[發明專利]基于生長模型的設施番茄補光調控方法與系統

有效

• 申請號: 201410210032.4
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN103987170A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 張海輝;胡瑾;梁巖;代建國;劉翔;陶彥容
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02;A01G7/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明屬于農業技術領域，特別涉及一種基于生長模型的設施番茄補光調控方法與系統。

背景技術

目前我國設施農業生產總量占世界的90％，但相對發達國家仍然存在整體科技含量偏低、配套設備不足等缺陷，特別是在作物光照環境控制方面，存在監控方法與技術單一、控制精確度差、可擴展性差、能耗高、部署維護困難等問題，但光照條件的好壞直接影響了作物的產量和品質。

在設施番茄種植中，通常采用日光燈、熒光燈等作為補光光源，能源消耗較大，加大了補光的成本；補光方式多采用定光照度的方式，未考慮光強、溫度、二氧化碳等對番茄的綜合影響，所以現有造成了補光不足或補光過剩的現象，甚至造成光抑制和光破壞現象，并造成了一定程度上的能源浪費，進一步造成了能源的浪費；調控系統方面多采用單片機進行調控，限制了系統可實現的功能，并且可操作及可擴展性較差。

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生長模型的設施番茄補光調控方法與系統，實現了番茄按需智能定量補光，對設施化番茄節能、高效生產具有重要意義。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于生長模型的設施番茄補光調控方法，包括如下步驟：

選取番茄幼苗期、開花期以及結果期三個生長階段，測量不同溫度、二氧化碳濃度及光照強度下的番茄葉片凈光合速率，得到不同溫度、二氧化碳濃度條件下對應的光飽和點，建立番茄最優光飽和點模型；

實時監測番茄生長環境中的溫度、二氧化碳濃度及光照強度，根據番茄當前所處的生長階段，結合番茄最優光飽和點模型判斷當前光照強度是否在當前溫度和二氧化碳濃度所對應的光飽和點，如不是，則利用LED光源進行補光直至達到光飽和點。

在建立模型時，選取不同的番茄品種，最終建立不同品種的最優光飽和點模型，從而實現不同品種的精確補光。

在利用LED光源進行補光之前，計算當前光照強度與相應的光飽和點差值得到需補光強值，然后利用PWM信號控制方式控制精確補光。

本發明同時提供了一種基于生長模型的設施番茄補光調控系統，包括：

監測模塊，由溫度檢測系統、光照強度檢測系統和二氧化碳濃度檢測系統組成；

智能調光控制模塊，包括數據庫和處理器，其中，所述數據庫中存儲有番茄最優光飽和點模型，所述模型是通過選取番茄幼苗期、開花期以及結果期三個生長階段，測量不同溫度、二氧化碳濃度及光照強度下的番茄葉片凈光合速率，獲取不同溫度、二氧化碳濃度條件下對應的光飽和點，然后建立得到；所述處理器接收監測模塊發送的數據，然后調用數據庫中的模型，根根據番茄當前所處的生長階段，判斷當前光照強度是否在當前溫度和二氧化碳濃度所對應的光飽和點，如不是，則向補光模塊發出補光控制指令；

補光模塊，采用陣列式LED光源，接收智能調光控制模塊發送的補光控制指令開啟補光；

通信模塊，采用485總線結構，從監測模塊向智能調光控制模塊傳輸監測數據，從智能調光控制模塊向補光模塊發送補光控制指令。

所述溫度檢測系統主要由熱敏電阻構成，采集溫度；光照強度檢測系統通過光照傳感器采集光照強度；二氧化碳濃度檢測系統由二氧化碳傳感器模組組成，采集二氧化碳濃度。

所述補光模塊的LED光源由PWM信號驅動電路控制，所述智能調光控制模塊中，處理器計算當前光照強度與相應的光飽和點差值得到需補光強值，然后輸出多路PWM信號控制打開LED光源并調整相應亮度實現定量精確補光。

在智能調光控制模塊中設定有定時模塊和閾值數據，定時模塊用于控制系統的開關時間；閾值數據包括溫度閾值、光照強度閾值和二氧化碳濃度閾值，當當前溫度在溫度閾值范圍內時，才監測當前二氧化碳濃度，當當前二氧化碳濃度在二氧化碳濃度閾值范圍內時，才監測當前光照強度。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1、本發明設計了一套設施番茄補光控制系統，該系統采用開發PC端軟件的方式，與以往的控制系統相比具有通用性強、穩定性高、易擴展、操作簡便以及智能化等特點。

2、本系統中的調控算法是通過實驗并經過數據擬合的方式獲取的，算法中充分考慮了番茄品種、番茄生長階段、外界溫度及CO₂濃度對番茄光合作用的影，實現了根據外界因素對番茄的實時需光量進行智能調控，克服了以往調控系統定光量造成的補光量不足及光抑制等缺點，為番茄提供最佳的生長環境，最大程度提高溫室番茄產量以及品質，降低能源消耗，實現了溫室番茄光照因子的現代化管理及精準化作業。