一种温室大棚的智能控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种温室大棚的智能控制系统，属于农产品生产技术领域，涉及温室大棚的环境因子控制，本实用新型控制系统包括处理器、按键采集模块、光照强度采集模块和阀门控制模块，所述处理器内置存储器和参数设置模块，存储器内保存每种植物在不同光照强度下的CO2饱和点，处理器读取按键采集模块输入的植物品种和光照强度采集模块确认的光照强度，查找存储器中对应的CO2饱和点，确认CO2施放量，并将CO2施放量转化为阀门的开启时间，阀门控制模块控制CO2气源的阀门。本实用新型通过植物在不同光强下对CO2的需求量，给予适当的补充，提高植物的光合速率，提高经济效益。
【专利说明】
-种溫室大棚的智能控制系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于物联网应用技术领域，设及溫室大棚的环境因子控制，具体设及 到一种溫室大棚的智能控制系统。
【背景技术】
[0002] 随着设施工程技术和栽培育种技术的不断改进，设施农业作物产量得到了极大的 提高，但是不利的生长环境因子使农业作物实际的产量只发挥了其生产潜力的24%左右， 限制了产量的提高，例如，环境溫度、空气湿度W及C〇2的浓度。
[0003] 0)2是作物进行光合作用的原料之一，因此，0)2浓度是影响作物生长的一个很重要 的环境因子。0)2施肥可W增强蔬菜对生物逆境和非生物逆境的抗性，改变蔬菜作物的矿物 质吸收和分配，同时也影响蔬菜作物的超微结构。作物进行光合作用会消耗大量的C〇2,若 室内C〇2得不到及时补充，0)2浓度会迅速下降。在不通风情况下，0)2浓度会降低到作物C〇2 补偿点W下，即使在通风情况下，室内C〇2浓度也可能低于室外C〇2浓度。因此，过低的C〇2浓 度已成为设施作物光合的主要限制因素，制约了作物生长发育，降低了作物产量和品质。
[0004] 目前在湿度检测方面，湿度传感器通常采用蜂窝状的结构，由于其湿敏材料对水 分的吸附性，导致湿度传感器检测具有时滞长、不稳定性、而且难W维护保养的特点，测量 具有较大的误差。
[0005] 虽然有一些地方在使用C〇2、湿度等环境因子控制方法后收到了良好效果，但很多 地方还尚未使用或者使用后效果不佳，甚至有些地方在使用中还出现了一些问题，因此对 0)2施肥效果贬褒不一。之所W会出现上述情况，主要原因有我国缺少成本低、安全、操作简 单、产气量高、易于控制的C〇2发生设备和缺乏增施C〇2后对作物合理的肥水管理措施。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种溫室大棚的智能控制系统，通过 综合考虑植物种类、生育阶段、栽培条件及其他环境因素等条件，选择适宜的C〇2增施方法、 施肥浓度和施肥时间。
[0007] 本实用新型的技术方案是：一种溫室大棚的C〇2施肥控制系统，包括处理器、按键 采集模块、光照强度采集模块、阀口控制模块和溫湿度传感器，所述处理器内置存储器和参 数设置模块，存储器内保存各种植物在不同光照强度下的C〇2饱和点，溫湿度传感器将采集 到的数据输出给处理器，处理器读取按键采集模块输入的植物品种数据和光照强度采集模 块检测到的光照强度，查找存储器中该种植物在某一光照强度下对应的C〇2饱和点，确认 C〇2施放量，通过阀口控制模块实现C〇2的释放控制。
[000引上述参数设置模块还包括光照强度采集模块每天采集光照强度的时间点设置，具 体的，在3-4月中旬，日出1小时后检测光照强度，4月下旬到5月，日出半小时后检测，在11月 到2月，日出2小时检测。在存储器中植物品种、光照强度和C02的对照表中，光照强度在 27W · nf2W上时，0)2施放量大于0。控制系统还包括风机控制模块和风机，所述风机在大棚 内部双向循环排列，其旋转方向为使大棚内部形成循环气流。具体的，风机高度距离地面10 到20厘米，与地面形成10-20度仰角，风机的旋转方向为使气流从低处向高处流动。风机风 速设在0.3~1.0m· 范围内，植物叶片的边界层阻力减少，气孔导度增大;所述风机的换 气速度为10^1，也即每6min风机启停一次。上述的电磁阀口一端与C02气源联通，另一端连 接导气管，导气管直径为2cm，另一端封闭，所述导气管上每间隔1米设有一个直径为2mm的 小孔。控制系统还包括C02浓度检测模块，0)2浓度检测模块在施放C02气肥后，实时检测C02 浓度变化，大棚内外的C02浓度一致后，给大棚强制通风。在给大棚强制通风时，大棚内的风 机单向工作，其旋转方向为使大棚内部形成单向流动气流。C02的施放量比C02的饱和点低。
[0009] 所述溫湿度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体 检测单元包括两个半导体应变片Rel和Re2,半导体应变片Rel和Re2设在半径为ro的圆形膜片 上，圆形膜片设在U型支座上，膜片与U型支座间形成一个密封空腔，两个半导体应变片受到 膜片内外两侧的压力差和溫度激励作用下输出电阻响应，二次转换单元将电阻响应信号转 换为脉宽信号，信号处理单元通过数据解禪分离出溫度和内外压力差和相对湿度。所述的 半导体应变片Rei设置在圆屯、位置，R。设置在膜片0.89r〇的圆上，两个电阻应变片的变化量 相同，正负相反。
[0010] 本实用新型有如下积极效果:通过植物在不同光强下对C〇2的需求量，给予适当的 补充，提高植物的光合速率，提高经济效益。
【附图说明】
[0011] 图1为本实用新型【具体实施方式】的C〇2施肥控制系统结构图。
[0012] 图2为本实用新型【具体实施方式】的风机布置图。
[0013] 图3是本实用新型的【具体实施方式】的溫湿度传感器中应变片的安装示意图。
[0014] 图4是本实用新型的【具体实施方式】的溫湿度传感器的结构示意图。
[0015] 图5是本实用新型的【具体实施方式】的应变片的应变分布图。
[0016] 图6是本实用新型的【具体实施方式】的溫湿度传感器工作原理结构框图。
[0017] 图7是本实用新型的【具体实施方式】的溫湿度传感器的信号流程框图。
[0018] 图8是本实用新型的【具体实施方式】的脉宽信号转换电路图。
[0019] 图中，1、U型支座，2、空气密封腔，3、膜片，4、半导体应变片Κε?，5、半导体应变片 Κε2，6、风机。
【具体实施方式】
[0020] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的【具体实施方式】如所设及的各 构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工 艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，W帮助本领域技术人员对本实用新型的发明 构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0021] 本实用新型系统包括处理器、按键采集模块、光照强度检测模块、0)2浓度检测模 块、溫湿度传感器、风机控制模块和电磁阀控制模块，处理器内包括存储器和参数设置模 块，按键采集模块用于用户输入参数，由于不同的植物的C〇2饱和点不同，因此得通过按键 采集模块输入植物种类，另外，由于季节变更，日出时间在变化，也意味着植物进行光合作 用的时间在变化，用户需要设置光照强度检测模块的采集时间点，也即C〇2施放时间。通过 按键采集模块，用户手动输入植物的类型和每天C〇2施放时间点，在存储器中，预先设置好 每种植物在不同的光照强度下的C〇2饱和点，控制器通过查表方式确定需要施放的C〇2体积， C〇2的体积转换成施放时间，也即电磁阀的导通时间。
[0022] 由于C〇2的密度比空气大，所WC〇2沉积到大棚底部，影响植物冠层与群落内部C〇2 的均匀分布，从而影响增施CO2气肥的效果。植物进行光合作用消耗大量的CO2,若风速较小， 会使C〇2的扩散速率减慢，造成植物群落内部C〇2得不到及时补充，从而降低植物的光合速 率。在大棚内部增加风机设备，有利于提高大棚内部的空气流通，使大棚内的C〇2分布均匀， 同时，植物叶片的边界层阻力减少，气孔导度增大，提高C〇2的转化效率。
[0023] 如图2所示，本实用新型在大棚内部增设多个风机，使大棚内形成循环气流，风机 高度距离地面10到20厘米，与地面形成10-20度仰角，风速设在0.3~1 .Om · 范围内。将风 机设在距离地面一定的高度，并与地面有一定的仰角，风机负压面为靠近地面的一侧，运一 高度可W保证风机运转时，风机的负压面空气流通不会受到阻碍，如果过于接近地面，因为 空气流通受阻，会产生较大的噪音。10-20度仰角可W将沉积的C〇2向高处扩散，保证植物冠 层对C〇2的需求。风速在0.3~1.0m · 范围内时，植物叶片的边界层阻力减少，气孔导度增 大，增施C〇2的效果增加。若风速过高，会导致植物的部分气孔关闭，气孔导度降低，0)2的转 化效率降低。
[0024] 溫室在通风状态下的换气速度在lOh^i次W上，因此，本实用新型的风机可W采用 间歇作业的方式，风机平均每6min工作一次，每次工作的时长因风机之间的距离而定，保证 整个溫室的空气都循环流通，C〇2分布均匀，则可W停止运转。
[0025] 本实用新型的C〇2气源采用瓶装液态的C〇2，瓶装液态的C〇2浓度容易控制，方便安 全，通过导气管及其上的小孔将C〇2均匀的施放到溫室大棚中，将导管固定在大棚的顶部， 导气管的直径为2cm，一头与钢瓶放气口连接，一头封闭，在导气管上每间隔1米打一个直径 约为2mm的小孔。钢瓶的放气口由电磁阀口控制。
[00%]由于植物晚间的呼吸作用，致使棚内的C〇2浓度升高，运些C〇2恰好可W作为植物日 间的光合作用原料，在日出1-2小时后，棚内的C〇2浓度比外界的浓度高，有利于促进植物的 光合作用，不需要额外施加 C〇2气肥。本实用新型控制系统在日出1-2小时后，再根据当前的 日照强度等环境因素，考虑C〇2施肥。在阴雨天气，光合作用不强，不适合施加气肥。
[0027] 具体的，在3-4月中旬，日出1小时后检测C〇2的浓度，4月下旬到5月，日出半小时后 检测C〇2的浓度，在11月到2月，日出2小时检测C〇2浓度，因为冬季的溫度相对较低，日照强度 也偏低，光合速率较低，一般两小时后C〇2的浓度下降到较低水平。夏季溫度较高，需要通风 给大棚内降溫，但是即使一直保持通风，大棚内部的C〇2浓度也要低于外界的5%-10%，夏 季大棚C〇2的施肥浓度不宜过高，维持近于大气的C〇2浓度水平，具有显著的效果。很大程度 上提高植物的净光合速率。将C〇2浓度增施到室外水平，即使大棚的换气速度很快，也不会 有C〇2逸散到室外，此时，增施C〇2的利用效率约为1。
[0028] 在大棚内设置TPS-2便携式光合作用测定仪测量C〇2的浓度，用光照强度传感器测 量室内的光照强度，光照强度会对C〇2的补偿点和饱和点产生影响，通过多组实验对比，在 8.5,27,61，129,26抓.111-2光强下，分别观察300到100011111〇1.111〇1-1的〇)2浓度下的光合速 率，发现8.5W · πΓ2光强下，增加 C〇2的浓度对光合速率提高不明显，27W · πΓ2光强下，光合速 率从加111〇1.111-2.3-1增加到1〇11111〇1.111-2.3-1，增加较为明显，61，129,26抓.111- 2光强下，光 合速率更为明显，因此，本实用新型选用27W · πΓ2作为参考值，在27W · πΓ2光强W上，考虑给 植物施加 C〇2气肥。
[0029] 不同的植物种类对C〇2的吸收效率也不同，C3植物对C〇2的吸收效率随C〇2的浓度、 光强等因素的影响变动较大，但是C4植物在其他条件满足的情况下，330umol · m〇ri时，光 合速率基本不再增加，而室外的C〇2浓度基本可W满足运一要求。
[0030] 在实际的使用过程中，将设置C〇2的施放量比实际的饱和点低，因为C〇2的吸收还受 到其他环境因子的影响，但是运是一个复杂的处于动态变化的过程，很难确定一个定值，因 此，将C〇2的饱和点设置的比实际值低，可W保证C〇2浓度不会超过饱和点，避免过度的C〇2浓 度，对植物生长不利，也浪费C〇2气源。
[0031] 施放过C〇2气体后，大棚紧闭，植物进行光合作用，随着光合作用的进行，室内的C〇2 浓度开始降低，0)2浓度检测模块实时监测C〇2的浓度，当降到外界环境水平时，可W打开溫 室大棚，强制通风，使大棚内的气体换气。运时，可W关闭图2中的一侧风机，使气体向着一 个方向流通。风机控制模块用于控制溫室内的气体流通，设置好风机的开启时间间隔和每 次的工作时间。
[0032] 本实用新型提供的溫湿度传感器使用解析法从多种激励因素中分离出相应的转 换响应，设计了一种由弹性膜片和U型支座组成的溫湿度传感器，弹性膜片和U型支座间形 成一个干燥空气密封腔，在膜片外表的圆屯、和靠周边的合适位置各配置了一个半导体应变 片。W此装置来接收空气中的多种激励信息，再经过二次变换和信号处理后，就可得到溫 度，相对湿度和大气压等数据信息。该装置没有传统湿敏元件的时滞长、不稳定性和难W维 护保养的问题，在恶劣环境中能保持转换精度和长期稳定性，且便于维护。本实用新型的溫 湿度传感器只用应变电阻传感器W转换多种大气状态参数，相比于传统的溫湿度传感器， 实现了单一的敏感结构具有多种转换功能的设计方法。
[0033] 所述溫湿度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体 检测单元中设有两个半导体应变片Rei和Re2安装在半径为ro的圆形膜片上，半导体应变片受 压电阻发生变化输出电阻响应，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，将电阻响 应信号转换为脉宽信号，信号处理单元解禪分析二次转换单元的输出信号，分离出溫度、相 对湿度和大气压数据。
[0034] 所述半导体检测单元中，两个半导体应变片在气压激励下各自产生的电阻增量数 值相同，正负相反，其中一个半导体应变片安装在圆屯、位置，另一个半导体应变片安装在半 径0.89Π )的同屯、圆的位置上。所述二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，一个 半导体应变片对应连接一个脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路包括555定时器、电阻R 和电容C，电阻R连接在555定时器的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号 引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信 号连接到信号处理单元。所述脉冲信号转换电路的脉宽转换公式为τ = 1η2 · C · R，式中τ为 输出脉宽，R是电路中的电阻，C为云母标准电容，脉宽输出τ与各自所接电阻R成正比。所述 圆形膜片根据半导体检测单元中的两个半导体应变片的应变变化分为正应变片区和负应 变片区，W半径0.63Π )的同屯、圆为界。所述信号处理单元中设有GPS单元和大气压数值表， GPS单元连接在信号处理单元上用来定位传感器安装点的经缔度，查询安装点的大气压数 值。所述信号处理单元中设有溫度饱和水汽分压表，信号处理单元利用溫度调用相应的饱 和水汽分压值。所述溫湿度传感器设置在圆柱形的U型支座1上，圆形膜片3设置在U型支座1 的上表面，圆形膜片3选用黄铜膜片，U型支座1和黄铜膜片之间设有空气密封腔2,两个半导 体应变片安装在黄铜膜片的表面。
[0035] 所述信号处理单元利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻之差，经二次变换后的脉 宽及其对始终频率的计数之差成正比，大气环境溫度与敏感元件的计数之和呈单值对应 函数关系，计算出应变片所受差压值、水蒸气分压值和溫度值。所述信号处理单元利用溫度 饱和水汽分压表，利用溫度值调用相应的饱和水汽分压值，根据相对湿度的公式计算出相 对湿度。
[0036] 本实用新型的溫湿度传感器检测模块的具体检测方法如下：步骤一、连接安装传 感器电路;步骤二、调整两个半导体应变片的安装位置，使两个半导体应变片受气压激励作 用产生的电阻增量相等，正负相反;步骤Ξ、半导体应变片的电阻变化量输入到二次转换单 元进行脉宽转换，输出脉宽信号；步骤四、信号处理单元接收二次转换单元输出的脉宽信 号，利用道尔顿定律、应变片原理和解析法分析半导体应变片的变化量、溫度和水蒸气分压 数据，计算出待测点的相对湿度和大气压值。
[0037] 所述信号处理单元利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻半导体应变片之差，经二 次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差成正比，大气环境溫度与敏感电阻的计数之和 的对数成反比关系，计算出应变片所受差压值A P、水蒸气分压Pw和溫度值t。所述信号处理 单元利用溫度饱和水汽分压表，根据溫度值调用相应的饱和水汽分压值，根据相对湿度的 公式
计算出相对湿度，式中中为相对湿度，Pws为大气压中在某一溫度下的饱和 水汽分压力。下文通过公式推导详述本实用新型的溫湿度传感器检测溫度、湿度W及气压 值的过程。
[0038] 一、大气状态参数
[0039] 道尔顿定律指出，混合大气的总压力等于各组成气体的分压力之和，如公式（1)所 示：
[0040] PM=Pd+Pw(Pa) (1)
[0041 ]式中PM(Pa)为混合气体的总压力，Pd(Pa)为干燥大气的分压力，Pw(Pa)为空气中所 含水蒸气分压力，其中Pw在Pm占最大份额，为5%左右，故Pm和Pd压力均比较接近标准大气 压。
[0042] 相对湿度取(畑％ )的公式为
[0043] 式中φ表示相对湿度，Pws为大气压在某一溫度下，饱和水汽分压力(Pa)，它随溫度 而变，可通过已知溫度查表或由回归拟合曲线方程求得。由公式（1)可得，若通过仪表能测 出差压PM-Pd，即可计算出Pw，再W所测溫度，在湿空气密度、水蒸气压力、含湿量对照表中找 至iJPws，便可由公式(2)算出相对湿度φ (RH% )。
[0044] 二、应变片及其转换特性
[0045] 传感器中应变片的安装示意图如图3所示，传感器的结构示意图如图4所示，应变 片的转换特性及应变分布如图5所示。溫湿度传感器为圆柱状结构，外壳包括U型支座1和圆 形膜片3,圆形膜片3覆盖在U型支座1上，二者之间形成一个空气密封腔3,两个半导体应变 片安装在圆形膜片3上，通过测量半导体应变片的电阻变化计算出溫湿度传感器安装环境 中的溫度、相对湿度和大气压数据。
[0046] 混合大气压Pm均匀作用于弹性膜片的外表面，于是膜片两侧的差压为：
[0047] AP = PM-Pre = Pw+Pd-Pre^a) (3)
[004引式中Pre = 4 · 104(Pa)为密封腔中设定的参照压力，标准大气压值为Pd=101325 (Pa)，从而可算出大气中水汽分压力Pw(Pa)。
[0049]在差压ΔΡ作用下，膜片表面上应力和应变的分布如下式所示：
[0052]式(4)和(5)中，本实用新型选用弹性较好的黄铜膜片，E(Pa)为膜片弹性模量，约 为7*1〇1中曰，4为泊松比，约为0.33，^)为圆形膜片3的外半径40(臟），}1为圆形膜片3的膜片厚 度0. l(mm)，b为U型支座1的厚度5(mm)，U型支座1的高度为lO(mm)，A P为作用在膜片两侧的 差压(Pa)，r(mm)为应变片位置的半径。 柳对若将已知常数代入(4)式，可得圆屯、应力〇r=〇 = 8*104*AP^a) (6)。
[0054]应变片的灵敏系数Κε和转换特性如公式(7)所示：
[0化5]
[0化6] 式中Ro为t = 0°C和Er = 0时应变片电阻（Ω )，Κε约为125, ΔΚε则为应变片在Er激励 下电阻的变化量（Ω )，将(6)式代入(7)可得：
[0化7]
[0058] 若将E = 7*1〇1中a代入式可知，应变片所能输出的相对电阻变化，在最大量程下也 只有10-2量级，故需在装置中加入二次变换和信号处理电路，W获取所需的灵敏度和分辨 力。
[0059] Ξ、二次变换和信号传送流程
[0060] 工作原理结构框图如图6所示，溫湿度传感器包括半导体检测单元、二次转换单 元、信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片，半导体应变片受压电阻发生 变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导 体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的 输出端连接信号处理单元，信号处理单元解禪分析二次转换单元的输出信号。
[0061] 信号流程框图如图7所示，二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，脉冲 信号转换电路由555定时器C1和C2组成，二次转换单元和信号处理单元还设有选通开关，选 用C3开关，信号处理单元主要组成为C4单片机。图7中Rei和Re2在Pw和t激励下，各自产生不同 的化和R2响应，它们经两个相同的脉冲信号转换电路的C1、C2忍片555变换后，各自产生τι和 T2(S)脉宽输出，该脉宽信号经C3开关选通后再送至C4单片机进行信号处理。脉冲信号转换 电路如图8所示，电阻R连接在C定时器555的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时 器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输 出脉宽信号连接到信号处理单元。由于应变片的不同，两个脉冲电路中的电阻和输出脉宽 可W用Rl和化、Τι和T2表示。
[0062] 脉宽转换公式:τ = 1η2 · C · R(S)对应到两个脉冲信号转换电路即为：
[0063] τι = 1η2 · Co · Ri(S) (9)
[0064] Τ2 = 1η2 · Co · R2(S) (10)
[0065] 式中τι和Τ2为两个半导体应变片对应的两路脉宽输出信号，Ri和R2为半导体应变 片的电阻变化值计量单位为Ω，Co(F)为云母标准电容，约为0.72 X 10-中，上式表明脉宽输 出与各自所接电阻Ri和化成正比。
[0066] 四、在多因素输入时，合成响应的解禪处理
[0067] 在τι和T2中隐含有水汽分压Pw和溫度t两种信息，如何能让其在后续的数据处理中 分离，需通过数据解禪技术来实现信息分离和复原。
[0068] 化和化电阻变化公式为：
[0071] 式中Ro=100〇Q为基准电阻;B = 485(KK)为半导体应变片的阻溫系数;Τ〇 = 273化） 为参照溫度;Τ化)为输入溫度；ARu和ΔΚ。分别为Ri和R2在大气压力激励下各自产生的电 阻增量。由W上两式可知，如能让A Rei和AR。数值相同，但正负相反，即（11)和（12)式可变 成：
[0074] 将W上两式相减或相加，就可分离出Pw和t两种输入信息，即相加时Rl+R2 = ft(T)， 和相减时Rl-R2 = fe(Pw)，即和与差的结果只与单一输入信息一一对应，ARel = -ARe2= Δ 〇
[0075] 参见图4,整个膜片外表面在差压ΔΡ作用下，W半径r = 0.63r〇为界，区分为正负 两个应变区。靠圆屯、部分内圆为正ε区，而靠周边外圆部分则为负ε区，在此两个区域的合 适位置上，可W找到ε数值相等但极性相反的两个点，其一在圆屯、处，ri = 0,而另一点经(5) 式计算为η = 0.89π)处。在此两点上配置两片性能相同的半导体应变片，并让其中屯、与膜片 上参照点重合，于是就实现了式（13)和（14)的定量关系。
[0076] 将式(13)加式(14)得
[0077] 上式中已消除了 ε信息对(R1+R2)数量上的干扰，然而化和R2分别联接到555忍片的 充放电电路中，故已无法将Ri和R2直接相加，此时就需经过数据运算处理来实现。若让脉宽 τι和T2在单片机中对时钟频率fo计数，则有计数值化和化为：
[007引化= Ti?f0 (16)
[0079] 化= T2*f〇 (17)
[0080] τι+Τ2=(Νι+化）/fo(S) (18)
[0081] 联立W上公式，并经过整理可得：
[0082]
[0083] 摄氏溫度:t = T-273(°C) (20)
[0084] 式中各常系数是在Κ〇 = 100〇Ω，Co = 7.2*l〇-中和fo = 10MHZ条件下算出的。从Ri和 R2的二次转换信息中分离出应变和水蒸气分压Pw等信息，将（13)式减去（14)式，可得
[0085] Rl-R2 = 2ARe = 2RoKe · ε( Ω ) (21)
[0086] 再利用τ广T2=(N广N2)/f日和巧）、（9)、（10)式等联立，经整理可得，
[0087] ΔΡ = 1〇 ?(化-N2)^a) (22)
[0088] 公式（19)和(22)即为传感器的两种输入-输出特性方程，均有足够的灵敏度和分 辨力。已知φ (RH%) = Pw/ ，式中pws可通过溫度t经查表或下述回归方程算出， ^ WS.
[0089] Pws = a · EXP(b · t)(Pa) (23)
[0090] 式中a为6.16(Pa)，b为0.064(1/°C)为拟合常数，于是得
[0091] Pws = 6.16 · EXP(0.064 · 〇(化）（24)
[0092] 大气压力不是一个定值，随着地区海拔高度的不同而存在差异，同时还随季节溫 度变化而稍有改变，对Pw计算可近似地用下式描述：
[0093] Pw= AP+Pre-Bf(T)+h · 8.76(Pa) (25)
[0094] 式中h为当地海拔高度(m)，系数8.76(Pa/m)为大气压衰减斜率，f(T)为溫度修正 系数可经过实验测量数据的拟合曲线而加 W估算。由于在沿海地区冬夏气压变化比为 1.02,而在青海地区冬夏比仅为1.0026。均随溫度下降而略有增加。故当不考虑溫度微小影 响，且在沿海地区时，式(25)可简化为：
[0095] Pw= AP+(Pre-B) = 10(NH^) + (Pre-B)(I^) (26)
[0096] 本实用新型解析过程的理论基础之一是标准大气压为常数，实际的大气压随当地 海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，公式(3)中Pd应通过软件 予W校正，W维持水汽分压力的数据转换精度。所W本实用新型在信号处理单元中设有GPS 单元和大气压数值表，GPS单元连接在信号处理单元上用来定位传感器安装点的经缔度，查 询安装点的大气压数值即传感器中的干燥空气腔内的分压力，结合信号处理单元计算出的 大气中水蒸气分压力值，进而利用公式（l):PM = Pd+Pw(Pa)计算出混合大气的压力值，即安 装点的压力值。
[0097] 至此，溫度、相对湿度和大气压的数值都能计算求解出来，本实用新型提供的溫湿 度传感器具有结构简单、易于实施。本实用新型中经解析法得到:大气中水蒸气分压力与敏 感电阻之差，即经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差，成正比，而大气环境溫度 则与敏感元件的计数之和的对数成反比关系。本实用新型解析过程的理论基础是物理大气 压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异 较大时，应通过软件予W校正，W维持水汽分压力的数据转换精度。
[0098] 上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受 上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改 进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种温室大棚的智能控制系统，其特征在于，包括处理器、按键采集模块、光照强度 采集模块、阀门控制模块和温湿度传感器，所述处理器内置存储器和参数设置模块，存储器 内保存各种植物在不同光照强度下的CO 2饱和点，温湿度传感器将采集到的数据输出给处 理器，处理器读取按键采集模块输入的植物品种数据和光照强度采集模块检测到的光照强 度，查找存储器中该种植物在某一光照强度下对应的CO 2饱和点，确认CO2施放量，通过阀门 控制模块实现CO2的释放控制。2. 根据权利要求1所述的温室大棚的智能控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括 风机控制模块和风机(6)，所述风机(6)在大棚内部双向循环排列，其旋转方向为使大棚内 部形成循环气流。3. 根据权利要求2所述的温室大棚的智能控制系统，其特征在于，所述风机(6)高度距 离地面10到20厘米，与地面形成10-20度仰角，风机(6)的旋转方向为使气流从低处向高处 流动;所述风机(6)风速设在0.3~1.0m· ?Γ1范围内；所述风机(6)的换气速度为IOh'每 6min风机(6)启停一次。4. 根据权利要求1所述的温室大棚的智能控制系统，其特征在于，所述阀门一端与0)2气 源联通，另一端连接导气管，导气管直径为2cm，另一端封闭，所述导气管上每间隔1米设有 一个直径为2mm的小孔。5. 根据权利要求2所述的温室大棚的智能控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括 CO2浓度检测模块，CO2浓度检测模块在施放CO2气肥后，实时检测CO 2浓度变化，大棚内外的 CO2浓度一致后，给大棚强制通风，给大棚强制通风时，大棚内单侧的风机(6)工作，其旋转 方向为使大棚内部形成单向流动气流。6. 根据权利要求1所述的温室大棚的智能控制系统，其特征在于，所述CO2的施放量比 CO2的饱和点低。7. 根据权利要求1所述的温室大棚的智能控制系统，其特征在于，所述温湿度传感器包 括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体检测单元包括两个半导体应变 片R 61⑷和Re2(5)，半导体应变片Re1⑷和Re2(5)设在半径为ro的圆形膜片⑶上，圆形膜片 (3)设在U型支座（1)上，膜片(3)与U型支座（1)间形成一个干燥的空气密封腔(2)，两个半导 体应变片受到膜片(3)内外两侧的压力差和温度激励作用下输出电阻响应，二次转换单元 将电阻响应信号转换为脉宽信号，信号处理单元通过数据解耦分离出温度、内外压力差和 相对湿度数据。8. 根据权利要求7所述的温室大棚的智能控制系统，其特征在于，所述的半导体应变片 ―⑷设置在圆心位置，RM5)设置在膜片(3)0.89π)的圆上，两个半导体应变片在气压激励 下各自产生的电阻增量数值相等，正负相反。
【文档编号】G05D11/13GK205485655SQ201620228130
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】慕孟丽, 孙月圣, 王军
【申请人】安徽工程大学