一種設施作物二氧化碳無線智能調控方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)智能化技術領域，特別涉及一種設施作物二氧化碳無線智能調控 方法與系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 近年來，設施作物環(huán)境監(jiān)測在國內(nèi)得到了相應的研究，并且實現(xiàn)了有線到無線的 轉變。但是，相比傳統(tǒng)的檢測以及控制方法，沒有能夠實現(xiàn)作物有效的補充二氧化碳，再具 體控制方面，僅僅根據(jù)單一變量進行處理，本系統(tǒng)控制方法設計參考多變量設計方法，根據(jù) 系統(tǒng)優(yōu)化而得到最優(yōu)控制方法。不同的植物對應不同的二氧化碳調控模型，從而避免了傳 統(tǒng)二氧化碳調控單一化的方式。對應不同植物，不同的光合作用模型，不同的二氧化碳的響 應實驗結果，通過優(yōu)化算法會得到不同的調控方式。
[0003] 設施作物環(huán)境內(nèi)如果種有植株較高的作物，在布置檢測設備方面就要考慮傳感器 的走線以及放置會比較麻煩，而通過采用無線方式會大大便捷數(shù)據(jù)的采集與信息的獲取， 同時為應用于多種場合提供應用的可能性。
[0004] 設施作物由于植物生長比較復雜，通過無線傳輸檢測數(shù)據(jù)比較有利，并且檢測數(shù) 據(jù)方面通過無線傳輸并不影響植物的自身生長，并且在檢測位置的選擇上有較大的靈活 性。
[0005] 傳統(tǒng)的設施環(huán)境二氧化碳的補施多采用不可控的方式，且在二氧化碳擴散均勻性 方面考慮甚少。針對上述缺點，通過對設施流體空間的二氧化碳氣體擴散均勻性方面的研 究，通過鋪設氣體擴散管道，設計二氧化碳不同的出氣孔的大小以及增加對流扇等方式，促 使氣體更加精量的補充。
[0006] 由于上述理由，有必要對調控二氧化碳的方法與原理上進一步改進以更好地促進 植物自身的生長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種設施作物二氧化碳無 線智能調控方法與系統(tǒng)，可以更精確地實現(xiàn)設施環(huán)境調控，更好地促進植物碳肥的需求。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：
[0009] -種設施作物二氧化碳無線智能調控方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟1，根據(jù)設施環(huán)境內(nèi)植物光合作用機理，通過植物二氧化碳響應實驗，建立二 氧化碳所需最優(yōu)濃度模型；
[0011] 步驟2,檢測設施作物內(nèi)的溫度T、二氧化碳濃度Μ以及光照強度C，并且檢測設施作 物環(huán)境外二氧化碳的濃度Ν;
[0012] 步驟3,根據(jù)檢測到的溫度Τ、二氧化碳濃度Μ以及光照強度C，進行最優(yōu)二氧化碳濃 度值尋優(yōu)，如若植物所需的最優(yōu)二氧化碳濃度比設施作物環(huán)境內(nèi)的二氧化碳濃度Μ高，則同 時打開二氧化碳氣罐與對流扇，按照最優(yōu)二氧化碳值進行補充，如若植物所需的二氧化碳 濃度比設施作物環(huán)境內(nèi)的二氧化碳濃度Μ低，則不補充二氧化碳。
[0013] 所述步驟1中，利用光合速率儀進行二氧化碳響應實驗，得到植物光合速率以及溫 度、光照以及二氧化碳濃度值，再通過ΒΡ算法擬合出光合速率與溫度、光照以及二氧化碳濃 度之間的關系，即為二氧化碳所需最優(yōu)濃度模型，當溫度與光照為某一個固定的值時，都有 一個二氧化碳濃度對應的最大光合速率；
[0014] 所述步驟3中，通過遺傳算法實現(xiàn)尋優(yōu)，先對二氧化碳濃度進行編碼，然后計算各 個二氧化碳濃度的適應度，然后在按適應度的大小進行復制下一代放入匹配池，在交叉繁 殖最后變異，在通過適應度的大小進行選擇，通過循環(huán)最后得到全局最優(yōu)解，計算得到的二 氧化碳補充量f (x，y)為:f(x，y) = 484+11.49x+0.2078y其中X為溫度，y為光照強度(x〈33，y 〈1500)。
[0015] 當植物所需的二氧化碳濃度比設施作物環(huán)境內(nèi)的二氧化碳濃度Μ高時，則進一步 與設施作物環(huán)境外的二氧化碳濃度Ν比較，由于室外二氧化碳濃度一般較低，如果設施作物 環(huán)境外的二氧化碳濃度Ν大于植物所需的二氧化碳下浮百分之Κ時，其中Κ由作物的光合作 用特性所決定，且設施作物環(huán)境外氣溫在合適范圍內(nèi)，則打開通風設備，向設施作物環(huán)境內(nèi) 直接輸送空氣，從而實現(xiàn)二氧化碳濃度調控;如果設施作物環(huán)境外的二氧化碳濃度Ν小于植 物所需的二氧化碳下浮百分之Κ的濃度，則打開二氧化碳氣罐，定量補充二氧化碳。例如，空 氣中的二氧化碳濃度約為400~500ppm，而對于某些低肥水類蔬菜需要的二氧化碳要求量 較低，約為700~800ppm，則以最適二氧化碳濃度的下浮30 %補充，不僅節(jié)約能源，而且還促 進作物生長。
[0016] 進行補充二氧化碳時，根據(jù)單位平方的空間補充二氧化碳的時間，通過等比例放 大至整個空間，確定整個空間所需要補充的時間，從而實現(xiàn)精準調控，防止植物因為過量補 充而導致的碳中毒。
[0017] 所述二氧化碳經(jīng)過W形擴散管道進行擴散，所述W形擴散管道包括一根與氣罐1連 接的主管道2和若干分管道3，各分管道3的直徑均與主管道2的直徑相等，各分管道3均垂直 地連接在主管道2上，各分管道3相互平行且均位于主管道2的同側，由于不同位置的出氣壓 強不同，根據(jù)氣體壓強與流速之間的關系，各分管道3上均等間距開有不同大小的圓孔4,以 保持各圓孔4的流速相同，保證相同流體空間的二氧化碳氣體能夠均勻地擴散至補償空間 內(nèi)，各分管道3均勻布置，促使氣體也均勻地補充至整個設施環(huán)境空間，在各個分管道兩端 布置一對對流扇，通過對流扇促進循環(huán)，防止局部高濃度的擴散補充導致的植株死亡。
[0018] 在打開二氧化碳氣罐之前，觀測設施作物環(huán)境內(nèi)是否有人，只有在無人時才打開 二氧化碳氣罐。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種設施作物二氧化碳無線智能調控系統(tǒng)，包括：
[0020] 檢測模塊，包括設置在設施作物環(huán)境內(nèi)的溫度檢測模塊、二氧化碳濃度檢測模塊 一和光照強度檢測模塊模塊以及設置在設施作物環(huán)境外的二氧化碳濃度檢測以及溫度檢 測模塊模塊二；
[0021] 主控模塊，通過無線方式接收檢測模塊的檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)設施作物環(huán)境內(nèi)植物光 合作用模型，植物的二氧化碳響應實驗，建立二氧化碳所需濃度模型，進行特定溫度與光照 下的最優(yōu)濃度值進行調控，判斷是否需要補充二氧化碳，在需要補充時，通過無線方式向控 制模塊發(fā)送指令；
[0022] 控制模塊，接收主控模塊所發(fā)指令，控制二氧化碳補充設備的啟閉。
[0023] 所述主控模塊為單片機，單片機利用存儲器對檢測數(shù)據(jù)和二氧化碳所需濃度模型 進行存儲，檢測模塊連接有用于顯示其檢測數(shù)據(jù)的液晶顯示屏，檢測模塊與主控模塊之間 基于ZigBee協(xié)議實現(xiàn)無線通信。
[0024] 所述設施作物環(huán)境內(nèi)設置有二氧化碳氣罐和對流扇，當植物所需的二氧化碳濃度 比設施作物環(huán)境內(nèi)的二氧化碳濃度Μ高時，進一步與設施作物環(huán)境外的二氧化碳濃度N比 較，由于室外二氧化碳濃度一般較低，如果設施作物環(huán)境外的二氧化碳濃度Ν大于植物所需 的二氧化碳百分之Κ時，其中Κ由作物的光合作用特性所決定，且設施作物環(huán)境外氣溫在合 適范圍內(nèi)，則打開設施通風設備，向設施作物環(huán)境內(nèi)直接輸送空氣，從而實現(xiàn)二氧化碳濃度 調控;如果設施作物環(huán)境外的二氧化碳濃度Ν小于植物所需的二氧化碳濃度下浮百分之Κ的 濃度時，則打開二氧化碳氣罐，并根據(jù)打開時間實現(xiàn)定量補充二氧化碳，與二氧化碳氣罐同 步開啟對流扇。
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