良的折磨。在落后的农业生态区，自然资源迅速恶化、人口飞速增长、贫困加剧和食品短缺的主要原因，就是缺乏农业高科技。由于“绿色革命”的巨大成功，国际农业发展研究中心已认识到通过适当调整自然资源来促进农业可持续发展的重要性和紧迫性。在当今和未来的研究中，人们将更注重自然资源的调整、种质的保护和品质的提高。
传统的粗放式农业生产对生产环境的投入较少，而且投入中劳动所占的比重较大，生产资料的投入和现代农业技术的应用不占主要地位；影响农业品产量增长的主要因素是土地面积的大小和土壤自然肥力的高低，产出的产品质量也参差不齐。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是传统的粗放式农业人工成本高、产品质量依赖外界环境，目的在于提供一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，解决传统的粗放式农业生产对生产环境的投入较少，而且投入中劳动所占的比重较大；影响农业品产量增长的主要因素是外界环境的问题。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，包括：闭锁空间，还包括位于闭锁空间中的现场控制模块、温度传感模块、湿度传感模块、CO2浓度传感模块、温度调整模块、湿度调整模块、CO2浓度调整模块、光照调整模块、图像传感模块；
现场控制模块：接收温度传感模块、湿度传感模块、CO2浓度传感模块、图像传感模块采集到的温度、湿度、CO2浓度、亮度数据，处理成控制信号发送给温度调整模块、湿度调整模块、CO2浓度调整模块、光照调整模块；
温度传感模块：采集现场的温度数据，将其发送给现场控制模块；
湿度传感模块：采集现场的湿度数据，将其发送给现场控制模块；
CO2浓度传感模块：采集现场的CO2浓度数据，将其发送给现场控制模块；
图像传感模块：采集现场的图像数据，将其发送给现场控制模块；
温度调整模块：接收现场控制模块发送的控制信号，根据信号驱动执行机构；
湿度调整模块：接收现场控制模块发送的控制信号，根据信号驱动执行机构；
CO2浓度调整模块：接收现场控制模块发送的控制信号，根据信号驱动执行机构；
光照调整模块：接收现场控制模块发送的控制信号，根据信号驱动执行机构。闭锁栽培系统将外界环境对植物的影响降至最低，一切环境因子的创造及栽培因子的监测与控制都得通过该系统进行自动控制。比如当温度传感器检测到温度过高超过限定值时，现场控制模块就会发出致冷降温指令而开启致冷系统进行环境降温，如果当温度下降低于限定值时，现场控制模块又会发出加温指令而开启加温设备进行环境加温，另外湿度的控制还有CO2浓度的控制都是一样，都是通过系统的闭环PID控制来实现环境各种因子的相对稳定性，而由于不同植物吸收的光谱不同，光照控制可采用开环控制，还可以根据季节变化等因素引入滞后-超前控制，没有这系统，植物工厂就根本无法运行，也就无法实现人工环境的最佳模拟。
所述现场控制模块还包括显示模块、处理模块和数据输入模块；
显示模块：从现场控制模块接收现场数据并将其显示出来；
处理模块：处理现场控制模块接收的信号，转化成控制信号后输出；
数据输入模块：将外部数据输入现场控制模块，提供控制参数。现场控制模块在收到各个传感模块并给各个调整模块提供控制信号时，还需要将所获取的各项参数显示出来方便工作人员查看，同时需要根据种植植物的品种不同由工作人员输入不同的控制参数，故需要处理模块、显示模块与数据输入模块。
显示模块为LED显示屏，数据输入模块为键盘或触摸屏，处理模块为工控机。现有LED显示屏成本低廉质量可靠，同时可选择LED触摸屏作为显示和数据输入模块，外接键盘可使输入更加高速有效，工控机采用DCS，DCS具有高性能、高质量、低成本、配置灵活的特点，能满足各种工业领域对过程控制和信息管理的需求。
温度传感模块、湿度传感模块、CO2浓度传感模块、图像传感模块采用带RS485接口的温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器和高清摄像头。RS485支持多节点通信，传输距离远，传输速度快，温度传感器采用辐射测温法温度传感器，分辨率高，湿度传感器采用氧化铝湿度计，CO2浓度传感器采用催化二氧化碳传感器。
温度调整模块采用至少一组空调、暖气片和风扇；湿度调整模块采用至少一组超声波雾化加湿机和空调；CO2浓度调整模块采用至少一个CO2通风管；光照调整模块采用至少一组LED补光灯。多种设备对封闭空间环境进行全方位调节，同时可采用温度分区控制，光照分区控制，根据植物种类的不同设置不同的区域温度和光谱。
所述闭锁空间采用泡沫绝热板搭建。这种材料具有良好的隔热性与避光性，能使工厂内外的能量交换最小化，内外影响最小化。
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、一种闭锁栽培空间环境自动控制系统， 采用闭锁空间，外部环境影响低。
2、一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，具有完善的控制系统，节约人工成本。
3、一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，可进行分区控制，便于在同时栽培多种植物。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型系统结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
如图1所示，一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，控制500平米的玻璃温室，用于种植玫瑰花和菠萝蜜。包括闭锁空间和位于闭锁空间中的现场控制模块、温度传感模块、湿度传感模块、CO2浓度传感模块、温度调整模块、湿度调整模块、CO2浓度调整模块、光照调整模块、图像传感模块，现场控制模块采用DCS工控机、LED触摸屏和外接键盘；温度传感模块、湿度传感模块、CO2浓度传感模块采用具有RS485接口的辐射式温度传感器、氧化铝湿度传感器、催化二氧化碳传感器，温度调整模块包括：四组风扇、暖气片、空调；湿度调整模块包括：两组空调、超声波雾化加湿机；CO2浓度调整模块包括：CO2通风管；光照调整模块包括：两组LED补光灯；玫瑰区温室温度控制在18-24℃，温度传感器检测到的温度超过22℃时，工控机发出控制指令，驱动冷气设备和风扇，如果当温度下降低于20℃时，工控机又会发出加温指令驱动暖气设备和风扇；菠萝蜜区温室湿度控制在80-90%，温室温度控制在22-30℃，温度传感器检测到的温度超过30℃时，工控机发出控制指令，驱动冷气设备和风扇，如果当温度下降低于24℃时，工控机又会发出加温指令驱动暖气设备和风扇，温室温度、湿度、CO2浓度皆采用闭环PID控制，光照为开环控制，提前预设玫瑰所需光谱与菠萝蜜所需光谱。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，包括：闭锁空间，其特征在于，还包括位于闭锁空间中的现场控制模块、温度传感模块、湿度传感模块、CO2浓度传感模块、温度调整模块、湿度调整模块、CO2浓度调整模块、光照调整模块、图像传感模块；
现场控制模块：接收温度传感模块、湿度传感模块、CO2浓度传感模块、图像传感模块采集到的温度、湿度、CO2浓度、亮度数据，处理成控制信号发送给温度调整模块、湿度调整模块、CO2浓度调整模块、光照调整模块；
温度传感模块：采集现场的温度数据，将其发送给现场控制模块；
湿度传感模块：采集现场的湿度数据，将其发送给现场控制模块；
CO2浓度传感模块：采集现场的CO2浓度数据，将其发送给现场控制模块；
图像传感模块：采集现场的图像数据，将其发送给现场控制模块；
温度调整模块：接收现场控制模块发送的控制信号，根据信号驱动执行机构；
湿度调整模块：接收现场控制模块发送的控制信号，根据信号驱动执行机构；
CO2浓度调整模块：接收现场控制模块发送的控制信号，根据信号驱动执行机构；
光照调整模块：接收现场控制模块发送的控制信号，根据信号驱动执行机构；
所述现场控制模块还包括显示模块、处理模块和数据输入模块；
显示模块：从现场控制模块接收现场数据并将其显示出来；
处理模块：处理现场控制模块接收的信号，转化成控制信号后输出；
数据输入模块：将外部数据输入现场控制模块，提供控制参数。
2.根据权利要求1所述的一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，其特征在于，显示模块为LED显示屏，数据输入模块为键盘或触摸屏，处理模块为工控机。
3.根据权利要求1所述的一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，其特征在于，温度传感模块、湿度传感模块、CO2浓度传感模块、图像传感模块采用带RS485接口的温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器和高清摄像头。
4.根据权利要求1所述的一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，其特征在于，温度调整模块采用至少一组空调、暖气片和风扇；湿度调整模块采用至少一组超声波雾化加湿机和空调；CO2浓度调整模块采用至少一个CO2通风管；光照调整模块采用至少一组LED补光灯。
5.根据权利要求1所述的一种闭锁栽培空间环境自动控制系统，其特征在于，所述闭锁空间采用泡沫绝热板搭建。
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Cited By (2)
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| CN106125800A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-11-16 | 四川省卡亿电子商务有限公司 | 一种闭锁空间模拟人工环境自动栽培系统 |
| CN114740712A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-07-12 | 百倍云(浙江)物联科技有限公司 | 一种面向碳中和的温室二氧化碳净吸收调控方法 |
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| CN114740712B (zh) * | 2021-12-21 | 2023-10-17 | 百倍云(浙江)物联科技有限公司 | 一种面向碳中和的温室二氧化碳净吸收调控方法 |
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