專利名稱：密閉式完全利用人工光的環(huán)境控制型植物工廠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境控制領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)境控制型植物工廠。
背景技術(shù)：
近年來，我國工廠化農(nóng)業(yè)領(lǐng)域如溫室設(shè)施類型、栽培模式、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等方面取得了長足進(jìn)步，但在環(huán)境控制技術(shù)和智能化生產(chǎn)管理等方面基本沒有突破我國粗放式和經(jīng)驗(yàn)式技術(shù)水準(zhǔn)，離發(fā)達(dá)國家如日本、美國、以色列和荷蘭的生產(chǎn)水平還有很大差距。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不確定性、復(fù)雜性以及對(duì)低成本的需求，微電子技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用普及推廣遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工業(yè)、軍事等其它領(lǐng)域，很多從國外引進(jìn)的高成本、高能耗的環(huán)境控制技術(shù)也未能在中國得到實(shí)際應(yīng)用。因此，我國需要盡快開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的適合我國國情的低成本、低能耗的工廠化生產(chǎn)的環(huán)境控制與智能化生產(chǎn)管理技術(shù)。利用合理的環(huán)境調(diào)控技術(shù)不僅能提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與品質(zhì)，還能調(diào)節(jié)商品上市時(shí)間，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化生產(chǎn)，徹底把傳統(tǒng)的粗放式、經(jīng)驗(yàn)式的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)改造成精細(xì)式、智能式的工廠化生產(chǎn)，大幅度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。
當(dāng)前世界上植物工廠化生產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)光照來源的不同分為自然光利用型和人工光與自然光并用型的兩大類。自然光利用型植物工廠利用自然光，廠房為大型玻璃溫室或連棟塑料溫室，室內(nèi)設(shè)置各種環(huán)境因子的監(jiān)測(cè)和調(diào)控設(shè)備。這類植物工廠多少受到自然條件的影響，種植植物種類也有一定程度限制，其最大難題是如何實(shí)現(xiàn)夏季降溫與冬季加溫的低成本和低能耗。自然光和人工光并用型植物工廠在白天直接利用太陽光，當(dāng)日射不足或日長不夠時(shí)啟動(dòng)補(bǔ)光裝置進(jìn)行光照調(diào)控，室內(nèi)設(shè)置有各種環(huán)境因子的監(jiān)測(cè)和調(diào)控設(shè)備。比自然光型植物工廠相比，自然光和人工光并用型植物工廠內(nèi)設(shè)置了補(bǔ)光裝置，不易受自然條件的影響，但其并沒有解決夏季降溫與冬季加溫的高成本和高能耗問題。近年來，雖然有人不斷提出完全采用人工光源如高壓鈉燈、金屬鹵化燈、熒光燈、發(fā)光二極管、激光等進(jìn)行植物工廠化生產(chǎn)的提案，但是仍然由于高成本化和高能耗的特點(diǎn)限制了其技術(shù)發(fā)展。因此，如何能實(shí)現(xiàn)低成本和低能耗的環(huán)境控制技術(shù)是促進(jìn)植物工廠實(shí)用化生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、能耗低的環(huán)境控制型植物工廠。
(二)技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用完全隔熱不透光材料建成一個(gè)密閉式的完全利用人工光的環(huán)境控制型植物工廠，使植物生產(chǎn)完全擺脫了自然環(huán)境的影響，自主開發(fā)了基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的環(huán)境控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的溫度、濕度、CO2濃度、光照、風(fēng)向、風(fēng)速等環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，將空氣潔凈與環(huán)境控制相結(jié)合，為植物生產(chǎn)提供清潔的、最適的生長環(huán)境。
本發(fā)明公開的一種密閉式完全利用人工光的環(huán)境控制型植物工廠，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空氣循環(huán)系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、CO2供給系統(tǒng)、光源供給系統(tǒng)，還包括基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和控制空氣循環(huán)系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、CO2供給系統(tǒng)、光源供給系統(tǒng)的狀態(tài)和運(yùn)行。
其中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)是密閉、隔熱、不透光的，它可以由隔熱彩鋼板做成，能夠起到保溫隔熱和密閉環(huán)境的效果，將因換氣而產(chǎn)生的系統(tǒng)內(nèi)外的物質(zhì)和能量的交換控制在最小限度，并能防止室內(nèi)外溫差較大時(shí)壁板內(nèi)側(cè)結(jié)露。因此，系統(tǒng)內(nèi)空氣的溫度和濕度容易控制，為節(jié)能省電提供物理性建筑結(jié)構(gòu)。
其中，空氣循環(huán)系統(tǒng)采用正壓自循環(huán)方式，包括回風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、初效過濾器及高效過濾器，采用兩側(cè)送風(fēng)和頂端回風(fēng)方式，空氣由回風(fēng)機(jī)吸入，經(jīng)初效過濾器和高效過濾器兩級(jí)過濾，由送風(fēng)機(jī)送出；室內(nèi)消耗的空氣由室外補(bǔ)充，室外空氣由風(fēng)閥控制，經(jīng)過初效過濾器和高效過濾器兩級(jí)過濾，送入空氣循環(huán)系統(tǒng)，保證空氣的潔凈和充足。
其中，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括空調(diào)機(jī)組、多組壓縮機(jī)和壓力控制器，所述空調(diào)機(jī)組可以是一套冷熱管道式空調(diào)機(jī)組，空調(diào)的加熱和制冷互鎖(即當(dāng)空調(diào)加熱時(shí)，其制冷關(guān)閉，制冷時(shí)加熱關(guān)閉)以避免兩者同時(shí)開啟狀態(tài)發(fā)生。同時(shí)，該系統(tǒng)通過壓力控制器根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的熱負(fù)荷來決定啟動(dòng)壓縮機(jī)的工作臺(tái)數(shù)，以保證最小的能耗。
其中，濕度控制系統(tǒng)采用加濕器和純水機(jī)，所述加濕器可以是管道式超聲波加濕器，加濕器的供水采用純水機(jī)過濾過的純水，以保證超聲波加濕器足夠的使用壽命并減少日常維護(hù)次數(shù)。
其中，CO2供給系統(tǒng)采用裝有液態(tài)CO2鋼瓶為系統(tǒng)提供CO2氣體，通過壓力調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、電磁閥，與送風(fēng)管道相連，由循環(huán)風(fēng)機(jī)將調(diào)控好CO2濃度的氣體送入系統(tǒng)內(nèi)部。CO2體供應(yīng)電磁閥與光源供給系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，只有在光照打開時(shí)，CO2供應(yīng)電磁閥才會(huì)打開，從而避免了暗期時(shí)施放CO2造成的浪費(fèi)。
其中，光源供給系統(tǒng)包括發(fā)光裝置和控制箱，其中發(fā)光裝置可以是熒光燈(YZ36RL，北京松下照明光源有限公司，北京，中國)。利用與植物吸收光譜相近的特定的發(fā)光裝置為植物生長提供合理的光照，控制箱包括定時(shí)器、斷電保護(hù)裝置和多組開關(guān)，發(fā)光裝置分組與控制箱相連，受控制箱控制，每個(gè)培養(yǎng)區(qū)域均獨(dú)立配置控制箱和發(fā)光裝置。并且光照的時(shí)間和強(qiáng)度采用定時(shí)分檔方式，針對(duì)不同培育期提供不同光照強(qiáng)度和光周期的光照環(huán)境，既滿足了植物不同生長階段的需要，也能實(shí)現(xiàn)低成本化并節(jié)約電能。特定熒光燈的30％左右的有效發(fā)光基本能被植物所吸收，其他的70％發(fā)光轉(zhuǎn)化成熱源來維持系統(tǒng)內(nèi)部的溫?zé)岘h(huán)境。由于整個(gè)系統(tǒng)與外界隔絕，系統(tǒng)在明期和暗期均能保持一定的熱平衡?？照{(diào)系統(tǒng)的成績系數(shù)達(dá)到5以后，不僅提高了人工光源的光利用效率，也大大提高了電能使用效率。
其中，基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)，包含多組嵌入式網(wǎng)絡(luò)的控制模塊、分布式繼電器模塊和環(huán)境因子監(jiān)測(cè)傳感器以及計(jì)算機(jī)。環(huán)境因子監(jiān)測(cè)傳感器用于監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境狀況，利用以太網(wǎng)集線器將多組嵌入式控制模塊連接組成局域網(wǎng)，并與計(jì)算機(jī)連接，基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制模塊將傳感器檢測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳送給計(jì)算機(jī)，所有檢測(cè)信號(hào)經(jīng)由控制軟件分析、比較、預(yù)測(cè)后，按照能源優(yōu)化的控制模式與基于植物環(huán)境反饋的最適控制原則發(fā)出控制指令，經(jīng)過控制模塊將動(dòng)作指令傳給繼電器模塊，從而啟動(dòng)或關(guān)閉相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并通過計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有控制參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和圖像動(dòng)態(tài)地進(jìn)行WEB發(fā)布。其中，環(huán)境因子監(jiān)測(cè)傳感器包括風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器，如果采用水培方式栽培或營養(yǎng)液自動(dòng)灌溉，則還包括酸堿度(pH)傳感器和電導(dǎo)度(EC)傳感器。
本發(fā)明還設(shè)計(jì)了自動(dòng)計(jì)電系統(tǒng)，在整個(gè)密閉式植物工廠中使用了多塊多功能三相或單相電表來自動(dòng)計(jì)量所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的耗電量，這些電表通過485通訊端口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連，通訊協(xié)議支持國際《多功能電能表通信規(guī)約》(Multi-function watt-hour meter communicationprotocol)DL/T645-1997標(biāo)準(zhǔn)。該自動(dòng)計(jì)電系統(tǒng)針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各用電設(shè)備(如空調(diào)、風(fēng)機(jī)、光照、加濕器等)的耗電量分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算，明確各用電設(shè)備的用電情況，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)，通過對(duì)各用電設(shè)備的績效考察，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)控制方案，為節(jié)省電能消耗和提高電能使用效率提供參考依據(jù)。
本發(fā)明還設(shè)計(jì)了水回收利用裝置，包括空調(diào)冷凝水回收裝置和加濕器溢流水回收裝置，回收的水經(jīng)過濾后進(jìn)入營養(yǎng)液灌溉系統(tǒng)進(jìn)行再生利用。
本發(fā)明提供的植物工廠可以采用多層培養(yǎng)架的多層立體栽培方式，采用這種栽培方式時(shí)，空氣循環(huán)系統(tǒng)的送風(fēng)散流口與多層培養(yǎng)架一一對(duì)應(yīng)，能夠有效地降低因發(fā)光裝置開啟而造成的垂直方向上溫度差異大的問題；同時(shí)，將光源供給系統(tǒng)在每個(gè)培養(yǎng)架均獨(dú)立配置控制箱和發(fā)光裝置，使得每個(gè)培養(yǎng)架的光照時(shí)間和各層的光照強(qiáng)度都能獨(dú)立控制。
(三)有益效果本發(fā)明提供的一種密閉式完全利用人工光的環(huán)境控制型植物工廠具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)采用密閉隔熱不透光的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，使室內(nèi)外能量和物質(zhì)交換維持在最小限度，該植物工廠可以不受季節(jié)、氣候和地域的限制。
(2)CO2供給系統(tǒng)與光源供給系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，提高了CO2利用效率；(3)采用多層立體栽培提高了空間利用率，在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)從而大幅度提高單位面積產(chǎn)量；(4)采用每個(gè)區(qū)域每個(gè)培養(yǎng)架獨(dú)立配置控制箱和特定發(fā)光裝置如特定熒光燈，能夠針對(duì)不同需要提供不同的光照時(shí)間和光照強(qiáng)度，提高光能的利用效率，并對(duì)應(yīng)不同植物對(duì)光環(huán)境的需求；(5)空調(diào)冷凝水和加濕器溢流的回收使用提高了水的利用效率；(6)基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的環(huán)境控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制，系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能使系統(tǒng)在積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)不斷地修正其最適運(yùn)行模式，管理者和開發(fā)者利用WEB動(dòng)態(tài)發(fā)布隨時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，從而逐步實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的環(huán)境控制和生產(chǎn)管理；綜上所述，本發(fā)明公開的植物工廠能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、低能耗、操作簡便，適用于標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化的環(huán)境控制與生產(chǎn)管理。
本發(fā)明可直接應(yīng)用于無農(nóng)藥、高品質(zhì)和高附加值的植物遺傳資源和種苗的低成本化的大量快速繁殖和大規(guī)模生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化的栽培管理和計(jì)劃生產(chǎn)。主要適用于各種新品種、脫毒苗、轉(zhuǎn)基因苗等不易種子繁育的花卉、林木、蔬菜、中藥草等種苗或植物的低成本化的大量快速繁殖與規(guī)?；a(chǎn)，及其菌類、苔蘚類、昆蟲的工廠化生產(chǎn)；也可應(yīng)用于各種環(huán)境控制、植物生理抗逆性、組織培養(yǎng)、遺傳育種等領(lǐng)域的科研試驗(yàn)，也可進(jìn)行植物信息檢測(cè)的技術(shù)開發(fā)。


圖1是密閉式完全利用人工光的環(huán)境控制型植物工廠的系統(tǒng)示意圖；圖2是基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是密閉式植物工廠的自動(dòng)計(jì)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是光照控制箱結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中1、圍護(hù)結(jié)構(gòu)；2、送風(fēng)夾道；3、送風(fēng)口；4、通風(fēng)管道；5、溫濕度傳感器；6、風(fēng)速傳感器；7、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥；8、回風(fēng)風(fēng)機(jī)；9、回風(fēng)口；10、空調(diào)；11、送風(fēng)風(fēng)機(jī)；12、高效過濾器；13、加濕器；14、電磁閥；15、配電箱；16、系統(tǒng)控制箱；17、初效過濾器；18、CO2供氣管；19、通風(fēng)管道；20、CO2氣瓶；21、純水機(jī)；22、加濕器進(jìn)水管；23、水箱；24、回水管；25、營養(yǎng)液箱；26、室內(nèi)CO2傳感器；27、室內(nèi)溫濕度傳感器；28、控制室外空氣進(jìn)入的風(fēng)閥；29、送風(fēng)處的溫濕度傳感器；30、斷電保護(hù)裝置；31、定時(shí)器；32、開關(guān)；33、電表；34、計(jì)算機(jī)；35、485通訊端口。
具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
如圖1所示，在本實(shí)施例中，維護(hù)結(jié)構(gòu)1由隔熱彩鋼板做成，為系統(tǒng)提供了密閉、隔熱、不透光的物理性建筑結(jié)構(gòu)。所采用空氣循環(huán)系統(tǒng)為一正壓自循環(huán)系統(tǒng)，利用通風(fēng)管道4將各設(shè)備連接，形成一個(gè)密閉的循環(huán)通道。室內(nèi)空氣經(jīng)回風(fēng)口9處的初效過濾器，被回風(fēng)風(fēng)機(jī)8抽出，經(jīng)過空調(diào)10的溫度調(diào)節(jié)處理，再由送風(fēng)機(jī)11送至高效過濾器12進(jìn)行過濾，然后經(jīng)過加濕器13和CO2供氣管18調(diào)節(jié)相對(duì)濕度和CO2濃度后，從送風(fēng)管進(jìn)入送風(fēng)夾道2，最后從側(cè)墻上的送風(fēng)口3進(jìn)入室內(nèi)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)室內(nèi)溫/濕度傳感器27和CO2傳感器26檢測(cè)到室內(nèi)溫/濕度和CO2濃度通過專用算法預(yù)測(cè)在下一時(shí)刻將超出設(shè)定的控制范圍時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出指令啟動(dòng)或停止相應(yīng)設(shè)備。比如溫度異常，就會(huì)啟動(dòng)空調(diào)10進(jìn)行加熱或制冷；濕度異常就會(huì)打開加濕器13進(jìn)行加濕，或者打開新風(fēng)閥28通入室外新風(fēng)降低濕度，加濕所用的水由純水機(jī)21提供，經(jīng)過加濕管道22送到加濕器；CO2濃度低于設(shè)定值時(shí)系統(tǒng)就會(huì)打開電磁閥14，CO2氣體從CO2氣瓶20通過氣管18進(jìn)入風(fēng)管，隨氣流進(jìn)入室內(nèi)，CO2濃度高于設(shè)定值時(shí)系統(tǒng)就打開風(fēng)閥28通入室外新風(fēng)稀釋室內(nèi)CO2濃度。系統(tǒng)制冷過程中所得的冷凝水和加濕時(shí)溢出的水通過回水管24流回水箱23，為營養(yǎng)液箱25中營養(yǎng)液的配制供水，從而實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。室外新鮮空氣經(jīng)過初效過濾器17進(jìn)入風(fēng)管19，再經(jīng)過高效過濾器的進(jìn)一步過濾，被風(fēng)機(jī)送入室內(nèi)。風(fēng)速傳感器6測(cè)量風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)速，從而可以確定系統(tǒng)的送風(fēng)量，送風(fēng)量的大小根據(jù)需要可以通過風(fēng)量調(diào)節(jié)閥7進(jìn)行調(diào)節(jié)?；仫L(fēng)處溫/濕度傳感器5和送風(fēng)處溫/濕度傳感器29主要用于檢測(cè)回風(fēng)處和進(jìn)風(fēng)處的空氣溫濕度。系統(tǒng)的控制模塊、繼電器模塊、自動(dòng)計(jì)電模塊全部收納到系統(tǒng)控制箱16里。
如圖2所示，在實(shí)際操作中，所有設(shè)備都由控制系統(tǒng)通過監(jiān)控軟件(嵌入無線網(wǎng)絡(luò)式環(huán)境控制系統(tǒng)，軟件著作權(quán)登記號(hào)2005SRBJ1769)進(jìn)行自動(dòng)控制。各種傳感器用于監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境狀況，基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制模塊是由多個(gè)嵌入式控制芯片組成，該控制模塊將傳感器檢測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，所有檢測(cè)信號(hào)經(jīng)由監(jiān)控軟件分析比較預(yù)測(cè)后，按照優(yōu)化的控制模式與最適控制算法發(fā)出控制指令，再經(jīng)過控制模塊將動(dòng)作指令傳給繼電器模塊，從而啟動(dòng)或關(guān)閉相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
如圖3所示，本發(fā)明的自動(dòng)機(jī)電系統(tǒng)包含多塊多功能三相或單相電表33來自動(dòng)計(jì)量所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的耗電量，這些電表33通過485通訊端口35與監(jiān)控計(jì)算機(jī)34相連，通訊協(xié)議支持國際《多功能電能表通信規(guī)約》(Multi-function watt-hour meter communication protocol)DL/T645-1997標(biāo)準(zhǔn)。該自動(dòng)機(jī)電系統(tǒng)針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各用電設(shè)備(包括空調(diào)、風(fēng)機(jī)、光照、加濕器等)的耗電量分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算，明確各用電設(shè)備的用電情況，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)，通過對(duì)各用電設(shè)備的績效考察，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)控制方案，為節(jié)省電能消耗和提高電能使用效率提供參考依據(jù)。
在本實(shí)施例中，光源供給系統(tǒng)由熒光燈和配電箱15組成。如圖4所示，配電箱15包括定時(shí)器31、斷電保護(hù)裝置30和多組開關(guān)32。各開關(guān)32與各組熒光燈相連，通過設(shè)定定時(shí)器31來控制各組熒光燈的工作時(shí)間。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，尤其是本環(huán)境控制技術(shù)可以同時(shí)控制多套系統(tǒng)，從而建立大規(guī)模的分布式的植物工廠系統(tǒng)，以適應(yīng)大規(guī)模不同植物種類生產(chǎn)的需求。通過以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種密閉式完全利用人工光的環(huán)境控制型植物工廠，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空氣循環(huán)系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、CO2供給系統(tǒng)、光源供給系統(tǒng)，其特征在于還包括基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于監(jiān)控空氣循環(huán)系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、CO2供給系統(tǒng)和光源供給系統(tǒng)的狀態(tài)和運(yùn)行；所述的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是密閉隔熱不透光的，所述的光源供給系統(tǒng)的光源是完全人工光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物工廠，其特征在于還包括自動(dòng)計(jì)電系統(tǒng)，該自動(dòng)計(jì)電系統(tǒng)對(duì)各用電設(shè)備的耗電量分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)，通過對(duì)各用電設(shè)備的績效考察，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)控制方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物工廠，其特征在于所述的空氣循環(huán)系統(tǒng)采用正壓循環(huán)方式，包括回風(fēng)機(jī)(8)、送風(fēng)機(jī)(11)、初效過濾器及高效過濾器(12)，采用兩側(cè)送風(fēng)和頂端回風(fēng)方式，空氣由回風(fēng)機(jī)(8)吸入，經(jīng)回風(fēng)口、初效過濾器(9)和高效過濾器(12)兩級(jí)過濾，由送風(fēng)機(jī)(11)送出；室內(nèi)消耗的空氣由室外補(bǔ)充，室外空氣進(jìn)入通風(fēng)道(19)后先經(jīng)過初效過濾器(17)，再由風(fēng)閥(28)自動(dòng)控制送入空氣循環(huán)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物工廠，其特征在于所述的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括空調(diào)機(jī)組(10)、多臺(tái)壓縮機(jī)和壓力控制器，所述空調(diào)機(jī)組的制冷和加熱互鎖，所述壓縮機(jī)的工作數(shù)量由壓力控制器根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的熱負(fù)荷來決定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物工廠，其特征在于所述的濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括加濕器(13)和純水機(jī)(21)，加濕器(13)的供水采用經(jīng)過純水機(jī)(13)過濾的純水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物工廠，其特征在于所述的CO2供給系統(tǒng)包括裝有液態(tài)CO2鋼瓶(20)、壓力調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)及電磁閥(14)，CO2通過壓力調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、電磁閥與送風(fēng)管道相連；CO2氣體供應(yīng)電磁閥(14)與光源供給系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，光源打開時(shí)，CO2氣體供應(yīng)電磁閥(14)才會(huì)打開。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物工廠，其特征在于所述的光源供給系統(tǒng)包括發(fā)光裝置和控制箱(15)，所述發(fā)光裝置是與植物吸收光譜相近的特定光譜的人工光源，控制箱(15)包括定時(shí)器(30)、斷電保護(hù)裝置(31)和多組開關(guān)(32)，發(fā)光裝置分組與控制箱(15)相連，受控制箱控制，每個(gè)培養(yǎng)區(qū)域均獨(dú)立配置控制箱(15)和發(fā)光裝置，光照的時(shí)間和強(qiáng)度采用定時(shí)分檔方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物工廠，其特征在于所述的基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)，包括多組嵌入式網(wǎng)絡(luò)的控制模塊、分布式繼電器模塊和環(huán)境因子監(jiān)測(cè)傳感器以及計(jì)算機(jī)，環(huán)境因子監(jiān)測(cè)傳感器用于監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的環(huán)境狀況，利用以太網(wǎng)集線器將多組嵌入式控制模塊連接組成局域網(wǎng)，并與計(jì)算機(jī)連接，基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制模塊將傳感器檢測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳送給計(jì)算機(jī)，所有檢測(cè)信號(hào)經(jīng)由控制軟件分析、比較、預(yù)測(cè)后，按照能源優(yōu)化的控制模式與基于植物環(huán)境反饋的最適控制原則發(fā)出控制指令，經(jīng)過控制模塊將動(dòng)作指令傳給繼電器模塊，從而啟動(dòng)或關(guān)閉相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并且通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件和因特網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有控制參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和圖像動(dòng)態(tài)地進(jìn)行WEB發(fā)布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物工廠，其特征在于還包括水回收利用系統(tǒng)，所述水回收利用系統(tǒng)包括空調(diào)冷凝水回收裝置和加濕器溢流水回收裝置，回收的水經(jīng)過濾后進(jìn)入營養(yǎng)液灌溉系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的植物工廠，其特征在于所述的植物工廠采用多層培養(yǎng)架式的立體栽培方式，并且每個(gè)培養(yǎng)架均獨(dú)立配置控制箱(15)和發(fā)光裝置，所述的空氣循環(huán)系統(tǒng)的送風(fēng)散流口與多層培養(yǎng)架一一對(duì)應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種密閉式完全利用人工光的環(huán)境控制型植物工廠，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空氣循環(huán)系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、CO
文檔編號(hào)A01G9/20GK101057550SQ20061007620
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者賀冬仙, 李保明, 楊珀, 朱本海 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)