一种温室环境中CO₂浓度自动调节装置的制作方法

专利名称：一种温室环境中CO₂浓度自动调节装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于种植业技术领域，更具体地，涉及一种温室环境中CO2浓度自动调节装置。
背景技术：
在温室、大棚和密闭的植物工厂等，施加CO2气肥是增加产量的有效方法。在一定条件下，随着CO2浓度的升高，光合作用增强。光合速率最大时的CO2浓度为饱和点，当CO2浓度超过饱和点过高，则会引起作物异常生长，叶片失绿黄化，卷曲畸形或坏死等。在种植过程中，人们希望按合理需求量产生CO2气体，并能够根据环境检测的结果，自动调节CO2给气量。不论物理法还是化学法制造CO2，采用开环控制的方法通常不容易达到精确定量的目的，从而影响最佳的生长效果。
发明内容为弥补上述缺陷，本实用新型提出一种温室环境中CO2浓度自动调节装置及调节方法，通过闭环控制，自动调节植物生长所需CO2的给气量。为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现。技术方案一:—种温室环境中CO2浓度自动调节装置，其特征在于，所述装置包括CO2气体控制模块，所述CO2气体控制模块的输入端分别连接有光强度传感器和CO2浓度传感器，所述CO2气体控制模块的输出端连接有CO2气体发生模块，所述光强度传感器用于采集温室环境的光强度；所述CO2浓度传感器用于检测温室环境中CO2浓度；所述CO2气体控制模块根据所述光强度和所述CO2浓度进行控制所述CO2气体发生模块释放CO2气体。上述技术方案的特点和进一步改进在于:(I)所述CO2气体发生模块为装有CO2气体的气罐，所述气罐设有控制阀门。(2)所述C02气体发生模块为装有碳酸氢铵的C02气体容器，所述C02气体容器内还设有加热单元；所述碳酸氢铵化学反应方程式是:NH4HC03
Δ
=NH3 t H.....C02 4 Η20ο(3)所述CO2气体控制模块的输出端还连接有报警模块。技术方案二:一种温室环境中C02浓度自动调节方法，其特征在于，所述方法包括光强度传感器采集温室环境的光强度，C02浓度传感器检测温室环境中C02浓度；C02气体控制模块判定所述光强度适合光合作用，且所述C02浓度低于设定浓度下限时，C02气体控制模块控制C02气体发生模块释放C02气体。上述技术方案的特点和进一步改进在于:(I)当C02气体发生模块释放设定时间的C02气体后，C02浓度传感器检测到温室环境中C02气体浓度和释放前环境中C02气体浓度相同， 则C02气体控制模块控制报警模块报警；同时，C02气体控制模块控制C02气体发生模块停止释放C02气体。(2)当温室环境中C02的浓度高于设定浓度上限时，则C02气体控制模块控制C02气体发生模块停止释放C02气体。本实用新型采用闭环控制，精确控制植物所需CO2气体的给定量，明显促进植物生长，且结构简单、易于实现。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例温室环境中CO2浓度自动调节装置结构示意图；图2为本实用新型实施例温室环境中CO2浓度自动调节装置中一种CO2气体发生模块结构示意图；其中，1、光强度传感器；2、CO2浓度传感器；3、CO2气体发生模块；4、报警模块；5、CO2气体控制模块；6、加热单元；7、CO2气体容器；8、CO2气体。
具体实施方式参考附图1，温室环境中CO2浓度自动调节装置包括CO2气体控制模块5，CO2气体控制模块5的输入端分别连接有光强度传感器I和CO2浓度传感器2，光强度传感器I采用光敏电阻、硅电池等，C02气体控制模块5的输出端连接有CO2气体发生模块3和报警装置
4,光强度传感器I用于米集温室环境的光强度；C02浓度传感器2用于检测环境中CO2浓度；CO2气体控制模块5根据光强度和CO2浓度进行控制CO2气体发生模块3释放CO2气体；报警模块4用于报警。CO2浓度测量范围为O—-5000 μ mo I mol_l，分辨率在5 μ mol mol_l。C02浓度传感器2可选用BMG-C02-NDIR(2)型号。由于C02浓度传感器2是模拟量输出，故要求C02气体控制模块5采样的精度达到千分之一。C02气体控制模块5可采用8位或16位的单片机，为了确保二氧化碳测量精度要求A/D接口具有10或12位的采样精度，这样可保证δμπιο mo Γ1分辨率。本实用新型单片机采用PIC16F1937型号，通过单片机上的10位A/D接口采集CO2浓度传感器2信号。CO2气体发生模块3为装有CO2气体的气罐，气罐设有控制阀门，CO2气体控制模块5输出端与控制阀门连接，控制该控制阀门的启闭。参考附图2，CO2气体发生模块3为装有碳酸氢铵的CO2气体容器7，CO2气体容器7还设有加热单元6，加热单元6用于给碳酸氢铵加热，碳酸氢铵受热发生化学反应，释放出CO2气体8，碳酸氢铵化学反应方程式是=NH4FiCO1殳NH3 t +CO2 _+_Η20，其中，CO2释放量是通过加热和停止加热来控制的，故加热单元6采用碳纤维加热丝、PTC或其他等效的加热方式。本实用新型加热单元6采用碳纤维加热丝为例，碳纤维加热丝热膨胀系数小，耐疲劳性也较好。当有电流通过加热单元6时就会产生热量，而热量的大小由电流和加热单元的功率决定。加热单元6要求比重轻、热容小、有一定的抗拉强度，这样断电后加热效果可以马上停止，同时其耐热值应大于80度。另外，产生C02的同时还伴随氨气，氨气对于植物生长很有利。解决的方法是利用氨气溶于水的特性，用吸收法来限制氨气在空气中浓度。用装有水的桶来溶解氨气，所释放的二氧化碳通过水桶后经过管道输送到密闭的温室或植物工厂中。本实用新型温室环境中CO2浓度自动调节方法具体如下:步骤一:光强度传感器I采集温室环境的光强度；步骤二:C02浓度传感器2检测温室环境中CO2浓度；步骤三:C02气体控制模块5判断采集的光强度是否适合光合作用；如果是，转入步骤四；如果否，转入步骤一；步骤四:C02气体控制模块5判断温室环境中CO2浓度是否低于设定浓度下限时，如果低于设定浓度下限，则转入步骤六；如果不低于设定浓度下限，则转入步骤五；实际大气中的CO2浓度通常是300-500 μ mo I mol-1左右，而当浓度达到800-1500 μ mo I mol-1时，对植物生长的促进作用比较明显，因此，可将最适合范围的下限值设置为 700ymol mol-1 ο步骤五:判断环境中CO2的浓度是否高于设定浓度上限时，如果高于，则转入步骤十，如果不高于设定浓度上限，则转入步骤六；实际中综合效果和经济性，不一定采用饱和浓度，而是以最适合范围的浓度上限为 IOOOymol mol-1。步骤六:C02气体控制模块5控制CO2气体发生模块3释放CO2气体；步骤七:3小时(由气体控制模块5设定)后，CO2浓度传感器2检测环境中CO2的浓度；当CO2气体发生模块3设置为CO2气体的气罐时,释放气体后环境中CO2浓度未变化，则转入步骤八；当CO2气体发生模块3设置为装有碳酸氢铵的CO2气体容器时，释放气体后环境中CO2浓度未变化，则转入步骤九；步骤八:当CO2气体发生模块3释放CO2气体3小时后，CO2浓度传感器2检测到环境中C02气体浓度和释放前环境中C02气体浓度相同,CO2气体控制模块5控制报警模块4报警；同时，CO2气体控制模块5控制CO2气体发生模块3停止释放CO2气体；步骤九:当CO2气体发生模块3释放CO2气体3小时后，CO2浓度传感器2检测到环境中CO2气体浓度和释放前环境中CO2气体浓度相同，则CO2气体控制模块5控制报警模块4报警，警示CO2气体发生模块发生故障；同时，加热单元6停止加热，碳酸氢铵不再分解CO2;步骤十:当环境中CO2的浓度高于设定浓度上限时，CO2气体控制模块5控制CO2气体发生模块3停止释放CO2气体。实际中取3小时最大值未超过850 μ mol mol_l时,报警可以提醒用户检查原料是否耗尽或是否由通风造成的影响。当CO2气体发生模块3设置为CO2气体的气罐时，CO2气体控制模块5关闭气罐阀门；当CO2气体发生模块3设置为装有碳酸氢铵的CO2气体容器时，停止给加热单元6通电。本实用新型技术方案，可以精确控制植物所需CO2气体的给定量，明显促进植物生长。经试验效果如下:一是促进根系生长，植物根量比对照增加接近I倍；二是促进植物叶面生长，使叶片更厚，叶面积比对照增加20-40%;三是植物的干物质增加、产量提高，例如生菜可提高产量30%，黄瓜增加25%，西红柿增加20%。另外，本实用新型技术方案结构简单、易于实现。[0045] 本实用新型还有多种实施方式，但凡在本实用新型的精神和实质范围内，所作的任何改变、等同替换、改进，均在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种温室环境中CO2浓度自动调节装置，其特征在于，所述装置包括CO2气体控制模块，所述CO2气体控制模块的输入端分别连接有光强度传感器和CO2浓度传感器，所述CO2气体控制模块的输出端连接有CO2气体发生模块，所述光强度传感器用于采集温室环境的光强度；所述CO2浓度传感器用于检测温室环境中CO2浓度；所述CO2气体控制模块根据所述光强度和所述CO2浓度进行控制所述CO2气体发生模块释放CO2气体。
2.如权利要求1所述的温室环境中CO2浓度自动调节装置，其特征在于，所述CO2气体发生模块为装有CO2气体的气罐，所述气罐设有控制阀门。
3.如权利要求1所述的温室环境中CO2浓度自动调节装置，其特征在于，所述CO2气体发生模块为装有碳酸氢铵的CO2气体容器。
4.如权利要求3所述的温室环境中CO2浓度自动调节装置，其特征在于，所述CO2气体容器内还设有加热单元。
5.如权利要求1所述的温室环境中C02浓度自动调节装置，其特征在于，所述CO2气体控制模块的输出端还连接有报警模块。
6.如权利要求5所述的温室环境中CO2浓度自动调节装置，其特征在于，当所述报警模块报警时，所述CO2气体发生模块停止释放CO2气体。
专利摘要本实用新型属于种植业技术领域，公开了一种温室环境中CO2浓度自动调节装置。其装置包括CO2气体控制模块，所述CO2气体控制模块的输入端分别连接有光强度传感器和CO2浓度传感器，所述CO2气体控制模块的输出端连接有CO2气体发生模块，所述光强度传感器用于采集温室环境的光强度；所述CO2浓度传感器用于检测温室环境中CO2浓度；所述CO2气体控制模块根据所述光强度和所述CO2浓度进行控制所述CO2气体发生模块释放CO2气体。本实用新型技术方案可以精确控制植物所需CO2的给定量，且结构简单、易于实现。
文档编号G05B19/042GK202998950SQ20122055368
公开日2013年6月19日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者王 琦, 李文辉 申请人:西安金诺光电科技有限公司