[發明專利]基于光伏農業的自動化大棚系統及其操作方法

有效

• 申請號: 202010212902.7
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111386925B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 李江龍;鮑義東;陳秋實
• 申請（專利權）人: 貴州航天智慧農業有限公司
• 主分類號: A01G9/14
• 分類號: A01G9/14;A01G9/24;A01G7/04;H02S20/30;H02S40/22;F24S30/20
• 代理公司: 杭州融方專利代理事務所(普通合伙) 33266
• 代理人: 沈相權

1.基于光伏農業的自動化大棚系統，其特征在于，

包括主控制器和存儲器；在大棚內的地面上均布劃分有若干塊農作物種植區；在位于每塊農作物種植區正上方的大棚的棚頂上一對一正對設有棚頂孔，從而在大棚的棚頂也就均布設有若干個棚頂孔；在每個棚頂孔內都分別獨立一對一設有一個智能光照控制裝置；

每個所述智能光照控制裝置包括一個上光照控制機構和一個側光照控制機構；

每個所述側光照控制機構的輸入光均取自對應所述上光照控制機構上的光；

每個所述上光照控制機構的光輸出端均位于對應棚頂孔正下方那塊農作物種植區的正上方；每個所述側光照控制機構的光輸出端均位于對應棚頂孔正下方那塊農作物種植區的側上方，并且每個所述側光照控制機構的光輸出端均位于對應所述上光照控制機構的光輸出端的側下方；

每個所述上光照控制機構包括設置在對應上光照控制機構上并能檢測該上光照控制機構輸出光照量的一號光照傳感器和與該一號光照傳感器相綁定的一號地址編碼器；

每個所述側光照控制機構包括設置在對應側光照控制機構上并能檢測該側光照控制機構輸入光照量的二號光照傳感器和與該二號光照傳感器相綁定的二號地址編碼器；

存儲器、每個上光照控制機構的控制端、每個側光照控制機構的控制端、每個一號光照傳感器、每個一號地址編碼器、每個二號光照傳感器和每個二號地址編碼器分別與主控制器相連接；

基于光伏農業的自動化大棚系統還包括為基于光伏農業的自動化大棚系統上各用電設備提供電源的儲能電池和為儲能電池充電的充電器；

所述上光照控制機構還包括一號支架、上凸透鏡、太陽能電池板、中凸透鏡、下凹透鏡、一號萬向轉動裝置和圓環軌道；

在太陽能電池板的中心處設有通光孔；

一號支架的上端固定在對應棚頂孔處的棚頂上，在一號支架上設有伸縮桿豎直朝上的一號氣缸，

一號萬向轉動裝置固定連接在一號支架的下端，圓環軌道的內環壁固定在一號萬向轉動裝置的萬向轉動頭上；

在圓環軌道的內環壁上向上設有一號分支架，在圓環軌道的內環壁上還向下設有伸縮桿豎直朝下的二號氣缸；

上凸透鏡的邊沿匹配密封固定在對應棚頂孔內；太陽能電池板上下間隔設置在上凸透鏡的正下方并水平固定連接在一號氣缸的伸縮桿上，并且太陽能電池板的迎光面朝上布置；中凸透鏡上下間隔固定設置在太陽能電池板的正下方并水平固定連接在一號分支架上；在二號氣缸的伸縮桿上固定設有二號分支架，下凹透鏡通上下間隔設置在中凸透鏡的正下方并水平固定連接在二號分支架上；

并且上凸透鏡的豎直中心線、太陽能電池板的通光孔的豎直中心線、中凸透鏡的豎直中心線和下凹透鏡的豎直中心線均能同時落在同一條豎直線上；

并且上凸透鏡的下焦點位于中凸透鏡的上焦點處；太陽能電池板的邊長小于或等于上凸透鏡的直徑；中凸透鏡的直徑小于太陽能電池板的邊長；下凹透鏡的直徑大于或等于中凸透鏡的直徑；

太陽能電池板的通光孔的直徑小于中凸透鏡的直徑；并且在太陽能電池板的通光孔內的中心點位于上凸透鏡的下焦點處時，中凸透鏡的左端點、通光孔下孔口的左端點、通光孔內的中心點、通光孔上孔口的右端點和上凸透鏡的右端點均在同一條右斜直線上，同時，中凸透鏡的右端點、通光孔下孔口的右端點、通光孔內的中心點、通光孔上孔口的左端點和上凸透鏡的左端點均在同一條左斜直線上；

在二號分支架上設有三號氣缸，三號氣缸的伸縮桿水平朝向下凹透鏡下方的光傳輸區域布置，一號光照傳感器固定在三號氣缸的伸縮桿的最前端；一號光照傳感器能檢測到從下凹透鏡向下射出的光；

太陽能電池板的電能輸出端連接在充電器的輸入端上，充電器的輸出端連接在儲能電池的輸入端上；

一號萬向轉動裝置的控制端、一號氣缸的控制端、二號氣缸的控制端和三號氣缸的控制端分別與主控制器連接；

所述側光照控制機構包括能沿著圓環軌道的外環壁在圓環軌道上移動的環形移動裝置，在環形移動裝置上固定設有伸縮桿豎直朝下的四號氣缸；在四號氣缸的缸座上固定設有伸縮桿水平朝向下凹透鏡下方的光傳輸區域布置的五號氣缸；在五號氣缸的伸縮桿前端固定設有一號導光柱，在一號導光柱的上端面上導光一體連接有一號側凸透鏡；

在四號氣缸的伸縮桿的下端固定設有三號分支架,在三號分支架的上端固定設有二號導光柱，一根導光條的上下端分別導光一體連接在一號導光柱的下端面上和二號導光柱的上端面上；在二號導光柱的下端面上導光一體連接有二號側凸透鏡；二號側凸透鏡的中心線從上到下向外傾斜布置；在三號分支架的上端還固定設有三號側凸透鏡，并且三號側凸透鏡間隔設置在二號側凸透鏡的正前方，二號側凸透鏡的中心線和三號側凸透鏡的中心線落在同一條向外傾斜的斜直線上；二號側凸透鏡的下焦點與三號側凸透鏡的上焦點重合；

在三號分支架的下端設有二號萬向轉動裝置，在二號萬向轉動裝置的萬向轉動頭上設有反光面朝向下凹透鏡與農作物種植區之間區域布置的反光板；從三號側凸透鏡射出的光能照射在反光板的反光面上并能被反光板的反光面反射到下凹透鏡與農作物種植區之間區域內；在三號分支架上設有伸縮桿朝三號側凸透鏡和反光板之間區域布置的六號氣缸，二號光照傳感器固定在六號氣缸的伸縮桿的最前端；一號光照傳感器能檢測到從三號側凸透鏡射出的光；

環形移動裝置的控制端、四號氣缸的控制端、五號氣缸的控制端、六號氣缸的控制端和二號萬向轉動裝置的控制端分別與主控制器連接；

在反光板的反光面上設有透明罩，從而在透明罩與反光板的反光面之間形成空腔，在空腔內活動放置有若干個外表面涂有反光涂層的空心的反光球，在透明罩的側壁面上設有若干個側罩孔，在位于空腔下方的透明罩上的一個側罩孔內設有朝空腔內吹氣的吹氣裝置，吹氣裝置吹出的氣體能將位于空腔中的反光球吹起使反光球在空腔中任意跳動；吹氣裝置的控制端與主控制器相連接；

在太陽能電池板的下表面上設有轉軸水平轉動的一號電機，在一號電機的轉軸上固定設有燈支架，在燈支架上設有燈罩的反光面朝下布置的一號燈；并且一號燈在一號電機轉軸的水平轉動帶動下能轉動停在太陽能電池板的通光孔的正下方；一號燈的控制端和一號電機的控制端分別與主控制器連接；

在使用時，預先在存儲器中存儲每塊農作物種植區上種植的農作物在每個時段所需的上光照量和側光照量的上光照數據和側光照數據；在主控制器的控制下，讓每個上光照控制機構對應的一號光照傳感器檢測到的上光照數據和二號光照傳感器檢測到的側光照數據進行檢測，根據預先設置在存儲器中農作物不同時段需要的上光照數據來對對應塊農作物種植區上的農作物進行上光照射，同時根據預先設置在存儲器中農作物不同時段需要的側光照數據來對對應塊農作物種植區上的農作物進行側光照射；

能直接照射在農作物種植區上或農作物種植區上的農作物上的光為上照射光；能被一號光照傳感器檢測到的從三號側凸透鏡射出的那部分光為上照射檢測光；反光板反射的光是側照射光；太陽光從一號凸透鏡照入；導光條中部用扎帶綁在五號氣缸的缸座上；太陽能電池板升高后，進入一號凸透鏡的一部分陽光能通過通光孔照射到中凸透鏡上，進入一號凸透鏡的另一部分陽光則直接照射在太陽能電池板上使太陽能電池板發電，太陽能電池板發出的電通過充電器給儲能電池充電；從三號側凸透鏡輸出的光能穿過透明罩后照射到反光板上并經反光板反射后再穿過透明罩后進入到農作物種植區上的農作物上；每個太陽能電池板均設有太陽能控制器；

在陽光的光照量大于農作物當前需要的光照量時，讓太陽能電池板升高，升高后的太陽能電池板就遮擋了一部分陽光，這時候照射到中凸透鏡上的陽光的光照量就會減少，從而降低照射在農作物上的光照量；并且照射到太陽能電池板上的那部分多余的陽光就會被太陽能電池板轉換成電存儲在儲能電池中供用電設備使用；

通過一號氣缸能控制太陽能電池板的升降；通過二號氣缸能控制下凹透鏡的升降，下凹透鏡升降能改變從下凹透鏡照射到農作物種植區的光照面積的大小；通過三號氣缸能控制一號光照傳感器伸入到下凹透鏡下方去檢測從下凹透鏡射出的光的照度；通過四號氣缸能控制反光板的升降高度，通過五號氣缸能控制一號側凸透鏡伸入到下凹透鏡下方去采集作為側光用的輸入光；通過六號氣缸能控制二號光照傳感器伸入到三號側凸透鏡前方去檢測從三號側凸透鏡射出的光的照度；無規則亂跳的反光球反射的光能隨機照射到農作物側面或者葉子下面，光隨機照射在農作物的不同點處，會使農作物的側面或葉子下面上有些地方有光、有些地方沒有光，有光和沒光形成光照反差，有利于光對農作物的刺激而利于農作物的生長或成熟；農作物的上表面和側表面的光照度都能控制，陽光多了把多余的陽光轉換成電存儲起來，陽光利用充分；陽光沒了的時候就用陽光轉換成的電產生的燈光來為農作物進行光照；在沒有陽光的時候，用存儲在儲能電池中的電也為一號燈供電，讓一號燈的燈光對農作物進行燈光照射，農作物所需要的光不受陽光有無的限制；

將每塊農作物種植區多余的陽光通過太陽能電池板轉換成電后存儲在儲能電池中，然后每個一號燈均可用儲能電池中的電進行燈光照射，這樣就把整個農場照射到每個上凸透鏡上的陽光充分利用了起來，并且使得整個不同塊農作物種植區對應的智能光照控制裝置上的一號燈都能相互用到儲能電池上的電源，這樣就把整個農場上照射到每個上凸透鏡上的陽光相互間就有了交互；

在不同塊農作物種植區，不同農作物需要的光照在不同時間是不一樣的，該自動化大棚系統能將每塊農作物種植區對應的陽光進行充分利用，能讓進入大棚內的光既能對大棚內農作物的上面進行照射，也同時能對大棚內農作物的側面進行照射，并且光照強弱能控制。