专利名称：基于多因子耦合的光环境智能调控系统方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明属于精细农业技术领域，特别涉及一种基于多因子耦合的光环境智能调控方法与系统。
背景技术：
目前我国设施园艺面积超过250万公顷，居世界首位，但由于温室大棚等农业设施受覆盖材料、灰尘以及结构遮光等因素的影响，设施作物缺光现象普遍存在，光照不足已成为限制其发展的重要因素。以关中地区为例，其自然光照冬季光照1701-3780以上勒克斯光照时数仅有6-7小时，多数蔬菜要求12-14小时才能达到最佳产量状态，因此整体产量和品质不高。因此，对光环境研究与调控已成为时下研究的热点。近年来随着农业生产中温室大棚的大面积推广，市面上出现了许多专用农业补光系统，对应的控制方法也层出不穷。但是，大多数补光系统的控制方法缺乏精密性，多依靠单一的光强监测值实现补光量的控制，未考虑光质对温室作物生长的影响。即使有小部分补光系统考虑了光质对作物生长的影响，采用特定波段检测和分波段补光的方法，但也未考虑到作物生长环境中温度、光照时间等多因子间的相互关系，造成补光不足或补光过剩，影响作物生长和光能利用效率。可见，现有补光系统在光环境调控方面存在着较多的问题，未考虑环境中光温间的相互关联以及对作物光环境的影响，极大地影响了设施光环境调控的实时性和精确性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于多因子耦合的光环境智能调控系统，充分考虑了温度、光强、光质和光照累积时间等因子间的相互关系以及对作物光环境的影响，建立光照时间优先调控模式，保证作物有效光照累积时间。其次，根据温度与不同光质间光饱和·点的动态关系，设计最优的光饱和点动态控制模型，从而完成不同温度下光饱和点的动态调整，最后，根据实时光饱和点，设计支持动态参数可调的多因子耦合反馈控制模型，实现基于多因子监测结果的作物生长光环境精确调控。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种基于多因子耦合的光环境智能调控方法，根据当前环境内植物光照需求特性设定其光照累计时间，在累计光照的时间内，监测环境中实时的红蓝光光合有效辐射光量子通量密度(PFD)值和实时的温度值，利用温度与最适环境光强拟合，根据不同温度条件下当前植物的红蓝光光饱和点，计算红蓝光监测值和目标值之间的差值，进行按需补光，并且当温度监测值超出光合作用有效温度阈值范围时，对温度进行调整使其在该范围内。当以番茄为例:根据如下的温度与最适环境光强拟合公式:
τ 一 22.494 + 9.4727 χΓ-0.1621χΓ2I ζζ 删1................................................................................................................................................................................................................................1.6908 一 CU O掃 X Γ + 0.0019 x T2
得到当前温度下红光光饱和点redLSP=I XM，M为红光修正系数，根据特定植物所处生长期确定；以及，当前温度下蓝光光饱和点WueLSP=I XN，N为蓝光修正系数，根据特定植物所处生长期确定；T为当前环境温度，I为环境中总光强。所述红光光合有效辐射光量子通量密度(PFD)值和蓝光光合有效辐射光量子通量密度(PFD)值通过PAR传感器检测得到。或者,所述红光光合有效福射光量子通量密度(PFD)值通过如下公示获取:
权利要求
1.一种基于多因子耦合的光环境智能调控方法，其特征在于，根据当前环境内植物光照需求特性设定其光照累计时间，在累计光照的时间内，监测环境中实时的红蓝光光合有效辐射光量子通量密度(PFD)值和实时的温度值，利用温度与最适环境光强拟合，根据不同温度条件下当前植物的红蓝光光饱和点，计算红蓝光监测值和目标值之间的差值，进行按需补光，并且当温度监测值超出光合作用有效温度阈值范围时，对温度进行调整使其在该范围内。
2.根据权利要求1所述的基于多因子耦合的光环境智能调控方法，其特征在于，所述植物为番茄， 根据如下的温度与最适环境光强拟合公式:
3.根据权利要求1所述的基于多因子耦合的光环境智能调控方法，其特征在于，所述红光光合有效辐射光量子通量密度(PFD)值和蓝光光合有效辐射光量子通量密度(PFD)值通过PAR传感器检测得到。
4.根据权利要求1所述的基于多因子耦合的光环境智能调控方法，其特征在于，所述红光光合有效辐射光量子通量密度(PFD)值通过如下公式获取:
5.根据权利要求3或4所述的基于多因子耦合的光环境智能调控方法，其特征在于，利用阵列式补光灯组进行补光，当需要补光时， 红光补光量为:
6.实现权利要求1所述的基于多因子耦合的光环境智能调控方法的系统，其特征在于，包括: 温度监测模块，用于监测环境内实时温度，并将监测值传输至单片机； 光照监测模块，用于监测环境内实时总光强，并将监测值传输至单片机； 人机交互模块，接单片机用于完成对当前环境内植物光照的累计时间以及起始时间的设定 单片机，根据当前实时总光强与实时温度计算得到红蓝光的需补光量，根据红蓝光的需补光量，向补光模块输出补光控制信号，当实时温度在设定的光合作用有效温度阈值范围外，向调温模块输出调温控制信号； 调温模块，接单片机调温控制信号输出控制口，根据单片机所发送调温控制信号，实现调整当前温度在在设定的光合作用有效温度阈值范围之内； 补光模块，采用阵列式补光灯组，接单片机补光控制信号输出控制口，根据单片机所发送补光控制信号，打开红蓝光补光灯组阵列中相应数量的补光灯进行补光； 时钟模块，接单片机用于向其提供系统时间和计时时间； 电源模块，用于为整个系统供电。
7.根据权利要求6所述的基于多因子耦合的光环境智能调控系统，其特征在于，所述红光的需补光量根据如下公式计算:
8.根据权利要求6所述的基于多因子耦合的光环境智能调控系统，其特征在于，所述单片机预留有用以接入传感器模块的控制口。
9.根据权利要求6所述的基于多因子耦合的光环境智能调控系统，其特征在于，所述温度监测模块采用DB18B20温度传感器。
10.根据权利要求6所述的基于多因子耦合的光环境智能调控系统，其特征在于，所述光照监测模块采用植物生长光 合有效辐射传感器(PAR)。
全文摘要
一种基于多因子耦合的光环境智能调控方法，根据当前环境内植物光照需求特性设定其光照累计时间，在累计光照的时间内，监测环境中实时的红蓝光PFD值和实时的温度值，利用温度与最适环境光强拟合，根据不同温度条件下当前植物的红蓝光光饱和点，计算红蓝光监测值和目标值之间的差值，进行按需补光，且当温度监测值超出光合作用有效温度阈值范围时，对温度进行调整使其在该范围内；本发明同时提供了实现所述调控方法的系统，本发明通过调用多因子耦合光环境智能调控算法，完成对环境中温度和分波段光强的精确控制，可在最低耗能的基础上，通过PWM控制信号对调光量进行有效控制，实现了对植物生长环境中温度、分波段光强的最优调控。
文档编号A01G9/20GK103237380SQ201310084828
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者张海辉, 胡瑾, 刘翔, 樊宏攀, 刘正道, 乔俊枫, 周庆珍, 梁岩, 曹学君, 贾金阳 申请人:西北农林科技大学