專利名稱：基于多因子耦合的光環境智能調控系統方法與系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于精細農業技術領域，特別涉及一種基于多因子耦合的光環境智能調控方法與系統。
背景技術：
目前我國設施園藝面積超過250萬公頃，居世界首位，但由于溫室大棚等農業設施受覆蓋材料、灰塵以及結構遮光等因素的影響，設施作物缺光現象普遍存在，光照不足已成為限制其發展的重要因素。以關中地區為例，其自然光照冬季光照1701-3780以上勒克斯光照時數僅有6-7小時，多數蔬菜要求12-14小時才能達到最佳產量狀態，因此整體產量和品質不高。因此，對光環境研究與調控已成為時下研究的熱點。近年來隨著農業生產中溫室大棚的大面積推廣，市面上出現了許多專用農業補光系統，對應的控制方法也層出不窮。但是，大多數補光系統的控制方法缺乏精密性，多依靠單一的光強監測值實現補光量的控制，未考慮光質對溫室作物生長的影響。即使有小部分補光系統考慮了光質對作物生長的影響，采用特定波段檢測和分波段補光的方法，但也未考慮到作物生長環境中溫度、光照時間等多因子間的相互關系，造成補光不足或補光過剩，影響作物生長和光能利用效率。可見，現有補光系統在光環境調控方面存在著較多的問題，未考慮環境中光溫間的相互關聯以及對作物光環境的影響，極大地影響了設施光環境調控的實時性和精確性。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于多因子耦合的光環境智能調控系統，充分考慮了溫度、光強、光質和光照累積時間等因子間的相互關系以及對作物光環境的影響，建立光照時間優先調控模式，保證作物有效光照累積時間。其次，根據溫度與不同光質間光飽和·點的動態關系，設計最優的光飽和點動態控制模型，從而完成不同溫度下光飽和點的動態調整，最后，根據實時光飽和點，設計支持動態參數可調的多因子耦合反饋控制模型，實現基于多因子監測結果的作物生長光環境精確調控。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種基于多因子耦合的光環境智能調控方法，根據當前環境內植物光照需求特性設定其光照累計時間，在累計光照的時間內，監測環境中實時的紅藍光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值和實時的溫度值，利用溫度與最適環境光強擬合，根據不同溫度條件下當前植物的紅藍光光飽和點，計算紅藍光監測值和目標值之間的差值，進行按需補光，并且當溫度監測值超出光合作用有效溫度閾值范圍時，對溫度進行調整使其在該范圍內。當以番茄為例:根據如下的溫度與最適環境光強擬合公式:
τ 一 22.494 + 9.4727 χΓ-0.1621χΓ2I ζζ 刪1................................................................................................................................................................................................................................1.6908 一 CU O掃 X Γ + 0.0019 x T2
得到當前溫度下紅光光飽和點redLSP=I XM，M為紅光修正系數，根據特定植物所處生長期確定；以及，當前溫度下藍光光飽和點WueLSP=I XN，N為藍光修正系數，根據特定植物所處生長期確定；T為當前環境溫度，I為環境中總光強。所述紅光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值和藍光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值通過PAR傳感器檢測得到。或者,所述紅光光合有效福射光量子通量密度(PFD)值通過如下公示獲取:
權利要求
1.一種基于多因子耦合的光環境智能調控方法，其特征在于，根據當前環境內植物光照需求特性設定其光照累計時間，在累計光照的時間內，監測環境中實時的紅藍光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值和實時的溫度值，利用溫度與最適環境光強擬合，根據不同溫度條件下當前植物的紅藍光光飽和點，計算紅藍光監測值和目標值之間的差值，進行按需補光，并且當溫度監測值超出光合作用有效溫度閾值范圍時，對溫度進行調整使其在該范圍內。
2.根據權利要求1所述的基于多因子耦合的光環境智能調控方法，其特征在于，所述植物為番茄， 根據如下的溫度與最適環境光強擬合公式:
3.根據權利要求1所述的基于多因子耦合的光環境智能調控方法，其特征在于，所述紅光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值和藍光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值通過PAR傳感器檢測得到。
4.根據權利要求1所述的基于多因子耦合的光環境智能調控方法，其特征在于，所述紅光光合有效輻射光量子通量密度(PFD)值通過如下公式獲取:
5.根據權利要求3或4所述的基于多因子耦合的光環境智能調控方法，其特征在于，利用陣列式補光燈組進行補光，當需要補光時， 紅光補光量為:
6.實現權利要求1所述的基于多因子耦合的光環境智能調控方法的系統，其特征在于，包括: 溫度監測模塊，用于監測環境內實時溫度，并將監測值傳輸至單片機； 光照監測模塊，用于監測環境內實時總光強，并將監測值傳輸至單片機； 人機交互模塊，接單片機用于完成對當前環境內植物光照的累計時間以及起始時間的設定 單片機，根據當前實時總光強與實時溫度計算得到紅藍光的需補光量，根據紅藍光的需補光量，向補光模塊輸出補光控制信號，當實時溫度在設定的光合作用有效溫度閾值范圍外，向調溫模塊輸出調溫控制信號； 調溫模塊，接單片機調溫控制信號輸出控制口，根據單片機所發送調溫控制信號，實現調整當前溫度在在設定的光合作用有效溫度閾值范圍之內； 補光模塊，采用陣列式補光燈組，接單片機補光控制信號輸出控制口，根據單片機所發送補光控制信號，打開紅藍光補光燈組陣列中相應數量的補光燈進行補光； 時鐘模塊，接單片機用于向其提供系統時間和計時時間； 電源模塊，用于為整個系統供電。
7.根據權利要求6所述的基于多因子耦合的光環境智能調控系統，其特征在于，所述紅光的需補光量根據如下公式計算:
8.根據權利要求6所述的基于多因子耦合的光環境智能調控系統，其特征在于，所述單片機預留有用以接入傳感器模塊的控制口。
9.根據權利要求6所述的基于多因子耦合的光環境智能調控系統，其特征在于，所述溫度監測模塊采用DB18B20溫度傳感器。
10.根據權利要求6所述的基于多因子耦合的光環境智能調控系統，其特征在于，所述光照監測模塊采用植物生長光 合有效輻射傳感器(PAR)。
全文摘要
一種基于多因子耦合的光環境智能調控方法，根據當前環境內植物光照需求特性設定其光照累計時間，在累計光照的時間內，監測環境中實時的紅藍光PFD值和實時的溫度值，利用溫度與最適環境光強擬合，根據不同溫度條件下當前植物的紅藍光光飽和點，計算紅藍光監測值和目標值之間的差值，進行按需補光，且當溫度監測值超出光合作用有效溫度閾值范圍時，對溫度進行調整使其在該范圍內；本發明同時提供了實現所述調控方法的系統，本發明通過調用多因子耦合光環境智能調控算法，完成對環境中溫度和分波段光強的精確控制，可在最低耗能的基礎上，通過PWM控制信號對調光量進行有效控制，實現了對植物生長環境中溫度、分波段光強的最優調控。
文檔編號A01G9/20GK103237380SQ201310084828
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月15日 優先權日2013年3月15日
發明者張海輝, 胡瑾, 劉翔, 樊宏攀, 劉正道, 喬俊楓, 周慶珍, 梁巖, 曹學君, 賈金陽 申請人:西北農林科技大學