[发明专利]一种人工光型植物生长环境智能化控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种人工光型植物生长环境智能化控制系统及其控制方法，系统包括上位机、云服务器、监控节点、控制节点、环境数据采集节点、营养液数据采集节点，上位机与其所属的各个节点通过总线及以太网连接，上位机所属的各个节点物理上实现一个植物工厂，各个植物工厂通过上位机以太网连接到云服务器实现数据存储、分析及智能化控制。本发明能根据需求动态添加不定数量节点应对不同规模、不同需求植物工厂需要，对植物生长相关的多维参数进行采集，通过云服务器建模实现了植物生长过程二十四小时精确、智能的多维参数控制，在大大减少人工成本同时增加了产量。

技术领域

本发明属于植物生长环境控制技术领域，具体涉及一种人工光型植物生长环境智能化控制系统及其控制方法。

背景技术

所谓植物工厂，指的是不受气候条件影响为了实现周年有计划的植物安全生产密闭式或半密闭式的环境调控设施。商业化人工光型(密闭式)植物工厂的占地面积一般为300～3000m²，占地面积为1000m²的人工光型植物工厂若采用10层栽培架，以生菜为例每天的采收量约为7000株，每年能生产25万株生菜，该生产规模相当于同样占地面积陆地栽培的100倍；不仅如此，植物工厂还可以解决以下问题：

(1)土地资源的匮乏、土地污染问题突出，市民对农产品的安全优质、稳定价格的期待越来越高。

(2)批量生产高质量高附加值的药用、观赏类绿色植物。

(3)寒冷、热带和干旱地区对于蔬菜周年稳定供给的需求日益增长，这些地区对其自给蔬菜和水果的市场需求越来越大。

(4)干旱地区对节水栽培的需求十分迫切，人工光型植物工厂的灌溉水用量只有露地栽培的1/50。

(5)地产地销将带来食品里程的缩减，这种需求日益扩大，通过在城市生活区设置人工光型植物工厂，可以减少生产地与消费地距离，减少长途运输所需的时间成本、能源成本和包装成本。

当前世界上植物工厂的生产系统根据光照来源的不同分为自然光利用型、人工光利用型、自然光-人工光混合利用型的三大类：自然光利用型植物工厂利用自然光，厂房为大型玻璃温室或连栋塑料温室，室内设置各种环境因子的监测和调控设备，这类植物工厂多少受到自然条件的影响，种植植物类型也有一定程度限制，其最大难题是如何实现夏季降温与冬季加温的低成本和低能耗；人工光利用型植物工厂对植物照明灯进行光照调控以满足相应植物的照明需求；自然光-人工光混合利用型利用自然光，且在阴天光照不足或者夜间时通过植物补光灯为植物补充光照，由于利用了自然光，能够比人工光利用型工厂花费的照明成本更低，但因为利用了人工光，能够比自然光利用型工厂提供更快的生产效率；但是，由于需要自然光射入厂房，其厂房大多也为大型玻璃温室或连栋塑料温室，也存在与自然利用型工厂相同的种植植物类型受限、空间利用率低、夏季降温和冬季降温的成本高等问题。为了实现全年连续生产、提供反季绿色蔬菜、多植物类型种植和大空间利用率等目的，目前更倾向于通过人工光利用型工厂使用人工光来实现植物的照明需求。

现有人工光利用型植物工厂建设正处于起步阶段，规模小、成本高、控制参数单一、培育过程不够智能，无法实现全自动培育。自2009年“发展绿色低碳”被列入韩国国家战略发展规划以来，以此为契机，韩国植物工厂技术研发进展比日本更为迅速，植物工厂的出口、植物生长促进用LED光照技术、无农药蔬菜栽培技术等均被作为热点研发课题，但所有的人工光型植物工厂的占地面积都在300m²以下，而且处于试验或开发阶段。2017年6月某企业在北京建设了占地200m²的植物工厂组培及无糖实验室，其植物工厂的规模较小，操作人员虽然可以监控植物生长各项环境参数，但是各项控制仍需手动操作。

发明内容