植物种植用人工智能气候室的制作方法

本发明涉及植物栽培实验室，具体涉及植物种植用人工智能气候室。

背景技术：

随着人类对环境保护意识的增强和科技发展，人类对植物的研究和培育新品种的需求越来越多，研究深度和广度比以前丰富，如环境中温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、土壤含水量等指标对植物生长的影响与内在机理；植物基因改良和新物种培育在自然环境条件下受时空制约因素较多，为提高研究效率则需要创造此类研究工作最基本的环境条件，植物种植用人工气候室就是为研究植物营造人工气候提供可能。

以往人工气候室温度控制范围比较窄，为+5℃~50℃，控制精度±1℃，且没有新风控制系统和远程云控制系统，功能相对单一、响应时间长效率低、设备分布广、控制分散和占地面积大等弊端，并且对操作人员技术要求高和工作强度大等，迫切需要一种新型植物种植用人工智能气候室解决植物研究问题和提高工作效率。

技术实现要素：

为克服现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供了一种能同时提供精确控制空气温湿度、新鲜空气量、光照度、土壤湿度、二氧化碳浓度和远程监控管理等功能，具有功能集中化，调节精度高，适用范围广，对各类植物培养研究和特殊场所植物生长均可胜任的植用人工智能气候室。

本发明采取的技术方案为：

植物种植用人工智能气候室，包括气候室箱体和制冷系统，气候室箱体内安装有加湿系统、光照系统、灌溉系统、电气控制系统和通风系统，所述制冷系统包括气候室箱体外的冷风机以及气候室箱体内安装有风冷压缩冷凝装置，所述通风系统包括风机、通风管道、回风管道以及出风管道，通风管道的端部连接新风口，通风管道的端部连接新风口，通风管道内沿进风方向依次安装有新风处理模块、恒温恒湿机以及中温冷藏模块，风冷压缩冷凝装置向新风处理模块以及中温冷藏模块输送液态制冷剂，回风管道连接恒温恒湿机的前端，新风由新风处理模块处理后进入恒温恒湿机，与回风在恒温恒湿机混合处理后经中温冷藏模块处理，最后由通风管道末端的出风管道进入气候室箱体。

进一步地，所述压缩冷凝装置包括依次串联的压缩机、冷凝器、过滤器以及热力膨胀阀，所述冷凝器安装与冷风机内与外界换热。

进一步地，所述灌溉系统包括储水池、泵、喷头以及湿度传感器，泵由管道自储水池抽水并由管道输送至喷头，所述湿度传感器埋于土壤内，喷头位于土壤上方。

进一步地，所述光照系统均布于气候室箱体顶部的多个灯。

进一步地，所述恒温恒湿机包括串联的加湿器和电加热。

进一步地，气候室箱体顶部的两侧分别设有回风管道，各回风管道上设有多个回风口，所述出风管道位于气候室箱体地板下方，出风管道的顶部设有多个出风口，所述回风管道、出风管道与通风管道间均设置有消音器。

进一步地，所述气候室箱体包括依次相互独立的设备室、气候室以及过渡室，设备室和过渡室安装有密封门，过渡室与气候室间的隔板上安装有密封门。

再进一步地，所述电气控制系统包括工控主机、控制软件、执行模块和数据采集模块，所述执行模块控制连接风机、蒸发器、冷凝器、冷凝风机、压缩机、加热器，加湿器、灯、泵，所述数据采集模块连接温度传感器、湿度传感器、风速传感器、空气成份检测传感器。

采取以上技术方案后，本发明的有益效果为：能同时提供精确控制空气温湿度、新鲜空气量、光照度、土壤湿度、二氧化碳浓度和远程监控管理等功能，具有功能集中化，调节精度高，适用范围广，对各类植物培养研究和特殊场所植物生长均可胜任。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为气候室的截面图；

图4为回风管道的结构示意图。

具体实施方式

植物种植用人工智能气候室，包括气候室箱体1和制冷系统，制冷系统包括气候室箱体外的冷风机2以及气候室箱体内的风冷压缩冷凝装置3，压缩冷凝装置包括依次串联的压缩机31、冷凝器32、过滤器33以及热力膨胀阀34，冷凝器33安装于冷风机2内与外界换热。

气候室箱体1的箱壁为保温材质，气候室箱体1包括依次相互独立的设备室11、气候室12以及过渡室13，设备室11和过渡室13安装有密封门，过渡室13与气候室12间的隔板上安装有密封门。人员需要通过过渡室13过渡后才能进入气候室12，防止气候室12内的空气受到较大的影响。设备室11内安装有风冷压缩冷凝装置3、通风系统4和电气控制系统5，气候室12箱体内安装有光照系统10、灌溉系统6和培养系统。通风系统4包括风机41、通风管道42以及延伸至气候室的回风管道43、出风管道44，通风管道42的端部连接设备室外壁的新风口45，通风管道42内沿进风方向依次安装有新风处理模块7、恒温恒湿机8以及中温冷藏模块9，风冷压缩冷凝装置向新风处理模块7以及中温冷藏模块9输送液态制冷剂，回风管道43连接恒温恒湿机8的前端，新风由新风处理模块7处理后进入恒温恒湿机8，与回风在恒温恒湿机8混合处理后经中温冷藏模块9处理，最后由通风管42道末端的出风管道进入气候室。新风处理模块7主要为初级蒸发器71加初效过滤器72，用于对新风的过滤及降温处理，恒温恒湿机包括串联的加湿器81和电加热器82，对回风及新风的温湿度调整，电加热器82调温和除湿，加湿器81增加湿度。中温冷藏模块9为二级蒸发器加中或高效过滤器，主要用于低温制冷的需求。一般在5-50摄氏度时采用新风处理模块7，在低于5摄氏度时采用中温冷藏模块9。

在气候室内，回风管道设43置在气候室顶部的两侧，各回风管道上设有多个回风口，回风口上安装有回风格栅47，出风管道44位于气候室箱体地板下方，出风管道44的顶部设有多个出风口，出风口上安装有孔板，回风管道、出风管道与通风管道间均设置有消音器46，降低噪音。灌溉系统有储水池61、泵62、喷头63以及湿度传感器64组成，泵62由管道自储水池61抽水并由管道输送至喷头63，湿度传感器64埋于土壤内，喷头位于土壤上方。光照系统10为均布于气候室箱体顶部的多个农用灯，灯的开启个数及亮度可调。

本技术方案的核心为电气控制系统5，电气控制系统的为常规的工控主机、控制软件、执行模块和数据采集模块组成，执行模块控制连接冷风机2、蒸发器71,9、冷凝器32、风机41、压缩机31、加热器82，加湿器81、灯10、泵62等执行元件，所述数据采集模块连接温度传感器、湿度传感器、风速传感器、空气成份检测传感器等各传感器（传感器的设置按现有技术）。通过控制软件对各个功能执行模块和数据采集模块进行控制。控制手段转为主动式控制，（1）通过测试外界气象参数、新风量、出风系统风速等参数与植物种植用人工智能气候室内人造环境参数进行比较计算，根据计算结果主动调节系统的运行状态，使植物种植用人工智能气候室内人造环境参数快速达到设定值；（2）传统方式通过读取植物种植用人工智能气候室内人造环境相关参数与设定值间的差值来调整相关功能模块的运行状态，本发明是通过外界条件的变化趋势来与历史运行数值比较计算，运用计算结果提前对系统状态进行调，从而使植物种植用人工智能气候室内人造环境不因外界条件发生变化而产品较多波动，运行非常稳定。本技术方案的温湿度控制范围：-25℃~50℃±0.5℃，湿度35~95%rh±5%,送风量：保证循环次数10~35次，新风比范围：10~50%，光照强度：0~800umol/m²·s，水平截面控制循环变频控制风速范围：0.2~2.3m/s，二氧化碳浓度控制范围（预留）：100~5500ppm，土壤湿度范围：15~55%rh±5%。由于这些参数相互间存在关联，不可孤立调节某个参数，需要综合考虑相互间影响，则需要对电气控制部分进行智能化提升，用多维度计算法，以空气温度、湿度为基础逐时计算，联合控制相关参数，最终快速达到设定的指标值。

当湿度、温度高于设定值时制冷系统开始工作，低于设定值时制冷系统停止工作；当湿度高于设定值、温度低于设定值时制冷系统和加热系统开始工作，低于设定值时制冷系统和加热系统停止工作，当湿度、温度低于设定值，外界环境温度、湿度处于上升趋势阶段时制冷系统和加热系统开始工作，现时处于低负荷状态工作，当湿度、温度低于设定值，外界环境温度、湿度处于下降趋势阶段或平稳状态时制冷系统和加热系统停止工作。

恒温恒湿机的工作原理：加湿量计算公式：s＝s1+s2+s3-s4通过数据采集模块采集新空气的温度、湿度，控制系统计算出绝对含湿量s1；通过数据采集模块采集植物种植用人工智能气候室内人造环境中空气的温度、湿度，控制系统计算绝对含湿量s2；控制系统根据历史运行数据统计值计算出其它因素产生的含湿s3；控制系统计算出人造环境空气的目标绝对含湿量s4，s4初始值为0，随后历史值计算；然后利用公式s＝s1+s2+s3-s4计算出s的值，当s＞0时，制冷系统工作除湿，当s＜0时，加湿器具备开始工作的条件，智能网络控制中心根据s大小计算出加湿器工作时间t,加湿器开始工作。

光照系统控制原理：植物种植用人工智能气候室内当光照强度根据设定的值控制农用灯开启数量；通过控制系统设定的物种与光照强度的关系一键设定光照强度，实际使用时只要选择植物种类即可，减少人为输入错误的风险，实现一键智能控制的操作模式；根据研究需要也可通按时钟要求调控光照强度，以模拟自然太阳光的变化。

喷淋系统模块系统控制原理：控制系统通过土壤湿度传感器采集到土壤的含水量，再控制喷淋系统模块的工作状态；也可通过控制系统设定的物种与土壤的含水量的关系一键设定土壤的含水量，实际使用时只要选择植物种类即可，实现一键智能控制的操作模式。

为实现植物种植用人工智能气候室无人化看管和远程遥控功能，通过tcp/ip的方式与无线网络连接，可通过手机或电脑相连，并实现远程监控。