[发明专利]一种智能雾化栽培系统及其控制方法

权利要求书

1.一种智能雾化栽培系统，其特征在于，包括栽培器、第一控制器、第二控制器，所述栽培器包括双层营养液池、培养皿和定植杯（16），所述营养液池上层为贮液室（6）、下层为雾化室（2），所述贮液室（6）和雾化室（2）通过液位自动开关（3）连接，所述雾化室（2）通过主气管（17）与培养皿相通，各个培养皿上面有日光灯（13），所述日光灯（13）通过继电器与第一控制器相连，所述培养皿中设置有与第一控制器相连的光照强度传感器（14），所述培养皿中设置多个定植杯（16），主气管（17）上连接多个延伸至定植杯（16）中的弥雾管（12）；所述雾化室（2）内设置有喷头（1）、液位传感器（21），所述喷头（1）与第一控制器相连，所述液位传感器（21）位于雾化室（2）内的侧壁上、并通过一个继电器与第二控制器相连；雾化室（2）内设置由电热丝（20）、风扇（19）构成的送雾器，所述风扇（19）和电热丝（20）分别通过一个继电器与第二控制器相连，所述第二控制器根据判断结果控制电热丝（20）和风扇（19）的工作；所述贮液室（6）上设置进液管，所述进液管上设置有与第二控制器相连的液压电磁阀（18），所述液压电磁阀（18）通过一个继电器与第二控制器相连，贮液室（6）内设置有分别与第一控制器相连的PH传感器（5）、投入式液位变送器（7）；在定植杯（16）外培养皿内设置了分别与第一控制器相连的根系外部温湿度传感器（10）、根系外部二氧化碳传感器（9），所述定植杯（16）根系处设置了分别与第一控制器相连的根系内部温湿度传感器（11）、根系内部二氧化碳传感器（8），所述第一控制器与第二控制器之间采用无线通信连接；

所述第一控制器通过根系外部温湿度传感器（10）、根系外部二氧化碳传感器（9）采集植株外部环境的温度和湿度、二氧化碳含量，通过根系内部温湿度传感器（11）、根系内部二氧化碳传感器（8）采集培养皿植株根系生长环境的温度和湿度、二氧化碳含量，通过PH传感器（5）采集营养液的PH值，通过液位传感器（21）检测营养液（4）的液位，通过光照强度传感器（14）采集光照强度；与第一控制器相连的光照强度传感器（14）实时检测光照强度；第一控制器将采集到的信息传送给第二控制器；

所述第二控制器用于根据收到的数据以及内置的评判对比算法向液压电磁阀（18）发出工作指令，控制液压电磁阀（18）工作状态，根据液位传感器（21）采集的雾化室（2）内的液位信号控制营养液（4）的添加，同时通过根系内部及根系外部温湿度传感器、根系内部和根系外部的二氧化碳传感器采集的信息进行算法加权处理来量化植株光合作用强度，将相应的控制信息发送给第一控制器从而控制相应喷头（1）雾化工作；

所述第二控制器根据收到的数据以及内置的控制方法，根据液位传感器（21）、PH传感器（5）采集的雾化室（2）内的液位信号向液压电磁阀（18）发出工作指令，控制液压电磁阀（18）工作状态，控制营养液（4）的添加；根据根系内部温湿度传感器（11）、根系内部二氧化碳传感器（8）和根系外部温湿度传感器（10）、根系外部二氧化碳传感器（9）差值来表征植株光合作用的强弱，给出喷头（1）、电热丝（20）、风扇（19）、液压电磁阀（18）、日光灯（13）工作控制策略；

所述第二控制器的控制策略为：

根据光照强度数据与设定的时间拟合控制日光灯（13）；具体的：

首先由定时器控制第一控制器和第二控制器的启动工作，光照强度传感器（14）采集的信息与定时器的时间组成“与”运算控制规则日光灯（13）的动作，即设置光照强度阈值函数为G₁(x)：当x≥x₁时，G₁(x)=1；当x＜x₁时，G₁(x)=0；软件时钟阈值函数为T₁(t)：当t₀≤t≤t₁时，T₁(t)=1；当t＜t₀，t＞t₁时，T₁(t)=0；则K₁=G₁(x)T₁(t)；

根据根系内部温湿度传感器（11）和根系外部温湿度传感器（10）检测的根系内外的温度和湿度，建立多输入模糊控制模型来控制风扇（19）的转速和电热丝（20），具体的：

根系外部温湿度传感器（10）采集值作为给定值，其中、分别为实时温度值、湿度值，、分别为温度、湿度系数权值；把根系内部温湿度传感器（11）采集值作为获取值f(x₁,y₁)=w₁x₁+w₂y₁，然后由获取值与给定值比较得到误差信号，将误差信号进行模糊化，由误差模糊语言得出一个子集，将化分为，由经验得出与同步变化，

，为模糊关系，模糊输出；

根据根系内部二氧化碳传感器（8）和根系外部二氧化碳传感器（9）检测的根系内外部的二氧化碳量，建立多输入模糊控制模型来控制喷头（1）的雾化量，具体的：

根系外部二氧化碳传感器（9）采集值作为给定值，其中为实时二氧化值，为量化植株生理活动状况系数，为常数；把根系外部二氧化碳传感器（9）采集值作为获取值，然后由获取值与给定值比较得到误差信号，将误差信号进行模糊化，由误差模糊语言得出一个子集，将化分为e₂={NB, NS, ZO,PS, PB}，由经验得出与同步变化，

，为模糊关系，模糊输出。