苗圃大棚及其内部气候维持方法
【专利摘要】本发明涉及一种苗圃大棚，包括用于调节所述大棚内部气候的补光灯、加湿器；还包括用于检测所述大棚内部气候参数的一个以上温度传感器、一个以上湿度传感器和一个以上光照强度传感器；还包括PLC控制器；所述PLC控制器循环采集所述温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器的值，并根据所述湿度传感器的值控制所述加湿器的工作；根据所述光照强度传感器的值控制所述补光灯的接通。本发明还公开了苗圃大棚的内部气候调节方法。本发明公开的苗圃大棚及其内部气候维持方法，充分利用清洁能源，实现自动控制，营造有利于大棚内部种植的植物的生长的局部气候环境，节省了能源，提高了产量。
【专利说明】苗圃大棚及其内部气候维持方法
[0001]【技术领域】本发明涉及一种苗圃大棚及其内部气候维持方法。
[0002]【背景技术】塑料大棚已经被证明是提高种植产量，扩展在当地的可种植植物种类的有效手段。在塑料大棚里有限的空间中，可以通过技术手段来维持适当的温度湿度和光照，创造最适合植物生长的气候，并能在植物生长的不同阶段，根据需要调节气候参数，达到高产稳产的目的。
[0003]
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种苗圃大棚及其内部气候维持方法，营造有利于大棚内部种植的植物的生长的局部气候环境。
[0004]本发明公开的一种苗圃大棚，包括用于调节所述大棚内部气候的补光灯、加湿器；还包括用于检测所述大棚内部气候参数的一个以上温度传感器、一个以上湿度传感器和一个以上光照强度传感器；还包括PLC控制器；所述PLC控制器循环采集所述温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器的值，并根据所述湿度传感器的值控制所述加湿器的工作；根据所述光照强度传感器的值控制所述补光灯的接通。
[0005]本发明所述的苗圃大棚，还可以包括用于调节所述大棚内部温度的气水换热器和保温储水箱，所述保温储水箱中的水通过输水管道流经所述气水换热器后再回到所述保温储水箱中；并且通过调高所述保温储水箱中的水温来调高所述大棚的内部温度；通过降低所述保温储水箱中的水温来降低所述大棚的内部温度。
[0006]本发明所述的苗圃大棚，还可以包括用于加热水的太阳能真空集热管，所述太阳能真空集热管加热的水在所述PLC控制器的控制下可以流入所述保温储水箱中，用于调高所述保温储水箱中的水温。
[0007]所述保温储水箱中还包括电加热器，所述电加热器用于在所述PLC控制器的控制下加热所述保温储水箱中的水。
[0008]本发明所述的苗圃大棚，还包括风力发电机和太阳能电池，以及蓄电池组，所述风力发电机和太阳能电池通过风光互补控制器为蓄电池组充电；所述蓄电池组为所述补光灯、加湿器、保温储水箱中的电加热器，以及所述温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器、和PLC控制器供电。
[0009]本发明还公开了一种苗圃大棚的内部气候维持方法，包括如下步骤:
[0010]步骤一，PLC控制器通过温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器随时采集所述苗圃大棚内部的各个区域的温度、湿度和光照强度；
[0011]步骤二，所述PLC控制器根据预设的数值判断所述苗圃大棚内部的温度是否达到要求，并通过控制分布于所述苗圃大棚内的气水换热器中流过的水的水温来调节所述苗圃大棚的内部温度；所述气水换热器中流过的水还流经保温储水箱，并在所述保温储水箱中调节温度；
[0012]步骤三，所述PLC控制器根据预设的数值判断所述苗圃大棚的内部的湿度是否达到要求，并通过控制分布于所述苗圃大棚内的各个区域的加湿器的启动来调节所述苗圃大棚的内部湿度；
[0013]步骤四，所述PLC控制器根据预设的数值判断所述苗圃大棚的内部的光照是否达到要求，并通过控制分布于所述苗圃大棚内的各个区域内的补光灯的开启来调节所述苗圃大棚的内部光照。
[0014]上述步骤二中控制所述保温储水箱中的水温的方法，可以进一步包括:
[0015]补充太阳能真空集热管中的热水到所述保温储水箱中提高水温；或者，
[0016]补充地下水或者河水到所述保温储水箱中降低水温；或者，
[0017]开启所述保温储水器中的电加热器提高水温。
[0018]所述步骤三中控制所述苗圃大棚内部湿度的方法，还可以包括，控制灌溉系统的启动来增加所述苗圃大棚内部的湿度。
[0019]本发明的苗圃大棚的内部气候调节方法，可以按照设定的时间周期顺序执行步骤
一至步骤四。 [0020]在所述步骤二中，还可以按照设定的时间周期持续地调高所述保温储水箱中的水温，或者持续地调低所述保温储水箱中的水温。
[0021]本发明公开的一种苗圃大棚及其内部气候维持方法，充分利用太阳能、风能和地下水资源，节省了能源；本发明通过自动控制气水换热器、加湿器和补光灯，营造有利于大棚内部种植的植物生长的温度、湿度和光照方面的局部气候环境；不仅可以在室外气候寒冷的时候提高大棚内部温度，还可以在室外气候炎热的时候降低大棚内部温度，提高了产量。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的苗圃大棚供电系统的结构示意图。
[0023]图2为本发明的苗圃大棚内部气候调节设备控制结构示意图。
[0024]图3为本发明的一个实施例中苗圃大棚内部区域划分示意图。
[0025]图4为本发明的一个实施例中内部气候控制流程图。
[0026]【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0027]—种苗圃大棚，为苗木等植物生长提供具有最佳温度、湿度和光照的封闭空间，该空间内，分布有一个以上的温度传感器，一个以上的湿度传感器，和一个以上的光照强度传感器，用于分别采集大棚内的温度、湿度和光照强度。
[0028]大棚内分布有多盏LED补光灯，点亮时可以用于补充光照。
[0029]为了实现湿度控制，苗圃大棚内还分布有多个加湿器和喷淋灌溉装置。
[0030]苗圃大棚内分布有多个气水换热器，保温储水器中的水连通这些气水换热器，保证苗圃大棚内的温度稳定在设定的水平。在保温储水器中还设置有电加热器，当保温储水器中的水温太低达不到要求时，采用电加热器加热水温达到需要的温度。采用水泵抽取的地下水或者河水可以补充到太阳能集热管和保温储水器中，太阳能集热管中加热后的水可以输送到保温储水器中。
[0031]苗圃大棚的供电同时采用风能发电机和太阳能电池发电，风力发电和太阳能发电储存在蓄电池组中。在蓄电池组中的电能不足时可以直接采用电网供电。
[0032]如图1所示为本发明的苗圃大棚供电系统的结构示意图，风力发电机101把风能转换成电能，太阳能电池102把太阳能转换成电能，再通过风光电互补控制器111为蓄电池组112充电，蓄电池组112为大棚内的气候调节设备供电。在风能和太阳能不足以满足大棚内的气候调节设备的用电需求的时候，采用市网供电，所以在蓄电池组和大棚内的气候调节设备之间还设置了电网或者蓄电池组供电选择器113，用于根据蓄电池组中的电量选择是否采用电网为气候调节设备供电。蓄电池组提供的是直流，市网电是交流，电网或者蓄电池组供电选择器113能够把市电和蓄电池组提供的电能转换成适当的形式后供电给气候调节设备。这里的气候调节设备包括补光灯701、加湿器702、保温储水箱的电加热器703和各种传感器704。
[0033]苗圃大棚气候调节系统通过可编程控制器PLC来按照需要采集各种传感器704的数据，并按照设定的程序控制气候调节设备，包括补光灯的启动、加湿器的启动、保温储水器中的电加热器的启动以及气水换热器的水温控制和相关的补水放水的控制启动。
[0034]如图2所示为本发明的苗圃大棚内部气候调节设备控制结构示意图，采用可编程控制器PLC500控制内部气候调节设备。PLC控制器500周期性地分别采集温度、湿度、光照传感器的值，包括多个温度传感器301的值，多个湿度传感器302的值，多个光照强度传感器303的值，并按照设定的数值判断苗圃大棚内的温度、湿度、光照是否满足要求。
[0035]当大棚内温度过低或者过高时，需要调整气水换热器中的水流的温度，增加地下水的比例可以降低水流温度，同样提高太阳能真空集热器中的水的比例可以提高水流温度，在必要的时候，可以使用蓄电池(风能系统和太阳能电池充电)的电来加热保温储水器中的水，使之满足产生气水换热所需的温度，以确保大棚温度满足需要。保温储水器和气水换热器中的水循环流动，循环水的温度通过保温储水器来调节。在保温储水器中添加热水可以提高循环水的温度，添加凉水可以降低循环水的温度，还可以通过保温储水器中的电加热器来提高循环水的温度。
[0036]当大棚内的湿度过低或者过高时，可以使用蓄电池组供电通过PLC控制器500调整加湿器的工作状态，使之满足大棚内部环境湿度的要求。
[0037]当大棚内的光照不足时，可以按照需要开启补光灯，为大棚内增加光照。
[0038]在本发明的一个实施例中，大棚内按面积被分成9个区间，分别编号为I号区、2号区.......9号区。如图3所示。在每一个区间中，都分布有独立的温度传感器，湿度传感器，光照强度传感器，以及在每一个区间的适当位置度设置了补光灯、气水换热器和加湿器。
[0039]如图4所示是本发明苗圃大棚内部气候的PLC的控制程序流程图，包括:
[0040]S501，采集每一个温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器的数据，分别判断每一个区间的温度、湿度和光照强度是否偏高或者偏低。
[0041]PLC控制器500中包括存储器，该存储器中包括设定的温度、湿度和光照强度的数值，PLC控制器500周期性地循环采集每一个传感器的数据，并比较上述存储器中设定的值，判断当前大棚内的每一个区间的温度、湿度和光照强度是否适当。
[0042]S502，PLC控制器500自动控制湿度适宜和湿度偏高区间的加湿器为关闭状态；控制湿度偏低区间的加湿器为开启加湿状态。
[0043]在大棚内的各个区域中分布有多个加湿器或者喷淋灌溉设备，在该区域需要加湿的时候开启。
[0044]S503，PLC控制器500自动控制光照强度适当或者偏高区间的补光灯为关闭状态，光照强度偏低区间的补光灯为开启状态。[0045]在大棚内的各个区域中分布有多个LED补光灯，当光照强度不够的时候在PLC控制器控制下自动开启。
[0046]S504, PLC控制器500自动根据每一个区间的温度综合计算大棚密闭空间内的整体温度；再根据整体温度的状态判断大棚内的温度是否偏高或者偏低，并根据该整体温度的需要计算需要的气水换热器中的水温。
[0047]例如大棚内各个区域的温度为10°左右，计算得知大棚密闭空间内的整体温度为10°，而存储器中设置的适宜温度为15°，因此需要提高气水换热器中的流水的水温。由于气水换热器中的水温提高后，大棚内的整体温度随之提高需要一个时间过程，所以也应该设定一个稍长的时间周期作为保温储水器的水温调节周期，在每一个保温储水器的水温调节周期中，进行一次测定和计算并判断大棚密闭空间内的整体温度，并根据该整体温度判断是否需要调节气水换热器中的流水的温度，从而调节保温储水器中的温度。例如保温储水器的水温调节周期为半小时或者一小时。
[0048]S505,当气水换热器中的水温偏低时，提高保温储水器中的水温:控制保温储水箱中的电加热器开启，加热到需要的温度；或者当太阳能集热器中的水温较高时控制其补充到已经适当排空的储水器，然后控制补充水到太阳能集热器。
[0049]例如，设保温储水器的水温调节周期为每半小时或者一小时一次，需要调整保温储水器中的水温从40°到50°，而此时太阳能集热器中的水温为80°，则此时PLC控制器500控制保温储水器中放掉四分之一的水，再补充太阳能集热器中的水到保温储水箱中，使保温储水器中的水温提高到50°。
[0050]S506,当气水换热器中的水温偏高时，降低保温储水器中的水温，控制地下水或者河水补充到已经适当排 空的保温储水箱中。
[0051]例如当保温储水器中的水温为50°，需要调整到40°时，河水或者地下水的温度为10°，则把保温储水器中的水排空四分之一，再补充河水或者地下水到保温储水箱满，即可调整水温到约40°。
[0052]地下水的水温一般为10°到15°，所以本发明苗圃大棚的内部温度可以适当降温到户外温度以下。例如在炎热的夏天正午时分太阳暴晒的时候，可以适当遮盖大棚顶部再辅以地下水流经气水换热器降温，营造大棚内部良好的人工气候，有利于大棚内植物的持续生长，提高产量，而且费用低廉。
[0053]在步骤S505和步骤S506中，从保温储水器中排出的水还可以用于大棚内的加湿和灌溉。
[0054]在一个实施例中，如图4所示的PLC控制器500的工作流程的执行方法包括，始终循环执行步骤S501至S504，同时设置一个计时器，每过一个水温调节周期，就执行一次步骤 S505 和 S506。
[0055]在另一个实施例中，如图4所示的PLC控制器500的工作流程的执行方法包括，始终循环执行步骤S501至S506，始终动态地调整保温储水器和气水换热器中的循环水的温度，当大棚内的温度需要升高时，用固定的速度往保温储水器中调入温度更高的热水，同时用同样的速度放掉部分从气水换热器中上到保温储水器中循环水；当大棚内的温度需要降低时，用固定的速度往保温储水器中调入温度更低的冷水，同时用同样的速度放掉部分从气水换热器中上到保温储水器中的热水。[0056]在本发明的一个实施例中，因为苗圃大棚的内部气候不会急剧变化，所以设定一个时间周期，并按照该时间周期来顺序地执行如图4所示的PLC控制器500的工作流程。例如每隔15分钟或者45分钟执行一次，每次依次采集温度湿度和光照强度，并依次控制保温储水箱中的水温、加湿器的开启和补光灯的开启。[0057]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种苗圃大棚，包括用于调节所述大棚内部气候的补光灯、加湿器；还包括用于检测所述大棚内部气候参数的一个以上温度传感器、一个以上湿度传感器和一个以上光照强度传感器；其特征在于，还包括PLC控制器；所述PLC控制器循环采集所述温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器的值，并根据所述湿度传感器的值控制所述加湿器的工作；根据所述光照强度传感器的值控制所述补光灯的接通。
2.根据权利要求1所述的苗圃大棚，其特征在于，还包括用于调节所述大棚内部温度的气水换热器和保温储水箱，所述保温储水箱中的水通过输水管道流经所述气水换热器后再回到所述保温储水箱中；并且通过调高所述保温储水箱中的水温来调高所述大棚的内部温度；通过降低所述保温储水箱中的水温来降低所述大棚的内部温度。
3.根据权利要求2所述的苗圃大棚，其特征在于，还包括用于加热水的太阳能真空集热管，所述太阳能真空集热管加热的水在所述PLC控制器的控制下注入所述保温储水箱，用于调高所述保温储水箱中的水温。
4.根据权利要求3所述的苗圃大棚，其特征在于，还包括位于所述保温储水箱中的电加热器，所述电加热器用于在所述PLC控制器的控制下加热所述保温储水箱中的水。
5.根据权利要求1、2、3或者4所述的苗圃大棚，其特征在于，还包括风力发电机和太阳能电池，以及蓄电池组，所述风力发电机和太阳能电池通过风光互补控制器为蓄电池组充电；所述蓄电池组为所述补光灯、加湿器、保温储水箱中的电加热器，以及所述温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器、和PLC控制器供电。
6.一种苗圃大棚的内部气候 维持方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一，PLC控制器通过温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器随时采集所述苗圃大棚内部的各个区域的温度、湿度和光照强度； 步骤二，所述PLC控制器根据预设的数值判断所述苗圃大棚内部的温度是否达到要求，并通过控制分布于所述苗圃大棚内的气水换热器中流过的水的水温来调节所述苗圃大棚的内部温度；所述气水换热器中流过的水还流经保温储水箱，并在所述保温储水箱中调节温度； 步骤三，所述PLC控制器根据预设的数值判断所述苗圃大棚的内部的湿度是否达到要求，并通过控制分布于所述苗圃大棚内的各个区域的加湿器的启动来调节所述苗圃大棚的内部湿度； 步骤四，所述PLC控制器根据预设的数值判断所述苗圃大棚的内部的光照是否达到要求，并通过控制分布于所述苗圃大棚内的各个区域内的补光灯的开启来调节所述苗圃大棚的内部光照。
7.根据权利要求6所述的苗圃大棚的内部气候维持方法，其特征在于，所述步骤二中控制所述保温储水箱中的水温的方法，进一步包括: 补充太阳能真空集热管中的热水到所述保温储水箱中提高水温；或者， 补充地下水或者河水到所述保温储水箱中降低水温；或者， 开启所述保温储水器中的电加热器提高水温。
8.根据权利要求6所述的苗圃大棚的内部气候调节方法，其特征在于，所述步骤三中控制所述苗圃大棚内部湿度的方法，还包括，控制灌溉系统的启动来增加所述苗圃大棚内部的湿度。
9.根据权利要求6所述的苗圃大棚的内部气候调节方法，其特征在于，按照设定的时间周期顺序执行步骤一至步骤四。
10.根据权利要求7所述的苗圃大棚的内部气候调节方法，其特征在于，按照设定的时间周期持续地调高所述保温储水箱中的水温，或者持续地调低所述保温储水箱中的水温。
【文档编号】A01G9/20GK103733919SQ201410015899
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】李家荣, 顾光旭, 纪正飚, 张美琪 申请人:盐城工学院