基于SmartWindows的植物生长特性自适应温室及工作方法与流程

本发明涉及设施农业生产领域，具体涉及一种基于Smart Windows拉伸可变色玻璃的植物生长特性自适应温室及其工作方法，其适于自然光型植物工厂之类的温室种植业。

背景技术：

我国是农业大国，以传统的农业耕种生产模式为主。传统的耕种生产模式不仅需要大量的人力物力，也对环境保护与水土保持构成严重的威胁，对农业可持续发展带来严峻的挑战。为解决上述问题，目前我国大力提倡智慧型农业生产模式。所谓智慧型农业生产模式，就是利用实时、动态的农业物联网信息采集系统，实现快速、多维度、多尺度的信息实时监测，并在信息与种植专家知识系统的基础上实现农业的自动控制。

温室种植是提高农业生产附加值、增加农民收入的一种重要的农业生产方式。温室又称暖房，能透光、保温、加温，还能人工地对温室内部的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及土壤养分等各种影响植物生长的条件进行调节以便为植物提供最佳的生长环境，从而增加作物的产量，提高质量，是一种几乎不受自然气候限制的四季都能栽培植物的设施，特别适合在不适宜植物生长的季节栽培植物。近年来，我国温室面积不断增加，温室和智慧型农业技术相结合更是现代农业发展的必然趋势。

光合作用是绿色植物吸收太阳光的能量，通过CO₂和水，制造出有机物并释放氧的过程，是植物生长的基础。从光谱上看，太阳光谱是个连续光谱。现有研究表明，植物并不是对所有波长的太阳光都均匀吸收，而是有选择性的，植物的叶绿素在蓝光和红光部分有两个很强的吸收峰。而且，不同波长的光对植物生长的作用也不同，同时，植物在不同的生长阶段所需的光照条件也不同。已有研究表明，采用有色薄膜进行滤光对作物的增产增收有促进作用。

现有的温室大棚的透光顶棚部和侧壁一般均采用普通的透光玻璃或透光塑料，这种透光玻璃或透光塑料对太阳光的透光率都是固定不变的，并没考虑温室内植物对太阳光照强度及光谱的选择性，这就使透进温室的光中，有些波长的光对植物生长而言可能会过多或过少。某种成分的光谱过多有可能抑制植物生长或伤害植物，过少则有可能使得植物生长缓慢甚至生病。

因此，有必要发明一种能根据植物生长所需要的光强和光谱的条件进行选择性透光的温室，这种温室能根据太阳光的强弱变化而改变透光率和透过的光谱成分，使得植物始终处于最有利于的生长环境，还能有选择地只透过那些对植物生长有利的光谱成分，以加快植物的生长。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能根据植物生长所需的光照条件自动调节透光率及透射光谱分布的温室，这种温室的顶部和四周都用可通过拉伸变色并改变透光率的Smart Windows玻璃覆盖，使得透过温室的光是最有利于温室内植物的生长。Smart Windows玻璃是一种可通过拉伸而改变颜色及透光率的玻璃，多方向任何角度具有同等的透光率，从不同角度拉伸不会有差异，由宾夕法尼亚大学的教授发明并公开。本发明所提供的温室内的温湿度和二氧化碳浓度能根据太阳光的强弱变化而变化，使它们最有利于植物生长。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于Smart Windows拉伸可变色玻璃的植物生长特性自适应温室，其包括由顶棚和墙壁构成的温室、设置于该温室内的传感模块和温室自动控制系统；所述传感模块检测温室内的环境信号并将该信号传送至温室自动控制系统。

进一步的，所述顶棚和墙壁由Smart Windows拉伸可变色玻璃做成。

进一步的，所述传感模块包括光照传感器单元、温湿度传感器单元及二氧化碳传感器单元。

进一步的，所述的温室有若干个，各温室之间通过封闭式走廊连接。

一种基于上述的基于Smart Windows拉伸可变色玻璃的植物生长特性自适应温室的工作方法，其特征在于：所述传感模块检测温室内的环境信号并将该信号传送至温室自动控制系统；温室自动控制系统预先存储有温室相应植物所需的光强、温湿度以及二氧化碳浓度；传感模块检测的环境信号与温室自动控制系统预先存储的信号进行比对后，温室自动控制系统对室内的光强、温湿度以及二氧化碳浓度进行调节。

进一步的，所述顶棚和墙壁的Smart Windows拉伸可变色玻璃的形状和放置的位置根据温室外形架构模型以及该模型下对应种植的植物种类进行配置。

本发明的有益效果是：充分考虑了植物对光强和光谱的选择性，利用Smart Windows拉伸可变色玻璃的颜色和透光率的改变配合植物生长的特性，保证了植物在整个生长过程中都能处于最佳的生长环境中，最大程度的提升植物的产量和品质，而且结构简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明系统的智能控制部分原理框图。

图2是本发明的温室实施例的外部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

一种基于Smart Windows拉伸可变色玻璃的植物生长特性自适应温室，其包括由顶棚和墙壁构成的温室、设置于该温室内的传感模块和温室自动控制系统；所述传感模块检测温室内的环境信号并将该信号传送至温室自动控制系统。顶棚和墙壁构成的温室以及设置于该温室内的传感模块和温室自动控制系统。所述顶棚和墙壁由一种拉伸可变色的Smart Windows玻璃做成。所述Smart Windows拉伸可变色玻璃能使透过的光照强度和光谱分布根据温室内植物生长所需要的光照条件进行调节，透过的光强和光质是有利于温室内植物生长的；所述传感模块能分别对温室内的光强和光谱成分、温湿度以及二氧化碳浓度进行实时检测，该温室自动控制系统根据检测到数据对室内的光强、温湿度以及二氧化碳浓度进行调节，以利植物生长。

图1是本发明系统智能控制部分的原理框图，也是实施例中温室内智能控制部分的原理框图。传感模块包括光传感器单元、温度传感器单元、湿度传感器单元和二氧化碳浓度传感器单元，它们能分别对温室内的光强和光谱成分、温度、湿度以及二氧化碳浓度进行实时检测，并把检测结果送到自动控制系统。

本发明还提供一种基于上述的基于Smart Windows拉伸可变色玻璃的植物生长特性自适应温室的工作方法：所述传感模块检测温室内的环境信号并将该信号传送至温室自动控制系统；温室自动控制系统中存有温室内植物所需的最佳光强及光谱分布，以及在各种光强下的最佳温度、湿度以及二氧化碳浓度值的数据；系统收到传感器单元检测到的光强及光谱分布后，与系统中存有的最佳光强及光谱分布值进行比较，如果不一致就拉伸Smart Windows可变色玻璃，调节所透过的光强及光谱分布，使其与系统中所存的最佳值一致，然后根据这一光强及光谱分布值准确地从数据库中获取相应的温度、湿度以及二氧化碳浓度的信息，并把这些信息传给进行温度、湿度以及二氧化碳浓度调节的辅助设备；控制辅助设备的运行，调节温室内的温度、湿度及二氧化碳浓度，直到这三者的值达到要求。

如图2的温室实施例所示，本实施例中该温室由若干个部分组成，温室的入口1为出入口，温室的墙壁2可以用Smart Windows拉伸可变色玻璃为主体，温室的顶棚为方形顶棚，根据不同需求有不同的顶棚3和5，各温室之间通过封闭式走廊4连接，沿着走廊布置一些相应的植物。Smart Windows拉伸可变色玻璃对太阳光中不同光谱成分的透过率是根据温室内植物生长所需要的光照条件而定，透过的光强和光质是有利于温室内植物生长的。

值得一提的是，所述顶棚和墙壁的Smart Windows拉伸可变色玻璃的形状和放置的位置可根据温室外形架构模型以及该模型下对应种植的植物种类进行配置，这样，所述Smart Windows拉伸可变色玻璃不仅能根据温室内植物生长所需要的光照条件而对太阳光中不同光谱成分有不同的透过率，而且还能通过对Smart Windows拉伸可变色玻璃的不同搭配而对温室的外观起到装饰的作用，使得所设计的温室从外观上看起来给人以一种美学上的享受。

本实施例中，所述温室透光顶棚和墙壁由于太阳光透过Smart Windows拉伸可变色玻璃，透过的光强和光质是植物生长最需要的，室内光强、温湿度以及二氧化碳浓度这四个对植物生长最重要的环境因素又呈最佳搭配状态，因此，所述的温室用于植物种植能达到增产增收的目的。

以上是本发明实施例中一个较佳的实施方案。但是，本发明并不限于上述实施方案，凡按本发明方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本发明的保护范围。