本發(fā)明涉及一種植物工廠控制系統(tǒng)，具體涉及一種閉鎖空間模擬人工環(huán)境自動(dòng)栽培系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

農(nóng)業(yè)為通過培育動(dòng)植物生產(chǎn)食品及工業(yè)原料的產(chǎn)業(yè)。農(nóng)業(yè)屬于第一產(chǎn)業(yè)，研究農(nóng)業(yè)的科學(xué)是農(nóng)學(xué)。農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)對(duì)象是有生命的動(dòng)植物，獲得的產(chǎn)品是動(dòng)植物本身．我們把利用動(dòng)物植物等生物的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，通過人工培育來獲得產(chǎn)品的各部門，統(tǒng)稱為農(nóng)業(yè)．農(nóng)業(yè)是支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)是人們利用動(dòng)植物體的生活機(jī)能，把自然界的物質(zhì)和能轉(zhuǎn)化為人類需要的產(chǎn)品的生產(chǎn)部門?，F(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)分為植物栽培和動(dòng)物飼養(yǎng)兩大類。土地是農(nóng)業(yè)中不可替代的在基本生產(chǎn)資料，勞動(dòng)對(duì)象主要是有生命的動(dòng)植物，生產(chǎn)時(shí)間與勞動(dòng)時(shí)間不一致，受自然條件影響大，有明顯的區(qū)域性和季節(jié)性。農(nóng)業(yè)是人類衣食之源、生存之本，是一切生產(chǎn)的首要條件。它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他部門提供糧食、副食品、工業(yè)原料、資金和出口物資。農(nóng)村又是工業(yè)品的最大市場(chǎng)和勞動(dòng)力的來源。21世紀(jì)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要階段，生命科學(xué)和其它最新科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，將使世界農(nóng)業(yè)發(fā)生根本性的變化。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，生物基因庫(kù)的建成，遺傳工程的崛起，克隆技術(shù)和生物固氮技術(shù)的廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)的面貌將為之一新。工業(yè)化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以投入大量物質(zhì)和能量為標(biāo)志，促進(jìn)了生產(chǎn)力的大幅度提高，但也帶來了能源枯竭、環(huán)境污染和生態(tài)失調(diào)等嚴(yán)重的社會(huì)問題。來出現(xiàn)的新科學(xué)技術(shù)革命中，產(chǎn)生了一批新的技術(shù)群，如生物工程技術(shù)、新能源技術(shù)、微電子技術(shù)、原子能技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等等。這些科學(xué)技術(shù)成果正不同程度地在農(nóng)業(yè)中得到應(yīng)用，為解決工業(yè)化農(nóng)業(yè)帶來的環(huán)境、能源和生態(tài)問題，呈現(xiàn)了光明的前景。在發(fā)展中國(guó)家，還有8億以上人口未達(dá)到糧食安全線，還有1.8億的學(xué)齡前兒童營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，數(shù)以億計(jì)的人們正遭受饑餓和營(yíng)養(yǎng)不良的折磨。在落后的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)，自然資源迅速惡化、人口飛速增長(zhǎng)、貧困加劇和食品短缺的主要原因，就是缺乏農(nóng)業(yè)高科技。由于“綠色革命”的巨大成功，國(guó)際農(nóng)業(yè)發(fā)展研究中心已認(rèn)識(shí)到通過適當(dāng)調(diào)整自然資源來促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要性和緊迫性。在當(dāng)今和未來的研究中，人們將更注重自然資源的調(diào)整、種質(zhì)的保護(hù)和品質(zhì)的提高。

傳統(tǒng)的粗放式農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的投入較少，而且投入中勞動(dòng)所占的比重較大，生產(chǎn)資料的投入和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用不占主要地位；影響農(nóng)業(yè)品產(chǎn)量增長(zhǎng)的主要因素是土地面積的大小和土壤自然肥力的高低，產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量也參差不齊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是傳統(tǒng)的粗放式農(nóng)業(yè)人工成本高、產(chǎn)品質(zhì)量依賴外界環(huán)境，目的在于提供一種閉鎖空間模擬人工環(huán)境自動(dòng)栽培系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)的粗放式農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的投入較少，而且投入中勞動(dòng)所占的比重較大；影響農(nóng)業(yè)品產(chǎn)量增長(zhǎng)的主要因素是外界環(huán)境的問題。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種閉鎖空間模擬人工環(huán)境自動(dòng)栽培系統(tǒng)，包括：閉鎖空間，還包括位于閉鎖空間中的現(xiàn)場(chǎng)控制模塊、溫度傳感模塊、濕度傳感模塊、CO₂濃度傳感模塊、溫度調(diào)整模塊、濕度調(diào)整模塊、CO₂濃度調(diào)整模塊、光照調(diào)整模塊、圖像傳感模塊；

現(xiàn)場(chǎng)控制模塊：接收溫度傳感模塊、濕度傳感模塊、CO₂濃度傳感模塊、圖像傳感模塊采集到的溫度、濕度、CO₂濃度、亮度數(shù)據(jù)，處理成控制信號(hào)發(fā)送給溫度調(diào)整模塊、濕度調(diào)整模塊、CO₂濃度調(diào)整模塊、光照調(diào)整模塊；

溫度傳感模塊：采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度數(shù)據(jù)，將其發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)控制模塊；

濕度傳感模塊：采集現(xiàn)場(chǎng)的濕度數(shù)據(jù)，將其發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)控制模塊；

CO₂濃度傳感模塊：采集現(xiàn)場(chǎng)的CO₂濃度數(shù)據(jù)，將其發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)控制模塊；

圖像傳感模塊：采集現(xiàn)場(chǎng)的圖像數(shù)據(jù)，將其發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)控制模塊；

溫度調(diào)整模塊：接收現(xiàn)場(chǎng)控制模塊發(fā)送的控制信號(hào)，根據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

濕度調(diào)整模塊：接收現(xiàn)場(chǎng)控制模塊發(fā)送的控制信號(hào)，根據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

CO₂濃度調(diào)整模塊：接收現(xiàn)場(chǎng)控制模塊發(fā)送的控制信號(hào)，根據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

光照調(diào)整模塊：接收現(xiàn)場(chǎng)控制模塊發(fā)送的控制信號(hào)，根據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。閉鎖栽培系統(tǒng)將外界環(huán)境對(duì)植物的影響降至最低，一切環(huán)境因子的創(chuàng)造及栽培因子的監(jiān)測(cè)與控制都得通過該系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。比如當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到溫度過高超過限定值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制模塊就會(huì)發(fā)出致冷降溫指令而開啟致冷系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境降溫，如果當(dāng)溫度下降低于限定值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制模塊又會(huì)發(fā)出加溫指令而開啟加溫設(shè)備進(jìn)行環(huán)境加溫，另外濕度的控制還有CO₂濃度的控制都是一樣，都是通過系統(tǒng)的閉環(huán)PID控制來實(shí)現(xiàn)環(huán)境各種因子的相對(duì)穩(wěn)定性，而由于不同植物吸收的光譜不同，光照控制可采用開環(huán)控制，還可以根據(jù)季節(jié)變化等因素引入滯后-超前控制，沒有這系統(tǒng)，植物工廠就根本無法運(yùn)行，也就無法實(shí)現(xiàn)人工環(huán)境的最佳模擬。

所述現(xiàn)場(chǎng)控制模塊還包括顯示模塊、處理模塊和數(shù)據(jù)輸入模塊；

顯示模塊：從現(xiàn)場(chǎng)控制模塊接收現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并將其顯示出來；

處理模塊：處理現(xiàn)場(chǎng)控制模塊接收的信號(hào)，轉(zhuǎn)化成控制信號(hào)后輸出；

數(shù)據(jù)輸入模塊：將外部數(shù)據(jù)輸入現(xiàn)場(chǎng)控制模塊，提供控制參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)控制模塊在收到各個(gè)傳感模塊并給各個(gè)調(diào)整模塊提供控制信號(hào)時(shí)，還需要將所獲取的各項(xiàng)參數(shù)顯示出來方便工作人員查看，同時(shí)需要根據(jù)種植植物的品種不同由工作人員輸入不同的控制參數(shù)，故需要處理模塊、顯示模塊與數(shù)據(jù)輸入模塊。

顯示模塊為L(zhǎng)ED顯示屏，數(shù)據(jù)輸入模塊為鍵盤或觸摸屏，處理模塊為工控機(jī)?，F(xiàn)有LED顯示屏成本低廉質(zhì)量可靠，同時(shí)可選擇LED觸摸屏作為顯示和數(shù)據(jù)輸入模塊，外接鍵盤可使輸入更加高速有效，工控機(jī)采用DCS，DCS具有高性能、高質(zhì)量、低成本、配置靈活的特點(diǎn)，能滿足各種工業(yè)領(lǐng)域?qū)^程控制和信息管理的需求。

溫度傳感模塊、濕度傳感模塊、CO₂濃度傳感模塊、圖像傳感模塊采用帶RS485接口的溫度傳感器、濕度傳感器、CO₂濃度傳感器和高清攝像頭。RS485支持多節(jié)點(diǎn)通信，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速度快，溫度傳感器采用輻射測(cè)溫法溫度傳感器，分辨率高，濕度傳感器采用氧化鋁濕度計(jì)，CO₂濃度傳感器采用催化二氧化碳傳感器。

溫度調(diào)整模塊采用至少一組空調(diào)、暖氣片和風(fēng)扇；濕度調(diào)整模塊采用至少一組超聲波霧化加濕機(jī)和空調(diào)；CO₂濃度調(diào)整模塊采用至少一個(gè)CO₂通風(fēng)管；光照調(diào)整模塊采用至少一組LED補(bǔ)光燈。多種設(shè)備對(duì)封閉空間環(huán)境進(jìn)行全方位調(diào)節(jié)，同時(shí)可采用溫度分區(qū)控制，光照分區(qū)控制，根據(jù)植物種類的不同設(shè)置不同的區(qū)域溫度和光譜。

所述閉鎖空間采用泡沫絕熱板搭建。這種材料具有良好的隔熱性與避光性，能使工廠內(nèi)外的能量交換最小化，內(nèi)外影響最小化。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、一種閉鎖空間模擬人工環(huán)境自動(dòng)栽培系統(tǒng)， 采用閉鎖空間，外部環(huán)境影響低。

2、一種閉鎖空間模擬人工環(huán)境自動(dòng)栽培系統(tǒng)，具有完善的控制系統(tǒng)，節(jié)約人工成本。

3、一種閉鎖空間模擬人工環(huán)境自動(dòng)栽培系統(tǒng)，可進(jìn)行分區(qū)控制，便于在同時(shí)栽培多種植物。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種閉鎖空間模擬人工環(huán)境自動(dòng)栽培系統(tǒng)，控制500平米的玻璃溫室，用于種植玫瑰花和菠蘿蜜。包括閉鎖空間和位于閉鎖空間中的現(xiàn)場(chǎng)控制模塊、溫度傳感模塊、濕度傳感模塊、CO₂濃度傳感模塊、溫度調(diào)整模塊、濕度調(diào)整模塊、CO₂濃度調(diào)整模塊、光照調(diào)整模塊、圖像傳感模塊；現(xiàn)場(chǎng)控制模塊采用DCS工控機(jī)、LED觸摸屏和外接鍵盤；溫度傳感模塊、濕度傳感模塊、CO₂濃度傳感模塊采用具有RS485接口的輻射式溫度傳感器、氧化鋁濕度傳感器、催化二氧化碳傳感器，溫度調(diào)整模塊包括：四組風(fēng)扇、暖氣片、空調(diào)；濕度調(diào)整模塊包括：兩組空調(diào)、超聲波霧化加濕機(jī)；CO₂濃度調(diào)整模塊包括：CO₂通風(fēng)管；光照調(diào)整模塊包括：兩組LED補(bǔ)光燈；玫瑰區(qū)溫室溫度控制在18-24℃，溫度傳感器檢測(cè)到的溫度超過22℃時(shí)，工控機(jī)發(fā)出控制指令，驅(qū)動(dòng)冷氣設(shè)備和風(fēng)扇，如果當(dāng)溫度下降低于20℃時(shí)，工控機(jī)又會(huì)發(fā)出加溫指令驅(qū)動(dòng)暖氣設(shè)備和風(fēng)扇；菠蘿蜜區(qū)溫室濕度控制在80-90%，溫室溫度控制在22-30℃，溫度傳感器檢測(cè)到的溫度超過30℃時(shí)，工控機(jī)發(fā)出控制指令，驅(qū)動(dòng)冷氣設(shè)備和風(fēng)扇，如果當(dāng)溫度下降低于24℃時(shí)，工控機(jī)又會(huì)發(fā)出加溫指令驅(qū)動(dòng)暖氣設(shè)備和風(fēng)扇，溫室溫度、濕度、CO₂濃度皆采用閉環(huán)PID控制，光照為開環(huán)控制，提前預(yù)設(shè)玫瑰所需光譜與菠蘿蜜所需光譜。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。