[發明專利]一種智能霧化栽培系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201710298673.3
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107203132B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 高建民;劉彬
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D27/02;A01G31/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種智能霧化栽培系統，其特征在于，包括栽培器、第一控制器、第二控制器，所述栽培器包括雙層營養液池、培養皿和定植杯（16），所述營養液池上層為貯液室（6）、下層為霧化室（2），所述貯液室（6）和霧化室（2）通過液位自動開關（3）連接，所述霧化室（2）通過主氣管（17）與培養皿相通，各個培養皿上面有日光燈（13），所述日光燈（13）通過繼電器與第一控制器相連，所述培養皿中設置有與第一控制器相連的光照強度傳感器（14），所述培養皿中設置多個定植杯（16），主氣管（17）上連接多個延伸至定植杯（16）中的彌霧管（12）；所述霧化室（2）內設置有噴頭（1）、液位傳感器（21），所述噴頭（1）與第一控制器相連，所述液位傳感器（21）位于霧化室（2）內的側壁上、并通過一個繼電器與第二控制器相連；霧化室（2）內設置由電熱絲（20）、風扇（19）構成的送霧器，所述風扇（19）和電熱絲（20）分別通過一個繼電器與第二控制器相連，所述第二控制器根據判斷結果控制電熱絲（20）和風扇（19）的工作；所述貯液室（6）上設置進液管，所述進液管上設置有與第二控制器相連的液壓電磁閥（18），所述液壓電磁閥（18）通過一個繼電器與第二控制器相連，貯液室（6）內設置有分別與第一控制器相連的PH傳感器（5）、投入式液位變送器（7）；在定植杯（16）外培養皿內設置了分別與第一控制器相連的根系外部溫濕度傳感器（10）、根系外部二氧化碳傳感器（9），所述定植杯（16）根系處設置了分別與第一控制器相連的根系內部溫濕度傳感器（11）、根系內部二氧化碳傳感器（8），所述第一控制器與第二控制器之間采用無線通信連接；

所述第一控制器通過根系外部溫濕度傳感器（10）、根系外部二氧化碳傳感器（9）采集植株外部環境的溫度和濕度、二氧化碳含量，通過根系內部溫濕度傳感器（11）、根系內部二氧化碳傳感器（8）采集培養皿植株根系生長環境的溫度和濕度、二氧化碳含量，通過PH傳感器（5）采集營養液的PH值，通過液位傳感器（21）檢測營養液（4）的液位，通過光照強度傳感器（14）采集光照強度；與第一控制器相連的光照強度傳感器（14）實時檢測光照強度；第一控制器將采集到的信息傳送給第二控制器；

所述第二控制器用于根據收到的數據以及內置的評判對比算法向液壓電磁閥（18）發出工作指令，控制液壓電磁閥（18）工作狀態，根據液位傳感器（21）采集的霧化室（2）內的液位信號控制營養液（4）的添加，同時通過根系內部及根系外部溫濕度傳感器、根系內部和根系外部的二氧化碳傳感器采集的信息進行算法加權處理來量化植株光合作用強度，將相應的控制信息發送給第一控制器從而控制相應噴頭（1）霧化工作；

所述第二控制器根據收到的數據以及內置的控制方法，根據液位傳感器（21）、PH傳感器（5）采集的霧化室（2）內的液位信號向液壓電磁閥（18）發出工作指令，控制液壓電磁閥（18）工作狀態，控制營養液（4）的添加；根據根系內部溫濕度傳感器（11）、根系內部二氧化碳傳感器（8）和根系外部溫濕度傳感器（10）、根系外部二氧化碳傳感器（9）差值來表征植株光合作用的強弱，給出噴頭（1）、電熱絲（20）、風扇（19）、液壓電磁閥（18）、日光燈（13）工作控制策略；

所述第二控制器的控制策略為：

根據光照強度數據與設定的時間擬合控制日光燈（13）；具體的：

首先由定時器控制第一控制器和第二控制器的啟動工作，光照強度傳感器（14）采集的信息與定時器的時間組成“與”運算控制規則日光燈（13）的動作，即設置光照強度閾值函數為G₁(x)：當x≥x₁時，G₁(x)=1；當x＜x₁時，G₁(x)=0；軟件時鐘閾值函數為T₁(t)：當t₀≤t≤t₁時，T₁(t)=1；當t＜t₀，t＞t₁時，T₁(t)=0；則K₁=G₁(x)T₁(t)；

根據根系內部溫濕度傳感器（11）和根系外部溫濕度傳感器（10）檢測的根系內外的溫度和濕度，建立多輸入模糊控制模型來控制風扇（19）的轉速和電熱絲（20），具體的：

根系外部溫濕度傳感器（10）采集值作為給定值，其中、分別為實時溫度值、濕度值，、分別為溫度、濕度系數權值；把根系內部溫濕度傳感器（11）采集值作為獲取值f(x₁,y₁)=w₁x₁+w₂y₁，然后由獲取值與給定值比較得到誤差信號，將誤差信號進行模糊化，由誤差模糊語言得出一個子集，將化分為，由經驗得出與同步變化，

，為模糊關系，模糊輸出；

根據根系內部二氧化碳傳感器（8）和根系外部二氧化碳傳感器（9）檢測的根系內外部的二氧化碳量，建立多輸入模糊控制模型來控制噴頭（1）的霧化量，具體的：

根系外部二氧化碳傳感器（9）采集值作為給定值，其中為實時二氧化值，為量化植株生理活動狀況系數，為常數；把根系外部二氧化碳傳感器（9）采集值作為獲取值，然后由獲取值與給定值比較得到誤差信號，將誤差信號進行模糊化，由誤差模糊語言得出一個子集，將化分為e₂={NB, NS, ZO,PS, PB}，由經驗得出與同步變化，

，為模糊關系，模糊輸出。