一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法与流程

本发明属于作物生长环境调节领域，具体涉及一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法。

背景技术：

食用菌大棚栽培是我国传统的种植项目，现在国内、国外的市场需求量很大，已成为我国农业出口创汇的主要项目。现在对大棚环境空间进行处理的方法主要为夏季用水帘进行降温。但在环境温度较高时，此种方法达不到食用菌生长需求的环境温度范围，因此在炎热的夏季，许多食用菌种植户选择停止种植从而出现市场上食用菌供货短缺的现象。而冬季采用煤炉进行采暖方式，这是和国家大的环保政策相背离，同时燃煤炉直燃加热易产生有害金属及二氧化硫，对食用菌会品质产生较严重的影响。如果用电加热进行升温，机组的运行费用会很高，而且用电负荷也很大。对于二氧化碳控制，是通过手动开停排风机，引进新风进行二氧化碳浓度调整，这样方式对二氧化碳浓度控制随意化，不能达到精确控制的目的。湿球温度控制则是根据师傅的经验，根据室内的湿球温度，人工进行加湿处理。

申请号为：201620904685.7的实用新型申请，公开了“一种适用于家庭的空气质量监测与调节系统”，包括控制终端、与控制终端相连的传感控制器、空气质量调节装置、报警装置，传感控制器连有气体探测器、温度传感器、湿度传感器、雨水感应器；空气质量调节装置包含有控制器、控制器连有空气净化器、空气加湿器、空气除湿器、开关窗装置、排气装置、制冷加热装置；报警装置连有个人移动通讯终端。

申请号为：201510168531.6的发明申请，公开了一种温室大棚中温湿度控制系统，针对我国东北冬天寒冷天气中温室大棚室内温湿度难以良好地采集与控制，同时为了减轻农民朋友的经济负担和劳动量，克服使用传统供热方式对环境产生污染等的不足，高效、智能地调控温室大棚内部的温湿度的温室大棚中温湿度控制系统。分为保温部分、加热部分和室内温湿度控制部分；室内温湿度控制部分，由xs128最小系统、键盘模块、12864屏幕显示模块、zigbee模块、温度传感器模块、温湿度传感器模块、pwm输出模块构成。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其技术方案具体如下：

一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：通过设于控制系统内的数据采集单元、数据处理单元及动作执行单元的相互协作，完成对大棚内环境的实时调控，具体包括如下步骤：

s1：所述数据采集单元实时检测当前棚内的温度、湿度以及二氧化碳浓度，并将实时检测值传输至数据处理单元的数据接收端；

s2：数据处理单元根据当前数据信息调用相应的控制模型进行数据计算处理；并根据数据计算处理结果下发相应动作指令至动作执行单元；

s3：动作执行单元根据接收的相应动作指令完成相应的动作操作，实现对大棚环境的实时调控。

根据本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：

所述数据采集单元包括有设于大棚内的温度传感器、湿度传感器以及二氧化碳浓度传感器；

所述数据处理单元的控制模型包括有温度计算与比较模型、湿度计算与比较模型以及二氧化碳浓度计算与比较模型；

所述动作执行单元包括有通风调节单元、温度调节单元以及湿度调节单元。

根据本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：

所述通风调节单元包括有新风进风管路、紊流热回收器、内循环用风机、大棚内进风管路及大棚内出风管路；

紊流热回收器设置有第一进风口、第二进风口、第一出风口以及第二出风口；

大棚内出风管路在通过风阀后呈并联式的两路设置，一路通向紊流热回收器的第二进风口；另一路通向内循环用风机的进风口；

新风进风管路通向紊流热回收器的第一进风口；

紊流热回收器的第一出风口通向大气；

紊流热回收器的第二出风口通过管路通向内循环用风机的进风口；

内循环风机的出风口通过管路连接至大棚内进风管路；

在内循环风机的出风口与大棚内进风管路间设有温度、湿度及风量调节节点。

根据本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：

所述的温度调节单元包括有第一换热器以及用于配合第一换热器完成温度调节的第二换热器、气液分离器及压缩机；

所述压缩机通过四通阀分别连接至第一换热器、第二换热器以及气液分离器；

温度制热通过工质由压缩机→四通阀→第一换热器→第二换热器→气液分离器→压缩机的循环作业实现；

温度制冷通过工质由压缩机→四通阀→第二换热器→第一换热器→气液分离器→压缩机的循环作业实现；

经由第一换热器换热后的风输送至大棚内。

根据本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：

在所述的湿度调节单元设有加湿器；

所述加湿器用于给输送进大棚内的风进行加湿处理。

根据本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：

在所述的第一换热器前端还设有水表冷器；

经由水表冷器换热后的风通入大棚内，与经由第一换热器换热后通入大棚内的风形成并联式供风。

根据本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：

所述控制系统可实现单独通风、单独加湿、单独温控、通风与温度的协调、通风与加湿的协调、加湿与温度的协调以及通风加湿与温度的协调7种控制模式，具体包括如下步骤：

sa1：根据当前大棚内所需的环境参数，在温度计算与比较模型、湿度计算与比较模型及二氧化碳浓度计算与比较模型内分别录入第一温度设定上限值、第二温度设定上限值、温度设定下限值，湿度设定值及二氧化碳浓度设定值；

sa2：温度传感器、湿度传感器以及二氧化碳浓度传感器实时检测当前大棚内的相应参数，并将当前检测值实时传输给数据处理单元；

sa3：数据处理单元根据接收的温度检测值调用温度计算与比较模型，

当接收的当前温度检测值落在由温度设定下限值与第一温度设定上限值构成的闭区间内时，不启动温度调节单元；

当接收的当前温度检测值落在由第一温度设定上限值与第二温度设定上限值构成的开区间内时，启动温度调节单元的水表冷器；

当接收的当前温度检测值大于等于第二温度设定上限值或小于温度设定下限值时，启动温度调节单元内的第一换热器、第二换热器、气液分离器及压缩机构成的热力循环机构；

sa4：数据处理单元根据接收的湿度检测值调用湿度计算与比较模型，

当接收的当前湿度检测值小于湿度设定值时，启用湿度调节单元的加湿器；

当接收的当前湿度检测值大于等于湿度设定值时，不启动湿度调节单元；

sa5：数据处理单元根据接收的二氧化碳浓度检测值调用二氧化碳浓度计算与比较模型，

当接收的当前二氧化碳浓度检测值小于或等于设定的二氧化碳浓度设定值时，启动通风调节单元；

当接收的当前二氧化碳浓度检测值大于设定的二氧化碳浓度设定值时，不启动通风调节单元；

sa6：数据处理单元根据当前检测的各数值与计算后的结果，通知动作执行单元，实现单独通风、单独加湿、单独温控、通风与温度的协调、通风与加湿的协调、加湿与温度的协调以及通风加湿与温度的协调7种控制模式，用以调节大棚内实时空气环境。

根据本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：

所述的第一换热器为翅片式换热器；

所述的第二换热器为水侧换热器。

根据本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：

用于提供水侧换热器换热的水路与用于提供水表冷器换热的水路统一由水泵抽取的地下水提供；

由水泵抽取的地下水路经由三通阀分别输送至水侧换热器与水表冷器；

由水侧换热器及水表冷器换热后的水再排入地下。

根据本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：

在加湿器的侧端设有储水箱，在第一换热器的下端设置集水盘，

所述集水盘用于收集经由第一换热器换热后的冷凝水，并将冷凝水输送至储水箱，供加湿器用。

本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，通过设置的数据采集单元、数据处理单元及动作执行单元实现对大棚内环境的单独通风、单独加湿、单独温控、通风与温度的协调、通风与加湿的协调、加湿与温度的协调以及通风加湿与温度的协调7种控制模式，用以实时更正大棚内的空气环境，提供食用菌所需的空气环境；其次，在动作执行单元内，通过单独设置的水表冷器配合第一换热器作业，在第一换热器制冷时，提高制冷能效；在第一换热器制热时，有效避免结霜导致的性能下降现象，保证制热效果；且将经由第一换热器换热后的冷凝水通过集水盘输送至储水箱，以供加湿器加湿用，实现系统内资源的最大化利用。

附图说明

图1为本发明的步序示意图；

图2为本发明的具体步序流程图；

图3为本发明中的动作执行单元结构示意图。

具体实施方式

下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法作进一步具体说明。

如图1所示的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，其特征在于：通过设于控制系统内的数据采集单元、数据处理单元及动作执行单元的相互协作，完成对大棚内环境的实时调控，具体包括如下步骤：

s1：所述数据采集单元实时检测当前棚内的温度、湿度以及二氧化碳浓度，并将实时检测值传输至数据处理单元的数据接收端；

s2：数据处理单元根据当前数据信息调用相应的控制模型进行数据计算处理；并根据数据计算处理结果下发相应动作指令至动作执行单元；

s3：动作执行单元根据接收的相应动作指令完成相应的动作操作，实现对大棚环境的实时调控。

其中，

所述数据采集单元包括有设于大棚内的温度传感器、湿度传感器以及二氧化碳浓度传感器；

所述数据处理单元的控制模型包括有温度计算与比较模型、湿度计算与比较模型以及二氧化碳浓度计算与比较模型；

所述动作执行单元包括有通风调节单元、温度调节单元以及湿度调节单元。

其中，

所述通风调节单元包括有新风进风管路、紊流热回收器、内循环用风机、大棚内进风管路及大棚内出风管路；

紊流热回收器设置有第一进风口、第二进风口、第一出风口以及第二出风口；

大棚内出风管路在通过风阀后呈并联式的两路设置，一路通向紊流热回收器的第二进风口；另一路通向内循环用风机的进风口；

新风进风管路通向紊流热回收器的第一进风口；

紊流热回收器的第一出风口通向大气；

紊流热回收器的第二出风口通过管路通向内循环用风机的进风口；

内循环风机的出风口通过管路连接至大棚内进风管路；

在内循环风机的出风口与大棚内进风管路间设有温度、湿度及风量调节节点。

其中，

所述的温度调节单元包括有第一换热器以及用于配合第一换热器完成温度调节的第二换热器、气液分离器及压缩机；

所述压缩机通过四通阀分别连接至第一换热器、第二换热器以及气液分离器；

温度制热通过工质由压缩机→四通阀→第一换热器→第二换热器→气液分离器→压缩机的循环作业实现；

温度制冷通过工质由压缩机→四通阀→第二换热器→第一换热器→气液分离器→压缩机的循环作业实现；

经由第一换热器换热后的风输送至大棚内。

其中，

在所述的湿度调节单元设有加湿器；

所述加湿器用于给输送进大棚内的风进行加湿处理。

其中，

在所述的第一换热器前端还设有水表冷器；

经由水表冷器换热后的风通入大棚内，与经由第一换热器换热后通入大棚内的风形成并联式供风。

其中，

所述控制系统可实现单独通风、单独加湿、单独温控、通风与温度的协调、通风与加湿的协调、加湿与温度的协调以及通风加湿与温度的协调7种控制模式，(如图2所示)具体包括如下步骤：

sa1：根据当前大棚内所需的环境参数，在温度计算与比较模型、湿度计算与比较模型及二氧化碳浓度计算与比较模型内分别录入第一温度设定上限值、第二温度设定上限值、温度设定下限值，湿度设定值及二氧化碳浓度设定值；

sa2：温度传感器、湿度传感器以及二氧化碳浓度传感器实时检测当前大棚内的相应参数，并将当前检测值实时传输给数据处理单元；

sa3：数据处理单元根据接收的温度检测值调用温度计算与比较模型，

当接收的当前温度检测值落在由温度设定下限值与第一温度设定上限值构成的闭区间内时，不启动温度调节单元；

当接收的当前温度检测值落在由第一温度设定上限值与第二温度设定上限值构成的开区间内时，启动温度调节单元的水表冷器；

当接收的当前温度检测值大于等于第二温度设定上限值或小于温度设定下限值时，启动温度调节单元内的第一换热器、第二换热器、气液分离器及压缩机构成的热力循环机构；

sa4：数据处理单元根据接收的湿度检测值调用湿度计算与比较模型，

当接收的当前湿度检测值小于湿度设定值时，启用湿度调节单元的加湿器；

当接收的当前湿度检测值大于等于湿度设定值时，不启动湿度调节单元；

sa5：数据处理单元根据接收的二氧化碳浓度检测值调用二氧化碳浓度计算与比较模型，

当接收的当前二氧化碳浓度检测值小于或等于设定的二氧化碳浓度设定值时，启动通风调节单元；

当接收的当前二氧化碳浓度检测值大于设定的二氧化碳浓度设定值时，不启动通风调节单元；

sa6：数据处理单元根据当前检测的各数值与计算后的结果，通知动作执行单元，实现单独通风、单独加湿、单独温控、通风与温度的协调、通风与加湿的协调、加湿与温度的协调以及通风加湿与温度的协调7种控制模式，用以调节大棚内实时空气环境。

其中，

所述的第一换热器为翅片式换热器；

所述的第二换热器为水侧换热器。

其中，

用于提供水侧换热器换热的水路与用于提供水表冷器换热的水路统一由水泵抽取的地下水提供；

由水泵抽取的地下水路经由三通阀分别输送至水侧换热器与水表冷器；

由水侧换热器及水表冷器换热后的水再排入地下。

其中，

在加湿器的侧端设有储水箱，在第一换热器的下端设置集水盘，

所述集水盘用于收集经由第一换热器换热后的冷凝水，并将冷凝水输送至储水箱，供加湿器用。

工作原理(实施例)

具体控制流程如下：

机组分三个模式，制冷模式、通风模式、制热模式

制冷模式：大棚内侧环境温度t冷设-1≤t内环＜t冷设+1时，此时开启水泵，三通调节阀上的a-b处于全关闭状态，a-f处于全开状态，只使用地下水通过水表冷器对室内进行降温。t内环≥t冷设+2，三通调节阀阀芯处于中间状态，水泵抽出的水平均分配到b和f，压缩机及相关配件开启，此时通过水表冷器和翅片换热器同时对内循环风机抽过来的空气进行制冷，形成强冷模式，当t内环≤t冷设，压缩机停机。

制热模式：大棚内侧环境温度t内环＜t热设时，此时开启水泵，三通调节阀上的a-f处于全关闭状态，a-b处于全开状态，水泵抽出的水全部送入到水侧换热器，压缩机及相关配件开启，此时通过翅片换热器将由内循环风机抽过来的空气进行制热，当t内环≥t热设+2，压缩机停机。

通风模式：此模式下内循环风机开启，压缩机处于状态。

新风控制：nco2≥nco2设时，根据对二氧化碳浓度设定值、实测值、外面新风温度、大棚内温度、新风开启时间间隔这五个参数进行分析，进行中央集中处理，通过pid算法，比例调节新鲜空气与循环空气量，创新出新风控制模型，对电动风阀和排风机进行动态控制，从而保证大棚的温度恒定的同时，又能满足二氧化碳浓度的需求。

相应动作执行单元的具体工作过程如下：

制冷模式：压缩机吸入低温低压的气态制冷剂，通过压缩做功后变为高温高压的气态，到达四通阀接口d，此时四通阀为失电状态，从出口c流入到水侧换热器，进行冷凝放热降温变成液态，散发的热量转移水中被排放走，液态制冷剂通过电子膨胀阀进行节流降压，节流降压后的制冷剂流入到翅片换热器中，通过翅片换热器吸收空气中的热量变为气态制冷剂，经由四通阀接口s流入到气液分离器中，此时对内循环风机吸入的大棚内的空气进行制冷降温，达到制冷效果。再被压缩机口吸入，如此形成一个闭式热力循环系统。

制热模式：压缩机吸入低温低压的气态制冷剂，通过压缩做功后变为高温高压的气态，到达四通阀接口d，此时四通阀为得电状态，从出口e流入到翅片换热器中，通过翅片换热器将制冷剂中的热量释放到空气中，此时内循环风机吸入的大棚内的空气进行制热升温，达到制热效果。释放热量后的制冷剂变化液态，再通过电子膨胀阀进行节流降压，节流降压后的制冷剂流入到水侧换热器中，通过吸收水侧换热器中的热量，被冷却的水排走。变为气态制冷剂，经由四通阀接口s流入到气液分离器中，再被压缩机口吸入，如此形成一个闭式热力循环系统。

风系统工作流程：内循环风机将从大棚里的吸入的空气送入水表冷器进行表冷换热，然后再送到翅片式换热器进行换热后再送到加湿器进行加湿处理后，送入到大棚中。

新风通过电动风阀送到紊流热回收器，与从大棚里排出的风进行热回收处理，处理后的风与大棚出风混和后由内循环风机吸走。而通过紊流热回收器后的排风由排风机排走。

水系统工作流程：地下水通过进水口由水泵吸入到三通调节阀，通过三通调节阀分配进入水表冷器和水侧换热器的流量，经水侧换热器和水表冷器换热后，由排水口排走。

在夏季制冷时，将由翅片换热器在制冷时凝结下来的高品位水排入储水箱中，以提供加湿器使用。

本发明的一种基于食用菌大棚环境的控制系统及其控制方法，通过设置的数据采集单元、数据处理单元及动作执行单元实现对大棚内环境的单独通风、单独加湿、单独温控、通风与温度的协调、通风与加湿的协调、加湿与温度的协调以及通风加湿与温度的协调7种控制模式，用以实时更正大棚内的空气环境，提供食用菌所需的空气环境；其次，在动作执行单元内，通过单独设置的水表冷器配合第一换热器作业，在第一换热器制冷时，提高制冷能效；在第一换热器制热时，有效避免结霜导致的性能下降现象，保证制热效果；且将经由第一换热器换热后的冷凝水通过集水盘输送至储水箱，以供加湿器加湿用，实现系统内资源的最大化利用。