一种温室大棚二氧化碳气施方法及装置与流程

本发明涉及农业种植技术领域，特别涉及一种温室大棚二氧化碳气施方法及装置。

背景技术：

在北方地区农业生产过程中，一年四季气温变化大，为实现农作物一年四季多产多收，通常采用温室大棚种植较高经济价值的作物，实现一年多季采收。目前温室大棚通常通过大量施肥、喷洒农药的方式来提高产量，其存在施肥量大、实时性差、增产效果差的缺点。

二氧化碳气体是植物光合作用的主要原料之一，可作为气体肥料用于大棚种植。当前大棚内二氧化碳气施的主要方式有燃烧法(通过燃烧燃料释放二氧化碳)、发酵法(利用作物秸秆发酵方法释放二氧化碳)、化学法(将两种化学溶剂混合后，产生一定量的二氧化碳)，这些方法都存在一定的弊端。燃烧法消耗燃料放出热量和二氧化碳，该方法一是不环保，二是夏季不适合，三是成本高，释放浓度不可控，难以推广；发酵法成本低，但缺点明显，植物在白天需要光合作用的时候能提供大量二氧化碳，但夜间也持续释放二氧化碳，影响作物生长，且大棚内二氧化碳浓度不可控，经常因过量释放二氧化碳导致作物生长反而受到很大影响；化学法成本高，释放浓度不可控，且会产生废固、废液，不环保。这些都导致二氧化碳气施增产方式一直处于农业工作者想实施却只能小范围试验应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种温室大棚二氧化碳气施方法及装置，实现了对温室大棚内二氧化碳气体浓度的自动控制，可操作性强，为农业增产带来了安全、环保的新途径。

一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种温室大棚二氧化碳气施方法，包括：

获取温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息；

根据获取的所述温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息，确定第一二氧化碳补充信息；

根据所述第一二氧化碳补充信息产生第一可控阀开关动作信号；

将所述第一可控阀开关动作信号发送给可控阀，所述可控阀控制所述CO₂存储装置内二氧化碳的排放，实现对温室大棚内二氧化碳气体浓度的自动控制。

进一步地，所述根据获取的所述温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息，确定第一二氧化碳补充信息，具体为：根据不同时间获取的所述温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息的变化情况，确定二氧化碳的补充时间和补充幅度。

进一步地，所述方法还包括：根据实时获取的所述温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息，确定第二二氧化碳补充信息；根据所述第二二氧化碳补充信息产生第二可控阀开关动作信号；将所述第二可控阀开关动作信号发送给可控阀，控制二氧化碳的排放。

进一步地，所述方法还包括：根据所述第一可控阀开关动作信号，同步控制风机开关运行。

进一步地，所述方法还包括：根据所述温室大棚环境参数确定风机开关时间；根据所述风机开关时间产生风机开关动作信号；根据所述风机开关动作信号控制风机的开关运行。

进一步地，所述方法还包括：获取人机交互信息；根据所述人机交互信息产生第三二氧化碳补充信息；根据所述第三二氧化碳补充信息调整所述第一二氧化碳补充信息，并产生第四二氧化碳补充信息；根据所述第四二氧化碳补充信息产生第三可控阀开关动作信号；将所述第三可控阀开关动作信号发送给可控阀，控制二氧化碳的排放。

进一步地，所述方法还包括：根据所述温室大棚环境参数确定水分补充时间；根据所述水分补充时间产生水泵开关动作信号；根据所述水泵开关动作信号控制水泵的开关运行。

进一步地，所述方法还包括：根据所述温室大棚环境参数确定卷帘开关时间；根据所述卷帘开关时间产生卷帘开关动作信号；根据所述卷帘开关动作信号控制卷帘的开关运行。

进一步地，所述温室大棚环境参数包括：室内温度、室内湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度。

另一方面，本发明还提供了一种温室大棚二氧化碳气施装置，包括：

CO₂存储装置；

可控阀，与所述CO₂存储装置连接，用于控制所述CO₂存储装置内二氧化碳的排放；

控制装置，与所述可控阀连接，用于控制所述可控阀的开关动作；所述控制装置还与所述CO₂存储装置连接；

温室环境检测装置，与所述控制装置连接，用于检测温室大棚环境参数并将所述温室大棚环境参数传输给所述控制装置；其中，所述温室大棚环境参数包括：室内温度、室内湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度；

气体成分检测装置，与所述控制装置连接，用于检测温室大棚内的二氧化碳气体浓度并将所述二氧化碳气体浓度传输给所述控制装置；

其中，所述控制装置获取所述温室大棚环境参数和所述二氧化碳气体浓度，对所述可控阀的开关进行控制，实现对温室大棚二氧化碳气体浓度的自动控制。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例中提供的温室大棚二氧化碳气施方法，包括获取温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息；根据获取的所述温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息，确定第一二氧化碳补充信息；根据所述第一二氧化碳补充信息产生第一可控阀开关动作信号；将所述第一可控阀开关动作信号发送给可控阀，所述可控阀控制所述CO₂存储装置内二氧化碳的排放；由于根据获取的温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息，实时调节可控阀的开关动作，控制二氧化碳的排放，实现对温室大棚内二氧化碳气体浓度的自动精准控制；所以，有效增加了农作物产量，实现温室大棚自动增产的目的，简单、高效、可操作性强。

附图说明

图1是本发明实施例提供的温室大棚二氧化碳气施方法流程图；

图2是本发明实施例一提供的温室大棚二氧化碳气施方法流程图；

图3是本发明实施例提供的温室大棚二氧化碳气施装置的结构示意图。

图中，1-可控阀，2-CO₂存储装置，3-控制装置，31-CO₂自动控制单元，32-风机控制单元，33-温室大棚诊断单元，4-温室环境检测装置，5-气体成分检测装置，6-人机接口，7-风机。

具体实施方式

本发明实施例提供一种温室大棚二氧化碳气施方法及装置，实现了对温室大棚内二氧化碳气体浓度的自动控制，简单、高效、可操作性强，为农业增产带来了安全、环保的新途径。

一方面，为实现上述目的，本发明实施例提供了一种温室大棚二氧化碳气施方法，如图1所示，包括：

步骤S110：获取温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息；

其中，所述温室大棚环境参数包括：室内温度、室内湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度。

步骤S120：根据获取的所述温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息，确定第一二氧化碳补充信息；

所述步骤S120具体为：根据不同时间获取的室内温度、室内湿度、光照强度和二氧化碳气体浓度信息的变化情况，确定第一二氧化碳的补充时间和补充幅度。

步骤S130：根据所述第一二氧化碳补充信息产生第一可控阀开关动作信号；

具体是，根据第一二氧化碳补充时间和补充幅度，确定可控阀的第一开关时间，根据可控阀的第一开关时间确定可控阀的开关动作，并产生第一可控阀开关动作信号。

步骤S140：将所述第一可控阀开关动作信号发送给可控阀，所述可控阀控制所述CO₂存储装置内二氧化碳的排放，实现对温室大棚内二氧化碳气体浓度的自动控制，进而实现对温室大棚内农作物生长速度的控制。

本实施例中，所述方法还包括：

根据实时获取的所述温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息，确定第二二氧化碳补充信息；

根据所述第二二氧化碳补充信息产生第二可控阀开关动作信号；具体是，根据第二二氧化碳补充时间和补充幅度，确定可控阀的第二开关时间，根据可控阀的第二开关时间确定可控阀的开关动作，并产生第二可控阀开关动作信号。

将所述第二可控阀开关动作信号发送给可控阀，控制二氧化碳的排放。

可见，通过对上述步骤的重复，根据不同时间获取的室内温度、空气湿度、光照强度和二氧化碳气体浓度信息，根据信息的变化幅度和变化趋势情况判断温室当前状况，并确定二氧化碳的补充时间和补充幅度，此过程循环进行，实现了在每天农作物生长旺盛对二氧化碳需求量大的时间段及时补充二氧化碳，为农作物生长提供充足的二氧化碳，所以，有效增加了农作物产量，达到了温室大棚自动增产的目的。

优选的，上述方法还包括：获取CO₂存储装置的存储状态参数，并根据所述CO₂存储装置的存储状态参数确定可控阀的开关动作信号。具体而言，当需要补充二氧化碳、且CO₂存储装置的存储状态参数满足一定值时，产生可控阀打开的信号；否则，产生可控阀关闭的信号；若CO₂存储装置中的二氧化碳含量低于设定值，则关闭所述可控阀，并及时对所述CO₂存储装置补充二氧化碳。在实际应用中，考虑整体装置的经济性，判断CO₂存储装置的存储状态参数可省略，即控制可控阀进行开关时不考虑CO₂存储装置的存储状态。

其中，所述CO₂存储装置为温室大棚提供二氧化碳，CO₂存储装置中的二氧化碳的形态为气态、液态或固态，其来源主要是工业尾气中捕集到的CO₂产品(不限于工业尾气中捕集到的CO₂产品，但不得含有毒有害成分)，具体而言，将所述CO₂存储装置与CO₂捕集装置连接，利用CO₂捕集装置对工业尾气中的CO₂进行回收并储存在CO₂存储装置中，例如：利用CO₂捕集装置对燃气锅炉烟气中的CO₂进行回收。利用工业废气为温室大棚提供碳源，将工业废气中捕集到的CO₂产品应用到农业生产中，成本低廉，同时实现了工业废气的利用，达到环保减排的目的。

本发明实施例中，所述方法还包括：根据所述第一可控阀开关动作信号，同步控制风机开关运行。风机为二氧化碳气体在温室内的扩散提供空气流动动力，风机的开关动作与可控阀的开关动作同步，即风机与可控阀同开或同关，保证了在释放二氧化碳的同时通过风机对二氧化碳进行扩散，使二氧化碳在大棚内的分布更加均匀，避免出现局部二氧化碳浓度过高，仅促进局部作物生长的现象，二氧化碳分布均匀还保证了二氧化碳气体浓度测试的准确性。在实施过程中，还可以采用铺设气体管路进行均匀释放二氧化碳，从而省略对风机的控制步骤。

另外，风机的开关动作还可以与可控阀的开关动作不同，具体而言：根据所述温室大棚环境参数确定风机开关时间；根据所述风机开关时间产生风机开关动作信号；根据所述风机开关动作信号控制风机的开关运行。例如：根据大棚的室内温度和/或室内湿度确定风机的开关时间，启动风机增加大棚内外的空气流动，以改变棚内温度和/或湿度。

为了对温室大棚土壤水分进行控制，以满足作物生长对水分的需求，本发明实施例的方法还包括：根据所述温室大棚环境参数确定水分补充时间；根据所述水分补充时间产生水泵开关动作信号；根据所述水泵开关动作信号控制水泵的开关运行。

为了对温室大棚的光照强弱进行控制，以便于根据温室大棚内作物的生长需求，调节温室大棚光照强度，本发明实施例的方法还包括：根据所述温室大棚环境参数确定卷帘开关时间；根据所述卷帘开关时间产生卷帘开关动作信号；根据所述卷帘开关动作信号控制卷帘的开关运行。

为了实现人机交互，本发明实施例的方法还可以增加人机交互过程，包括：

获取人机交互信息；

根据所述人机交互信息产生第三二氧化碳补充信息；

根据所述第三二氧化碳补充信息调整所述第一二氧化碳补充信息，并产生第四二氧化碳补充信息；

根据所述第四二氧化碳补充信息产生第三可控阀开关动作信号；

将所述第三可控阀开关动作信号发送给可控阀，控制二氧化碳的排放。

以下通过具体实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

实施例一

为了更好的说明本实施例的温室大棚二氧化碳气施方法，本发明实施例将举一具体示例予以说明，如图2所示，包括：

步骤S210：选择种植作物，根据温室大棚种植的作物不同，对农作物生产周期需求二氧化碳浓度的标准进行分类；

步骤220：当温室大棚运行后，根据温室大棚室内温度、室内湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳气体浓度参数变化信息确定作物对二氧化碳气体需求最旺盛的时间，同时依据当前的二氧化碳气体浓度和该作物的二氧化碳浓度需求标准值，确定二氧化碳气体的补充时间和补充幅度；

步骤230：根据CO₂存储装置的存储状态参数和二氧化碳气体的补充时间和补充幅度，对可控阀动作进行控制；

步骤240：依据二氧化碳气体的补充时间和补充幅度，以及温室大棚的室内温度、室内湿度对风机开关动作进行控制；

步骤250：二氧化碳气体补充完成后，间隔一定时间后开始进行新的计算。

如上所述，通过不断检测温室大棚室内温度、室内湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳气体浓度参数信息，根据参数变化幅度大小和变化趋势情况判断温室当前状况，并确定二氧化碳补充时间和补充幅度，控制可控阀的运行状态，从而改变温室内二氧化碳气体浓度，达到增产目的；风机为温室大棚内空气流动提供动力，从而达到将二氧化碳气体扩散到整个温室大棚的目的；通过给温室大棚自动补充二氧化碳气体，给农业增收带来了新的途径。使用本发明实施例提供的温室大棚二氧化碳气施方法对温室大棚二氧化碳进行控制，可增产30％以上。

实施例二

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种温室大棚二氧化碳气施装置，如图3所示，包括：

CO₂存储装置2；

可控阀1，与所述CO₂存储装置2连接，用于控制所述CO₂存储装置2内二氧化碳的排放；

控制装置3，与所述可控阀1连接，用于控制所述可控阀1的开关动作；所述控制装置3还与所述CO₂存储装置2连接；

温室环境检测装置4，与所述控制装置3连接，用于检测温室大棚环境参数并将所述温室大棚环境参数传输给所述控制装置3；其中，所述温室大棚环境参数包括：室内温度、室内湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度；

气体成分检测装置5，与所述控制装置3连接，用于检测温室大棚内的二氧化碳气体浓度并将所述二氧化碳气体浓度传输给所述控制装置3；

其中，所述控制装置3获取所述温室大棚环境参数和所述二氧化碳气体浓度，对所述可控阀1的开关进行控制，实现对温室大棚二氧化碳气体浓度的自动控制。

本实施例中，所述控制装置3与所述可控阀1的连接方式为开关信号有线连接，具体是将控制装置3连接到所述可控阀1的输入控制端以完成对可控阀1的开关控制。所述CO₂存储装置2为温室大棚提供二氧化碳气体，CO₂存储装置2中的二氧化碳的形态为气态、液态或固态，其来源主要是工业尾气中捕集到的CO₂产品(不限于工业尾气中捕集到的CO₂产品，但不得含有毒有害成分)，具体而言，将所述CO₂存储装置2与CO₂捕集装置连接，利用CO₂捕集装置对工业尾气中的CO₂进行回收并储存在CO₂存储装置中，例如：利用CO₂捕集装置对燃气锅炉烟气中的CO₂进行回收。利用工业废气为温室大棚提供碳源，成本低廉，同时实现了工业废气的利用，达到环保减排的目的。

本实施例中，所述控制装置3包括：

CO₂自动控制单元31，与所述CO₂存储装置2连接，用于检测所述CO₂存储装置2的存储状态参数，具体而言，CO₂自动控制单元31与CO₂存储装置2的反馈输入端连接，并获得CO₂存储装置2的存储状态参数；所述CO₂自动控制单元31与所述可控阀1连接，用于检测所述可控阀1的工作状态参数，具体而言，所述CO₂自动控制单元31与所述可控阀1的反馈输入端连接，并获取所述可控阀1的开关工作状态参数；所述CO₂自动控制单元31与所述可控阀1的控制端连接，控制所述可控阀1的开关动作。

温室大棚诊断单元33，与所述温室环境检测装置4和所述气体成分检测装置5连接，用于获取所述温室大棚环境参数和所述二氧化碳气体浓度；所述温室大棚诊断单元33还与所述CO₂自动控制单元31连接。具体而言，所述温室大棚环境参数包括：室内温度、室内湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度。其中，具体根据室内温度、室内湿度和二氧化碳气体浓度确定二氧化碳的补给时间。

其中，所述温室大棚诊断单元33根据获取的所述温室大棚环境参数和所述二氧化碳气体浓度确定所述可控阀1的开关动作，并将所述可控阀1的开关动作信号传递给所述CO₂自动控制单元31，实现对所述可控阀1开关的自动控制，达到对二氧化碳浓度控制的目的。优选的，所述温室大棚诊断单元33为HYKJ系列控制器。

并且，所述CO₂自动控制单元31还根据获得的所述可控阀1的工作状态参数和所述CO₂存储装置2的存储状态参数作为控制所述可控阀1的开关条件，判断对所述可控阀1开关控制命令的执行。例如：若CO₂存储装置2中的二氧化碳含量低于设定值，则关闭所述可控阀1，并及时对所述CO₂存储装置2补充二氧化碳。在实际应用中，考虑整体装置的经济性，判断CO₂存储装置2的存储状态参数可省略，即控制可控阀1进行开关时不考虑CO₂存储装置2的存储状态。

本实施例中，所述温室环境检测装置4可以是多功能测量仪，通过多功能测量仪实时测量温室大棚内的室内温度、室内湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度；温室环境检测装置4也可以包括室内温度检测装置、室内湿度检测装置、土壤温度检测装置、土壤湿度检测装置、光照强度检测装置，所述室内温度检测装置、室内湿度检测装置、土壤温度检测装置、土壤湿度检测装置、光照强度检测装置分别用于检测温室大棚的室内温度、室内湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度。

本实施例的温室大棚二氧化碳气施装置还包括：风机7，所述风机7与所述控制装置3连接，对二氧化碳气体在温室内的扩散提供空气流动动力，具体来讲，所述控制装置3与所述风机7的连接方式为开关信号有线连接，具体是将控制装置3连接到所述风机7的控制信号输入端以完成对风机7的开关控制。所述控制装置3还包括：风机控制单元32，所述风机控制单元32与所述风机7连接，用于向所述风机7传递开关信号，具体而言，风机控制单元32与风机7的控制信号输入端连接，进而控制所述风机7的开关动作；所述风机控制单元32还与所述温室大棚诊断单元33连接。

其中，所述温室大棚诊断单元33根据获取的所述温室大棚环境参数和所述二氧化碳气体浓度确定所述风机7的开关动作，并将所述风机7的开关动作信号传递给所述风机控制单元32，实现对所述风机7开关的自动控制。通过风机7的运行为二氧化碳气体在温室内的扩散提供空气流动动力，具体而言，所述风机7的开关动作与可控阀1的开关动作相同，即温室大棚诊断单元33在向CO₂自动控制单元31发送信号打开可控阀1的同时，向风机控制单元32发送信号运行风机7。所述风机7的开关动作还可以与可控阀1的开关动作不同，例如：需要控制大棚室内的温度、湿度时，通过温室大棚诊断单元33向风机控制单元32发送信号运行风机7，增加大棚内外的空气流动，以改变棚内温度及湿度。在实施过程中，还可以采用铺设气体管路进行均匀释放二氧化碳，所述气体管路与所述CO₂存储装置2连接，气体管路均匀铺设在温室大棚中，从而省略风机7和风机控制单元32。

进一步地，所述装置还包括：卷帘开关装置，所述卷帘开关装置与所述控制装置3连接，对温室大棚的光照强弱进行控制，以便于根据温室大棚内作物的生长需求，调节温室大棚光照强度。具体来讲，所述卷帘开关装置与所述温室大棚诊断单元33连接，所述温室大棚诊断单元33根据获取的温室大棚环境参数，控制所述卷帘开关装置的开关动作；其中，所述温室大棚环境参数具体为光照强度。

进一步地，所述装置还包括：水泵，所述水泵与所述控制装置3连接，对温室大棚土壤水分的补充进行控制，以满足作物生长对水分的需求。具体来讲，所述水泵与所述温室大棚诊断单元33连接，所述温室大棚诊断单元33根据获取的温室大棚环境参数，控制所述水泵的开关动作；其中，所述温室大棚环境参数具体为土壤温度和土壤湿度。

进一步地，所述装置还包括：人机接口6，所述人机接口6与所述控制装置3连接，对所述温室环境检测装置4和所述气体成分检测装置5的检测节奏、以及所述CO₂自动控制单元31控制所述可控阀1开关的脉冲频率进行人工调节。具体而言，通过人机接口6可以对控制装置3进行程序编程，在系统安装完成后进行参数设置，包括采样周期时间、变化幅度基准值、温度范围、二氧化碳气体浓度设定值、种植作物选择等，并且可以显示系统运行状态，系统故障信息等。通过人机接口6实现对温室大棚二氧化碳气施装置进行人工干预，使得该装置的人机交互性更好。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例中提供的温室大棚二氧化碳气施方法，包括获取温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息；根据获取的所述温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息，确定第一二氧化碳补充信息；根据所述第一二氧化碳补充信息产生第一可控阀开关动作信号；将所述第一可控阀开关动作信号发送给可控阀，所述可控阀控制所述CO₂存储装置内二氧化碳的排放；由于根据获取的温室大棚环境参数和二氧化碳气体浓度信息，实时调节可控阀的开关动作，控制二氧化碳的排放，实现对温室大棚内二氧化碳气体浓度的自动精准控制；所以，有效增加了农作物产量，实现温室大棚自动增产的目的，简单、高效、可操作性强。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。