基于日光追蹤式的智能光照立體種植系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于日光追蹤式的智能光照立體種植系統(tǒng)，包括：多層支架，其中每一層支架上設(shè)置有推動(dòng)導(dǎo)軌，所述推動(dòng)導(dǎo)軌上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)種植平臺(tái)，所述推動(dòng)導(dǎo)軌用于將所述種植平臺(tái)推出所述多層支架或收回，并且每一層支架上的推動(dòng)導(dǎo)軌推出所述多層支架的距離不同；多個(gè)伸縮承重桿，安裝在每一種植平臺(tái)上，用于調(diào)節(jié)所述種植平臺(tái)的傾斜仰角；光照度計(jì)組，包含多個(gè)光照度計(jì)；與所述推動(dòng)導(dǎo)軌、伸縮承重桿和光照度計(jì)組相連的控制器，用于控制所述光照度計(jì)組追蹤最強(qiáng)陽光照射角度并驅(qū)動(dòng)所述伸縮承重桿伸縮，以使所述種植平臺(tái)的傾斜仰角與所述最強(qiáng)陽光照射角度一致。本發(fā)明能夠滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智能化自動(dòng)種植的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求。
【專利說明】基于日光追蹤式的智能光照立體種植系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及種植設(shè)施，尤其涉及一種基于日光追蹤式的智能光照立體種植系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]所謂設(shè)施農(nóng)業(yè)，是指具有一定的設(shè)施，能在局部范圍內(nèi)創(chuàng)造出適宜的氣象環(huán)境因素，為動(dòng)植物生長發(fā)育提供良好的環(huán)境條件而進(jìn)行的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。設(shè)施農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，在我國廣大農(nóng)村已推廣應(yīng)用多年，它的發(fā)展給我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)注入了新鮮血液，解決了大部分人的溫飽問題。發(fā)達(dá)國家的設(shè)施農(nóng)業(yè)，已形成成套技術(shù)、完備的設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)規(guī)范、產(chǎn)量穩(wěn)定、在這些國家，設(shè)施建設(shè)規(guī)模大，生產(chǎn)效率高，始終堅(jiān)持高新技術(shù)的示范、推廣和應(yīng)用，獲得了客觀的效益。以荷蘭為例，全國有玻璃溫室13000座，且均為大型現(xiàn)代化連棟溫室，自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高，溫室內(nèi)溫、光、水、氣、肥等實(shí)現(xiàn)了智能化控制。從品種選擇、栽培管理到采收包裝形成了一整套完整規(guī)范的技術(shù)體系，番茄、黃瓜等實(shí)現(xiàn)了一年多茬的無土長季節(jié)栽培，采收期長達(dá)9-10個(gè)月，黃瓜平均每株采收80條，番茄平均每株采收35穗果，平均產(chǎn)量60KG/m2，創(chuàng)造了當(dāng)今世界最高產(chǎn)量和效益水平。
[0003]同時(shí)，溫室節(jié)能技術(shù)也是溫室研究工作的重點(diǎn)，隨著《京都協(xié)議書》的執(zhí)行，荷蘭作為協(xié)議書的協(xié)議國，規(guī)定所有行業(yè)的能源效率到2010年降至1980年的35%，相當(dāng)于減少65%的化石燃料的使用。而溫室行業(yè)分擔(dān)了全國20%左右的義務(wù)。目前，他們采取的主要措施包括:提高覆蓋材料透光率，增加溫室太陽能入射量，在此方面他們主要開發(fā)了溫室屋頂清洗機(jī)械和Zigzag板材的開發(fā)，熱能多用途利用和余熱回收；溫室淺層地能節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用；保溫隔熱技術(shù)的研究，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是內(nèi)保溫幕簾的廣泛使用，二是天溝的保溫，三是增加溫室的氣密性和外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫；新型節(jié)能新技術(shù)的研究和開發(fā)，比如改造溫室結(jié)構(gòu)，充分利用太陽能，培養(yǎng)耐低溫作物等等。
[0004]另外，智能化和聯(lián)網(wǎng)化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)另外重要的研究領(lǐng)域和推廣渠道。在以色列現(xiàn)代化溫室可根據(jù)作物對(duì)環(huán)境的不同要求，通過計(jì)算機(jī)對(duì)內(nèi)部環(huán)境如光、溫、水、氣、肥等因子進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)溫室作物全天候、周年性的高效生產(chǎn)。該國的工業(yè)化農(nóng)業(yè)，黃瓜、西紅柿的產(chǎn)量達(dá)50KG/m2，玫瑰產(chǎn)量達(dá)32枝/m2，是露地栽培的10-20倍。美國、日本等國還推出了代表當(dāng)今世界最先進(jìn)水平的全封閉式生長體系，即人工補(bǔ)充光照、全部采用計(jì)算機(jī)控制、由機(jī)器人或機(jī)械手進(jìn)行移栽作業(yè)的“植物工廠”，全年收獲產(chǎn)品20茬以上，蔬菜年產(chǎn)量是露地栽培的數(shù)十倍，這些國家的設(shè)施農(nóng)業(yè)的共同性是已實(shí)現(xiàn)了集約化、規(guī)?；蛯I(yè)生產(chǎn)化，溫室及配套設(shè)施的生產(chǎn)高度社會(huì)化。
[0005]最后，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中最值得一提的是有機(jī)農(nóng)業(yè)，它是完全不用化學(xué)合成的肥料、農(nóng)藥、生長調(diào)節(jié)劑、畜禽飼料添加劑等物質(zhì)，也不使用基因工程生物及其產(chǎn)物的生產(chǎn)體系，其核心是建立和恢復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和良性循環(huán)，以維持農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中，作物秸桿、畜禽糞肥、豆科作物、綠肥和有機(jī)廢棄物是土壤肥力的主要來源；作物輪作以及各種物理、生物和生態(tài)措施是控制雜草和病蟲害的主要手段。
[0006]目前，很多現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)手段是在生產(chǎn)車間內(nèi)完全采用人工補(bǔ)光光源照明的方式來提高產(chǎn)量，這樣的方式會(huì)導(dǎo)致較大的電能消耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于日光追蹤式的智能光照立體種植系統(tǒng)，能夠有效利用日光光照以降低電能消耗，可以滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智能化自動(dòng)種植的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于日光追蹤式的智能光照立體種植系統(tǒng)，包括:
[0009]多層支架，其中每一層支架上設(shè)置有推動(dòng)導(dǎo)軌，所述推動(dòng)導(dǎo)軌上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)種植平臺(tái)，所述推動(dòng)導(dǎo)軌用于將所述種植平臺(tái)推出所述多層支架或收回，并且每一層支架上的推動(dòng)導(dǎo)軌推出所述多層支架的距離不同；
[0010]多個(gè)伸縮承重桿，安裝在每一種植平臺(tái)上，用于調(diào)節(jié)所述種植平臺(tái)的傾斜仰角；
[0011]光照度計(jì)組，包含多個(gè)光照度計(jì)；
[0012]與所述推動(dòng)導(dǎo)軌、伸縮承重桿和光照度計(jì)組相連的控制器，用于控制所述光照度計(jì)組追蹤最強(qiáng)陽光照射角度并驅(qū)動(dòng)所述伸縮承重桿伸縮，以使所述種植平臺(tái)的傾斜仰角與所述最強(qiáng)陽光照射角度一致。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述光照度計(jì)組還包括:
[0014]光照度計(jì)組合盤，該光照度計(jì)組合盤具有曲面，所述多個(gè)光照度計(jì)設(shè)置在所述曲面的不同位置處；
[0015]支撐所述光照度計(jì)組合盤的多個(gè)伸縮桿，在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下調(diào)節(jié)所述光照度計(jì)組合盤的傾斜仰角，以使所述光照度計(jì)組合盤朝向具有最強(qiáng)照度檢測結(jié)果的光照度計(jì)所處的位置傾斜。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述種植系統(tǒng)還包括:多個(gè)補(bǔ)光照明光源，設(shè)置在所述多層支架的每一層支架內(nèi)，所述控制器根據(jù)所述光照度計(jì)組的照度檢測結(jié)果控制所述補(bǔ)光照明光源的開啟、關(guān)閉以及照明功率。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述種植系統(tǒng)還包括:反光器，所述補(bǔ)光照明光源安裝在所述反光器上，所述反光器在所述控制器的控制下改變傾斜角度，以使所述補(bǔ)光照明光源的光線直射至所述種植平臺(tái)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在預(yù)設(shè)的光照時(shí)段，如果所述光照度計(jì)組檢測到的最強(qiáng)照度檢測結(jié)果低于預(yù)設(shè)的光照度需求值，則所述控制器控制所述補(bǔ)光照明光源開啟；所述光照時(shí)段包含預(yù)設(shè)的末尾時(shí)段，在所述末尾時(shí)段，所述控制器控制所述補(bǔ)光照明光源的照明功率逐漸降低直至關(guān)閉。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述補(bǔ)光照明光源開啟時(shí)，如果所述光照度計(jì)組檢測到的最強(qiáng)照度檢測結(jié)果高于預(yù)設(shè)的飽和光照度值，則所述控制器調(diào)低所述補(bǔ)光照明光源的照明功率，以使所述光照度計(jì)組檢測到的最強(qiáng)照度檢測結(jié)果不超過所述飽和光照度值。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述光照時(shí)段、末尾時(shí)段、光照度需求值以及飽和光照度值預(yù)先存儲(chǔ)在所述控制器內(nèi)。
[0021 ] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制器具有外部通信接口，所述外部通信接口接收外部指令以設(shè)定所述光照時(shí)段、末尾時(shí)段、光照度需求值以及飽和光照度值。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述種植系統(tǒng)還包括:
[0023]卷簾式半透明透光膜，設(shè)置在所述多層支架的頂部；
[0024]與所述控制器相連的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在所述控制器的控制下驅(qū)動(dòng)所述卷簾式半透明透光膜張開或者卷回。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每一推動(dòng)導(dǎo)軌的外邊沿設(shè)置有鎖扣，該鎖扣用于鎖定張開的卷簾式半透明透光膜，以形成傾斜的遮光面。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]本發(fā)明實(shí)施例的立體種植系統(tǒng)通過光照度計(jì)組來追蹤最強(qiáng)陽光照射角度，并相應(yīng)地控制支撐種植平臺(tái)的伸縮承重桿伸縮，以使得種植平臺(tái)的傾斜仰角與最強(qiáng)陽光照射角度一致，從而使得種植平臺(tái)能夠始終跟隨最強(qiáng)陽光角度。采用這樣的方案，能夠有效利用日光，有利于減少電能的消耗。
[0028]進(jìn)一步而言，本發(fā)明實(shí)施例的種植系統(tǒng)還包括補(bǔ)光照明光源和反光器，能夠在陽光不足時(shí)使用補(bǔ)光照明光源對(duì)種植平臺(tái)進(jìn)行補(bǔ)光。
[0029]此外，本發(fā)明實(shí)施例的種植系統(tǒng)還包括卷簾式半透明透光膜，能夠在陽光過強(qiáng)時(shí)對(duì)種植平臺(tái)進(jìn)行遮擋，以免影響產(chǎn)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的種植系統(tǒng)的正視圖；
[0031]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的種植系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0032]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的種植系統(tǒng)中的光照度計(jì)組的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的種植系統(tǒng)的一種操作流程示意圖；
[0034]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的種植系統(tǒng)在第一場景下的側(cè)視圖；
[0035]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的種植系統(tǒng)在第二場景下的側(cè)視圖；
[0036]圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的種植系統(tǒng)在第三場景下的側(cè)視圖；
[0037]圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的種植系統(tǒng)的控制器與伸縮承重桿的連接結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0039]參考圖1和圖2，本實(shí)施例的基于日光追蹤式的智能光照立體種植系統(tǒng)包括:多層支架10、種植平臺(tái)11、推動(dòng)導(dǎo)軌12、推動(dòng)電機(jī)13、伸縮承重桿14、補(bǔ)光照明光源15、反光器16、卷簾式半透明透光膜17、旋轉(zhuǎn)電機(jī)18、控制器19以及光照度計(jì)組20。
[0040]其中，該多層支架10包括垂直堆疊的多層層架，可采用通常的貨物貨架或完全由90°折角角鋼搭建而成，角鋼厚度在0.8-5_厚之間，但并不限于此。種植平臺(tái)11例如可以是泥土農(nóng)業(yè)種植箱，該農(nóng)業(yè)種植箱的內(nèi)部可以設(shè)置有用于種植或養(yǎng)殖或栽培的設(shè)施，該農(nóng)業(yè)種植箱可以由貨物周轉(zhuǎn)塑料箱體改造而成，該農(nóng)業(yè)種植箱的底部可以具有漏水孔(類似于花盆底部的漏水孔)，該農(nóng)業(yè)種植箱也可以具有可固定螺絲的螺絲孔，但并不限于此。多層支架10中的每一層架可承受多個(gè)泥土農(nóng)業(yè)種植箱(例如每層4-10個(gè)，重量4KG-20KG)，共3-10層等(總重量例如為10KG-150KG)。
[0041]多層支架10的層數(shù)和高度可以按照實(shí)際種植植物種類以及所處的玻璃類暖房的頭際間聞度而確定，每層層架之間的聞度可以為200mm至800mm之間，總聞度可以為I米至5米。
[0042]多層支架10的每一層支架上可以設(shè)置有推動(dòng)導(dǎo)軌12，種植平臺(tái)11設(shè)置在推動(dòng)導(dǎo)軌12上，推動(dòng)導(dǎo)軌12用以將種植平臺(tái)11推出或者收回。進(jìn)一步而言，推動(dòng)導(dǎo)軌12可以具有固定盤，該固定盤可以固定在多層支架10每一層的邊沿上。推動(dòng)導(dǎo)軌12可以由推動(dòng)電機(jī)13驅(qū)動(dòng)，該推動(dòng)電機(jī)13由控制器19控制。在將種植平臺(tái)11推出時(shí)，每一層支架的推出導(dǎo)軌12推出的距離不同，優(yōu)選地，推出距離從上到下依次增大，最底層的種植平臺(tái)11的推出距離最遠(yuǎn)，每上一層的推出距離有所縮短，最上層推出距離最短，從而形成階梯式的排列方式。這樣的排列方式使得上層的種植平臺(tái)11不遮擋下層的種植平臺(tái)11，使得俯視情況下可以看到每層的種植平臺(tái)11，從而保證陽光可以垂直或傾斜照射到每一層種植平臺(tái)11，而不會(huì)發(fā)生互相遮擋的問題。
[0043]推動(dòng)電機(jī)13可以是步進(jìn)電機(jī)，但并不限于此。在驅(qū)動(dòng)推動(dòng)導(dǎo)軌12移動(dòng)時(shí)，推動(dòng)電機(jī)13例如可產(chǎn)生平衡推力為10KG-100KG重量物體的摩擦力，最大水平推力可以為100N-1000N，每一推動(dòng)電機(jī)13的推動(dòng)行程可以根據(jù)每層的種植平臺(tái)11所需推出距離的不同有所改變。
[0044]每一種植平臺(tái)11上安裝有一個(gè)或多個(gè)伸縮承重桿14，用于調(diào)節(jié)種植平臺(tái)11的傾斜仰角，伸縮承重桿14的一端固定在推動(dòng)導(dǎo)軌12上，另一端固定在種植平臺(tái)11上。例如，每一種植平臺(tái)11的底部四周可以安裝有4-8個(gè)伸縮承重桿14。伸縮承重桿14包括但不限于電機(jī)支撐升降、氣動(dòng)支撐升降等設(shè)備，可以靈活地改變種植平臺(tái)11的傾斜仰角，從而使得整個(gè)種植平臺(tái)11的平面相對(duì)于底面具有一定的傾斜角度，為追蹤太陽周天變化角度提供硬件基礎(chǔ)。
[0045]每一伸縮承重桿14均能夠單獨(dú)承受種植平臺(tái)11的重量，例如,每一種植平臺(tái)11本身的重量為IKG?5KG，那么每一伸縮承重桿14均需要單獨(dú)承受該重量。以直流推桿電機(jī)為例，其升降高度可以為5mm至30mm，以保證種植平臺(tái)11能夠到達(dá)足夠的傾斜仰角。
[0046]在一實(shí)例中，推動(dòng)導(dǎo)軌12和伸縮承重桿14可以通過可控硅或繼電器與控制器19相連，但并不限于此?？刂破?9的輸出端口可以輸出相應(yīng)的控制信號(hào)來指示推動(dòng)導(dǎo)軌12和伸縮承重桿14的關(guān)閉動(dòng)作或開啟動(dòng)作。例如，控制器19可以通過GP1端口輸出“O”或“I”來指示推動(dòng)導(dǎo)軌12和伸縮承重桿14的關(guān)閉動(dòng)作或開啟動(dòng)作,或者也可以輸出PWM方波來實(shí)現(xiàn)控制。
[0047]控制器19可以是各種嵌入式微控制器(MCU),包括但不限于AVR Mega8、Megal6或ARM Cortex-M3系列32位嵌入式控制芯片等。嵌入式MCU可穩(wěn)定的設(shè)定GP1 口為輸出“O”或“I”的TTL電平，或P麗方波電平；同時(shí)也可利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)作為輸入端，從而可實(shí)現(xiàn)外部電壓信號(hào)的檢測以及實(shí)現(xiàn)內(nèi)部中斷等；另外，嵌入式MCU可設(shè)定內(nèi)部定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，從而為每種動(dòng)作(如開動(dòng)電機(jī))設(shè)定動(dòng)作開始時(shí)間、動(dòng)作周期長度、動(dòng)作結(jié)束時(shí)間等。
[0048]光照度計(jì)組20包含多個(gè)光照度計(jì)，其在控制器19的控制下追蹤最強(qiáng)陽光照射角度，控制器19可以根據(jù)光照度計(jì)組20的追蹤結(jié)果，控制各個(gè)伸縮承重桿14伸縮，以便使得種植平臺(tái)11的傾斜仰角與最強(qiáng)陽光照射角度始終保持一致。
[0049]參考圖4，圖4示出了一種優(yōu)選的光照度計(jì)組20的結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)光照度計(jì)201、光照度計(jì)組合盤202以及多個(gè)伸縮桿203。其中，多個(gè)光照度計(jì)201可以呈陣列排布，其數(shù)量可以是2X3、3X3或4X4個(gè)。光照度計(jì)組合盤202具有曲面，例如圓弧形曲面或者其他形狀的曲面，多個(gè)光照度計(jì)201設(shè)置在曲面上的不同位置處。多個(gè)伸縮桿203用于支撐光照度計(jì)組合盤202，各個(gè)伸縮桿203與控制器19 (參見圖2)相連，在控制器19的驅(qū)動(dòng)下調(diào)節(jié)光照度計(jì)組合盤202的傾斜仰角，以使得光照度計(jì)組合盤202向檢測結(jié)果最強(qiáng)的光照度計(jì)201所處的位置傾斜。進(jìn)一步而言，光照度計(jì)組合盤202首先處于初始設(shè)定的角度以接收太陽光照，由于太陽周天角度的變化，光照度計(jì)組20中某個(gè)或者多個(gè)光照度計(jì)201的檢測結(jié)果相較于其他光照度計(jì)201更強(qiáng)，此時(shí)，控制器19控制伸縮桿203伸縮，使得光照度計(jì)組合盤202向檢測結(jié)果最強(qiáng)的光照度計(jì)201的方向傾斜，以保證光照度計(jì)組20的傾角根據(jù)太陽照射角度的變化而變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)最強(qiáng)陽光照射角度的追蹤。
[0050]例如，通過嵌入式MCU的ADC遍尋功能，按順序依次將每個(gè)光照度計(jì)201的光照度轉(zhuǎn)換為0-5V的電平信號(hào)，并通過嵌入式MCU的ADC輸入，將電平信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，按比例記錄每個(gè)光照度計(jì)201檢測到的光照度值；通過查詢?nèi)抗庹斩扔?jì)201的檢測結(jié)果，從而明確哪一部分或哪一個(gè)光照度計(jì)201檢測到的光照度值較高；接下來，通過嵌入式MCU推動(dòng)伸縮桿203伸縮，從而改變光照度計(jì)組合盤202向檢測結(jié)果較高的位置傾斜，之后，各個(gè)光照度計(jì)201再次進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整光照度計(jì)組合盤202的方向，上述過程不斷反復(fù)，使得光照度計(jì)組20可以確定當(dāng)前最強(qiáng)陽光照射角度，并將此時(shí)刻的傾斜角度的數(shù)據(jù)記錄入嵌入式MCU中(實(shí)際上，記錄的是光照度計(jì)組20的各個(gè)伸縮桿203的升降數(shù)值大小)，例如，可以記錄在嵌入式MCU的EEPROM中，嵌入式MCU的EEPROM是可掉電不丟失數(shù)據(jù)，上電可擦寫數(shù)據(jù)的閃存。
[0051]嵌入式MCU可設(shè)定按照一定的時(shí)間間隔(例如每10秒或至每10分鐘)遍尋光照度計(jì)組20中各個(gè)光照度計(jì)201的數(shù)據(jù)，并調(diào)整伸縮桿203的高度，從而達(dá)到最佳的光照度值，并記錄此變化角度數(shù)據(jù)，并以此實(shí)時(shí)指導(dǎo)種植平臺(tái)的周天仰角變化，即種植平臺(tái)的傾斜仰角與光照度計(jì)組20的平面傾斜仰角相同，保持一致。
[0052]仍然參考圖2，多層支架10的每一層支架內(nèi)都設(shè)置有反光器16和補(bǔ)光照明光源15，補(bǔ)光照明光源15可以安裝在反光器16上。
[0053]補(bǔ)光照明光源15包括但不限于涂覆植物生長用熒光粉的熒光燈、無極燈或可發(fā)出利于植物生長光譜的LED或高壓鈉燈。
[0054]在光照度計(jì)組20無論選擇何種角度接收日光光照，均無法達(dá)到植物所設(shè)定的光照度需求值的情況下，例如陰天、太陽夕陽等情況但并不限于此，此時(shí)種植平臺(tái)11仍推移至多層支架10外以接收弱于要求值的日光照度值。但由于日光光照度不足，故可開啟多層支架10內(nèi)的補(bǔ)光照明光源15，同時(shí)通過適度自動(dòng)化傾斜多層支架10內(nèi)安裝的反光器16，從而改變補(bǔ)光照明光源15的補(bǔ)光角度，使得補(bǔ)光照明光源15的光線剛好可直射到種植平臺(tái)11的平面上。
[0055]在日光光照度不足需開啟補(bǔ)光照明光源15后，如果通過光照度計(jì)組20發(fā)現(xiàn)組合光照(包括陽光和補(bǔ)光照明光源15發(fā)出的光線)超過植物生長的飽和光照度值時(shí)，可通過調(diào)光的方式降低補(bǔ)光照明光源15的功率，以保證組合光照度值剛好達(dá)到植物生長需求。補(bǔ)光照明光源15的調(diào)光方式包括PWM調(diào)光或線性電壓模擬調(diào)光等，但不限于此。
[0056]在日光光照度不足，需開啟補(bǔ)光照明光源15時(shí)，補(bǔ)光照明光源15對(duì)應(yīng)的反光器16側(cè)向旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)光線方向。反光器16的旋轉(zhuǎn)可以通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)扭動(dòng)完成，其旋轉(zhuǎn)角度可通過嵌入式MCU進(jìn)行設(shè)定。
[0057]多層支架10的頂部可以設(shè)置有卷簾式半透明透光膜17，卷簾式半透明透光膜17由旋轉(zhuǎn)電機(jī)18張開或收回。根據(jù)不同植物的需要(例如喜陰植物)，卷簾式半透明透光膜17選擇性地由旋轉(zhuǎn)電機(jī)18向下張開，透射部分陽光而反射部分陽光，從而對(duì)全部或部分種植平臺(tái)11進(jìn)行遮擋，在日照過于強(qiáng)烈的季節(jié)或天氣下能夠有效保護(hù)各種農(nóng)作物。卷簾式半透明透光膜17的張開和收回可以通過控制器19自動(dòng)控制，例如，當(dāng)檢測到的光照度值過強(qiáng)，超出設(shè)定的閾值時(shí)，將卷簾式半透明透光膜17張開；在其他情況下，將卷簾式半透明透光膜17收回。
[0058]在一優(yōu)選的實(shí)施例中，可以預(yù)先設(shè)定光照時(shí)段，在該時(shí)段內(nèi)，需要通過陽光或者補(bǔ)光照明光源15中的一個(gè)或者二者的組合提供光線。在該光照時(shí)段內(nèi)預(yù)設(shè)的末尾時(shí)段，也就是臨近光照時(shí)段結(jié)束的一段時(shí)間內(nèi)，可以選擇性地采用調(diào)光方式，逐漸調(diào)低補(bǔ)光照明光源15的照明功率，直至完全關(guān)閉，從而逐漸交底照射到作物上的光照度值，使作物逐漸處于無光照的休息狀態(tài)。
[0059]以上所述的推動(dòng)導(dǎo)軌12、推動(dòng)電機(jī)13、伸縮承重桿14、補(bǔ)光照明光源15、反光器16、卷簾式半透明透光膜17等設(shè)備，均通過控制器19的控制完成?？刂破?9可選擇自設(shè)定程序閉路運(yùn)行(需提前設(shè)定好需種植作物所需的光照度需求值、飽和光照度值、光照時(shí)段等)；也可通過wifi通信達(dá)到開路通信的方式，與主服務(wù)器的中心軟件交互通信數(shù)據(jù)，達(dá)到智能設(shè)定的方式。
[0060]進(jìn)一步而言，控制器19的所需的控制參數(shù)，例如光照時(shí)段、光照度需求值等可以采用程序算法進(jìn)行硬件控制，首先定義好每一種硬件設(shè)備所需的嵌入式MCU的GP1電路，同時(shí)通過程序段單獨(dú)對(duì)每個(gè)動(dòng)作可以實(shí)施自由響應(yīng)(無需其他任何限制條件)，并設(shè)定每種響應(yīng)所能達(dá)到的最大限值(例如，推動(dòng)電機(jī)13的最快推動(dòng)速度、種植平臺(tái)11所能傾斜的最大偏角等)。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步通過自動(dòng)控制滿足植物生長的綜合光照強(qiáng)度、光照時(shí)間，或采用外接通信wifi設(shè)備通過中心軟件的通信下達(dá)控制命令。
[0061]可選地，該種植系統(tǒng)可選擇嵌入式MCU的內(nèi)嵌算法進(jìn)行自動(dòng)控制，例如，根據(jù)選定的植物種類，得到其所需的綜合光照強(qiáng)度和光照時(shí)間，先追蹤日光光照，再判斷是否在日光環(huán)境下的補(bǔ)光或日光減弱處理(張開卷簾式半透明透光膜)，再確定日光時(shí)間、光照時(shí)間，推動(dòng)導(dǎo)軌內(nèi)收回時(shí)間、夜間補(bǔ)光時(shí)間，夜間漸變并熄滅(調(diào)光)時(shí)間等等。
[0062]可選地，該種植系統(tǒng)可選擇嵌入式MCU通過wifi通信鏈路與遠(yuǎn)程服務(wù)器中心軟件的通信作為指示命令加以控制，完成上述各種參數(shù)的設(shè)定以及操作，諸如所需的綜合光照強(qiáng)度和光照時(shí)間，先追蹤日光光照，再判斷是否日光環(huán)境下的補(bǔ)光或日光減弱處理(張開卷簾式半透明透光膜)，再確定日光時(shí)間、光照時(shí)間，推動(dòng)導(dǎo)軌內(nèi)收回時(shí)間、夜間補(bǔ)光時(shí)間，夜間漸變并熄滅(調(diào)光)時(shí)間等等。
[0063]示例性地，下面對(duì)參考一實(shí)例對(duì)本實(shí)施例的種植系統(tǒng)進(jìn)行介紹。首先，多層支架10可以是三層角鋼層架，總高度為1.75m,每層高度0.5m,寬度0.5m,長度1.2m,角鋼1.8mm厚度。每層放置種植箱體2個(gè)，該種植箱體長0.5m，寬0.38m，高0.13m，箱體內(nèi)泥土土壤高度0.1m,單個(gè)箱體滿含泥土重量約為8KG。
[0064]推動(dòng)電機(jī)13的推動(dòng)速度為3cm/s，最底層的推動(dòng)移出距離為0.7m，中間層的推動(dòng)移出距離為0.5m，最頂層的推動(dòng)移出距離為0.3m。因日照并非垂直于天宇正上方，即并非日光光線是垂直俯視照射種植平面，而是有一定偏南方向的傾斜，所以，以上移出推動(dòng)導(dǎo)軌的距離從俯視來看，每層之間并非完全無遮擋，而是有一定的遮擋，但每層之間并不影響光線實(shí)際照射。
[0065]每一種植箱體的單個(gè)伸縮承重桿14的提升最大高度為3cm，側(cè)傾斜角度最大為45°，每個(gè)種植箱體均可在圖2示意的平面內(nèi)傾斜角度，也可在垂直于圖2示意的平面內(nèi)傾斜角度，也可由4根伸縮承重桿組合側(cè)傾斜角度。
[0066]光照度計(jì)組20采用4根伸縮桿組合側(cè)傾斜角度，伸縮桿的提升最大高度為3cm，側(cè)傾斜角度最大為45°。光照度計(jì)組20可以包括2行3排共6個(gè)光照度計(jì)，其接受照度值在20LuX-200000LuX之間，靈敏度高響應(yīng)速率快，可將光照度數(shù)值自動(dòng)變換為0-5V數(shù)據(jù)提供給控制器19。
[0067]補(bǔ)光照明光源15可以采用120W矩形無極燈植物照明光譜進(jìn)行補(bǔ)光照明，植物燈光譜為紅藍(lán)兩種組合連續(xù)光譜，峰值分別在660nm(寬度580nm-720nm)，和440nm(寬度380nm-480nm);每層層架上可以安裝2盞補(bǔ)光照明光源15，每個(gè)正對(duì)于種植箱體的對(duì)角線中心。補(bǔ)光照明光源15可以采用PWM調(diào)光模式，調(diào)光功率可以為30%至100%。
[0068]反光器16可以米用鏡面招材,表面反光效率為95%左右；其側(cè)向扭轉(zhuǎn)角度以旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)，最大旋轉(zhuǎn)角度可以為45°，即其中心軸可在圖2示意的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)45°，以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)發(fā)射光束補(bǔ)光。
[0069]卷簾式半透明透光膜17可以采用常規(guī)的聚酯薄膜材料，光照透射率在20% -80%之間；其纏繞固定于層架最頂端，采用卷簾設(shè)計(jì)，可以直接電動(dòng)按照導(dǎo)軌下拉，正好鎖入每個(gè)推出層架的推動(dòng)導(dǎo)軌12最外邊沿的鎖扣之中，形成傾斜的遮光面。
[0070]控制器19為嵌入式MCU，采用AVR Megal6單片機(jī)及其外圍電路配套而成，其提供包括:檢測光照度計(jì)組20的6個(gè)ADC輸入GP1 口，每個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)光照度計(jì)；I組共4個(gè)GP1輸出口，接小型繼電器，對(duì)光照度計(jì)組20的4個(gè)伸縮桿進(jìn)行推動(dòng)；3組GP1輸出口，每組8個(gè)，這8個(gè)GP1輸出口接小型繼電器，對(duì)每層的2個(gè)種植箱體的伸縮承重桿進(jìn)行推動(dòng)，而這8個(gè)GP1輸出口對(duì)應(yīng)哪一個(gè)層架，則是由另外3個(gè)GP1輸出口控制的開關(guān)選擇電路進(jìn)行選擇完成的。補(bǔ)光照明光源15和反光器16的旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及卷簾式半透明透光薄膜17的旋轉(zhuǎn)電機(jī)18也通過嵌入式MCU的GP1輸出口進(jìn)行控制。
[0071 ] 該嵌入式MCU可以通過Wifi等通信接口，接收中心軟件發(fā)送的控制指令以及回傳相應(yīng)數(shù)據(jù)，從而可以通過中心軟件對(duì)嵌入式MCU的內(nèi)部參數(shù)以及操作進(jìn)行控制。該中心軟件可以包括手機(jī)APP軟件、電腦程控軟件、自動(dòng)控制軟件等，但不限于此。
[0072]或者，該嵌入是MCU也可以通過內(nèi)部硬件設(shè)定，按照圖4所示的流程進(jìn)行自動(dòng)化傳感檢測和控制。
[0073]在401處，嵌入式MCU初始化，包括:初始化日期、時(shí)間；初始化層架型號(hào)、電機(jī)數(shù)量、型號(hào)；設(shè)備上電開啟。
[0074]在402處，嵌入式MCU計(jì)算是否到達(dá)日升時(shí)間。如果否的話，則繼續(xù)判斷。
[0075]如果已經(jīng)到達(dá)日升時(shí)間，則前進(jìn)至403和413。
[0076]在403處，判斷光照度計(jì)組是否檢測到日光達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的照度(LUX)要求。如果未達(dá)到，則轉(zhuǎn)向404，判斷光照度計(jì)組實(shí)時(shí)檢測日光LUX值是否達(dá)到最小要求，如果否，則前進(jìn)至405和409，直接開啟補(bǔ)光照明，直接開啟補(bǔ)光照明，補(bǔ)光反光器傾斜照射，補(bǔ)光調(diào)光狀態(tài)由光照度計(jì)組測定。之后進(jìn)一步前進(jìn)至412。如果404的判斷結(jié)果為是，則前進(jìn)至406。
[0077]如果403的判斷結(jié)構(gòu)為是，則前進(jìn)至406，每層箱體按照設(shè)定的移出距離移出層架。
[0078]在407處，光照度計(jì)組追蹤最強(qiáng)陽光照射角度。
[0079]在408處，傾斜種植箱體，使其傾角追蹤最大日照。
[0080]在410處，嵌入式MCU計(jì)算是否已經(jīng)達(dá)到日落時(shí)間。如果未到，則繼續(xù)判斷。
[0081]如果401處的判斷結(jié)果為是，則前進(jìn)至415和411。
[0082]在411處，開啟補(bǔ)光照明，反光器傾斜補(bǔ)光。
[0083]在412處，進(jìn)入夜間補(bǔ)光模式，最終調(diào)光功率下降，使得補(bǔ)光照明光源關(guān)閉。
[0084]在413處，光照度計(jì)組實(shí)時(shí)檢測日光照度(LUX)值是否超出植物需求。如果超出，則前進(jìn)至414。
[0085]在414處，開啟半透明透光膜，降低光照強(qiáng)度。
[0086]在415處，關(guān)閉半透明透光膜。
[0087]需要說明的是，上述具體方案僅僅是本實(shí)施例的種植系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選方案，本發(fā)明的種植系統(tǒng)并不限于此，而應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
[0088]參考圖5,圖5不出了本實(shí)施例的種植系統(tǒng)在第一場景下的狀態(tài)，在第一場景下，陽光本身的強(qiáng)度足夠而且不至于過高。在控制器19的控制下，推動(dòng)電機(jī)13驅(qū)動(dòng)推動(dòng)導(dǎo)軌12將每一層的種植平臺(tái)11推出多層支架10，并且每一層的推出距離從上到下逐漸增大，以防止遮擋。補(bǔ)光照明光源15關(guān)閉，反光器16處于初始位置。光照度計(jì)組對(duì)最強(qiáng)陽光照射角度進(jìn)行追蹤，并將結(jié)果反饋至控制器19，控制器19根據(jù)反饋結(jié)果對(duì)伸縮承重桿14進(jìn)行伸縮調(diào)節(jié)，以使得種植平臺(tái)11的傾斜仰角與最強(qiáng)陽光照射角度保持一致。
[0089]參考圖6，圖6示出了本實(shí)施例的種植系統(tǒng)在第二場景下的狀態(tài)，在第二場景下，陽光本身的強(qiáng)度不足，低于植物的光照度需求值。在控制器19的控制下，推動(dòng)電機(jī)13驅(qū)動(dòng)推動(dòng)導(dǎo)軌12將每一層的種植平臺(tái)11推出多層支架10，并且每一層的推出距離從上到下逐漸增大，以防止遮擋。補(bǔ)光照明光源15開啟，反光器16傾斜，以使得補(bǔ)光照明光源15的光線直射種植平臺(tái)11。光照度計(jì)組對(duì)最強(qiáng)陽光照射角度進(jìn)行追蹤，并將結(jié)果反饋至控制器19，控制器19根據(jù)反饋結(jié)果對(duì)伸縮承重桿14進(jìn)行伸縮調(diào)節(jié)，以使得種植平臺(tái)11的傾斜仰角與最強(qiáng)陽光照射角度始終保持一致。
[0090]參考圖7，圖7示出了本實(shí)施例的種植系統(tǒng)在第三場景下的狀態(tài)，在第三場景下，陽光本身的強(qiáng)度過高，高于設(shè)定的閾值。此時(shí)，種植系統(tǒng)的狀態(tài)與圖5所示基本相同，主要區(qū)別在于，旋轉(zhuǎn)電機(jī)18驅(qū)動(dòng)卷簾式半透明透光膜17張開，將全部種植平臺(tái)11遮擋在內(nèi)，以削弱光線。每一推動(dòng)導(dǎo)軌12的外邊沿設(shè)置有鎖扣21，張開的卷簾式半透明透光膜17被各個(gè)鎖扣21鎖定，從而形成傾斜的遮光面。
[0091]參考圖8，圖8示出了本實(shí)施例的種植系統(tǒng)的控制器19與伸縮承重桿14之間的連接結(jié)構(gòu)?？刂破?9的多個(gè)GP1輸出端1.0?1.7連接至開關(guān)選擇電路22，開關(guān)選擇電路22可以選擇控制對(duì)應(yīng)哪一層的伸縮承重桿14。開關(guān)選擇電路22的控制端可以連接至控制器19的另一組GP1輸出端2.1?2.2。
[0092]本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于日光追蹤式的智能光照立體種植系統(tǒng)，其特征在于，包括: 多層支架，其中每一層支架上設(shè)置有推動(dòng)導(dǎo)軌，所述推動(dòng)導(dǎo)軌上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)種植平臺(tái)，所述推動(dòng)導(dǎo)軌用于將所述種植平臺(tái)推出所述多層支架或收回，并且每一層支架上的推動(dòng)導(dǎo)軌推出所述多層支架的距離不同； 多個(gè)伸縮承重桿，安裝在每一種植平臺(tái)上，用于調(diào)節(jié)所述種植平臺(tái)的傾斜仰角； 光照度計(jì)組，包含多個(gè)光照度計(jì)； 與所述推動(dòng)導(dǎo)軌、伸縮承重桿和光照度計(jì)組相連的控制器，用于控制所述光照度計(jì)組追蹤最強(qiáng)陽光照射角度并驅(qū)動(dòng)所述伸縮承重桿伸縮，以使所述種植平臺(tái)的傾斜仰角與所述最強(qiáng)陽光照射角度一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能光照立體種植系統(tǒng)，其特征在于，所述光照度計(jì)組還包括: 光照度計(jì)組合盤，該光照度計(jì)組合盤具有曲面，所述多個(gè)光照度計(jì)設(shè)置在所述曲面的不同位置處； 支撐所述光照度計(jì)組合盤的多個(gè)伸縮桿，在所述控制器的驅(qū)動(dòng)下調(diào)節(jié)所述光照度計(jì)組合盤的傾斜仰角，以使所述光照度計(jì)組合盤朝向具有最強(qiáng)照度檢測結(jié)果的光照度計(jì)所處的位置傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能光照立體種植系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 多個(gè)補(bǔ)光照明光源，設(shè)置在所述多層支架的每一層支架內(nèi)，所述控制器根據(jù)所述光照度計(jì)組的照度檢測結(jié)果控制所述補(bǔ)光照明光源的開啟、關(guān)閉以及照明功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能光照立體種植系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 反光器，所述補(bǔ)光照明光源安裝在所述反光器上，所述反光器在所述控制器的控制下改變傾斜角度，以使所述補(bǔ)光照明光源的光線直射至所述種植平臺(tái)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能光照立體種植系統(tǒng)，其特征在于，在預(yù)設(shè)的光照時(shí)段，如果所述光照度計(jì)組檢測到的最強(qiáng)照度檢測結(jié)果低于預(yù)設(shè)的光照度需求值，則所述控制器控制所述補(bǔ)光照明光源開啟；所述光照時(shí)段包含預(yù)設(shè)的末尾時(shí)段，在所述末尾時(shí)段，所述控制器控制所述補(bǔ)光照明光源的照明功率逐漸降低直至關(guān)閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能光照立體種植系統(tǒng)，其特征在于，所述補(bǔ)光照明光源開啟時(shí)，如果所述光照度計(jì)組檢測到的最強(qiáng)照度檢測結(jié)果高于預(yù)設(shè)的飽和光照度值，則所述控制器調(diào)低所述補(bǔ)光照明光源的照明功率，以使所述光照度計(jì)組檢測到的最強(qiáng)照度檢測結(jié)果不超過所述飽和光照度值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能光照立體種植系統(tǒng)，其特征在于，所述光照時(shí)段、末尾時(shí)段、光照度需求值以及飽和光照度值預(yù)先存儲(chǔ)在所述控制器內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能光照立體種植系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器具有外部通信接口，所述外部通信接口接收外部指令以設(shè)定所述光照時(shí)段、末尾時(shí)段、光照度需求值以及飽和光照度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能光照立體種植系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 卷簾式半透明透光膜，設(shè)置在所述多層支架的頂部； 與所述控制器相連的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在所述控制器的控制下驅(qū)動(dòng)所述卷簾式半透明透光膜張開或者卷回。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能光照立體種植系統(tǒng)，其特征在于，每一推動(dòng)導(dǎo)軌的外邊沿設(shè)置有鎖扣，該鎖扣用于鎖定張開的卷簾式半透明透光膜，以形成傾斜的遮光面。
【文檔編號(hào)】A01G9/20GK104396609SQ201410680244
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】李文鵬, 李維德, 貝永康, 王歡迎 申請人:上海宏源照明電器有限公司