CN208210963U - 一种自然光与人工光源联控调光温室 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自然光与人工光源联控调光温室，包括温室本体，温室本体内设有栽培床、光照度传感器、补光装置、电动百叶遮光机构、供电电源以及用于分别设置遮光阈值和补光阈值、根据遮光阈值控制电动百叶遮光机构并根据补光阈值控制补光装置的调光处理器，补光装置包括相连接的补光灯和继电器，调光处理器分别连接光照度传感器、电动百叶遮光机构和继电器，供电电源分别连接调光处理器、光照度传感器、电动百叶遮光机构和继电器。与现有技术相比，本实用新型通过对自然光和人工光源进行联动控制达到光能实时调控，达到充分利用的效果，提高光合作用效率，节约人工光源的能耗。

Description

一种自然光与人工光源联控调光温室

技术领域

本实用新型涉及一种温室，尤其是涉及一种自然光与人工光源联控调光温室。

背景技术

普通温室一般由透光材料包围而成，为适应阴生植物生长，通常在温室外部或内部加装拉幕式遮光网（布），以降低阳光透过率。为延长夜间的光照时间通常在栽培床上部加装补光灯具，以达到延长光合作用时间的效果。根据以上特点的温室，对光的控制一般有两种方式，一种是通过调节不同透光度的遮光网开合程度进行遮光，而另一种则是采用人工光源进行补光。通常两套系统独立运行，无法根据所种植植物的需光特性进行即时而准确的调控，当两套系统同时运作时，若自然光已超过植物光合作用的光饱和点，不仅会引起植物的光合午休，而且人工光源也会浪费能源。近年来，已开始出现许多智能温室，在对温、湿、气进行调节的同时，也开发出了许多自动化或半自动化的温室调光系统。比如，专利号为ZL201620487556.2的实用新型就公开了一种户外智能温室大棚，采用水平方向补光灯及水平方向拉幕式遮光网，将补光灯置于遮光网之上组成光强控制系统。该方式明显不利自然光利用，且补光灯与遮光网只设全开或全关控制，不能实时根据光照强度变化进行调节。又如申请号为201510210857.0的发明公开了一种光强自适应调节的智能温室系统，采用电动遮光布、照明单元和亮度调节单元来调节温室内光照强度。其电动遮光布与拉幕式遮光网类似，利用开合面积大小调节透光度，会造成温室内光强不均匀；照明模块只能设置一个期望值，不能同时照顾到植物光合作用的光饱和点和光补偿点。又如专利号为201520528402.9的实用新型同样公开了一种只能设置一个光强度预设值的智能温室调节系统。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自然光与人工光源联控调光温室，使温室中的植物一直维持在最佳的光合作用状态，以提高光合作用效率；在可利用自然光时尽量利用太阳能，节约人工光源的能耗，通过对自然光和人工光源进行联动控制达到光能实时调控，达到充分利用的效果。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自然光与人工光源联控调光温室，包括温室本体，所述温室本体内设有栽培床、光照度传感器、补光装置、电动百叶遮光机构、供电电源以及用于分别设置遮光阈值和补光阈值、根据遮光阈值控制电动百叶遮光机构并根据补光阈值控制补光装置的调光处理器，所述补光装置包括相连接的补光灯和继电器，所述调光处理器分别连接光照度传感器、电动百叶遮光机构和继电器，所述供电电源分别连接调光处理器、光照度传感器、电动百叶遮光机构和继电器，所述电动百叶遮光机构架设在温室本体的顶部，所述光照度传感器设于栽培床上，所述补光灯设于栽培床的一侧并朝向栽培床设置。

调光处理器内设置的遮光阈值和补光阈值取值均在0至光照度传感器的最大测量值之间。

所述调光处理器连接有GSM通信器，所述GSM通信器与远程终端无线连接。

所述电动百叶遮光机构包括叶片转轴、遮光叶片、从动链轮、转动电机、主动链轮和链条，所述叶片转轴为多个，多个叶片转轴通过叶片框架平行架设在温室本体的顶部，每个叶片转轴上设置一遮光叶片，每个叶片转轴的端部设置一从动链轮，所述转动电机设于叶片框架上，转动电机分别连接调光处理器和供电电源，所述主动链轮设于转动电机的输出轴上，所述链条套设在主动链轮和从动链轮上，转动电机通过主动链轮、链条、从动链轮带动叶片转轴转动，从而调整遮光叶片的遮光转动角度。

所述遮光叶片与叶片转轴之间的连接为可拆卸式连接。

所述调光处理器采用ARM Cortex-M4微控制器。

所述温室本体采用塑料大棚。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：可实现均匀调节自然光（阳光）进光量，调节速度比拉幕式遮光网（布）快，而且遮光率可根据不同植物需要调节，系统通过调光处理器可设置出最低和最高二个光强控制点，以满足植物对光饱和点和光补偿点的双重需要，通过互联网实现对温室光控系统的远程参数设置、调节及监控，联动控制电动百叶遮光机构与补光装置，更高效利用自然光与人工光源。

附图说明

图1为自然光与人工光源联控调光温室的结构示意图；

图2为自然光与人工光源联控调光温室内部电路连接框图；

图3为电动百叶遮光机构的示意图。

图中，1、温室本体，2、栽培床，3、光照度传感器，4、补光装置，41、补光灯，42、继电器，5、电动百叶遮光机构，51、叶片转轴，52、遮光叶片，53、从动链轮，54、转动电机，55、主动链轮，56、链条，57、叶片框架，6、供电电源，7、调光处理器，8、GSM通信器，9、远程终端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，一种自然光与人工光源联控调光温室，包括温室本体1，温室本体1内设有栽培床2、光照度传感器3、补光装置4、电动百叶遮光机构5、供电电源6以及用于分别设置遮光阈值和补光阈值、根据遮光阈值控制电动百叶遮光机构5并根据补光阈值控制补光装置4的调光处理器7，补光装置4包括补光灯41和继电器42，补光灯41的电源端连接继电器42的输出端，调光处理器7分别连接光照度传感器3、电动百叶遮光机构5和继电器42的控制端，调光处理器7还连接有GSM通信器8，GSM通信器8与远程终端9无线连接，供电电源6分别连接调光处理器7的供电端、光照度传感器3的供电端、电动百叶遮光机构5的供电端、继电器42的输入端和GSM通信器8的供电端，供电电源6为其他模块进行供电，旋转式电动百叶遮光机构5架设在温室本体1的顶部，光照度传感器3设于栽培床2上，补光灯41设于栽培床2的一侧并朝向栽培床2设置。可以达到两个效果，第一是使温室中的植物一直维持在最佳的光合作用状态，以提高光合作用效率；第二是在可利用自然光时尽量利用太阳能，节约人工光源的能耗，通过对自然光和人工光源进行联动控制达到光能实时调控，达到充分利用的效果。图2中实线表示有线连接，虚线表示无线连接，点画线表示电力传输线路。

如图3所示，电动百叶遮光机构5采用旋转式驱动结构，包括叶片转轴51、遮光叶片52、从动链轮53、转动电机54、主动链轮55和链条56，叶片转轴51为多个，多个叶片转轴51通过叶片框架57平行架设在温室本体1的顶部，每个叶片转轴51上设置一遮光叶片52，每个叶片转轴51的端部设置一从动链轮53，转动电机54设于叶片框架57上，转动电机54经电机控制器连接调光处理器7，供电电源6连接转动电机54的供电端，主动链轮55设于转动电机54的输出轴上，链条56套设在主动链轮55和从动链轮53上，转动电机54通过主动链轮55、链条56、从动链轮53带动叶片转轴51转动，从而调整遮光叶片52的遮光转动角度。

遮光叶片52与叶片转轴51之间的连接为可拆卸式连接，即遮光叶片52可从叶片转轴51上自由拆装，以实现对透光率的大幅度调整，如每间隔一片拆下一片遮光叶片52，可提高一定透光率，在此基础上再每间隔一片折下一片遮光叶片52，又提高一定透光率，以此类推。遮光叶片52可分角度分段正反向转动，最大转动角度90度，经调光处理器7预设控制，可对透光率进行分级微调，如每转动10度设为一级，则可分9级进行微调，通过遮光叶片52角度变化形成不同透光效果。

电动百叶遮光结构还可以采用其他类似结构，例如由管状电机、传动机构、叶片托架和可拆装遮光叶片52组成等，并由调光处理器7控制叶片的转动角度。

沿栽培床2的高度方向安装的补光装置4由补光灯41、继电器42组成，并由调光处理器7控制其开、闭状态。这样的安装方式可避免补光灯41遮挡自然光线照射到栽培床2上而引起的自然光资源浪费。继电器42由调光处理器7发出的指令进行控制。补光灯41作为人工光源，可采用LED灯、白炽灯、金属卤素灯或普通日光灯等人工补光灯具。单位面积栽培床2安装多少功率的灯具可根据不同作物的最佳适宜光照强度，经试验与计算后确定。

光照度传感器3对温室内光照强度数据进行实时采集，并将数据送往调光处理器7，调光处理器7将温室内光照强度与遮光阈值和补光阈值对比后发出调控指令，启动转动电机54调节遮光叶片52的角度，控制自然光进光量，或利用继电器42的开、关状态来控制补光灯41的开、关状态，以调节补光强度。远程终端9通过GSM网络与GSM通信器8无线通信，调光处理器7利用GSM通信器8与远程终端9进行数据传输，实现在远程终端9（例如电脑）对调光处理器7进行参数设置及实时监测，即遮光阈值和补光阈值可经无线网络从用户的远程终端9进行预设置，并在电脑终端显示各项参数。

依据上述内容，提供一种实际应用方案如下：

以塑料大棚作为温室本体1，内置铝合金旋转式电动百叶遮光机构5作为内遮阳机构。电动百叶遮光机构5采用220V管状电机提供旋转动力，通过叶片转轴51带动遮光叶片52做0至90度旋转。遮光叶片52采用铝合金材质，厚度0.26mm，叶片宽度88mm，叶片厚度应尽可能小，以减少因材料厚度造成的透光效果损失。管状电机与调光处理器7连接，将遮光叶片52的旋转角度分为5档，对透光率进行调节。

补光灯41采用LED白色聚光灯，每盏50w，可提供光通量4000lm。温室本体1内设宽度为1米的栽培床2，沿栽培床2高度方向0.8至1.2米间（此高度可根据实际种植的作物叶面高度进行调整），每平方米面积安装5盏补光灯41。LED灯具为方形，照射角度可以转动，使光线聚光于植物叶片之上。调光处理器7将补光灯41的光照强度分5档调节，分别经过5个继电器42与调光处理器7相连。

调光处理器7可采用ARM Cortex-M4微控制器，其主机子模块CPU为180MHz，可预设遮光阈值和补光阈值，并可通过远程终端9经GSM网络进行参数设置与监控。遮光阈值和补光阈值分别可在0至200000Lx 之间预设与调整。依据光照度传感器3的实时测量结果对遮光叶片52的转动角度和补光灯41的开、关进行调整。供电电源6可采用市电、太阳能电池板或蓄电池箱。光照度传感器可采用KM21B61，最大测定值200000Lx。

作物当实际光照强度大于光合作用光饱和点时，会产生“光合午休”现象，光合效率反而降低；当实际光照强度低于光合作用光补偿点时，则呼吸作用大于光合作用，不能有效累积光合产物，不利于作物生长发育。本方案可为温室预设遮光阈值（最高值）和补光阈值（最低值），并将遮光阈值设为作物的光合作用光饱和点（一般在30000至60000Lx之间），而将补光阈值设于作物的光合作用光补偿点（一般在2000至5000Lx之间）。当自然光的光照强度高于遮光阈值时，则分级关闭遮光叶片52减少进光量，使光照强度维持于光饱和点之下；当自然光光照强度低于补光阈值时，分级打开遮光叶片52增加进光量，当进光量达到最大值仍达不到光补偿点时，则分级打开补光灯41，提高光照强度，将温室内光照强度维持于光补偿点之上。通过本装置，使温室内光照强度始终处于作物的光补偿点到光饱和点之间，处于最佳的光合作用光强度范围之内，以提高光合作用效率。根据人工光源的补光能力也可将补光阈值尽量设置于近光饱和点，使植物的光合作用效率尽量达到最强。

Claims (7)

1.一种自然光与人工光源联控调光温室，包括温室本体（1），其特征在于，所述温室本体（1）内设有栽培床（2）、光照度传感器（3）、补光装置（4）、电动百叶遮光机构（5）、供电电源（6）以及用于分别设置遮光阈值和补光阈值、根据遮光阈值控制电动百叶遮光机构（5）并根据补光阈值控制补光装置（4）的调光处理器（7），所述补光装置（4）包括相连接的补光灯（41）和继电器（42），所述调光处理器（7）分别连接光照度传感器（3）、电动百叶遮光机构（5）和继电器（42），所述供电电源（6）分别连接调光处理器（7）、光照度传感器（3）、电动百叶遮光机构（5）和继电器（42），所述电动百叶遮光机构（5）架设在温室本体（1）的顶部，所述光照度传感器（3）设于栽培床（2）上，所述补光灯（41）设于栽培床（2）的一侧并朝向栽培床（2）设置。

2.根据权利要求1所述的一种自然光与人工光源联控调光温室，其特征在于，调光处理器（7）内设置的遮光阈值和补光阈值取值均在0至光照度传感器（3）的最大测量值之间。

3.根据权利要求1所述的一种自然光与人工光源联控调光温室，其特征在于，所述调光处理器（7）连接有GSM通信器（8），所述GSM通信器（8）与远程终端（9）无线连接。

4.根据权利要求1所述的一种自然光与人工光源联控调光温室，其特征在于，所述电动百叶遮光机构（5）包括叶片转轴（51）、遮光叶片（52）、从动链轮（53）、转动电机（54）、主动链轮（55）和链条（56），所述叶片转轴（51）为多个，多个叶片转轴（51）通过叶片框架（57）平行架设在温室本体（1）的顶部，每个叶片转轴（51）上设置一遮光叶片（52），每个叶片转轴（51）的端部设置一从动链轮（53），所述转动电机（54）设于叶片框架（57）上，转动电机（54）分别连接调光处理器（7）和供电电源（6），所述主动链轮（55）设于转动电机（54）的输出轴上，所述链条（56）套设在主动链轮（55）和从动链轮（53）上，所述转动电机（54）通过主动链轮（55）、链条（56）、从动链轮（53）带动叶片转轴（51）转动，从而调整遮光叶片（52）的遮光转动角度。

5.根据权利要求4所述的一种自然光与人工光源联控调光温室，其特征在于，所述遮光叶片（52）与叶片转轴（51）之间的连接为可拆卸式连接。

6.根据权利要求1所述的一种自然光与人工光源联控调光温室，其特征在于，所述调光处理器采用ARM Cortex-M4微控制器。

7.根据权利要求1所述的一种自然光与人工光源联控调光温室，其特征在于，所述温室本体（1）采用塑料大棚。