菇菜双面温室环境控制系统的制作方法

1.本发明涉及温室环境控制系统技术领域，尤其涉及一种菇菜双面温室环境控制系统。


背景技术：

2.菇菜种植模式的日光温室(也称阴阳棚)是在传统日光温室的北侧,借用(或共用)后墙,增加一个同长度但采光面朝北的一面坡温室,两者共同形成阴阳型日光温室。采光面向阳的温室称为阳棚,采光面背阳的温室称为阴棚。菌菜种植模式的日光温室主要是充分利用阴阳两面环境条件的不同,选择种植不同类型的作物,就阴阳棚来讲,一般多用于食用菌和绿色蔬菜的种植,主要利用二者在温度、湿度、气体等条件的需求差异进行种植安排。
3.阴阳棚内的通风作为影响其内环境的一个重要因素，对阴阳棚内的热交换有着关键影响。通过通风在温室内部形成一定的空气流动，使温室内外环境之间以及作物和环境之间可以进行足够的质热交换，以防止太阳辐射造成的温室内温度过高，同时使温室内湿度和co2浓度保持在适宜水平。在菌菜双面温室中，阳棚内温度高，热空气一般聚集在其上空，而地面上种植的蔬菜利用不到这些温度，阳棚内种植的蔬菜白天可通过光合作用产生大量的o2，阴棚内菌类作物的呼吸需要o2并产生co2，co2可促进阳棚内蔬菜的光合作用，如果能够在阴阳棚内合理设置通风窗口并建立科学的管理系统，不仅可使这些能量得到充分利用，而且可提高作物的综合产量。
4.而在目前通风系统的管理中，阴阳棚内大多不设置对流装置，或仅在共用墙体的上部开设部分窗口来进行通风，且窗口打开的时间大多依据农民自身经验来确定，加上自然通风效率较低，使得阴阳棚内的能量得不到充分利用，造成能量损失。


技术实现要素：

5.本发明提供一种菇菜双面温室环境控制系统，用以解决现有技术中双面温室通风效率低，能量难以充分利用的缺陷，实现双面温室的自动化环境调整。
6.本发明提供一种菇菜双面温室环境控制系统，包括：
7.第一温室，内部设有第一温湿度检测装置和o2浓度检测装置；
8.第二温室，内部设有第二温湿度检测装置和co2浓度检测装置；
9.共用墙体，设于所述第一温室和所述第二温室之间，所述共用墙体上开设有自上向下依次布置的热空气循环窗口、o2循环窗口和co2循环窗口，所述热空气循环窗口、o2循环窗口和co2循环窗口设有对应的窗口开关装置，其内部设有对应的单向对流装置；
10.控制装置，与所述第一温湿度检测装置、所述第二温湿度检测装置、所述o2浓度检测装置、所述co2浓度检测装置、所述窗口开关装置以及所述单项对流装置电连接，并根据所述第一温湿度检测装置、所述第二温湿度检测装置、所述o2浓度检测装置和所述co2浓度检测装置的信息控制所述窗口开关装置和所述单向对流装置运作。
11.根据本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统，所述热空气循环窗口设于所述共
用墙体的上半部，所述o2循环窗口设于所述共用墙体的水平中部，且内部设有co2过滤器，所述co2循环窗口设于所述共用墙体的下半部，且内部设有o2过滤器。
12.根据本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统，所述控制装置设有第一预设温度值，在所述第一温湿度检测装置的温度数值大于所述第一预设温度值的状况下，所述控制装置控制所述热空气循环窗口的窗口开关装置打开，并控制所述热空气循环窗口的单向对流装置运作，从所述第一温室向所述第二温室通风；
13.所述控制装置还设有第二预设温度值，在所述第一温湿度检测装置的温度数值小于所述第二预设温度值的状况下，所述控制装置控制所述热空气循环窗口的窗口开关装置关闭，并停止所述热空气循环窗口的单向对流装置运作，所述第二预设温度值不低于第一预设温度值的50％。
14.根据本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统，所述控制装置设有第一预设湿度值，在所述第一温湿度检测装置的温度数值处于所述第一预设温度值与所述第二预设温度值之间，所述第一温湿度检测装置的湿度数值大于所述第二温湿度检测装置的湿度数值并且大于所述第一预设湿度值的状况下，所述控制装置控制所述热空气循环窗口的窗口开关装置打开，并控制所述热空气循环窗口的单向对流装置反向运作，从所述第二温室向所述第一温室通风；
15.所述控制装置还设有第二预设湿度值，在所述第一温湿度检测装置的温度数值在所述第一预设温度值与所述第二预设温度值之间，且所述第一温湿度检测装置的湿度数值小于所述第二预设湿度值的状况下，所述控制装置控制所述热空气循环窗口的窗口开关装置关闭，并停止所述热空气循环窗口的单向对流装置运作，所述第二预设湿度值不低于第一预设湿度值的50％。
16.根据本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统，所述控制装置设有第一预设o2浓度值，在所述o2浓度检测装置的数值大于所述第一预设o2浓度值的状况下，所述控制装置控制所述o2循环窗口的窗口开关装置打开，并控制所述o2循环窗口的单向对流装置运作，从所述第一温室向所述第二温室补充o2；
17.所述控制装置还设有第二预设o2浓度值，在所述o2浓度检测装置的数值小于所述第二预设o2浓度值的状况下，所述控制装置控制所述o2循环窗口的窗口开关装置关闭，并停止所述o2循环窗口的单向对流装置运作，所述第二预设o2浓度值不低于第一预设o2浓度值的50％。
18.根据本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统，所述控制装置设有第一预设co2浓度值，在所述co2浓度检测装置的数值大于所述第一预设co2浓度值的状况下，所述控制装置控制所述co2循环窗口的窗口开关装置打开，并控制所述co2循环窗口的单向对流装置运作，从所述第二温室向所述第一温室补充co2；
19.所述控制装置还设有第二预设co2浓度值，在所述co2浓度检测装置的数值小于所述第二预设co2浓度值的状况下，所述控制装置控制所述co2循环窗口的窗口开关装置关闭，并停止所述co2循环窗口的单向对流装置运作，所述第二预设co2浓度值不低于第一预设co2浓度值的50％。
20.根据本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统，所述热空气循环窗口沿所述共用墙体长度方向呈直线型布置，所述热空气循环窗口距离所述共用墙体顶部h1最小值为
0.2m，最大值不超过墙体高度d的10％，所述热空气循环窗口形状为正方型，其截面尺寸由两端向中间依次增大，其边长关系为l1＝l3＝0.75l2，中间窗口最小值为0.4m，最大值为1m，相邻窗口之间的最小距离为4m，最大距离不超过墙体长度l1的8％，窗口个数最小值为2，最大值为20。式中，h1为所述热空气循环窗口顶部与所述共用墙体顶部之间的距离，l2为中间热空气循环窗口直径，l1和l3分别为两侧热空气循环窗口边长,d为所述共用墙体高度，l1为共用墙体的长度。
21.所述o2循环窗口设置在距离温室底部h2＝d/2m处，沿所述共用墙体长度方向呈直线型布置，形状为圆形，其截面尺寸由两端向中间依次增大，其直径关系为d1＝d3＝0.75d2，且中间窗口的最小值为0.15m，最大值为0.3m，相邻窗口之间的最小距离为3m，最大距离不超过墙体长度l1的8％,窗口个数最小值为3，最大值为20，式中，h2为所述o2循环窗口底部与温室地面之间的距离，d2为中间o2循环窗口直径，d1和d3分别为两侧o2循环窗口直径，d为所述共用墙体高度，l1为共用墙体的长度；
22.所述co2循环窗口设置在距离温室底部h3最小值为0.2m，最大值不超过墙体高度d的10％，沿所述共用墙体长度方向呈直线型布置，形状为圆形，其截面积尺寸由两端向中间依次增大，其直径关系为r1＝r3＝0.75r2，且中间窗口最小值为0.15m,最大值为0.3m，相邻窗口之间的最小距离为3m，最大距离不超过墙体长度l1的8％，窗口个数最小值为3，最大值为20，式中，h3为所述co2循环窗口底部与温室地面之间的距离，r2为中间co2循环窗口直径，r1和r3分别为两侧co2循环窗口的直径，d为所述共用墙体高度，l1为共用墙体的长度。
23.根据本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统，所述热空气循环窗口的最大风速
[0024][0025]
其中，l1为两端的热空气循环窗口边长，l2为中间的热空气循环窗口边长。
[0026]
根据本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统，所述窗口开关装置为自动百叶窗，所述单向对流装置为变频风机，所述变频风机的运转速度根据所述控制装置接收信息的变化成正比。
[0027]
根据本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统，所述热空气循环窗口、所述o2循环窗口和所述co2循环窗口设有对应的生物防治装置。
[0028]
本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统，通过在阴阳棚(双面温室)内共用墙体上设置co2、o2以及热空气循环窗口，并在窗口设置窗口开关装置和风机，把阴棚(第二温室)内菌类作物经呼吸作用产生的co2转移到阳棚(第一温室)，促进阳棚内蔬菜的光合作用；把阳棚内蔬菜经光合作用产生的o2转移到阴棚内，促进蘑菇类植物的生长；通过热空气循环窗口将阳棚内部上表面的热空气转移至阴棚内，给菌类作物提供良好的生长环境，有效提高作物产量。控制装置智能化对棚内温度、湿度、o2以及co2进行调控，实现阴阳棚内部环境的自动化控制，提高能量利用率，降低人工劳动强度。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一
些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1是本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统的结构示意图；
[0031]
图2是本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统的窗口布置图；
[0032]
图3是本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统的流场分布图；
[0033]
图4是本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统未打开热循环窗口温度分布图；
[0034]
图5是本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统打开热循环窗口温度分布图；
[0035]
图6是本发明提供的菇菜双面温室环境控制系统打开热循环窗口前后的温度变化对比图；
[0036]
附图标记：
[0037]
1：第一温室；
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2：第二温室；
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3：共用墙体；
[0038]
31：热空气循环窗口；
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32：o2循环窗口；
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33：co2循环窗口；
[0039]
301：自动百叶窗；
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302：变频风机。
具体实施方式
[0040]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
下面结合图1
‑
图6描述本发明的实施例，应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特殊限定。
[0042]
本实施例提供一种菇菜双面温室环境控制系统，如图1所示，包括第一温室1和第二温室2，第一温室1为双面温室的阳棚，其向阳设置，内部种植可进行光合作用的蔬菜，吸收co2释放o2，图1中的宽箭头表示阳光照射方向；第二温室2为双面温室的阴棚，其背阳设置，内部种植菌菇类植物，吸收o2释放co2。第一温室1内部设有第一温湿度检测装置和o2浓度检测装置，用于检测第一温室1内部的温度湿度以及o2浓度。第二温室2内部设有第二温湿度检测装置和co2浓度检测装置，用于检测第二温室2内部的温度湿度以及co2浓度。
[0043]
在第一温室1和第二温室2之间设置共用墙体3，共用墙体3上开设有自上向下依次布置的热空气循环窗口31、o2循环窗口32和co2循环窗口33。具体的，如图2所示，热空气循环窗口31设于共用墙体3的上半部，o2循环窗口32设于共用墙体3的水平中部，co2循环窗口33设于共用墙体3的下半部，热空气循环窗口31、o2循环窗口32和co2循环窗口33均设置有多个且沿各自的水平线等间距布置。
[0044]
热空气循环窗口31、o2循环窗口32和co2循环窗口33设有对应的窗口开关装置，其内部设有对应的单向对流装置。窗口开关装置为自动百叶窗301，单向对流装置为变频风机302，自动百叶窗301和变频风机302共同作用实现第一温室1和第二温室2之间的空气流通调整。o2循环窗口32内部设有co2过滤器，用于阻止第一温室1中的co2进入第二温室2中；co2循环窗口33内部设有o2过滤器，用于阻止第二温室2中的o2进入第一温室1，保证第一温室1和第二温室2之间的o2和co2浓度相对平衡，促进植物的生长。
[0045]
本实施例中，由于棚内两端温度低中间温度高的特点，热空气循环窗口31、o2循环
窗口32和co2循环窗口33的面积沿共用墙体3的两端向中间依次增大，以减少棚内的温度分布不均问题。
[0046]
本实施例中，还设置有控制装置，将第一温湿度检测装置、第二温湿度检测装置、o2浓度检测装置和co2浓度检测装置与控制装置的输入端连接，将自动百叶窗301和变频风机302与控制装置的输出端连接，在控制装置内部设定一预设值，控制装置内部处理器将第一温湿度检测装置、第二温湿度检测装置、o2浓度检测装置和co2浓度检测装置收集的信息与该预设值进行比较，判断收集的信息是否超出或低于该预设值，从而控制自动百叶窗301的开关和变频风机302的正反运作，用以调整两个温室之间的空气质量。
[0047]
下面具体以阳棚内种植黄瓜，阴棚内种植双孢菇为例，具体说明该温室控制系统的环境控制逻辑。具体步骤如下：
[0048]
s1、在阳棚内部上表面安装温湿度传感器对阳棚内的温度湿度进行实时监控；设定控制装置的一个温度区间，其中，第一预设温度值为30℃，第二预设温度值为24℃；设定控制装置的一个湿度区间，其中，第一预设湿度值为90％，第二预设湿度值为80％。
[0049]
s2、当阳棚内温度达到第一预设温度值30℃后，控制装置会下发指令给热空气循环窗口31的自动百叶窗301和变频风机302，自动百叶窗301打开，变频风机302从阳棚向阴棚通风。
[0050]
s3、此时变频风机302高速运转，阳棚内的热空气可迅速转移至阴棚中。
[0051]
s4、当变频风机302高速运转一段时间后，阳棚内温度下降到28℃时，控制装置会下发指令给变频风机302，调整变频风机302运转速度至中速。
[0052]
s5、当变频风机302中速运转一段时间后，阳棚内温度下降到26℃时，控制装置会下发指令给变频风机302，调整变频风机302运转速度至低速。
[0053]
s6、当变频风机302低速运转一段时间后，阳棚内温度下降到设定第二预设温度值为24℃时，控制装置会下发指令关闭变频风机302和自动百叶窗301。
[0054]
s7、当阳棚内湿度达到设定第一预设湿度值即90％时，而温度处于24℃～28℃之间，阴棚内湿度低于第一预设湿度值即90％时，控制器会下发指令给变频风机302，控制变频风机302反转，调整变频风机302运转速度至高速；
[0055]
s8、当变频风机302高速运转一段时间后，阳棚内相对湿度达到85％，而温度处于24℃～28℃之间，阴棚湿度低于85％时，控制装置会下发指令给变频风机302，调整变频风机302运转速度至中速；
[0056]
s9、当变频风机302中速运转一段时间后，阳棚内湿度达到80％，而温度处于24℃～28℃之间，阴棚湿度低于80％时，控制装置会下发指令给变频风机302，调整变频风机302运转速度至低速；
[0057]
s10、当变频风机302低速运转一段时间后，阳棚内湿度低于80％，控制装置会下发指令关闭变频风机302和自动百叶窗301。
[0058]
本发明实施例利用太阳光照在阳棚上，阳棚内部上表面产生高温气体，将阴阳棚内种植作物生长所需的最佳控制策略镶嵌在控制装置内，控制装置根据阴阳棚内的实时环境情况控制热空气循环窗口31的变频风机302的启停和风速大小，将阳棚内的热空气转移至阴棚内，同时可有效调整阳棚内部的湿度值，能够提高能量利用率，降低人工劳动强度，提高作物产量。
[0059]
进一步地，还包括以下步骤：
[0060]
s11、在阳棚内部中间位置放置o2浓度传感器对o2浓度进行实时监控，设定控制装置的一个o2浓度区间，其中，第一预设o2浓度值为700ppm，第二预设o2浓度值为350ppm。
[0061]
s12、当阳棚内的o2浓度达到第一预设o2浓度值为700ppm时，控制装置会下发指令给o2循环窗口32的自动百叶窗301和变频风机302，自动百叶窗301打开，变频风机302工作，阳棚内的o2可迅速转移至阴棚。
[0062]
s13、当o2循环窗口32开启一段时间后，阳棚内的o2浓度降低到第二预设o2浓度值为350ppm时，控制装置会下发指令关闭自动百叶窗301和变频风机302。
[0063]
本发明实施例利用阳棚内植物经光合作用产生的大量o2，o2的相对分子质量为32，空气的相对分子质量为28.959，阳棚内种植的作物高度大约1～2米左右，所以通过设置在共用墙体3中间位置的o2循环窗口32和变频风机302将o2转移至阴棚内，以促进菌类作物的呼吸作用，同时由于co2过滤器的存在，可有效防止阳棚内的co2向阴棚转移。
[0064]
进一步地，还包括以下步骤：
[0065]
s14、在阴棚内部下方位置放置co2浓度传感器对co2浓度进行实时监控，设定控制装置的一个co2浓度区间，其中，第一预设co2浓度值为600ppm，第二预设co2浓度值为300ppm。
[0066]
s15、当阴棚内部的co2浓度达到第一预设co2浓度值为600ppm时，控制装置会下发指令给co2循环窗口33的自动百叶窗301和变频风机302，自动百叶窗301打开，变频风机302工作，阴棚内的co2可迅速转移至阳棚；
[0067]
s16、当co2循环窗口33开启一段时间后，阴棚内部的co2浓度低于第二预设co2浓度值为300ppm时，控制装置会下发指令关闭自动百叶窗301和变频风机302。
[0068]
本发明利用阴棚内的菌类作物经呼吸作用产生大量的co2，co2的相对分子质量为44，大于空气的相对分子质量28.959，所以大量的co2在阴棚底部聚集，通过在共用墙体3底部的co2循环窗口33和变频风机302，可将阴棚内的co2转移至阳棚，促进植物的光合作用，同时由于o2过滤器的存在，可有效防止阴棚内的o2向阳棚内转移。
[0069]
本实施例中，菇菜双面温室环境控制系统的热空气循环窗口31、o2循环窗口32和co2循环窗口33设有对应的生物防治装置。生物防治装置具有防虫和杀菌作用，优先选用防虫网，防虫网材料优先选用聚乙烯材料和纳米材料，该装置不仅具有防虫作用，还可有效阻止阴阳棚内的病毒相互转移。
[0070]
值得一提的是，本实施例的自动百叶窗301外侧加固保温隔热材料，保温隔热材料优先选用珍珠棉，自动百叶窗301不仅具有自动窗口开关作用，还可有效防治窗口处热量散失。
[0071]
本实施例中，控制装置的控制策略(上述的第一预设温度值、第二预设温度值、第一预设湿度值、第二预设湿度值、第一预设o2浓度值、第二预设o2浓度值、第一预设co2浓度值以及第二预设co2浓度值)可根据棚内种植作物类别、生长阶段进行动态更改调整。
[0072]
其具体调整步骤是：首先根据温室内不同作物的种类和不同生长阶段，确定一个初始最佳调控值；第二步，通过所监测到的动态数据，包括温室内实际监测的温湿度、o2和co2浓度监测值，计算其实际变化率，并根据其变化率划分变化区间与状态可变矩阵；第三步，基于所监测的数据与可变矩阵概率，对不加调控的趋势及后果进行评估；第四步，设置
作物生长所需的最佳控制策略，但所有参数的第一预设值和第二预设值之间的关系保持不变。
[0073]
优选的，热空气循环窗口31距离共用墙体3顶部h1最小值为0.2m，最大值不超过墙体高度d的10％，热空气循环窗口31的窗口形状为正方型。两边窗口的边长是中间窗口边长的0.75倍，且中间窗口最小值为0.4m，最大值为1m，相邻窗口之间的最小距离为4m，最大距离不超过墙体长度l1的8％，窗口个数最小值为2，最大值为20。其中，h1为窗口顶部与共用墙体3最上部之间的距离，d为共用墙体3高度，l1为共用墙体3的长度。
[0074]
优选的，o2循环窗口32安装在距离温室底部h2＝d/2m处，o2循环窗口32形状为圆形，两边窗口的直径是中间窗口直径的0.75倍，且中间窗口的最小值为0.15m，最大值为0.3m，相邻窗口之间的最小距离为3m，最大距离不超过墙体长度l1的8％,窗口个数最小值为3，最大值为20。其中，h2为窗口底部与温室地面之间的距离，d为共用墙体3高度,l1为共用墙体3的长度。
[0075]
优选的，co2循环窗口33安装在距离温室底部h3最小值为0.2m，最大值不超过墙体高度d的10％，co2循环窗口33形状为圆形，两边窗口的直径是中间窗口直径的0.75倍，且中间窗口最小值为0.15m,最大值为0.3m，相邻窗口之间的最小距离为3m，最大距离不超过墙体长度l1的8％，窗口个数最小值为3，最大值为20，其中，h3为窗口底部与温室地面之间的距离，d为共用墙体3高度，l1为共用墙体3的长度。
[0076]
从图3中可以看出，当系统运行时，阳棚里的热气流会通过热空气循环窗口进入阴棚，从而提高阴棚温度。
[0077]
如图4
‑
图6所示，当环境控制系统工作时，阴棚的温度明显提高，最高温度由26℃升高到27℃，平均温度由25℃升高到26.5℃，阳棚顶部温度明显降低，整体温度分布也较以前更加均匀，平均温度有所降低。
[0078]
本实施例中，可以根据热空气循环窗口31的不同大小尺寸l1和l2设置热空气循环窗口31处的最大风速v，其中，l1为两端的热空气循环窗口边长，l2为中间的热空气循环窗口边长。其公式为：
[0079][0080]
热空气循环窗口31处的最大风速v是根据温室的最高温度设计的，可以根据最高温度得到相应的最大风速v值，由此可以根据不同温度环境设置对应的窗口大小，实现快速降温。
[0081]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。