一种日光温室环境调控方法及智能调控器与流程

本发明涉及日光温室环境控制技术领域，具体为一种日光温室环境调控方法及智能调控器。

背景技术

日光温室是我国劳动人民智慧的结晶，全世界唯一一种不需要消耗能源，就可以在高纬度地区进行越冬蔬菜种植的温室，是保证我国北方地区冬季蔬菜供应的重要设施，在我国保有量巨大。

在日光温室的日常管理中，环境调控是一项重要的管理工作，用于保证温室内温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度等环境参数适宜作物生长的要求。主要的环境调控设备包括卷帘机和放风机。

目前环境调控设备的运行管理主要根据种植户的经验，采用人工操作运行，配套温控器根据人工设定值进行自动放风调节，也存在功能单一，运行不稳定的现状。温室环境调控的滞后，不仅导致温室环境不适宜作物生长需要，从而影响蔬菜的产量和品质，而且占用种植户大量的时间和精力，经初步测算，管理10个日光温室的卷帘和放风，每天需要投入人工约2-4个小时，投入的人工成本较高。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种日光温室环境调控方法及智能调控器，能够根据日光温室内环境信息、温室外气象信息、自动决策形成科学的环境调控方案。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种日光温室环境调控方法，用于实现日光温室的卷帘机、上放风口卷膜器及下放风口卷膜器智能开启，包括如下步骤：

a.根据作物类型、生育期、季节设定卷帘机在某一天内的最佳卷帘时间tb和最佳放帘时间tu，并将该信息存储入存储单元；

b. 读取存储单元，根据所述最佳卷帘时间tb和最佳放帘时间tu控制卷帘机每天的定时卷帘和放帘；

c.根据作物类型、生育期、季节设定棚内适宜温度区间为T1～T2，并存入存储单元，计算温度设定值T3=（T1 T2）/2和回差T4=（T2-T1）/2，采集棚内实时温度T5；

d．上放风口卷膜器控制上放风口的开口大小：设定每次上放风口卷膜器的动作间隔时间为t1，当T5-T3＜0，且T3-T5＞T4时，上放风口开度减少10%；当T5-T3＞T4时，上放风口开度增加10%；当T1＜T5＜T2时，上放风口开度保持不变；

e. 下放风口卷膜器控制下放风口季节性常开或常闭；

f. 实时监测雨雪信息，当接收到雨雪信息后自动关闭上放风口和下放风口，并退出自动模式，报警通知用户。

优选的，在步骤b基础上，设定棚内最大允许温降△和再次卷帘动作间隔t2；采集卷帘时的棚内温度T50和卷帘t3时间后的棚内温度T51，如果T50-T51≥△，则立即执行放帘，并通知用户“因室外环境温度低光照差，推迟t2时间后卷帘”，延时t2时间后重新执行卷帘指令，并重复上述过程；如果T50-T51＜△，保持卷帘。

优选的，在步骤b基础上，在最佳放帘时间tu前t4时间采集棚内实时温度T5，当T5≤T3时，执行放帘指令；当T5＞T3时，则推迟放帘时间，直至T5≤T3时再放帘。

优选的，上放风口在最佳卷帘时间tb之后关闭t5时间再按照步骤d正常调节。

5、一种智能调控器，采用权利要求1-4任一所述的一种日光温室环境调控方法，包括：

环境信息采集单元，用于采集日光温室内部或日光温室外部的环境参数；

设备控制单元，用于控制卷帘机、上放风口卷膜器及下放风口卷膜器；

环境调节分析单元，包括控制主机和存储单元，控制主机通过读取存储单元并根据接收到的环境信息采集单元的环境参数来控制设备控制单元，进而控制卷帘机、上放风口卷膜器及下放风口卷膜器动作。

优选的，还包括设备运行信息采集单元和图像信息采集单元，所述设备运行信息采集单元和图像信息采集单元与环境信息采集单元通讯连接。

优选的，还包括能够与环境调节分析单元实时通讯的手机应用单元。

本发明的有益效果是：

1、控制主机获取作物在该生育期内每天的最佳卷帘和放帘时间，自动实现定时卷帘和放帘，同时，主机获取大棚内、外环境信息，并通过调节上放风口的开口大小对大棚内环境进行微调，自动决策形成科学的环境调控方案，实现日光温室环境的自动化、无人化调控，解决当前日光温室种植管理人员经验不足、环境调节滞后、费工费力的问题。

2、根据卷帘后一段时间内棚内最大允许温降△进一步合理控制卷帘和放帘的时机，更好的保证日光温室较温暖适宜的温度环境。

3、最佳放帘时间tu前t4时间采集棚内实时温度T5，并通过T5与温度设定值T3比较决定提前放帘或推迟放帘，进一步保证日光温室较温暖适宜的温度环境。

4、上放风口在最佳卷帘时间tb之后关闭t5时间再按照步骤d正常调节，早上卷帘升起后，光照变强，棚内温度开始上升，而此时棚内CO2浓度处于较高水平，先在高浓度的二氧化碳环境下进行t5时间的光合作用有利于促进作物更好的生长。

5、还包括设备运行信息采集单元、图像信息采集单元及手机应用单元，能够通过手机实现信息查询、远程监控、参数设定和远程控制等移动应用功能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明中智能调控器的结构框架示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面将结合附图对本发明技术方案做进一步的说明。

一种智能调控器，包括：环境信息采集单元、设备控制单元及环境调节分析单元，智能调控器的结构框架如图1所示。

环境信息采集单元主要包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器、测量土壤温度的温度传感器、测量土壤含水量的土壤水分传感器、雨雪传感器等，用于采集日光温室内部或日光温室外部的环境参数。采集到的上述环境参数上传环境调节分析单元，便于工作人员查看，并根据需要进行人工干预和管理。

设备控制单元，本实施例中采用PLC控制器，用于控制卷帘机、上放风口卷膜器及下放风口卷膜器按照环境调节分析单元下的指令动作。

环境调节分析单元，包括控制主机和存储单元，控制主机为单片机，存储单元为单片机存储器，单片机存储器内存储有作物类型、生育期、季节对应的最佳卷帘时间tb和最佳放帘时间tu的时间表，单片机通过读取单片机存储器内的上述时间表并根据接收到的环境信息采集单元的环境参数来控制设备控制单元，进而控制卷帘机、上放风口卷膜器及下放风口卷膜器动作。

环境调节分析单元与设备控制单元、环境信息采集单元的通讯方式包括但不限于GPRS、以太网等。上述控制的实现及网络连接方式均为现有技术，在此不再赘述。

还包括设备运行信息采集单元和图像信息采集单元，设备运行信息采集单元和图像信息采集单元与环境信息采集单元通讯连接，设备运行信息采集单元和图像信息采集单元采集到的信息实时上传，便于管理人员随时了解卷帘机状态、放风口卷膜器状态等的运行状态及对大棚内进行监控。

还包括能够与环境调节分析单元实时通讯的手机应用单元，通过手机app实现信息查询、远程监控、参数设定和远程控制等移动应用功能。

一种日光温室环境调控方法，用于实现日光温室的卷帘机、上放风口卷膜器及下放风口卷膜器智能开启，包括如下步骤：

a.根据作物类型、生育期、季节设定卷帘机在某一天内的最佳卷帘时间tb和最佳放帘时间tu，并将该信息存储入存储单元；

b. 读取存储单元，根据所述最佳卷帘时间tb和最佳放帘时间tu控制卷帘机每天的定时卷帘和放帘；

c.根据作物类型、生育期、季节设定棚内适宜温度区间为T1～T2，并存入存储单元，计算温度设定值T3=（T1 T2）/2和回差T4=（T2-T1）/2，采集棚内实时温度T5；

d．上放风口卷膜器控制上放风口的开口大小：设定每次上放风口卷膜器的动作间隔时间为t1，当T5-T3＜0，且T3-T5＞T4时，上放风口开度减少10%；当T5-T3＞T4时，上放风口开度增加10%；当T1＜T5＜T2时，上放风口开度保持不变；

e. 下放风口卷膜器控制下放风口季节性常开或常闭；

f. 实时监测雨雪信息，当接收到雨雪信息后自动关闭上放风口和下放风口，并退出自动模式，报警通知用户。

步骤a中，存储单元内存储有根据作物类型、生育期、季节设定卷帘机在某一天内的最佳卷帘时间tb和最佳放帘时间tu的时间表，本实施例中以番茄的果实期为例，其春天第一周的一天内的最佳卷帘时间tb为9:00，最佳放帘时间tu为16:00。

步骤b中，环境调节分析单元读取到存储单元内的上述时间信息与设备控制单元通讯进而控制卷帘机动作，实现9:00准时卷帘、16:00准时放帘。卷帘和放帘是通过卷帘机拉动和放下棉被来实现的，棉被保温效果较好，还设置有上、下限位开关，通过限位开关来确认卷帘和放帘到位并反馈。

步骤c中，根据作物类型、生育期、季节设定棚内适宜温度区间为T1～T2，并存入存储单元，控制主机计算温度设定值T3=（T1 T2）/2和回差T4=（T2-T1）/2，本实施例中设定番茄的果实期适宜温度区间为20～30℃，则T3为25℃，T4为5℃。环境信息采集单元采集棚内实时温度T5，并将T5发送给环境调节分析单元，按照步骤d中的算法，假定T5为18℃，此时 T5-T3＜0，且T3-T5＞T4，说明棚内温度略低，环境调节分析单元控制上放风口卷膜器使得上放风口开度减少10%；经过t1时间即本实施例中设定的30分钟后，再次采集T5，如果此时T5为19℃，即T5-T3＜0，且T3-T5＞T4，说明温度还是略低，环境调节分析单元控制上放风口卷膜器使得上放风口开度再减少10%，上放风口最小关闭至最低限度10%，留出通风的余地；如果此时T5为32℃，此时T5-T3＞T4，说明棚内温度略高，则上放风口开度增加10%，经过30分钟后，再次采集T5，如果此时T5为31℃，此时T5-T3＞T4，则上放风口开度再增加10%，上放风口开度最大限度为100%；如果此时T5为25℃，T1＜T5＜T2时，上放风口开度保持不变。通过对上放风口的开口大小对大棚内温度进行微调，使得大棚内温度更加适宜。

上放风口的开度控制可采用计时方式来实现，即：上限限位开关复位时，开度值赋值K=100%，即此时上放风口全打开；下限位开关动作时，开度值赋值K=0，即此时上放风口全关闭。设定上放风口卷膜器完全打开或完全关闭上放风口的总时长为FT0，本次上放风口卷膜器运行时长为JT1，初始开度值为K0，则上放风口开启时，开度值K= K0 JT1/FT0，上放风口关闭时，开度值K= K0-JT1/FT0。如设定FT0为30秒，K0为10%，如果需要增加10%开度值即将开度值增加到20%，按照K= K0 JT1/FT0，则放风口卷膜器需要向上运行时间JT1为3秒。

步骤e中，下放风口卷膜器控制下放风口季节性常开或常闭，本实施例中，可设定下放风口在夏天和秋天保持常开，利于通风，在春天和冬天保持常闭，利于保温。

实时监测雨雪信息，当接收到雨雪信息后自动关闭上放风口和下放风口，并退出自动模式，报警通知用户。雨雪信息通过环境信息采集单元中的雨雪传感器采集到，然后将信息发送给环境调节分析单元进而控制上放风口和下放风口关闭，同时向手机应用单元发信息报警通知用户。

进一步的，在步骤b基础上，设定棚内最大允许温降△和再次卷帘动作间隔t2；采集卷帘时的棚内温度T50和卷帘t3时间后的棚内温度T51，如果T50-T51≥△，则立即执行放帘，并通知用户“因室外环境温度低光照差，推迟t2时间后卷帘”，延时t2时间后重新执行卷帘指令，并重复上述过程；如果T50-T51＜△，保持卷帘。假定△为3℃，t2为30分钟，t3为60分钟，当日卷帘时间为9:00，9:00时卷帘机将棉被完全卷起，此时采集棚内温度T50，经过60分钟后，采集棚内温度T51，如果T50-T51≥△，则说明外面温度仍然过低，立即执行放帘；经过30分钟后，再次重复上述过程，即测取T50和一小时后测取T51，如果T50-T51＜△，说明外面温度上升，这样就保持着卷帘状态，直到最佳放帘时间tu时放帘。通过设定最大允许温降△进一步合理控制卷帘和放帘，更好的保证日光温室较温暖适宜的温度环境。

进一步的，在步骤b基础上，在最佳放帘时间tu前t4时间采集棚内实时温度T5，当T5≤T3时，执行放帘指令；当T5＞T3时，则推迟放帘时间，直至T5≤T3时再放帘。设定tu为16:00，t4为一小时，T3为25℃，也就是在15:00开始采集棚内实时温度T5，如果T5为20℃，此时T5≤T3，说明外面温度过低，提前执行放帘指令，进行棚内保温；如果T5为28℃，也就是T5＞T3，说明外面温度较高，为了能够为大棚内的作物提供更多的光照和温度，延迟放帘。

上放风口在最佳卷帘时间tb之后关闭t5时间再按照步骤d正常调节，本实施例中tb为9:00，t5为30分钟，9:00时棚内CO2浓度还处于较高水平，9:00卷帘升起后，光照变强，棚内温度开始上升，作物进行光合作用需要大量CO2，高浓度的二氧化碳下促进作物的生长，卷帘后作物先在高浓度的二氧化碳进行30分钟的光合作用再打开上放风口，更有利于作物的生长发育。

本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中的“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接连接，也可以是通过中间部件间接连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述为本发明的优选实施方式，具体实施例的说明仅用于更好的理解本发明的思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，依照本发明原理还可以做出若干改进或者同等替换，这些改进或同等替换也视为落在本发明的保护范围。