一种调节大棚中二氧化碳的方法及系统与流程

本发明属于智能农业技术领域，尤其涉及一种调节大棚中二氧化碳的方法及系统。

背景技术：

随着农业产业规模不断扩大和技术的不断普及，大棚数量不断增多。植物的光合作用是将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气。二氧化碳浓度控制是大棚一个重要的控制环节。二氧化碳浓度对植物的生长有着至关重要的作用。如果二氧化碳浓度更低，光合速率急剧减慢。光合作用减慢则不利于植物的生长发育。二氧化碳浓度过高会导致植物气孔关闭，从而使气孔导度降低。

非智能二氧化碳控制是工人大棚内读二氧化碳度值，然后根据读取的值调节大棚内的二氧化碳浓度；而二氧化碳控制只能依据工人的经验做出判断是否需要调节二氧化碳值。这种靠人工控制二氧化碳的方式方法，既耗人力，又不精确，传统的二氧化碳调控措施体现出极大的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出了一种调节大棚中二氧化碳的方法，其包括：

步骤101、设定作物的生长时期；

步骤103、基于所述作物不同生长时期以及大棚内外二氧化碳浓度差异，采用不同二氧化碳调节策略。

其中，所述步骤101中所述作物的生长时期至少包括：种子时期、苗木时期、定植时期和成熟时期。

其中，所述步骤101与所述步骤103之间还包括检测大棚内二氧化碳浓度。

其中，所述步骤103中所述采用不同的二氧化碳调节策略包括：根据不同的作物的不同生长时期设定相应生长时期的二氧化碳浓度阈值区间，所述阈值区间为作物生长的最适宜二氧化碳浓度区间。

其中，所述步骤103中所述采用不同的二氧化碳调节策略还包括：判断检测的大棚内二氧化碳浓度是否在所述阈值区间内，如果在所述阈值区间，则继续进行监测。

其中，所述步骤103中所述采用不同的二氧化碳调节策略还包括：判断检测的大棚内二氧化碳浓度是否在所述阈值区间内，如果高于所述阈值区间中的上限阈值，则采用第一调节策略。

其中，所述步骤103中所述采用不同的二氧化碳调节策略还包括：判断检测的大棚内二氧化碳浓度是否在所述阈值区间内，如果低于所述阈值区间中的下限阈值，则采用第二调节策略。

其中，所述第一调节策略包括：

根据设定的二氧化碳浓度预定值，以及排风机的额定排风速度、进风机的额定进风速度和当前大棚的体积，计算将当前大棚内二氧化碳浓度降低到所述二氧化碳浓度预定值所需时间，按照计算的时间进行排风和进风处理。

其中，所述第二调节策略包括：

根据设定的二氧化碳浓度预定值、当前大棚的体积，计算将当前大棚内二氧化碳浓度提升到所述二氧化碳浓度预定值所需二氧化碳摩尔值，产生相应摩尔量的二氧化碳，所述产生的二氧化碳通过均匀分布在大棚内多处的进气孔输入大棚内，每个进气孔输入的二氧化碳均等。

其中，所述第二调节策略还包括：

在二氧化碳全部输入大棚后，鼓风机运行一段预定时间后停止工作，以保证二氧化碳迅速均匀分布到大棚内。

根据本发明的实施方式，还提出一种智能检测和调节二氧化碳系统，该系统用以执行前述的二氧化碳调节方法，该系统包括一个或多个二氧化碳智能调节装置、中转站点、服务器和移动终端，所述二氧化碳智能调节装置自动与中转站点形成自组织网络，二氧化碳智能调节装置将采集到的二氧化碳参数值无线传输给中转站点，中转站点负责将数据传输给服务器，手机终端根据用农户事先设置好的二氧化碳的上限和下限，自动向服务器发送相应控制命令，服务器再将接受到的指令发送给中转站点，中转站点发送命令给二氧化碳智能调节装置的控制单元，控制单元根据预先设置的调节策略做出相应操作来调节二氧化碳值。

根据本发明的具体实施方式，所述二氧化碳智能调节装置包括：二氧化碳浓度采集单元、信号处理单元、控制单元、二氧化碳生成单元、电磁阀、导气管驱动电机以及无线传输单元，其特征在于，

所述二氧化碳浓度采集单元的输出端和信号处理单元的输入端相连接，信号处理单元的的输出端连接到所述控制单元的输入端，控制单元的输出端与二氧化碳生成单元、电磁阀、导气管驱动电机的输入端相连接；所述控制单元与所述无线传输单元连接；

所述二氧化碳浓度采集单元，用于采集大棚内部二氧化碳浓度；所述二氧化碳浓度采集单元分别设置在大棚内部多处，且通过无线方式与信号处理单元连接；

所述信号处理单元连接用于汇聚多个二氧化碳浓度采集单元采集的二氧化碳数据，并将其转换为数字信号，发送至控制单元，并通过无线传输单元发送至中转站点；

所述控制单元接收返回的二氧化碳调节指令，根据前述预先设置的调节策略做出相应操作来调节二氧化碳值；以及

所述二氧化碳生成单元、电磁阀、导气管驱动电机用于根据控制单元的指令，执行二氧化碳调节的操作；

或者

所述二氧化碳智能调节装置包括：二氧化碳浓度采集单元、信号处理单元、控制单元、放风机电机、放风口、无线传输单元，其中，

所述二氧化碳浓度采集单元的输出端和信号处理单元的输入端相连接，信号处理单元的输出端连接到所述控制单元的输入端，控制单元的输出端与放风机电机的输入端相连接；所述控制单元与所述无线传输单元连接。

所述二氧化碳浓度采集单元，用于采集大棚内部二氧化碳浓度；所述二氧化碳浓度采集单元分别设置在大棚内部多处，且通过无线方式与信号处理单元连接。

所述信号处理单元连接用于汇聚多个二氧化碳浓度采集单元采集的二氧化碳数据，并将其转换为数字信号，发送至控制单元，并通过无线传输单元发送至中转站点；

所述控制单元接收信号处理单元返回的二氧化碳浓度，根据前述预先设置的调节策略做出相应操作来调节二氧化碳值。

所述控制单元用于根据预先设置的调节策略，通过放风机电机控制放风口，实现二氧化碳的调节。

本发明的优点在于：本发明可以实时得知大棚内二氧化碳值，并根据设置自动做出控制设备的打开或关闭调节二氧化碳值，并能实现节能减排。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的一种调节大棚中二氧化碳的方法流程图；

附图2示出了根据本发明实施方式的智能检测和调节二氧化碳系统的结构示意图；

附图3示出了根据本发明实施方式的二氧化碳智能调节装置的结构示意图；

附图4示出了根据本发明另一种实施方式的二氧化碳智能调节装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

空气中的二氧化碳含量一般占体积的0.033％(即，0.65mg/L，0摄氏度、101kPa)，对植物的光合作用来说是比较低的。如果二氧化碳浓度更低，光合速率急剧减慢。光合作用减慢不利于植物的生长发育。所以在植物工厂内培育植物的过程中，我们可以适当增加二氧化碳的浓度以促进作物的光合作用。但是二氧化碳的浓度不是越高越好。二氧化碳浓度过高会带来以下影响：

第一、大量研究表明，大气中二氧化碳浓度增加，短期内会使植物光合作用速率上升，但经过较长一段时间后，光合作用速率将逐渐下降，这可能是二氧化碳光合驯化的结果，导致植物体内Rubisco活力下降以及光合作用产物的“源-库”平衡受到破坏。

第二、环境中二氧化碳浓度升高会导致植物气孔的关闭，从而使气孔导度降低。

第三、高浓度二氧化碳条件下，随着光合速率提高，植物片叶中的淀粉、多糖增加。而且大多数植物种子的核酸、蛋白质、氨基酸等含量都有不同程度的下降。

综上所述，二氧化碳浓度过高和过低对植物的生长都是不利的。经过调查研究发现，在温、光、水、肥等较为适宜的条件下，对生菜、空心菜等蔬菜作为来说，在苗期和定植期将二氧化碳浓度维持在0.05％——0.06％就可以进行高效率的光合作用。在蔬菜成熟期，二氧化碳浓度达到0.08％——0.15％最为适宜，蔬菜产量的提高也最为明显。

根据本发明的实施方式，提出一种调节大棚中二氧化碳的方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤101、设定作物的生长时期；

步骤103、基于所述作物不同生长时期以及大棚内外二氧化碳浓度差异，采用不同二氧化碳调节策略。

其中，所述步骤101中所述作物的生长时期至少包括：种子时期、苗木时期、定植时期和成熟时期。

其中，所述步骤101与所述步骤103之间还包括检测大棚内二氧化碳浓度。

其中，所述步骤103中所述采用不同的二氧化碳调节策略包括：根据不同的作物的不同生长时期设定相应生长时期的二氧化碳浓度阈值区间，所述阈值区间为作物生长的最适宜二氧化碳浓度区间。

其中，所述步骤103中所述采用不同的二氧化碳调节策略还包括：判断检测的大棚内二氧化碳浓度是否在所述阈值区间内，如果在所述阈值区间，则继续进行监测。

本发明的二氧化碳浓度可以持续监测，并且各节点之间可以形成自组网，传感器与主节点可采用无线方式进行通信，这样无需各种布线。只需要根据需要将传感器置于需要的位置即可。

其中，所述步骤103中所述采用不同的二氧化碳调节策略还包括：判断检测的大棚内二氧化碳浓度是否在所述阈值区间内，如果高于所述阈值区间中的上限阈值，则采用第一调节策略。

其中，所述步骤103中所述采用不同的二氧化碳调节策略还包括：判断检测的大棚内二氧化碳浓度是否在所述阈值区间内，如果低于所述阈值区间中的下限阈值，则采用第二调节策略。

不同的调节策略的重要目的是为了节能减排，保护我们的生存环境。只要需要降低内部二氧化碳浓度就可以采用吸入外部空气的方式。因为在植物生长环境中二氧化碳的最优浓度始终是高于正常的空气中的二氧化碳浓度的。

其中，所述第一调节策略包括：

根据设定的二氧化碳浓度预定值，以及排风机的额定排风速度、进风机的额定进风速度和当前大棚的体积，计算将当前大棚内二氧化碳浓度降低到所述二氧化碳浓度预定值所需时间，按照计算的时间进行排风和进风处理。

其中，所述第二调节策略包括：

根据设定的二氧化碳浓度预定值、当前大棚的体积，计算将当前大棚内二氧化碳浓度提升到所述二氧化碳浓度预定值所需二氧化碳摩尔值，产生相应摩尔量的二氧化碳，所述产生的二氧化碳通过均匀分布在大棚内多处的进气孔输入大棚内，每个进气孔输入的二氧化碳均等。

每个进气孔的二氧化碳的浓度均等是为了保证空气中的二氧化碳浓度尽快达到稳定,这样有利于植物的生长。

其中，所述第二调节策略还包括：

在二氧化碳全部输入大棚后，鼓风机运行一段预定时间后停止工作，以保证二氧化碳迅速均匀分布到大棚内。

根据本发明的实施方式，还提出一种智能检测和调节二氧化碳系统，该系统用以执行前述的二氧化碳调节方法，如附图2所示，该系统包括一个或多个二氧化碳智能调节装置、中转站点、服务器(未示出)和移动终端，所述二氧化碳智能调节装置自动与中转站点形成自组织网络，二氧化碳智能调节装置将采集到的二氧化碳参数值无线传输给中转站点，中转站点负责将数据传输给服务器，手机终端根据用农户事先设置好的二氧化碳的上限和下限，自动向服务器发送相应控制命令，服务器再将接受到的指令发送给中转站点，中转站点发送命令给二氧化碳智能调节装置的控制单元，控制单元根据前述预先设置的调节策略做出相应操作来调节二氧化碳值。

其中，中转站点有以下功能：

网络发起者：中转站点形成网络，多个二氧化碳智能调节装置自动加入本网络形成自组网；

数据转发：可上传二氧化碳数据到服务器和发送控制命令到控制设备。

根据本发明的具体实施方式，如附图3所示，二氧化碳智能调节装置包括：二氧化碳浓度采集单元、信号处理单元、控制单元、二氧化碳生成单元、电磁阀、导气管驱动电机、无线传输单元，其特征在于，

所述二氧化碳浓度采集单元的输出端和信号处理单元的输入端相连接，信号处理单元的输出端连接到所述控制单元的输入端，控制单元的输出端与二氧化碳生成单元、电磁阀、导气管驱动电机的输入端相连接；所述控制单元与所述无线传输单元连接。

所述二氧化碳浓度采集单元，用于采集大棚内部二氧化碳浓度；所述二氧化碳浓度采集单元分别设置在大棚内部多处，且通过无线方式与信号处理单元连接。

所述信号处理单元连接用于汇聚多个二氧化碳浓度采集单元采集的二氧化碳数据，并将其转换为数字信号，发送至控制单元，并通过无线传输单元发送至中转站点；

所述控制单元接收返回的二氧化碳调节指令，根据前述预先设置的调节策略做出相应操作来调节二氧化碳值。

所述二氧化碳生成单元、电磁阀、导气管驱动电机用于根据控制单元的指令，执行二氧化碳调节的操作。

根据本发明的另一种实施方式，如图4所示，二氧化碳智能调节装置还可以包括：二氧化碳浓度采集单元、信号处理单元、控制单元、放风机电机、放风口、无线传输单元，其特征在于，

所述二氧化碳浓度采集单元的输出端和信号处理单元的输入端相连接，信号处理单元的输出端连接到所述控制单元的输入端，控制单元的输出端与放风机电机的输入端相连接；所述控制单元与所述无线传输单元连接。

所述二氧化碳浓度采集单元，用于采集大棚内部二氧化碳浓度；所述二氧化碳浓度采集单元分别设置在大棚内部多处，且通过无线方式与信号处理单元连接。

所述信号处理单元连接用于汇聚多个二氧化碳浓度采集单元采集的二氧化碳数据，并将其转换为数字信号，发送至控制单元，并通过无线传输单元发送至中转站点；

所述控制单元接收信号处理单元返回的二氧化碳浓度，根据前述预先设置的调节策略做出相应操作来调节二氧化碳值。

所述控制单元用于根据预先设置的调节策略，通过放风机电机控制放风口(优选地，放风口可以包括各自分别控制的排风机和进风机)，实现二氧化碳的调节。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。