[發明專利]一種設施作物二氧化碳無線智能調控方法與系統

有效

• 申請號: 201510933712.3
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN105557388B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: 張海輝;邵志成;張佐經;吳辰星;辛萍萍;陳克濤
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: A01G9/18
• 分類號: A01G9/18;G05D27/02
• 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

本發明屬于農業智能化技術領域，特別涉及一種設施作物二氧化碳無線智能調控方法與系統。

背景技術

近年來，設施作物環境監測在國內得到了相應的研究，并且實現了有線到無線的轉變。但是，相比傳統的檢測以及控制方法，沒有能夠實現作物有效的補充二氧化碳，再具體控制方面，僅僅根據單一變量進行處理，本系統控制方法設計參考多變量設計方法，根據系統優化而得到最優控制方法。不同的植物對應不同的二氧化碳調控模型，從而避免了傳統二氧化碳調控單一化的方式。對應不同植物，不同的光合作用模型，不同的二氧化碳的響應實驗結果，通過優化算法會得到不同的調控方式。

設施作物環境內如果種有植株較高的作物，在布置檢測設備方面就要考慮傳感器的走線以及放置會比較麻煩，而通過采用無線方式會大大便捷數據的采集與信息的獲取，同時為應用于多種場合提供應用的可能性。

設施作物由于植物生長比較復雜，通過無線傳輸檢測數據比較有利，并且檢測數據方面通過無線傳輸并不影響植物的自身生長，并且在檢測位置的選擇上有較大的靈活性。

傳統的設施環境二氧化碳的補施多采用不可控的方式，且在二氧化碳擴散均勻性方面考慮甚少。針對上述缺點，通過對設施流體空間的二氧化碳氣體擴散均勻性方面的研究，通過鋪設氣體擴散管道，設計二氧化碳不同的出氣孔的大小以及增加對流扇等方式，促使氣體更加精量的補充。

由于上述理由，有必要對調控二氧化碳的方法與原理上進一步改進以更好地促進植物自身的生長。

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設施作物二氧化碳無線智能調控方法與系統，可以更精確地實現設施環境調控，更好地促進植物碳肥的需求。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種設施作物二氧化碳無線智能調控方法，包括如下步驟：

步驟1，根據設施環境內植物光合作用機理，通過植物二氧化碳響應實驗，建立二氧化碳所需最優濃度模型；

步驟2，檢測設施作物內的溫度T、二氧化碳濃度M以及光照強度C，并且檢測設施作物環境外二氧化碳的濃度N；

步驟3，根據檢測到的溫度T、二氧化碳濃度M以及光照強度C，進行最優二氧化碳濃度值尋優，如若植物所需的最優二氧化碳濃度比設施作物環境內的二氧化碳濃度M高，則同時打開二氧化碳氣罐與對流扇，按照最優二氧化碳值進行補充，如若植物所需的二氧化碳濃度比設施作物環境內的二氧化碳濃度M低，則不補充二氧化碳。

所述步驟1中，利用光合速率儀進行二氧化碳響應實驗，得到植物光合速率以及溫度、光照以及二氧化碳濃度值，再通過BP算法擬合出光合速率與溫度、光照以及二氧化碳濃度之間的關系，即為二氧化碳所需最優濃度模型，當溫度與光照為某一個固定的值時，都有一個二氧化碳濃度對應的最大光合速率；

所述步驟3中，通過遺傳算法實現尋優，先對二氧化碳濃度進行編碼，然后計算各個二氧化碳濃度的適應度，然后在按適應度的大小進行復制下一代放入匹配池，在交叉繁殖最后變異，在通過適應度的大小進行選擇，通過循環最后得到全局最優解，計算得到的二氧化碳補充量f(x,y)為：f(x,y)＝484+11.49x+0.2078y其中x為溫度，y為光照強度(x<33,y<1500)。

當植物所需的二氧化碳濃度比設施作物環境內的二氧化碳濃度M高時，則進一步與設施作物環境外的二氧化碳濃度N比較，由于室外二氧化碳濃度 一般較低，如果設施作物環境外的二氧化碳濃度N大于植物所需的二氧化碳下浮百分之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，則打開通風設備，向設施作物環境內直接輸送空氣，從而實現二氧化碳濃度調控；如果設施作物環境外的二氧化碳濃度N小于植物所需的二氧化碳下浮百分之K的濃度，則打開二氧化碳氣罐，定量補充二氧化碳。例如，空氣中的二氧化碳濃度約為400～500ppm，而對于某些低肥水類蔬菜需要的二氧化碳要求量較低，約為700～800ppm，則以最適二氧化碳濃度的下浮30％補充，不僅節約能源，而且還促進作物生長。

進行補充二氧化碳時，根據單位平方的空間補充二氧化碳的時間，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。