而建立整個設施作物環境監測調控系統，整個系統的單片機采用 CC2530,這是TI公司低功耗的單片機。
[0037] S2:在設施作物環境外放置一個二氧化碳傳感器以及溫度傳感器，同時該節點作 為終端節點，通過加入網絡，再根據ZigBee協議進行傳輸至主控節點，該情況主要用于植物 需要補充二氧化碳而空氣中的濃度大于所需補充下浮百分之K時，其中K由作物的光合作用 特性所決定，且設施作物環境外氣溫在合適范圍內的情況，該情況下，打開通風設備，向設 施作物環境內補充二氧化碳;若小于，則需要通過打開氣罐與開啟對流扇進行補充。
[0038] S3:進行補充二氧化碳時，根據單位平方的空間補充特定二氧化碳所需的時間，通 過等比例放大至整個空間，確定整個空間所需要補充的時間，從而實現精準調控，防止植物 因為過量補充，而導致的碳中毒，該段控制指令在主控程序里，通過ZigBee網絡下發至控制 節點，從而實現整個系統工作的穩定性。
[0039] S4:控制程序對應的控制算法對應不同的植物，因此，在燒錄控制程序需要判斷設 施作物環境內所對應的植物，因為不同植物對應的生長模型不一樣，通過建模以及優化而 得到的調控結果就會不一樣，因此會有對應的不同模型。因此，通過燒錄不同模型的控制算 法，因地制宜的滿足植物二氧化碳最需量，從而實現精準化、智能化。該步驟在Sl之前執行。
[0040] S5:執行控制方案。在本步驟中，監測模塊通過采集設施作物環境內的二氧化碳濃 度，光照強度以及溫度，實現最底層物理量的采集，進一步，通過路由節點的射頻模塊，把溫 度，光照以及二氧化碳濃度無線發送至協調器，協調器通過射頻接收函數接收到監測模塊 發送過來的數據，進行優化判斷合理的調控值，從而實現最大化最優化的執行控制命令。然 后通過執行時間判斷，再通過射頻函數發送控制指令至控制模塊。從而確定是否啟動單片 機的IO引腳的高低電平，決定繼電器、對流扇以及指示燈的閉合，從而實現電磁閥、對流扇 以及通風設備的工作。然后再根據前期實驗所得補償時間的長短，進行控制單片機的通斷 與否。還有設施作物環境外的二氧化碳傳感器，通過檢測以及反饋，這樣可以實現資源的最 大化利用。
[0041] 除了上述步驟，還包括以下內容，當檢測到二氧化碳，光照以及溫度值時，帶入前 期優化而得到的公式，得出此時植物所需補充的二氧化碳所需的最優值，如果設施作物所 需的二氧化碳值低于空氣中二氧化碳濃度值時，則不開啟工作模式;如果設施作物環境所 需的二氧化碳值高于空氣中的二氧化碳濃度值，則打開二氧化碳氣罐，通過輸送管道傳送 至整個設施作物環境內，由于高濃度的二氧化碳對人體比較危險，因此，在補充二氧化碳 時，人不應該待在設施作物環境內。
[0042] 設施環境二氧化碳具體調控過程如下:檢測節點監測設施作物環境內的二氧化碳 濃度，光照強度以及溫度三個變量，根據ZigBee協議無線傳輸至主控節點，主控節點進行判 斷以及計算分析，可以得到植物光合作用的二氧化碳濃度值，從而比較設施作物環境內的 二氧化碳濃度，如果比設施作物環境內二氧化碳濃度高，則進行二氧化碳補償；否則，則不 補償。
[0043] 無線傳感網絡采用一個協調器以及三個路由節點構成的網絡，檢測節點作為路由 器，向協調器發送數據，發送方式采用點對點方式進行輸送數據，這樣防止程序跑飛情況的 發生，協調器接收路由節點發送過來的程序時，進行分析數據格式是否滿足接收條件，如果 滿足，則進行接收處理，如果不滿足無線發過來的數據格式，則不接受處理。協調器接收到 的三個環境參數過后代入公式處理得到控制二氧化碳氣罐以及對流扇的指令時，進行打包 發送，協調器發送至作為控制節點的協調器，協調器發送至另外一個節點的協調器采用廣 播的形式，系統中三個路由器同時接受協調器發送過來的信息，協調器分別判斷無線發送 過來的數據，如果滿足發送過來的數據，則進行接收處理，這就是整個系統無線組網的過 程。
[0044] 溫度傳感器通過單片機的IO口進行通信，光照傳感器通過電壓采集光照值的大 小，采用AD端口進行采樣，而二氧化碳傳感器通過單片機的串口進行讀取二氧化碳濃度值。 [0045]執行電磁閥以及對流扇的關斷通過單片機的IO 口進行控制，在驅動三極管進行放 大信號，從而控制繼電器的通斷，進一步的控制電磁閥以及對流扇的工作與否。
[0046] 下面講述具體布置以及工作過程，并且以西北農林科技大學北校園藝基地為具體 部署場地進行布置，從而驗證整個工作過程。
[0047] 西北農林科技大學北校園藝基地位處關中平原中部，渭河也流進而過，并且常年 雨量充沛，光照比較充沛，設施作物對于二氧化碳的需求比較大，并且設施作物環境內的濕 度比較大，因此考慮濕度對于電路板的腐蝕性等要求，還要考慮設施作物環境夏季溫度過 高等要求，因此，要求對設備的抗腐蝕抗高溫以及無線數據準確性等方面提出較高要求。
[0048] 溫度、光照以及二氧化碳濃度傳感器布置在設施作物環境內中心地帶，高度放置 在植物高度中間偏下部分，因為二氧化碳的相對分子質量比氧氣大，因此設施作物環境內 中靠近底部的二氧化碳濃度較大，因此二氧化碳傳感器不能放置太高位置，這樣對于植物 實際所處的二氧化碳濃度檢測較為精確。由于設施作物環境的形狀一般是長方半圓體，這 樣在補充二氧化碳時要考慮到實際中二氧化碳擴散的均勻性，這里采用二氧化碳導氣管以 W型方式懸掛于設施頂端，這樣對于補充二氧化碳氣體時，能夠均勻擴散整個設施作物環 境。W型氣罐靠近二氧化碳氣罐較近的一端氣壓較大，遠的一端氣壓較小，因此在開啟二氧 化碳氣孔時，離氣罐近的開氣孔較小，遠的一端開氣孔較大，保證在皮管氣壓不相同時，二 氧化碳氣罐的出氣量保持相同，使其整個空間二氧化碳濃度保持相對均勻。
[0049] 給整個系統上電過程滿足先給協調器通電，再給三個路由節點通電待協調器建立 網絡過后，再讓三個路由節點加入到整個網絡，構成整個檢測調控的無線傳感網絡。
[0050] 檢測溫度，光照以及二氧化碳三個環境參量，無線發送至主控節點，主控節點接收 監測節點無線設施作物環境發送過來的數據進行計算分析;若最優二氧化碳傳感器的濃度 低于設施作物環境內的二氧化碳濃度，則不進行控制操作;若最優二氧化碳傳感器的濃度 高于實際的設施作物環境內的二氧化碳濃度，由于室外二氧化碳濃度一般較低，則判斷設 施作物環境外的空氣二氧化碳濃度是否大于設施作物環境所需最優濃度下浮百分之K時， 其中K由作物的光合作用特性所決定，且設施作物環境外氣溫在合適范圍內，若大于，則打 開通風設備，向設施作物環境內輸送二氧化碳，若小于，則打開電磁閥，二氧化碳氣體從氣 罐里面經過減壓閥，在流經流量計到達管道處，進入W型管道實現分流，進而補充二氧化碳 氣體實行均勻化，從而實現二氧化碳補償時效性的準確性。
[0051] 所下載的程序提前燒錄到無線傳感器的處理器里面，整個系統分為三個模塊，三 個模塊對應三個程序，并且考慮設施作物環境高濕環境，可能會造成電路板的腐蝕，因此在 防濕防塵方面要考慮制作一個密封的空間，只留下一個接口供傳感器接口使用，把主控模 塊放置在設施的監控室里面，而控制模塊放置在設施作物環境外面，最后通過管道輸送至 設施作物環境里進行補充。
[0052] 單片機的控制方式，由于不同的植物對應不同的程序，因此要根據植物燒錄不同 的程序才能實現最優化控制。還有不同設施作物環境體積對應不同的補償時間，根據設施 作物環境大小確定所需補償時間。
[0053] 本申請不僅可以用于設施作物環境的調控系統，而且還可以用于類似設施作物環 境內進行補充二氧化碳氣體，本專利對于拓展場地應用都有很大的應用示范作用。
【主權項】
1. 一種設施作物二氧化碳擴散管道，其特征在于，包括一根與氣罐（1)連接的主管道 (2)和若干分管道(3)，各分管道(3)的直徑均與主管道(2)的直徑相等，各分管道(3)均垂直 地連接在主管道上，各分管道(3)相互平行且均位于主管道(2)的同側，各分管道(3)上均等 間距開有圓孔(4)，各分管道(3)兩端均設置有一對對流扇。2. 根據權利要求1所述設施作物二氧化碳擴散管道，其特征在于，所述圓孔(4)的直徑 大小各不相同，其直徑的大小滿足出各圓孔(4)的二氧化碳氣體的流速相同。3. 基于權利要求1所述設施作物二氧化碳擴散管道的無線調控系統，其特征在于，包 括： 檢測模塊，包括設置在設施作物內的溫度檢測模塊、二氧化碳濃度檢測模塊一和光照 強度檢測模塊模塊以及設置在設施作物外的二氧化碳濃度檢測模塊二； 主控模塊，通過無線方式接收檢測模塊的檢測數據，判斷是否需要補充二氧化碳，在需 要補充時，通過無線方式向控制模塊發送指令； 控制模塊，接收主控模塊所發指令，控制儲存有二氧化碳的氣罐(1)的閥門啟閉。4. 根據權利要求3所述基于設施作物二氧化碳擴散管道的無線調控系統，其特征在于， 所述主控模塊為單片機，單片機利用存儲器對檢測數據和預設調控值進行存儲，檢測模塊 連接有用于顯示其檢測數據的液晶顯示屏，檢測模塊與主控模塊之間基于ZigBee協議實現 無線通信。
【專利摘要】一種設施作物二氧化碳擴散管道，包括一根與氣罐連接的主管道和若干分管道，各分管道的直徑均與主管道的直徑相等，各分管道均垂直地連接在主管道上，各分管道相互平行且均位于主管道的同側，各分管道上均等間距開有圓孔，該管道可保證相同流體空間的二氧化碳氣體能夠均勻地擴散至補償空間內，各個分管道兩端放置一對對流扇，促使二氧化碳氣體在空間擴散方面更加均勻，防止局部高濃度的擴散補充導致的植株死亡，本實用新型還提供了基于該管道的無線調控系統，包括檢測模塊、主控模塊和控制模塊，通過無線通信，大大減小了傳統檢測方法對作物生長的影響，降低了布線的繁瑣性，提高了檢測點的自由性，在此基礎上，也提高了設施作物作物的產量。
【IPC分類】G05B19/042, A01G9/18
【公開號】CN205284409
【申請號】
【發明人】張佐經, 邵志成, 吳辰星, 辛萍萍, 陳克濤
【申請人】西北農林科技大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月14日