一种农业蔬菜大棚智能一体化控制系统的制作方法

本发明涉及农业大棚，特别是指一种农业蔬菜大棚智能一体化控制系统。

背景技术：

随着社会经济的快速发展和人们生活水平的提高，时令蔬菜与反季节蔬菜逐渐受人们的欢迎，为了迎合人们对健康安全蔬菜的要求，迫切需要大力研发农业蔬菜大棚智能一体化控制系统。

为了使蔬菜大棚内农作物适时处于最适宜的生长状态，需要考虑制约农作物生长的肥害、药害、旱涝害以及农作物生长所需的温湿度控制等参数，同时需要根据农作物生长所需调节大棚内气体成分含量、光照强度、水肥等外部环境，同时需要控制调节农作物培育室的气体环境、土壤湿度、温度等参数。

技术实现要素：

本发明提出一种农业蔬菜大棚智能一体化控制系统，解决了现有技术中需要一种适宜农作物生长的农业蔬菜大棚智能一体化控制系统的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种农业蔬菜大棚智能一体化控制系统，包括智能气体制取系统、智能气体混合系统、智能温控送风系统、果实成熟度分析系统、红外热成像定位杀虫系统、智能光控系统、纳米材料定位水肥灌溉系统和太阳能辅助供电系统，所述的智能气体制取系统分别与智能气体混合系统、智能温控送风系统连接。

所述的智能气体制取系统包括气体纳米半透膜和中控计算机，气体纳米半透膜包括氧气单透半透膜、二氧化碳单透半透膜，空气在气体纳米半透膜两侧压力作用下，经过提纯处理，制得高浓度的二氧化碳、氧气气体，将制取的气体储存到高压的储气罐中，再输送至高浓度气体管；储气罐接收中控计算机的执行指令，根据执行指令，释放高浓度气体。

所述的智能气体混合系统包括气体浓度检测仪、中控计算机和气体混合装置，气体浓度检测仪分布在培育室内，用于取样培育室内空气并作二氧化碳气体、氧气气体浓度检测，并将检测信号传给中控计算机，中控计算机接收气体浓度检测仪的检测信号，并给气体混合装置下达执行指令；

所述的气体混合装置包括高浓度气体管、新鲜空气管和气体混合室，智能气体制取系统的高浓度氧气、二氧化碳气体经过高浓度气体管输送至气体混合室，空气通过新鲜空气管输送至气体混合室，高浓度氧气、二氧化碳气体和空气在气体混合室内进行混合配比，再由风机将混合气体输送到培育室内。

所述的智能温控送风系统包括数字式温度传感器、温控装置和中控计算机，数字式温度传感器设置在培育室内，用于采集培育室内各区域的温度，并将检测信号传递给中控计算机，中控计算机接收数字式温度传感器的检测信号，对检测信号分析处理，中控计算机将检测信号处理后转化为执行指令下达给温控装置，温控装置接收执行指令并执行，实现对培育室温度的调节控制；

所述的温控装置包括调温半导体和调湿器，智能气体制取系统的高浓度气体经过高浓度气体管输送到气体混合室与风机送进新鲜空气管的空气混合，将混合气体送到调温调湿室，调温半导体进行调温工作，调湿器进行调湿工作，再将处理后的混合气体输送到培育室内。

所述的果实成熟度分析系统包括果实成熟度检测仪和中控计算机，果实成熟度检测仪包括果实化学成分含量检测仪、颜色对比仪、果实甜度检测仪、香度检测仪和果实表面硬度检测仪，果实成熟度检测仪安放在培育室内的采样点处，果实成熟度检测仪将采集的检测信号发送到中控计算机，中控计算机接收果实成熟度检测仪的检测信号并对检测信号处理和分析，中控计算机根据检测信号得到的农作物生长状态制作农作物培养计划。

所述的红外热成像定位杀虫系统包括红外热成像仪和定点声波杀虫仪，红外热成像仪检测害虫的位置信号并将位置信号发送到中控计算机，中控计算机接收红外热成像仪的位置信号并进行处理分析，中控计算机将位置信号转化成执行指令下达给定点声波杀虫仪，定点声波杀虫仪安装在交叉的导轨上，定点声波杀虫仪接收执行指令，通过导轨移动到害虫处，对害虫进行定位杀除。

所述的智能光控系统包括光强传感器、中控计算机和光控设备，光强传感器采集培育室内的光强信息，并将光强信息传递给中控计算机，中控计算机接收光强信息并进行分析处理，光强信息分析处理后中控计算机将光强信息转化为执行指令下达给光控设备，光控设备接收执行指令，调整培育室内的光照，实现对培育室光强的调节控制。

所述的纳米材料定位水肥灌溉系统包括纳米水肥混合灌溉系统、智能水肥供应系统、中控计算机；

所述的智能水肥供应系统包括清水罐，清水罐的清水进入智能离子液化处理中心，将固体离子化合物的肥料与清水混合液化成高浓度溶液储存在高浓度溶液储存罐中，中控计算机对高浓度溶液储存罐下达执行指令，将高浓度溶液输送到高浓度溶液管；

所述的纳米水肥混合灌溉系统包括土壤分析仪和红外热成像仪，土壤分析仪和红外热成像仪用于检测土壤的PH值、元素含量、温度、湿度，并将检测信号传递给中控计算机，中控计算机接收检测信号并进行分析处理，中控计算机分析处理检测信号后对高浓度溶液储存罐下达执行指令，清水罐的清水输送到清水管，清水管和高浓度溶液管均与溶液混合箱连接，清水和高浓度溶液在溶液混合箱中配比成混合溶液，再将混合溶液输送到水箱，一是通过输水管将水箱内的混合溶液输送到灌溉喷头进行喷灌，二是通过灌溉纳米半透膜，在作物根部进行漫灌。

所述的太阳能辅助供电系统包括太阳能电池板，太阳能电池板设在培育室的上部，太阳能电池板将吸收的太阳能转化为电能，对大棚内的系统进行供电。

本发明通过农作物培育室各个系统的协调工作，实现蔬菜大棚内对各个独立系统的控制调节，以确保农作物良好生长，保证农产品批发市场无污染、品质高的蔬菜供应。

附图说明

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。

图1为本发明整体布局平面图。

图2为本发明整体布局立体图。

图3为智能气体制取系统原理图。

图4为智能气体制取系统结构图。

图5为智能气体混合系统原理图。

图6为智能气体混合系统结构图。

图7为智能温控送风系统原理图。

图8为智能温控送风系统结构图。

图9为果实成熟度分析系统原理图。

图10为果实成熟度分析系统结构图。

图11为红外热成像定位杀虫系统原理图。

图12为红外热成像仪结构图。

图13为定点声波杀虫仪结构图。

图14为导轨结构图。

图15为智能光控系统原理图。

图16为智能光控系统结构图。

图17为智能水肥供应系统结构图。

图18为纳米水肥混合灌溉系统结构图。

图19为大棚气体流动循环示意图。

图20为大棚水肥流动循环示意图。

图中：1-智能电控阀门、2-气体混合室、3-高浓度气体管、4-新鲜空气管、5-气体纳米半透膜、6-减压管、7-定点声波杀虫仪、8-导轨、9-风机、10-调温调湿室、11-智能气体制取系统、12-中控计算机、13-高浓度气体、14-调温半导体、15-培育室、16-光强传感器、17-光控设备、18-灌溉喷头、19-红外热成像仪、20-输水管、21-土壤分析仪、22-灌溉纳米半透膜、23-水箱、24-溶液混合箱、25-清水管、26-太阳能电池板、27-纳米水肥混合灌溉系统、28-温度传感器、29-智能水肥供应系统、30-果实成熟度检测仪、31-高浓度溶液管。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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付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。

本发明提出一种农业蔬菜大棚智能一体化控制系统，包括智能气体制取系统、智能气体混合系统、智能温控送风系统、果实成熟度分析系统、红外热成像定位杀虫系统、智能光控系统、纳米材料定位水肥灌溉系统和太阳能辅助供电系统，所述的智能气体制取系统分别与智能气体混合系统、智能温控送风系统连接。

蔬菜大棚内各种农作物生长时，对生长环境有多样化的要求，有的农作物对气体环境有一定的要求，有的农作物对土壤湿度有一定的要求，不同的农作物对土壤金属离子含量要求不同，不同的农作物对光的强度要求不同，不同的农作物对大棚环境温度要求不同等等，因此，在蔬菜大棚环境下，将不同种农作物布置在同一个大棚内，需配有一套独立的智能综合环境调节控制系统，能独立控制调节农作物培育室的气体环境、土壤湿度、温度等参数，通过培育室各系统的协调工作，实现蔬菜大棚内对各个独立系统的控制调节。

农业蔬菜大棚整体布局：由太阳能电池板作为大棚的辅助供电系统（根据太阳光照强度调节，以作为大棚电力供应补充，达到节能省电效果），清洁环保、无污染。大棚内存在多个独立的培育室，每间培育室配备独立的环境调节系统，能独立控制本培育室的室内环境。每间培育室均种植同种农作物，不同培育室种植不同农作物，实现在同一大棚内，同时培育不同种农作物，增加农作物多样性。

各农作物生长时对生长环境的要求不一，因此在大棚内分隔出几个独立的培育室，各培育室将同种作物种植在同一个培育室，通过培育室各系统的正常工作，独立控制调节培育室的气体环境、土壤湿度、温度等，实现对大棚里农作物的自动调控。

智能气体制取系统

所述的智能气体制取系统包括气体纳米半透膜和中控计算机，气体纳米半透膜包括氧气单透半透膜、二氧化碳单透半透膜，空气在气体纳米半透膜两侧压力作用下，经过提纯处理，制得高浓度的二氧化碳、氧气气体，将制取的气体储存到高压的储气罐中，再输送至高浓度气体管；储气罐接收中控计算机的执行指令，根据执行指令，释放高浓度气体。

如图2、图3和图4所示，通过中控计算机控制高浓度气体制备、储存及释放，具体来说，通过减压管6在气体纳米半透膜5的两侧形成压力差，减压管6与降压系统连通，风机鼓入的新鲜空气经过多级提纯处理，依次经过低压气体环境I、低压气体环境II、低压气体环境III，逐步对其降压、降温，得到的高浓度气体13通过管道储存在储气罐中，储气罐与高浓度气体管3连通，减压管6、低压气体环境III与储气罐连通的管道、高浓度气体管3上均设有智能电控阀门1，智能电控阀门1与中控计算机12连接，中控计算机12控制智能电控阀门1的启闭，从而控制智能气体制取系统的工作状态。

智能气体混合系统

所述的智能气体混合系统包括气体浓度检测仪、中控计算机和气体混合装置，气体浓度检测仪分布在培育室内，用于取样培育室内空气并作二氧化碳气体、氧气气体浓度检测，并将检测信号传给中控计算机，中控计算机接收气体浓度检测仪的检测信号，并给气体混合装置下达执行指令；

所述的气体混合装置包括高浓度气体管、新鲜空气管和气体混合室，智能气体制取系统的高浓度氧气、二氧化碳气体经过高浓度气体管输送至气体混合室，空气通过新鲜空气管输送至气体混合室，高浓度氧气、二氧化碳气体和空气在气体混合室内进行混合配比，再由风机将混合气体输送到培育室内。

如图1~2和图5~6所示，气体浓度检测仪采集培育室内空气得到检测信号，中控计算机处理分析检测信号下达执行指令，气体混合装置根据执行指令，对培育室进行气调，具体来说，新鲜空气管4分别与智能气体制取系统11和气体混合室2连通，智能气体制取系统11内高浓度气体13的储气罐通过高浓度气体管3和气体混合室2连通，未被利用的高浓度气体13通过高浓度气体管3回流至储气罐，高浓度气体13与新鲜空气在气体混合室2内进行混合配比，气体混合室2内得到的混合气体排入培育室15内，高浓度气体管3、新鲜空气管4和气体混合室2上均设有智能电控阀门1，智能电控阀门1与中控计算机12连接，中控计算机12控制智能电控阀门1的启闭，从而控制智能气体混合系统的工作状态。

智能温控送风系统

所述的智能温控送风系统包括数字式温度传感器、温控装置和中控计算机，数字式温度传感器设置在培育室内，用于采集培育室内各区域的温度，并将检测信号传递给中控计算机，中控计算机接收数字式温度传感器的检测信号，对检测信号分析处理，中控计算机将检测信号处理后转化为执行指令下达给温控装置，温控装置接收执行指令并执行，实现对培育室温度的调节控制；

所述的温控装置包括调温半导体和调湿器，智能气体制取系统的高浓度气体经过高浓度气体管输送到气体混合室与风机送进新鲜空气管的空气混合，将混合气体送到调温调湿室，调温半导体进行调温工作，调湿器进行调湿工作，再将处理完以后的混合气体输送到培育室内。

如图1~2和图7~8所示，温控传感器检测培育室内各区域的温度，温度传感器传递检测信号给中控计算机，中控计算机分析处理检测信号下达执行指令，中控计算机传递执行指令给温控装置，温控装置根据执行指令，对培育室温度进行调节，具体来说，温度传感器28设在培育室内，智能气体制取系统11内的高浓度气体13通过高浓度气体管3通入气体混合室2，新鲜空气通过风机9、新鲜空气管4通入气体混合室2，气体混合室2内设有调温调湿室10，调温调湿室10内设有调温半导体14和调湿器，调温半导体14根据帕尔帖原理，实现各温室间的温度调节，调湿器对气体进行增湿或减湿，达到农作物生长的适宜气体湿度，调温半导体14和调湿器对混合气体进行调温调湿后，混合气体输送到培育室15内，高浓度气体管3和新鲜空气管4上均设有智能电控阀门1，智能电控阀门1与中控计算机12连接，中控计算机12控制智能电控阀门1的启闭，从而控制智能温控送风系统的工作状态。

果实成熟度分析系统

所述的果实成熟度分析系统包括果实成熟度检测仪和中控计算机，果实成熟度检测仪包括果实化学成分含量检测仪、颜色对比仪、果实甜度检测仪、香度检测仪和果实表面硬度检测仪，果实成熟度检测仪安放在培育室内的采样点处，果实成熟度检测仪将采集的检测信号发送到中控计算机，中控计算机接收果实成熟度检测仪的检测信号并对检测信号处理和分析，中控计算机根据检测信号得到的农作物生长状态制作农作物培养计划。

如图9和图10所示，果实成熟度检测仪内的各仪器采集果实的成熟度信号，果实成熟度检测仪发送检测信号至中控计算机，中控计算机处理分析检测信号后制作农作物培养计划，在大棚的多个采样点安放果实成熟度检测仪30，临近果实成熟，通过采样点的果实成熟度检测仪30自动检测果实的表面硬度、香度、颜色、元素含量等数据，综合分析果实的成熟度。

红外热成像定位杀虫系统

所述的红外热成像定位杀虫系统包括红外热成像仪和定点声波杀虫仪，红外热成像仪检测害虫的位置信号并将位置信号发送到中控计算机，中控计算机接收红外热成像仪的位置信号并进行处理分析，中控计算机将位置信号转化成执行指令下达给定点声波杀虫仪，定点声波杀虫仪安装在交叉的导轨上，定点声波杀虫仪接收执行指令，通过导轨移动到害虫处，对害虫进行定位杀除。

如图2、图11~13所示，红外热成像仪采集害虫位置信号，红外热成像仪发送位置信号至中控计算机，中控计算机分析处理位置信号、定位害虫坐标、下达执行指令给定点声波杀虫仪，定点声波杀虫仪根据执行指令对害虫进行杀除，红外热成像仪19设置在作物区上方，根据害虫的体温与植物的体温的差异，通过红外热成像仪19的扫描，检测出害虫的位置、大小、及种类，红外热成像仪19将位置信号发送给中控计算机12，中控计算机12给定点声波杀虫仪7下达执行指令，定点声波杀虫仪7根据两根十字交叉的导轨8相互配合工作，将定点声波杀虫仪7移动到害虫上方，从而实现对害虫的定点查杀。

如图14所示，导轨8包括导轨X和导轨Y，依据导轨X上电机带动中轴的转动，中轴的转动带动定点声波杀虫仪7左右方向的移动，通过导轨Y上电动承重轮的工作，实现定点声波杀虫仪7前后方向的移动，通过定点声波杀虫仪7内置电机的正常工作，可以实现定点声波杀虫仪7的上下方向移动，电机和电动承重轮接受中控计算机的执行指令，按执行指令正常工作。

智能光控系统

所述的智能光控系统包括光强传感器、中控计算机和光控设备，光强传感器采集培育室内的光强信息，并将光强信息传递给中控计算机，中控计算机接收光强信息并进行分析处理，光强信息分析处理后中控计算机将光强信息转化为执行指令下达给光控设备，光控设备接收执行指令，调整培育室内的光照，实现对培育室光强的调节控制。

如图2、图15和图16所示，光强传感器采集光强信息，光强信息传递给中控计算机，中控计算机分析处理光强信息并根据不同时段果实的生长状态，给光控设备下达执行指令，光控设备根据执行指令，调整培育室内的光照，光强传感器16设在培育室15内，采集培育室15内的光强信息并传递给中控计算机12，中控计算机12控制调节作物区上方的光控设备17。

纳米材料定位水肥灌溉系统

所述的纳米材料定位水肥灌溉系统包括纳米水肥混合灌溉系统、智能水肥供应系统、中控计算机；

所述的智能水肥供应系统包括清水罐，清水罐的清水进入智能离子液化处理中心，将固体离子化合物的肥料与清水混合液化成高浓度溶液储存在高浓度溶液储存罐中，中控计算机对高浓度溶液储存罐下达执行指令，将高浓度溶液输送到高浓度溶液管；

所述的纳米水肥混合灌溉系统包括土壤分析仪和红外热成像仪，土壤分析仪和红外热成像仪用于检测土壤的PH值、元素含量、温度、湿度，并将检测信号传递给中控计算机，中控计算机接收检测信号并进行分析处理，中控计算机分析处理检测信号后对高浓度溶液储存罐下达执行指令，清水罐的清水输送到清水管，清水管和高浓度溶液管均与溶液混合箱连接，清水和高浓度溶液在溶液混合箱中配比成混合溶液，再将混合溶液输送到水箱，一是通过输水管将水箱内的混合溶液输送到灌溉喷头进行喷灌，二是通过灌溉纳米半透膜，在作物根部进行漫灌。

如图1~2和图17~18所示，智能水肥供应系统29与纳米水肥混合灌溉系统27连通，智能水肥供应系统29提供清水与高浓度溶液，清水与高浓度溶液在纳米水肥混合灌溉系统27内混合并进行灌溉；清水罐与智能离子液化处理中心连通，清水与固体化肥在智能离子液化处理中心混合成高浓度溶液，高浓度溶液储存在高浓度溶液储存罐中，高浓度溶液储存罐与高浓度溶液管31连通，高浓度溶液输送至溶液混合箱24内，未被利用的高浓度溶液通过高浓度溶液管31回流至高浓度溶液储存罐，清水罐与清水管25连通，清水输送至溶液混合箱24内，未被利用的清水通过清水管25回流至清水罐；土壤分析仪21和红外热成像仪19分析土壤的PH值、元素含量、温度、湿度，将采集的数据发送给中控计算机12，中控计算机12控制清水管25和高浓度溶液管31上智能电控阀门1的开闭，高浓度溶液管31与溶液混合箱24连通，清水管25与溶液混合箱24连通，清水和高浓度溶液在溶液混合箱中自动配比成适宜浓度的混合溶液，溶液混合箱24与水箱23连通，水箱23与输水管20连通，输水管20上设有灌溉喷头18，灌溉喷头18设在作物区上方，水箱23的两侧设有灌溉纳米半透膜22，一是通过输水管20将溶液输送到灌溉喷头18进行喷灌作业，二是通过灌溉纳米半透膜22，利用灌溉纳米半透膜22的半透性，在作物根部进行漫灌作业，实现对作物的定点灌溉，清水罐与智能离子液化中心连通管、智能离子液化中心与高浓度溶液储存罐连通管、清水管25、高浓度溶液管31、溶液混合箱24与水箱连通管上均设有智能电控阀门1，智能电控阀门1与中控计算机12连接，中控计算机12控制智能电控阀门1的启闭，从而控制纳米材料定位水肥灌溉系统的工作状态。

太阳能辅助供电系统

如图2所示，所述的太阳能辅助供电系统包括太阳能电池板26，太阳能电池板26设在培育室15的上部，太阳能电池板26将吸收的太阳能转化为电能，对大棚内的系统进行供电。

大棚气体流动循环图解

如图19所示，室外的新鲜空气通过风机输送到大棚内，一路的新鲜空气进入智能气体制取系统制取高浓度的氧气和二氧化碳气体，高浓度的氧气和二氧化碳气体储存在储气罐中，储气罐内的高浓度的氧气和二氧化碳气体进入高浓度气体管，之后进入气体混合室，未被利用的高浓度的氧气和二氧化碳气体通过高浓度气体管回流至储气罐，一路的新鲜空气进入新鲜空气管，之后进入气体混合室，新鲜空气与高浓度气体在气体混合室内进行配比，气体混合室内的调温调湿室对混合气体进行调温、调湿，处理为适宜气体后，往培育室内输送。

大棚水肥流动循环图解

如图20所示，清水罐与智能离子液化中心连通，清水与固体化肥混合液化后储存在高浓度溶液储存罐中，高浓度溶液储存罐与高浓度溶液管连通，高浓度溶液管与溶液混合箱连通，清水罐与清水管连通，清水管与溶液混合箱连通，未被利用的清水通过清水管回流至清水罐，高浓度溶液和清水混合后，对农作物进行灌溉。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。