本發(fā)明涉及一種溫室培養(yǎng)系統(tǒng)，尤其是智能草莓溫室培養(yǎng)系統(tǒng)和控制方法。

背景技術(shù)：

目前，日光溫室種植草莓的傳統(tǒng)模式絕大部分采用的是地壟式，對日光溫室內(nèi)作物生長控制還是基于對溫室環(huán)境的調(diào)控來取得的。例如，通過控制溫室內(nèi)的遮陽、通風(fēng)、加溫、降溫、CO₂濃度等參數(shù)，來取得一個(gè)作物比較適合的生長環(huán)境。但這種傳統(tǒng)的溫室環(huán)境控制模式存在許多不足，如：控制有效性不高、不節(jié)能、沒有形成自動化和智能化、以至于調(diào)控后的環(huán)境距離作物真正需求的最優(yōu)環(huán)境有較大差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種以草莓自身需求為目標(biāo)、更加自動化和智能化、以達(dá)到有效節(jié)能和提高草莓產(chǎn)量的智能草莓溫室培養(yǎng)系統(tǒng)和控制方法，具體技術(shù)方案為：

智能草莓溫室培養(yǎng)系統(tǒng)，包括均與溫室控制器連接的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)和作物生長控制系統(tǒng)；所述溫室環(huán)境控制系統(tǒng)控制溫室的溫度、濕度、采光和通風(fēng)；所述作物生長控制系統(tǒng)控制CO₂濃度、基質(zhì)溫度、基質(zhì)營養(yǎng)液、滴灌和光照。

優(yōu)選的，所述溫室控制器包括均與工控機(jī)連接的控制終端、顯示器、輸入設(shè)備和控制總線；所述工控機(jī)接受信號和發(fā)送指令，并存儲信息；所述控制終端設(shè)置參數(shù)、監(jiān)控溫室環(huán)境控制系統(tǒng)和作物生長控制系統(tǒng)；所述顯示器顯示控制終端的信息；所述輸入設(shè)備輸入?yún)?shù)；所述控制總線分別與溫室環(huán)境控制系統(tǒng)和作物生長控制系統(tǒng)連接。

優(yōu)選的，所述溫室環(huán)境控制系統(tǒng)包括溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和采光調(diào)控系統(tǒng)；所述溫度控制系統(tǒng)包括溫度傳感器和升溫裝置；所述濕度控制系統(tǒng)包括濕度傳感器和加濕裝置；所述通風(fēng)系統(tǒng)包括換氣風(fēng)扇；所述采光調(diào)控系統(tǒng)包括遮陽卷簾裝置。

優(yōu)選的，所述作物生長控制系統(tǒng)包括基質(zhì)溫度控制系統(tǒng)、基質(zhì)營養(yǎng)液系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、CO₂濃度控制系統(tǒng)和光照控制系統(tǒng)；所述基質(zhì)溫度控制系統(tǒng)包括溫度傳感器和加熱裝置，所述加熱裝置為硅膠加熱線，硅膠加熱線布置在基質(zhì)營養(yǎng)液槽中；所述基質(zhì)營養(yǎng)液系統(tǒng)包括液位計(jì)和輸送泵；所述滴灌系統(tǒng)包括滴灌裝置；所述CO₂濃度控制系統(tǒng)包括CO₂傳感器、電磁閥、CO₂儲氣罐和報(bào)警裝置；所述光照控制系統(tǒng)包括電動式草莓立體栽培裝置。

其中，還包括室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，所述室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與溫室控制器連接，室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)包括溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器和光照傳感器。

優(yōu)選的，所述溫室控制器還包括手動控制裝置，所述手動控制裝置與控制總線連接，手動控制裝置單獨(dú)控制換氣風(fēng)扇和遮陽卷簾裝置。

智能草莓溫室培養(yǎng)系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法采用控制耦合的方法，將草莓根部基質(zhì)營養(yǎng)液的溫度、光照、基質(zhì)營養(yǎng)液/滴灌作為草莓生長的參量控制，而溫度、濕度、采光、通風(fēng)作為環(huán)境參量控制，根據(jù)溫室空間和作物根部環(huán)境信息反饋以及作物生長周期的時(shí)間反饋進(jìn)行強(qiáng)制解耦的方式進(jìn)行控制。

優(yōu)選的，包括以下步驟：

S1采光控制，根據(jù)溫室控制器的控制終端設(shè)置的時(shí)間和/或光照傳感器的感光控制遮陽卷簾裝置的開啟，白天打開遮陽卷簾使陽光照進(jìn)溫室，夜晚關(guān)閉遮陽卷簾進(jìn)行保溫，或者白天陽光強(qiáng)烈以及溫室溫度過高時(shí)打開遮陽卷簾，減少陽光的照射，降低溫度，保護(hù)草莓；

S2溫度控制，控制終端控制溫室內(nèi)的溫度，根據(jù)溫度傳感器測量的溫度與設(shè)定溫度比較，低于設(shè)定溫度時(shí)開啟升溫裝置，使溫度達(dá)到設(shè)定值，高于設(shè)定值時(shí)，開啟換氣風(fēng)扇，將溫室外的冷空氣吸進(jìn)溫室內(nèi)進(jìn)行降溫，控制終端根據(jù)草莓不同的生長階段保持不同的溫度，以及分別控制白天和夜晚的溫度，使草莓處于最佳的生長溫度；

S3濕度控制，控制終端控制溫室內(nèi)的濕度，根據(jù)濕度傳感器測量的濕度與設(shè)定濕度比較，低于設(shè)定濕度時(shí)開啟加濕裝置，高于設(shè)定濕度時(shí)，開啟換氣風(fēng)扇，將溫室內(nèi)的高濕空氣與溫室外的低濕空氣進(jìn)行交換，降低濕度；

S4換氣控制，控制終端通過控制總線控制換氣風(fēng)扇的開啟和關(guān)閉；

S5基質(zhì)溫度控制，控制終端通過溫度傳感器檢測基質(zhì)的溫度，并與設(shè)定的溫度值進(jìn)行對比，低于設(shè)定值時(shí)，啟動硅膠加熱線，對基質(zhì)進(jìn)行加熱，基質(zhì)的溫度根據(jù)不同的生長需求設(shè)置不同的值；

S6滴灌控制，控制終端根據(jù)草莓生長的需要控制滴灌的開啟和關(guān)閉，以及滴灌的量，在控制終端根據(jù)草莓的生長階段設(shè)定不同的滴灌量；

S7CO₂濃度控制，控制終端在草莓進(jìn)行光合作用時(shí)，根據(jù)設(shè)定的CO₂濃度值檢測溫室中CO₂氣體的濃度，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)，打開電磁閥，補(bǔ)充CO₂氣體，達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉電磁閥，如果CO₂濃度超過安全值時(shí)開啟報(bào)警裝置并開啟換氣風(fēng)扇；

S8光照控制，控制終端控制電動式草莓立體栽培裝置，在控制終端輸入分段的時(shí)間控制，根據(jù)上午、中午、下午控制電動式草莓立體栽培裝置，使草莓能夠充分進(jìn)行光合作用；

S9基質(zhì)營養(yǎng)液控制，控制終端通過液位計(jì)檢測基質(zhì)營養(yǎng)液的液位，與設(shè)定值比較，低于設(shè)定液位時(shí)，啟動輸送泵補(bǔ)充基質(zhì)營養(yǎng)液至設(shè)定液位。

其中，所述步驟S5中硅膠加熱線距離草莓根部的距離為70-80mm，基質(zhì)的溫度范圍為5-20℃。

該控制方法是基于復(fù)雜大系統(tǒng)控制理念、以強(qiáng)解藕為目的協(xié)調(diào)控制，即將溫室環(huán)境參量調(diào)控和作物生長參量調(diào)控分開調(diào)控，建立各自獨(dú)立的被控對象、并構(gòu)建各自控制子系統(tǒng)，在協(xié)調(diào)控制器的控制和作物模型輸出給定約束下，對各自的變量進(jìn)行調(diào)控。本控制系統(tǒng)不僅可以做到解藕控制、提高控制效果，還可以在更改作物的生長模型后提高控制的魯棒性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的智能草莓溫室培養(yǎng)系統(tǒng)和控制方法自動化程度高、培養(yǎng)更加智能、產(chǎn)量高、成本低。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

智能草莓溫室培養(yǎng)系統(tǒng)，包括均與溫室控制器連接的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)和作物生長控制系統(tǒng)；所述溫室環(huán)境控制系統(tǒng)控制溫室的溫度、濕度、采光和通風(fēng)；所述作物生長控制系統(tǒng)控制CO₂濃度、基質(zhì)溫度、基質(zhì)營養(yǎng)液、滴灌和光照。

優(yōu)選的，所述溫室控制器包括均與工控機(jī)連接的控制終端、顯示器、輸入設(shè)備和控制總線；所述工控機(jī)接受信號和發(fā)送指令，并存儲信息；所述控制終端設(shè)置參數(shù)、監(jiān)控溫室環(huán)境控制系統(tǒng)和作物生長控制系統(tǒng)；所述顯示器顯示控制終端的信息；所述輸入設(shè)備輸入?yún)?shù)；所述控制總線分別與溫室環(huán)境控制系統(tǒng)和作物生長控制系統(tǒng)連接。

優(yōu)選的，所述溫室環(huán)境控制系統(tǒng)包括溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和采光調(diào)控系統(tǒng)；所述溫度控制系統(tǒng)包括溫度傳感器和升溫裝置；所述濕度控制系統(tǒng)包括濕度傳感器和加濕裝置；所述通風(fēng)系統(tǒng)包括換氣風(fēng)扇；所述采光調(diào)控系統(tǒng)包括遮陽卷簾裝置。

優(yōu)選的，所述作物生長控制系統(tǒng)包括基質(zhì)溫度控制系統(tǒng)、基質(zhì)營養(yǎng)液系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)、CO₂濃度控制系統(tǒng)和光照控制系統(tǒng)；所述基質(zhì)溫度控制系統(tǒng)包括溫度傳感器和加熱裝置，所述加熱裝置為硅膠加熱線，硅膠加熱線布置在基質(zhì)營養(yǎng)液槽中；所述基質(zhì)營養(yǎng)液系統(tǒng)包括液位計(jì)和輸送泵；所述滴灌系統(tǒng)包括滴灌裝置；所述CO₂濃度控制系統(tǒng)包括CO₂傳感器、電磁閥、CO₂儲氣罐和報(bào)警裝置；所述光照控制系統(tǒng)包括電動式草莓立體栽培裝置。

其中，還包括室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，所述室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與溫室控制器連接，室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)包括溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器和光照傳感器。

優(yōu)選的，所述溫室控制器還包括手動控制裝置，所述手動控制裝置與控制總線連接，手動控制裝置單獨(dú)控制換氣風(fēng)扇和遮陽卷簾裝置。

實(shí)施例2

智能草莓溫室培養(yǎng)系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法采用控制耦合的方法，將草莓根部基質(zhì)營養(yǎng)液的溫度、光照、基質(zhì)營養(yǎng)液/滴灌作為草莓生長的參量控制，而溫度、濕度、采光、通風(fēng)作為環(huán)境參量控制，根據(jù)溫室空間和作物根部環(huán)境信息反饋以及作物生長周期的時(shí)間反饋進(jìn)行強(qiáng)制解耦的方式進(jìn)行控制。

智能草莓溫室培養(yǎng)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

S1采光控制，根據(jù)溫室控制器的控制終端設(shè)置的時(shí)間和/或光照傳感器的感光控制遮陽卷簾裝置的開啟，白天打開遮陽卷簾使陽光照進(jìn)溫室，夜晚關(guān)閉遮陽卷簾進(jìn)行保溫，或者白天陽光強(qiáng)烈以及溫室溫度過高時(shí)打開遮陽卷簾，減少陽光的照射，降低溫度，保護(hù)草莓；

S2溫度控制，控制終端控制溫室內(nèi)的溫度，根據(jù)溫度傳感器測量的溫度與設(shè)定溫度比較，低于設(shè)定溫度時(shí)開啟升溫裝置，使溫度達(dá)到設(shè)定值，高于設(shè)定值時(shí)，開啟換氣風(fēng)扇，將溫室外的冷空氣吸進(jìn)溫室內(nèi)進(jìn)行降溫，控制終端根據(jù)草莓不同的生長階段保持不同的溫度，以及分別控制白天和夜晚的溫度，使草莓處于最佳的生長溫度；

S3濕度控制，控制終端控制溫室內(nèi)的濕度，根據(jù)濕度傳感器測量的濕度與設(shè)定濕度比較，低于設(shè)定濕度時(shí)開啟加濕裝置，高于設(shè)定濕度時(shí)，開啟換氣風(fēng)扇，將溫室內(nèi)的高濕空氣與溫室外的低濕空氣進(jìn)行交換，降低濕度；

S4換氣控制，控制終端通過控制總線控制換氣風(fēng)扇的開啟和關(guān)閉；

S5基質(zhì)溫度控制，控制終端通過溫度傳感器檢測基質(zhì)的溫度，并與設(shè)定的溫度值進(jìn)行對比，低于設(shè)定值時(shí)，啟動硅膠加熱線，對基質(zhì)進(jìn)行加熱，基質(zhì)的溫度根據(jù)不同的生長需求設(shè)置不同的值；

S6滴灌控制，控制終端根據(jù)草莓生長的需要控制滴灌的開啟和關(guān)閉，以及滴灌的量，在控制終端根據(jù)草莓的生長階段設(shè)定不同的滴灌量；

S7CO₂濃度控制，控制終端在草莓進(jìn)行光合作用時(shí)，根據(jù)設(shè)定的CO₂濃度值檢測溫室中CO₂氣體的濃度，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)，打開電磁閥，補(bǔ)充CO₂氣體，達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉電磁閥，如果CO₂濃度超過安全值時(shí)開啟報(bào)警裝置并開啟換氣風(fēng)扇；

S8光照控制，控制終端控制電動式草莓立體栽培裝置，在控制終端輸入分段的時(shí)間控制，根據(jù)上午、中午、下午控制電動式草莓立體栽培裝置，使草莓能夠充分進(jìn)行光合作用；

S9基質(zhì)營養(yǎng)液控制，控制終端通過液位計(jì)檢測基質(zhì)營養(yǎng)液的液位，與設(shè)定值比較，低于設(shè)定液位時(shí)，啟動輸送泵補(bǔ)充基質(zhì)營養(yǎng)液至設(shè)定液位。

其中，所述步驟S5中硅膠加熱線距離草莓根部的距離為70-80mm，基質(zhì)的溫度范圍為5-20℃。