專利名稱：基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控系統(tǒng)方法與系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于精細農業(yè)技術領域，特別涉及一種基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控方法與系統(tǒng)。
背景技術：
目前我國設施園藝面積超過250萬公頃，居世界首位，但由于溫室大棚等農業(yè)設施受覆蓋材料、灰塵以及結構遮光等因素的影響，設施作物缺光現(xiàn)象普遍存在，光照不足已成為限制其發(fā)展的重要因素。以關中地區(qū)為例，其自然光照冬季光照1701-3780以上勒克斯光照時數(shù)僅有6-7小時，多數(shù)蔬菜要求12-14小時才能達到最佳產(chǎn)量狀態(tài)，因此整體產(chǎn)量和品質不高。因此，對光環(huán)境研究與調控已成為時下研究的熱點。近年來隨著農業(yè)生產(chǎn)中溫室大棚的大面積推廣，市面上出現(xiàn)了許多專用農業(yè)補光系統(tǒng)，對應的控制方法也層出不窮。但是，大多數(shù)補光系統(tǒng)的控制方法缺乏精密性，多依靠單一的光強監(jiān)測值實現(xiàn)補光量的控制，未考慮光質對溫室作物生長的影響。即使有小部分補光系統(tǒng)考慮了光質對作物生長的影響，采用特定波段檢測和分波段補光的方法，但也未考慮到作物生長環(huán)境中溫度、光照時間等多因子間的相互關系，造成補光不足或補光過剩，影響作物生長和光能利用效率。可見，現(xiàn)有補光系統(tǒng)在光環(huán)境調控方面存在著較多的問題，未考慮環(huán)境中光溫間的相互關聯(lián)以及對作物光環(huán)境的影響，極大地影響了設施光環(huán)境調控的實時性和精確性。

發(fā)明內容
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基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控系統(tǒng)，充分考慮了溫度、光強、光質和光照累積時間等因子間的相互關系以及對作物光環(huán)境的影響，建立光照時間優(yōu)先調控模式，保證作物有效光照累積時間。其次，根據(jù)溫度與不同光質間光飽和·點的動態(tài)關系，設計最優(yōu)的光飽和點動態(tài)控制模型，從而完成不同溫度下光飽和點的動態(tài)調整，最后，根據(jù)實時光飽和點，設計支持動態(tài)參數(shù)可調的多因子耦合反饋控制模型，實現(xiàn)基于多因子監(jiān)測結果的作物生長光環(huán)境精確調控。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控方法，根據(jù)當前環(huán)境內植物光照需求特性設定其光照累計時間，在累計光照的時間內，監(jiān)測環(huán)境中實時的紅藍光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值和實時的溫度值，利用溫度與最適環(huán)境光強擬合，根據(jù)不同溫度條件下當前植物的紅藍光光飽和點，計算紅藍光監(jiān)測值和目標值之間的差值，進行按需補光，并且當溫度監(jiān)測值超出光合作用有效溫度閾值范圍時，對溫度進行調整使其在該范圍內。當以番茄為例:根據(jù)如下的溫度與最適環(huán)境光強擬合公式:
τ 一 22.494 + 9.4727 χΓ-0.1621χΓ2I ζζ 刪1................................................................................................................................................................................................................................1.6908 一 CU O掃 X Γ + 0.0019 x T2
得到當前溫度下紅光光飽和點redLSP=I XM，M為紅光修正系數(shù)，根據(jù)特定植物所處生長期確定；以及，當前溫度下藍光光飽和點WueLSP=I XN，N為藍光修正系數(shù)，根據(jù)特定植物所處生長期確定；T為當前環(huán)境溫度，I為環(huán)境中總光強。所述紅光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值和藍光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值通過PAR傳感器檢測得到?；蛘?所述紅光光合有效福射光量子通量密度(PFD)值通過如下公示獲取:
權利要求
1.一種基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控方法，其特征在于，根據(jù)當前環(huán)境內植物光照需求特性設定其光照累計時間，在累計光照的時間內，監(jiān)測環(huán)境中實時的紅藍光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值和實時的溫度值，利用溫度與最適環(huán)境光強擬合，根據(jù)不同溫度條件下當前植物的紅藍光光飽和點，計算紅藍光監(jiān)測值和目標值之間的差值，進行按需補光，并且當溫度監(jiān)測值超出光合作用有效溫度閾值范圍時，對溫度進行調整使其在該范圍內。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控方法，其特征在于，所述植物為番茄， 根據(jù)如下的溫度與最適環(huán)境光強擬合公式:
3.根據(jù)權利要求1所述的基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控方法，其特征在于，所述紅光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值和藍光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值通過PAR傳感器檢測得到。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控方法，其特征在于，所述紅光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值通過如下公式獲取:
5.根據(jù)權利要求3或4所述的基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控方法，其特征在于，利用陣列式補光燈組進行補光，當需要補光時， 紅光補光量為:
6.實現(xiàn)權利要求1所述的基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 溫度監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測環(huán)境內實時溫度，并將監(jiān)測值傳輸至單片機； 光照監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測環(huán)境內實時總光強，并將監(jiān)測值傳輸至單片機； 人機交互模塊，接單片機用于完成對當前環(huán)境內植物光照的累計時間以及起始時間的設定 單片機，根據(jù)當前實時總光強與實時溫度計算得到紅藍光的需補光量，根據(jù)紅藍光的需補光量，向補光模塊輸出補光控制信號，當實時溫度在設定的光合作用有效溫度閾值范圍外，向調溫模塊輸出調溫控制信號； 調溫模塊，接單片機調溫控制信號輸出控制口，根據(jù)單片機所發(fā)送調溫控制信號，實現(xiàn)調整當前溫度在在設定的光合作用有效溫度閾值范圍之內； 補光模塊，采用陣列式補光燈組，接單片機補光控制信號輸出控制口，根據(jù)單片機所發(fā)送補光控制信號，打開紅藍光補光燈組陣列中相應數(shù)量的補光燈進行補光； 時鐘模塊，接單片機用于向其提供系統(tǒng)時間和計時時間； 電源模塊，用于為整個系統(tǒng)供電。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控系統(tǒng)，其特征在于，所述紅光的需補光量根據(jù)如下公式計算:
8.根據(jù)權利要求6所述的基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機預留有用以接入傳感器模塊的控制口。
9.根據(jù)權利要求6所述的基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度監(jiān)測模塊采用DB18B20溫度傳感器。
10.根據(jù)權利要求6所述的基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控系統(tǒng)，其特征在于，所述光照監(jiān)測模塊采用植物生長光 合有效輻射傳感器(PAR)。
全文摘要
一種基于多因子耦合的光環(huán)境智能調控方法，根據(jù)當前環(huán)境內植物光照需求特性設定其光照累計時間，在累計光照的時間內，監(jiān)測環(huán)境中實時的紅藍光PFD值和實時的溫度值，利用溫度與最適環(huán)境光強擬合，根據(jù)不同溫度條件下當前植物的紅藍光光飽和點，計算紅藍光監(jiān)測值和目標值之間的差值，進行按需補光，且當溫度監(jiān)測值超出光合作用有效溫度閾值范圍時，對溫度進行調整使其在該范圍內；本發(fā)明同時提供了實現(xiàn)所述調控方法的系統(tǒng)，本發(fā)明通過調用多因子耦合光環(huán)境智能調控算法，完成對環(huán)境中溫度和分波段光強的精確控制，可在最低耗能的基礎上，通過PWM控制信號對調光量進行有效控制，實現(xiàn)了對植物生長環(huán)境中溫度、分波段光強的最優(yōu)調控。
文檔編號A01G9/20GK103237380SQ201310084828
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權日2013年3月15日
發(fā)明者張海輝, 胡瑾, 劉翔, 樊宏攀, 劉正道, 喬俊楓, 周慶珍, 梁巖, 曹學君, 賈金陽 申請人:西北農林科技大學