日光温室封闭式栽培系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种日光温室封闭式栽培系统及方法，涉及园艺栽培管理【技术领域】。所述系统包括：环境监测子系统、处理器和水肥一体化灌溉子系统；所述环境监测子系统，用于对温室内部环境信息和温室外部环境信息进行实时采集，并将采集的信息传输给处理器；所述处理器，对所述环境监测子系统实时采集的信息进行分析和处理，所述水肥一体化灌溉子系统，依据处理器处理的信息控制灌溉营养液的肥料配比、灌溉方式及不同的灌溉线路，并回收渗出的营养液，实现循环利用。本发明针对传统日光温室生产中自动化程度低、土壤连作障碍严重、资源利用率低和环境污染等问题，能有效提高日光温室生产自动化程度，实现节水、节肥、保护环境、可持续发展的目标。
【专利说明】日光温室封闭式栽培系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及园艺栽培管理【技术领域】，具体涉及一种日光温室封闭式栽培系统及方法。
【背景技术】
[0002]设施农业是由传统农业向现代农业转变的一种重要途径，具有土地利用率高、生产周期短、技术含量高和农民效益高等优点。
[0003]目前我国北方地区的设施农业以传统日光温室为主，在温室生产中存在一些制约其可持续发展的问题:(1)发展模式滞后、装备条件较差，缺乏先进的生产过程调控装备和现代信息技术管理手段；(2)水肥施用模式落后，水肥一体化营养液灌溉技术没有普及，水肥施用过量、资源利用率低，不但浪费严重，还直接影响到作物的生产质量，对周围生态环境造成污染等生态问题。
[0004]综上所述，我国传统日光温室生产方式具有不可持续发展的弊端，因此对传统生产方式进行改革和创新，实现产业技术转型已经势在必行。为了克服上述缺点，必须改变传统的栽培模式，构建封闭式栽培系统，提高日光温室生产自动化程度，实现节水、节肥、保护环境、可持续发展的目标。
【发明内容】
[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种日光温室封闭式栽培系统及方法，提高日光温室生产自动化程度，实现节水、节肥、保护环境、可持续发展的目标。
`[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现:
[0009]一种日光温室封闭式栽培系统，其特征在于，所述系统包括:环境监测子系统、处理器和水肥一体化灌溉子系统；
[0010]所述环境监测子系统，用于对温室内部环境信息和温室外部环境信息进行实时采集，并将采集的信息传输给处理器；
[0011]所述处理器，对所述环境监测子系统实时采集的信息进行分析和处理，
[0012]所述水肥一体化灌溉子系统，依据处理器处理的信息控制灌溉营养液的肥料配t匕、灌溉方式及灌溉线路，并回收渗出的营养液，以实现循环利用。
[0013]优选的，所述环境监测子系统包括至少一个环境监测节点、室外气象站和汇聚节
占.[0014]其中，所述环境监测节点通过至少一个室内传感器监测温室内环境参数，并通过无线传输方式将信息传输到汇聚节点；所述室外气象站通过至少一个室外传感器采集室外的温度、湿度、光照强度、雨量、风向及风速信息，并通过无线方式将采集到的信息发送到汇聚节点；所述汇聚节点接收所述环境监测节点和所述室外气象站发送的信息，并将接收的信息发送给处理器。
[0015]优选的，所述室内传感器包括:空气温湿度传感器、基质温度传感器、基质湿度传感器、光照强度传感器和C02浓度传感器。
[0016]优选的，所述室外传感器包括:温湿度传感器、光辐射传感器、雨量传感器、风速传感器和风向传感器。
[0017]优选的，所述环境监测节点和所述室外气象站通过433MHz或2.4GHz无线发射频率与汇聚节点进行数据传输；所述汇聚节点通过485总线或无线方式与处理器进行连接。
[0018]优选的，所述水肥一体化灌溉子系统包括灌溉控制器、至少一个肥料罐、调酸罐、 混肥罐、至少一条灌溉线路和营养液回收子系统；
[0019]其中，所述灌溉控制器包含配肥控制模块和灌溉控制模块；
[0020]所述肥料罐中分别盛有不同类型的肥料母液，所述调酸罐中盛放酸液；所述肥料罐和所述调酸罐通过配肥管道和所述混肥罐连接，每条所述配肥管道均安装电磁阀，所述配肥控制模块根据预设程序控制所述电磁阀的开启和关闭，实现不同的肥料实时在线配比。
[0021]优选的，所述混肥罐中配比完毕的营养液通过水泵向所述灌溉线路进行供给，所述灌溉控制模块根据程序设定的灌溉模式，控制所述灌溉线路上电磁阀的启停；
[0022]所述营养液回收子系统回收渗出的营养液，当回收罐中水位达到预设高度，通过水泵和电磁阀将收集的营养液抽取到混肥罐中，实现营养液的循环利用。
[0023]优选的，每个灌溉控制器控制至少一个灌溉线路，每个温室中设置至少一个灌溉线路。
[0024]本发明哈提供 了一种日光温室封闭式栽培系统的栽培方法，其特征在于，包含以下步骤:
[0025]对温室内部环境信息和温室外部环境信息进行实时采集，并将采集的信息传输给处理器；
[0026]处理接收环境监测子系统实时采集的信息，并对实时采集的信息进行分析和处理，
[0027]依据处理器处理的信息控制灌溉营养液的肥料配比、灌溉方式及灌溉线路，并回收渗出的营养液，以实现循环利用。
[0028](三)有益效果
[0029]本发明提供一种日光温室封闭式栽培系统及方法，通过环境监测子系统对温室内部环境信息和温室外部环境信息进行实时采集，并将采集的信息传输给处理器；通过处理器对环境监测子系统实时采集的信息进行分析和处理，通过水肥一体化灌溉子系统依据处理器处理的信息控制灌溉营养液的肥料配比、灌溉方式及不同的灌溉线路，并回收渗出的营养液，实现了循环利用。本发明针对传统日光温室生产中自动化程度低、土壤连作障碍严重、资源利用率低等问题，能有效提高日光温室生产自动化程度，实现节水、节肥、保护环境、可持续发展的目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本发明实施例的一种日光温室封闭式栽培系统的结构示意图；
[0032]图2为本发明实施例的一种日光温室封闭式栽培系统的基质栽培子系统结构示意图；
[0033]图3为本发明实施例的一种日光温室封闭式栽培方法的流程示意图；
[0034]其中，其中，1-地沟，2-PE薄膜，3-栽培基质，4-营养液回流孔，5-回收支管道，6-回收主管道。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]实施例1:
[0037]如图1所示，本发明实施例提供了一种日光温室封闭式栽培系统，所述系统包括:环境监测子系统、处理器和水肥一体化灌溉子系统；
[0038]所述环境监测子系统，用于对温室内部环境信息和温室外部环境信息进行实时采集，并将采集的信息传输给处理器；
[0039]所述处理器，对所述环境监测子系统实时采集的信息进行分析和处理，
[0040]所述水肥一体化灌溉子系统，依据处理器处理的信息控制灌溉营养液的肥料配t匕、灌溉方式及灌溉线路，并回收渗出的营养液，以实现循环利用。
[0041]本发明实施例，通过环境监测子系统对温室内部环境信息和温室外部环境信息进行实时采集；通过处理器对环境监测子系统实时采集的信息进行分析和处理，通过水肥一体化灌溉子系统依据处理器处理的信息控制灌溉营养液的肥料配比、灌溉方式及不同的灌溉线路，并回收渗出的营养液，实现了循环利用。本发明针对传统日光温室生产中自动化程度低、土壤连作障碍严重、资源利用率低等问题，能有效提高日光温室生产自动化程度，实现节水、节肥、保护环境、可持续发展的目标。
[0042]下面对本发明实施例进行详细的说明:
[0043]优选的，所述环境监测子系统包括至少一个环境监测节点、室外气象站和汇聚节点.
[0044]其中，所述环境监测节点通过至少一个室内传感器监测温室内环境参数，并通过无线传输方式将信息传输到汇聚节点；所述室外气象站通过至少一个室外传感器采集室外的温度、湿度、光照强度、雨量、风向及风速信息，并通过无线方式将采集到的信息发送到汇聚节点；所述汇聚节点接收所述环境监测节点和所述室外气象站发送的信息，并将接收的信息发送给处理器。
[0045]优选的，所述室内传感器包括:空气温湿度传感器、基质温度传感器、基质湿度传感器、光照强度传感器和C02浓度传感器。[0046]优选的，所述室外传感器包括:温湿度传感器、光辐射传感器、雨量传感器、风速传感器和风向传感器。
[0047]优选的，所述环境监测节点和所述室外气象站通过433MHz或2.4GHz无线发射频率与汇聚节点进行数据传输；所述汇聚节点通过485总线或无线方式与处理器进行连接。
[0048]优选的，所述水肥一体化灌溉子系统包括灌溉控制器、至少一个肥料罐、调酸罐、 混肥罐、至少一条灌溉线路和营养液回收子系统；
[0049]其中，所述灌溉控制器包含配肥控制模块和灌溉控制模块；
[0050]所述肥料罐中分别盛有不同类型的肥料母液，所述调酸罐中盛放酸液；所述肥料罐和所述调酸罐通过配肥管道和所述混肥罐连接，每条所述配肥管道均安装电磁阀，所述配肥控制模块根据预设程序控制所述电磁阀的开启和关闭，实现不同的肥料实时在线配比。
[0051]优选的，所述混肥罐中配比完毕的营养液通过水泵向所述灌溉线路进行供给，所述灌溉控制模块根据程序设定的灌溉模式，控制所述灌溉线路上电磁阀的启停；
[0052]所述营养液回收子系统回收渗出的营养液，当回收罐中水位达到预设高度，通过水泵和电磁阀将收集的营养液抽取到混肥罐中，实现营养液的循环利用。
[0053]优选的，每个灌溉控制器控制至少一个灌溉线路，每个温室中设置至少一个灌溉线路。
[0054]日光温室封闭式栽培系统具体的工作过程为:如图1所示，日光温室内安装若干个环境监测传感器节点，每一个环境监测传感器节点连接I个空气温湿度传感器、I个光照强度传感器、I个C02浓度传感器、I个基质温度传感器和I个基质湿度传感器，每个传感器布署在温室中特定位置；多个温室中的环境监测节点共用一个汇聚节点，通过433MHz无线发射频率进行数据传输，从传感器节点将环境信息传输到汇聚节点，汇聚节点通过485 总线和处理器连接，或通过其它无线方式和处理器连接，最终将温室内环境信息传输到处理进行分析和处理；温室外部设置I个室外气象站，气象站连接有温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、光辐射传感器和雨量传感器，同样通过433MHz无线频率将室外环境信息传输到汇聚节点。
[0055]处理根据当前的温室内外环境信息、作物的生长情况来制定水肥一体灌溉控制方案，通过485总线连接到灌溉控制器，灌溉控制器控制营养液的供给和灌溉线路的启停；营养液供给管道和灌溉管道连接有电磁阀，处理器程序控制电磁阀的开关，由此来实现营养液供给的开关和灌溉线路的启停，I个灌溉控制器可以控制多个灌溉线路，每个温室中可以设置I个或多个灌溉线路，根据具体情况有针对性的进行水肥一体化灌溉；每一个温室中的灌溉线路都设置有营养液回收装置，可以回收渗出的多余营养液，并通过循环管道将其注入营养液供给系统中，实现营养液的循环利用，达到节约水、肥的目的。
[0056]水肥一体化灌溉子系统的工作过程为:如图1所示，根据具体情况可以设置2-7个肥料罐，每个肥料罐分别盛有不同类型的肥料母液，调酸罐中盛放酸液；肥料罐和调酸罐通过管道和混肥罐连接，每条管道均安装电磁阀，配肥控制模块根据设定程序控制电磁阀的开启和关闭，实现不同的肥料在线配比；混肥罐中配比完毕的营养液在灌溉控制模块的控制下向各个灌溉线路进行供给，灌溉控制模块根据程序设定的灌溉模式控制电磁阀的开关提供不同模式的灌溉方案；渗出的多余营养液通过回收管道进行回收，当回收罐中水位达到一定高度后，通过水泵和电磁阀将收集的营养液抽取到混肥罐中，实现营养液的循环利用，具有良好的节水、节肥效果。
[0057]本发明实施例水肥一体化灌溉子系统的营养液回收环节还提供了基质栽培子系统:通过在地面上开挖种植沟，沟内放置用塑料薄膜完全包裹的栽培基质或者袋装基质；在水平高度较低的一端薄膜底部或者基质袋底部打孔，并加装尼龙过滤网；开孔通过回收支管和回收主管道相连，如图2所示。
[0058]工作过程为:温室内地面开沟I，沟呈南北走向，宽35厘米，深25厘米，南北落差5厘米-10厘米；沟内放置用PE薄膜2完全包裹或袋装的栽培基质3 ;在水平高度较低的一端薄膜底部或基质袋打孔，并加装尼龙过滤网4 ;开孔通过PVC、PE、PP等材质的回收支管道5和回收主管道6相连；这样种植沟1，栽培基质3、营养液回流孔4、回收支管道5和回收主管道6构成封闭式基质栽培子系统，使栽培基质在避免与土壤接直接触的同时，还能保持其温度与土壤温度基本持平，解决了传统土栽模式中的常见的土传病害问题，又能够有效的利用土壤蓄热能力保持作物根区温度。
[0059]实施例2:
[0060]如图3所示，本发明实施例还提供了一种日光温室封闭式栽培方法，包含以下步骤:
[0061]对温室内部环境信息和温室外部环境信息进行实时米集,并将米集的信息传输给处理器；
[0062]处理接收环境监测子系统实时采集的信息，并对实时采集的信息进行分析和处理，
[0063]依据处理器处理的信息控制灌溉营养液的肥料配比、灌溉方式及灌溉线路，并回收渗出的营养液，以实现循环利用。
[0064]综上所不，本发明提供一种日光温室封闭式栽培系统及方法，针对传统日光温室生产中自动化程度低、土壤连作障碍严重、资源利用率低和环境污染等问题，有效的促进日光温室产业创新与可持续性发展。
[0065]需要说明的是，在本文中术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0066]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种日光温室封闭式栽培系统，其特征在于，所述系统包括:环境监测子系统、处理器和水肥一体化灌溉子系统； 所述环境监测子系统，用于对温室内部环境信息和温室外部环境信息进行实时采集，并将采集的信息传输给处理器； 所述处理器，对所述环境监测子系统实时采集的信息进行分析和处理， 所述水肥一体化灌溉子系统，依据处理器处理的信息控制灌溉营养液的肥料配比、灌溉方式及灌溉线路，并回收渗出的营养液，以实现循环利用。
2.如权利要求1所述的日光温室封闭式栽培系统，其特征在于:所述环境监测子系统包括至少一个环境监测节点、室外气象站和汇聚节点； 其中，所述环境监测节点通过至少一个室内传感器监测温室内环境参数，并通过无线传输方式将信息传输到汇聚节点；所述室外气象站通过至少一个室外传感器采集室外的温度、湿度、光照强度、雨量、风向及风速信息，并通过无线方式将采集到的信息发送到汇聚节点；所述汇聚节点接收所述环境监测节点和所述室外气象站发送的信息，并将接收的信息发送给处理器。
3.如权利要求2所述的日光温室封闭式栽培系统，其特征在于:所述室内传感器包括:空气温湿度传感器、基质温度传感器、基质湿度传感器、光照强度传感器和C02浓度传感器。
4.如权利要求2所述的日光温室封闭式栽培系统，其特征在于:所述室外传感器包括:温湿度传感器、光辐射传感器、雨量传感器、风速传感器和风向传感器。
5.如权利要求2所述的日光温室封闭式栽培系统，其特征在于:所述环境监测节点和所述室外气象站通过433MHz或2.4GHz无线发射频率与汇聚节点进行数据传输；所述汇聚节点通过485总线或无线方式与处理器进行连接。
6.如权利要求1所述的日光温室封闭式栽培系统，其特征在于:所述水肥一体化灌溉子系统包括灌溉控制器、至少一个肥料罐、调酸罐、混肥罐、至少一条灌溉线路和营养液回收子系统； 其中，所述灌溉控制器包含配肥控制模块和灌溉控制模块； 所述肥料罐中分别盛有不同类型的肥料母液，所述调酸罐中盛放酸液；所述肥料罐和所述调酸罐通过配肥管道和所述混肥罐连接，每条所述配肥管道均安装电磁阀，所述配肥控制模块根据预设程序控制所述电磁阀的开启和关闭，实现不同的肥料实时在线配比。
7.如权利要求6所述的日光温室封闭式栽培系统，其特征在于:所述混肥罐中配比完毕的营养液通过水泵向所述灌溉线路进行供给，所述灌溉控制模块根据程序设定的灌溉模式，控制所述灌溉线路上电磁阀的启停； 所述营养液回收子系统回收渗出的营养液，当回收罐中水位达到预设高度，通过水泵和电磁阀将收集的营养液抽取到混肥罐中，实现营养液的循环利用。
8.如权利要求6所述的日光温室封闭式栽培系统，其特征在于:每个灌溉控制器控制至少一个灌溉线路，每个温室中设置至少一个灌溉线路。
9.一种基于权利要求1~8中任一所述的日光温室封闭式栽培系统的栽培方法,其特征在于，包含以下步骤: 对温室内部环境信息和温室外部环境信息进行实时采集，并将采集的信息传输给处理器； 处理接收环境监测子系统实时采集的信息，并对实时采集的信息进行分析和处理， 依据处理器处理的信息控制灌溉营养液的肥料配比、灌溉方式及灌溉线路，并回收渗出的营养液，以实现循环 利用。
【文档编号】A01G9/14GK103548621SQ201310533710
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】汪懋华, 袁洪波, 李莉, 王海华, 尼克·西格里米斯 申请人:中国农业大学