[发明专利]一种设施作物二氧化碳无线智能调控方法与系统

说明书

技术领域

本发明属于农业智能化技术领域，特别涉及一种设施作物二氧化碳无线智能调控方法与系统。

背景技术

近年来，设施作物环境监测在国内得到了相应的研究，并且实现了有线到无线的转变。但是，相比传统的检测以及控制方法，没有能够实现作物有效的补充二氧化碳，再具体控制方面，仅仅根据单一变量进行处理，本系统控制方法设计参考多变量设计方法，根据系统优化而得到最优控制方法。不同的植物对应不同的二氧化碳调控模型，从而避免了传统二氧化碳调控单一化的方式。对应不同植物，不同的光合作用模型，不同的二氧化碳的响应实验结果，通过优化算法会得到不同的调控方式。

设施作物环境内如果种有植株较高的作物，在布置检测设备方面就要考虑传感器的走线以及放置会比较麻烦，而通过采用无线方式会大大便捷数据的采集与信息的获取，同时为应用于多种场合提供应用的可能性。

设施作物由于植物生长比较复杂，通过无线传输检测数据比较有利，并且检测数据方面通过无线传输并不影响植物的自身生长，并且在检测位置的选择上有较大的灵活性。

传统的设施环境二氧化碳的补施多采用不可控的方式，且在二氧化碳扩散均匀性方面考虑甚少。针对上述缺点，通过对设施流体空间的二氧化碳气体扩散均匀性方面的研究，通过铺设气体扩散管道，设计二氧化碳不同的出气孔的大小以及增加对流扇等方式，促使气体更加精量的补充。

由于上述理由，有必要对调控二氧化碳的方法与原理上进一步改进以更好地促进植物自身的生长。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种设施作物二氧化碳无线智能调控方法与系统，可以更精确地实现设施环境调控，更好地促进植物碳肥的需求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种设施作物二氧化碳无线智能调控方法，包括如下步骤：

步骤1，根据设施环境内植物光合作用机理，通过植物二氧化碳响应实验，建立二氧化碳所需最优浓度模型；

步骤2，检测设施作物内的温度T、二氧化碳浓度M以及光照强度C，并且检测设施作物环境外二氧化碳的浓度N；

步骤3，根据检测到的温度T、二氧化碳浓度M以及光照强度C，进行最优二氧化碳浓度值寻优，如若植物所需的最优二氧化碳浓度比设施作物环境内的二氧化碳浓度M高，则同时打开二氧化碳气罐与对流扇，按照最优二氧化碳值进行补充，如若植物所需的二氧化碳浓度比设施作物环境内的二氧化碳浓度M低，则不补充二氧化碳。

所述步骤1中，利用光合速率仪进行二氧化碳响应实验，得到植物光合速率以及温度、光照以及二氧化碳浓度值，再通过BP算法拟合出光合速率与温度、光照以及二氧化碳浓度之间的关系，即为二氧化碳所需最优浓度模型，当温度与光照为某一个固定的值时，都有一个二氧化碳浓度对应的最大光合速率；

所述步骤3中，通过遗传算法实现寻优，先对二氧化碳浓度进行编码，然后计算各个二氧化碳浓度的适应度，然后在按适应度的大小进行复制下一代放入匹配池，在交叉繁殖最后变异，在通过适应度的大小进行选择，通过循环最后得到全局最优解，计算得到的二氧化碳补充量f(x,y)为：f(x,y)＝484+11.49x+0.2078y其中x为温度，y为光照强度(x<33,y<1500)。

当植物所需的二氧化碳浓度比设施作物环境内的二氧化碳浓度M高时，则进一步与设施作物环境外的二氧化碳浓度N比较，由于室外二氧化碳浓度 一般较低，如果设施作物环境外的二氧化碳浓度N大于植物所需的二氧化碳下浮百分之K时，其中K由作物的光合作用特性所决定，且设施作物环境外气温在合适范围内，则打开通风设备，向设施作物环境内直接输送空气，从而实现二氧化碳浓度调控；如果设施作物环境外的二氧化碳浓度N小于植物所需的二氧化碳下浮百分之K的浓度，则打开二氧化碳气罐，定量补充二氧化碳。例如，空气中的二氧化碳浓度约为400～500ppm，而对于某些低肥水类蔬菜需要的二氧化碳要求量较低，约为700～800ppm，则以最适二氧化碳浓度的下浮30％补充，不仅节约能源，而且还促进作物生长。

进行补充二氧化碳时，根据单位平方的空间补充二氧化碳的时间，通过等比例放大至整个空间，确定整个空间所需要补充的时间，从而实现精准调控，防止植物因为过量补充而导致的碳中毒。