日光溫室封閉式栽培系統及方法
【專利摘要】本發明提供一種日光溫室封閉式栽培系統及方法，涉及園藝栽培管理【技術領域】。所述系統包括：環境監測子系統、處理器和水肥一體化灌溉子系統；所述環境監測子系統，用于對溫室內部環境信息和溫室外部環境信息進行實時采集，并將采集的信息傳輸給處理器；所述處理器，對所述環境監測子系統實時采集的信息進行分析和處理，所述水肥一體化灌溉子系統，依據處理器處理的信息控制灌溉營養液的肥料配比、灌溉方式及不同的灌溉線路，并回收滲出的營養液，實現循環利用。本發明針對傳統日光溫室生產中自動化程度低、土壤連作障礙嚴重、資源利用率低和環境污染等問題，能有效提高日光溫室生產自動化程度，實現節水、節肥、保護環境、可持續發展的目標。
【專利說明】日光溫室封閉式栽培系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及園藝栽培管理【技術領域】，具體涉及一種日光溫室封閉式栽培系統及方法。
【背景技術】
[0002]設施農業是由傳統農業向現代農業轉變的一種重要途徑，具有土地利用率高、生產周期短、技術含量高和農民效益高等優點。
[0003]目前我國北方地區的設施農業以傳統日光溫室為主，在溫室生產中存在一些制約其可持續發展的問題:(1)發展模式滯后、裝備條件較差，缺乏先進的生產過程調控裝備和現代信息技術管理手段；(2)水肥施用模式落后，水肥一體化營養液灌溉技術沒有普及，水肥施用過量、資源利用率低，不但浪費嚴重，還直接影響到作物的生產質量，對周圍生態環境造成污染等生態問題。
[0004]綜上所述，我國傳統日光溫室生產方式具有不可持續發展的弊端，因此對傳統生產方式進行改革和創新，實現產業技術轉型已經勢在必行。為了克服上述缺點，必須改變傳統的栽培模式，構建封閉式栽培系統，提高日光溫室生產自動化程度，實現節水、節肥、保護環境、可持續發展的目標。

【發明內容】

[0005](一)解決的技術問題
[0006]針對現有技術的不足，本發明提供一種日光溫室封閉式栽培系統及方法，提高日光溫室生產自動化程度，實現節水、節肥、保護環境、可持續發展的目標。
`[0007](二)技術方案
[0008]為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現:
[0009]一種日光溫室封閉式栽培系統，其特征在于，所述系統包括:環境監測子系統、處理器和水肥一體化灌溉子系統；
[0010]所述環境監測子系統，用于對溫室內部環境信息和溫室外部環境信息進行實時采集，并將采集的信息傳輸給處理器；
[0011]所述處理器，對所述環境監測子系統實時采集的信息進行分析和處理，
[0012]所述水肥一體化灌溉子系統，依據處理器處理的信息控制灌溉營養液的肥料配t匕、灌溉方式及灌溉線路，并回收滲出的營養液，以實現循環利用。
[0013]優選的，所述環境監測子系統包括至少一個環境監測節點、室外氣象站和匯聚節
占.[0014]其中，所述環境監測節點通過至少一個室內傳感器監測溫室內環境參數，并通過無線傳輸方式將信息傳輸到匯聚節點；所述室外氣象站通過至少一個室外傳感器采集室外的溫度、濕度、光照強度、雨量、風向及風速信息，并通過無線方式將采集到的信息發送到匯聚節點；所述匯聚節點接收所述環境監測節點和所述室外氣象站發送的信息，并將接收的信息發送給處理器。
[0015]優選的，所述室內傳感器包括:空氣溫濕度傳感器、基質溫度傳感器、基質濕度傳感器、光照強度傳感器和C02濃度傳感器。
[0016]優選的，所述室外傳感器包括:溫濕度傳感器、光輻射傳感器、雨量傳感器、風速傳感器和風向傳感器。
[0017]優選的，所述環境監測節點和所述室外氣象站通過433MHz或2.4GHz無線發射頻率與匯聚節點進行數據傳輸；所述匯聚節點通過485總線或無線方式與處理器進行連接。
[0018]優選的，所述水肥一體化灌溉子系統包括灌溉控制器、至少一個肥料罐、調酸罐、 混肥罐、至少一條灌溉線路和營養液回收子系統；
[0019]其中，所述灌溉控制器包含配肥控制模塊和灌溉控制模塊；
[0020]所述肥料罐中分別盛有不同類型的肥料母液，所述調酸罐中盛放酸液；所述肥料罐和所述調酸罐通過配肥管道和所述混肥罐連接，每條所述配肥管道均安裝電磁閥，所述配肥控制模塊根據預設程序控制所述電磁閥的開啟和關閉，實現不同的肥料實時在線配比。
[0021]優選的，所述混肥罐中配比完畢的營養液通過水泵向所述灌溉線路進行供給，所述灌溉控制模塊根據程序設定的灌溉模式，控制所述灌溉線路上電磁閥的啟停；
[0022]所述營養液回收子系統回收滲出的營養液，當回收罐中水位達到預設高度，通過水泵和電磁閥將收集的營養液抽取到混肥罐中，實現營養液的循環利用。
[0023]優選的，每個灌溉控制器控制至少一個灌溉線路，每個溫室中設置至少一個灌溉線路。
[0024]本發明哈提供 了一種日光溫室封閉式栽培系統的栽培方法，其特征在于，包含以下步驟:
[0025]對溫室內部環境信息和溫室外部環境信息進行實時采集，并將采集的信息傳輸給處理器；
[0026]處理接收環境監測子系統實時采集的信息，并對實時采集的信息進行分析和處理，
[0027]依據處理器處理的信息控制灌溉營養液的肥料配比、灌溉方式及灌溉線路，并回收滲出的營養液，以實現循環利用。
[0028](三)有益效果
[0029]本發明提供一種日光溫室封閉式栽培系統及方法，通過環境監測子系統對溫室內部環境信息和溫室外部環境信息進行實時采集，并將采集的信息傳輸給處理器；通過處理器對環境監測子系統實時采集的信息進行分析和處理，通過水肥一體化灌溉子系統依據處理器處理的信息控制灌溉營養液的肥料配比、灌溉方式及不同的灌溉線路，并回收滲出的營養液，實現了循環利用。本發明針對傳統日光溫室生產中自動化程度低、土壤連作障礙嚴重、資源利用率低等問題，能有效提高日光溫室生產自動化程度，實現節水、節肥、保護環境、可持續發展的目標。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1為本發明實施例的一種日光溫室封閉式栽培系統的結構示意圖；
[0032]圖2為本發明實施例的一種日光溫室封閉式栽培系統的基質栽培子系統結構示意圖；
[0033]圖3為本發明實施例的一種日光溫室封閉式栽培方法的流程示意圖；
[0034]其中，其中，1-地溝，2-PE薄膜，3-栽培基質，4-營養液回流孔，5-回收支管道，6-回收主管道。
【具體實施方式】
[0035]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0036]實施例1:
[0037]如圖1所示，本發明實施例提供了一種日光溫室封閉式栽培系統，所述系統包括:環境監測子系統、處理器和水肥一體化灌溉子系統；
[0038]所述環境監測子系統，用于對溫室內部環境信息和溫室外部環境信息進行實時采集，并將采集的信息傳輸給處理器；
[0039]所述處理器，對所述環境監測子系統實時采集的信息進行分析和處理，
[0040]所述水肥一體化灌溉子系統，依據處理器處理的信息控制灌溉營養液的肥料配t匕、灌溉方式及灌溉線路，并回收滲出的營養液，以實現循環利用。
[0041]本發明實施例，通過環境監測子系統對溫室內部環境信息和溫室外部環境信息進行實時采集；通過處理器對環境監測子系統實時采集的信息進行分析和處理，通過水肥一體化灌溉子系統依據處理器處理的信息控制灌溉營養液的肥料配比、灌溉方式及不同的灌溉線路，并回收滲出的營養液，實現了循環利用。本發明針對傳統日光溫室生產中自動化程度低、土壤連作障礙嚴重、資源利用率低等問題，能有效提高日光溫室生產自動化程度，實現節水、節肥、保護環境、可持續發展的目標。
[0042]下面對本發明實施例進行詳細的說明:
[0043]優選的，所述環境監測子系統包括至少一個環境監測節點、室外氣象站和匯聚節點.
[0044]其中，所述環境監測節點通過至少一個室內傳感器監測溫室內環境參數，并通過無線傳輸方式將信息傳輸到匯聚節點；所述室外氣象站通過至少一個室外傳感器采集室外的溫度、濕度、光照強度、雨量、風向及風速信息，并通過無線方式將采集到的信息發送到匯聚節點；所述匯聚節點接收所述環境監測節點和所述室外氣象站發送的信息，并將接收的信息發送給處理器。
[0045]優選的，所述室內傳感器包括:空氣溫濕度傳感器、基質溫度傳感器、基質濕度傳感器、光照強度傳感器和C02濃度傳感器。[0046]優選的，所述室外傳感器包括:溫濕度傳感器、光輻射傳感器、雨量傳感器、風速傳感器和風向傳感器。
[0047]優選的，所述環境監測節點和所述室外氣象站通過433MHz或2.4GHz無線發射頻率與匯聚節點進行數據傳輸；所述匯聚節點通過485總線或無線方式與處理器進行連接。
[0048]優選的，所述水肥一體化灌溉子系統包括灌溉控制器、至少一個肥料罐、調酸罐、 混肥罐、至少一條灌溉線路和營養液回收子系統；
[0049]其中，所述灌溉控制器包含配肥控制模塊和灌溉控制模塊；
[0050]所述肥料罐中分別盛有不同類型的肥料母液，所述調酸罐中盛放酸液；所述肥料罐和所述調酸罐通過配肥管道和所述混肥罐連接，每條所述配肥管道均安裝電磁閥，所述配肥控制模塊根據預設程序控制所述電磁閥的開啟和關閉，實現不同的肥料實時在線配比。
[0051]優選的，所述混肥罐中配比完畢的營養液通過水泵向所述灌溉線路進行供給，所述灌溉控制模塊根據程序設定的灌溉模式，控制所述灌溉線路上電磁閥的啟停；
[0052]所述營養液回收子系統回收滲出的營養液，當回收罐中水位達到預設高度，通過水泵和電磁閥將收集的營養液抽取到混肥罐中，實現營養液的循環利用。
[0053]優選的，每個灌溉控制器控制至少一個灌溉線路，每個溫室中設置至少一個灌溉線路。
[0054]日光溫室封閉式栽培系統具體的工作過程為:如圖1所示，日光溫室內安裝若干個環境監測傳感器節點，每一個環境監測傳感器節點連接I個空氣溫濕度傳感器、I個光照強度傳感器、I個C02濃度傳感器、I個基質溫度傳感器和I個基質濕度傳感器，每個傳感器布署在溫室中特定位置；多個溫室中的環境監測節點共用一個匯聚節點，通過433MHz無線發射頻率進行數據傳輸，從傳感器節點將環境信息傳輸到匯聚節點，匯聚節點通過485 總線和處理器連接，或通過其它無線方式和處理器連接，最終將溫室內環境信息傳輸到處理進行分析和處理；溫室外部設置I個室外氣象站，氣象站連接有溫濕度傳感器、風速傳感器、風向傳感器、光輻射傳感器和雨量傳感器，同樣通過433MHz無線頻率將室外環境信息傳輸到匯聚節點。
[0055]處理根據當前的溫室內外環境信息、作物的生長情況來制定水肥一體灌溉控制方案，通過485總線連接到灌溉控制器，灌溉控制器控制營養液的供給和灌溉線路的啟停；營養液供給管道和灌溉管道連接有電磁閥，處理器程序控制電磁閥的開關，由此來實現營養液供給的開關和灌溉線路的啟停，I個灌溉控制器可以控制多個灌溉線路，每個溫室中可以設置I個或多個灌溉線路，根據具體情況有針對性的進行水肥一體化灌溉；每一個溫室中的灌溉線路都設置有營養液回收裝置，可以回收滲出的多余營養液，并通過循環管道將其注入營養液供給系統中，實現營養液的循環利用，達到節約水、肥的目的。
[0056]水肥一體化灌溉子系統的工作過程為:如圖1所示，根據具體情況可以設置2-7個肥料罐，每個肥料罐分別盛有不同類型的肥料母液，調酸罐中盛放酸液；肥料罐和調酸罐通過管道和混肥罐連接，每條管道均安裝電磁閥，配肥控制模塊根據設定程序控制電磁閥的開啟和關閉，實現不同的肥料在線配比；混肥罐中配比完畢的營養液在灌溉控制模塊的控制下向各個灌溉線路進行供給，灌溉控制模塊根據程序設定的灌溉模式控制電磁閥的開關提供不同模式的灌溉方案；滲出的多余營養液通過回收管道進行回收，當回收罐中水位達到一定高度后，通過水泵和電磁閥將收集的營養液抽取到混肥罐中，實現營養液的循環利用，具有良好的節水、節肥效果。
[0057]本發明實施例水肥一體化灌溉子系統的營養液回收環節還提供了基質栽培子系統:通過在地面上開挖種植溝，溝內放置用塑料薄膜完全包裹的栽培基質或者袋裝基質；在水平高度較低的一端薄膜底部或者基質袋底部打孔，并加裝尼龍過濾網；開孔通過回收支管和回收主管道相連，如圖2所示。
[0058]工作過程為:溫室內地面開溝I，溝呈南北走向，寬35厘米，深25厘米，南北落差5厘米-10厘米；溝內放置用PE薄膜2完全包裹或袋裝的栽培基質3 ;在水平高度較低的一端薄膜底部或基質袋打孔，并加裝尼龍過濾網4 ;開孔通過PVC、PE、PP等材質的回收支管道5和回收主管道6相連；這樣種植溝1，栽培基質3、營養液回流孔4、回收支管道5和回收主管道6構成封閉式基質栽培子系統，使栽培基質在避免與土壤接直接觸的同時，還能保持其溫度與土壤溫度基本持平，解決了傳統土栽模式中的常見的土傳病害問題，又能夠有效的利用土壤蓄熱能力保持作物根區溫度。
[0059]實施例2:
[0060]如圖3所示，本發明實施例還提供了一種日光溫室封閉式栽培方法，包含以下步驟:
[0061]對溫室內部環境信息和溫室外部環境信息進行實時米集,并將米集的信息傳輸給處理器；
[0062]處理接收環境監測子系統實時采集的信息，并對實時采集的信息進行分析和處理，
[0063]依據處理器處理的信息控制灌溉營養液的肥料配比、灌溉方式及灌溉線路，并回收滲出的營養液，以實現循環利用。
[0064]綜上所不，本發明提供一種日光溫室封閉式栽培系統及方法，針對傳統日光溫室生產中自動化程度低、土壤連作障礙嚴重、資源利用率低和環境污染等問題，有效的促進日光溫室產業創新與可持續性發展。
[0065]需要說明的是，在本文中術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0066]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種日光溫室封閉式栽培系統，其特征在于，所述系統包括:環境監測子系統、處理器和水肥一體化灌溉子系統； 所述環境監測子系統，用于對溫室內部環境信息和溫室外部環境信息進行實時采集，并將采集的信息傳輸給處理器； 所述處理器，對所述環境監測子系統實時采集的信息進行分析和處理， 所述水肥一體化灌溉子系統，依據處理器處理的信息控制灌溉營養液的肥料配比、灌溉方式及灌溉線路，并回收滲出的營養液，以實現循環利用。
2.如權利要求1所述的日光溫室封閉式栽培系統，其特征在于:所述環境監測子系統包括至少一個環境監測節點、室外氣象站和匯聚節點； 其中，所述環境監測節點通過至少一個室內傳感器監測溫室內環境參數，并通過無線傳輸方式將信息傳輸到匯聚節點；所述室外氣象站通過至少一個室外傳感器采集室外的溫度、濕度、光照強度、雨量、風向及風速信息，并通過無線方式將采集到的信息發送到匯聚節點；所述匯聚節點接收所述環境監測節點和所述室外氣象站發送的信息，并將接收的信息發送給處理器。
3.如權利要求2所述的日光溫室封閉式栽培系統，其特征在于:所述室內傳感器包括:空氣溫濕度傳感器、基質溫度傳感器、基質濕度傳感器、光照強度傳感器和C02濃度傳感器。
4.如權利要求2所述的日光溫室封閉式栽培系統，其特征在于:所述室外傳感器包括:溫濕度傳感器、光輻射傳感器、雨量傳感器、風速傳感器和風向傳感器。
5.如權利要求2所述的日光溫室封閉式栽培系統，其特征在于:所述環境監測節點和所述室外氣象站通過433MHz或2.4GHz無線發射頻率與匯聚節點進行數據傳輸；所述匯聚節點通過485總線或無線方式與處理器進行連接。
6.如權利要求1所述的日光溫室封閉式栽培系統，其特征在于:所述水肥一體化灌溉子系統包括灌溉控制器、至少一個肥料罐、調酸罐、混肥罐、至少一條灌溉線路和營養液回收子系統； 其中，所述灌溉控制器包含配肥控制模塊和灌溉控制模塊； 所述肥料罐中分別盛有不同類型的肥料母液，所述調酸罐中盛放酸液；所述肥料罐和所述調酸罐通過配肥管道和所述混肥罐連接，每條所述配肥管道均安裝電磁閥，所述配肥控制模塊根據預設程序控制所述電磁閥的開啟和關閉，實現不同的肥料實時在線配比。
7.如權利要求6所述的日光溫室封閉式栽培系統，其特征在于:所述混肥罐中配比完畢的營養液通過水泵向所述灌溉線路進行供給，所述灌溉控制模塊根據程序設定的灌溉模式，控制所述灌溉線路上電磁閥的啟停； 所述營養液回收子系統回收滲出的營養液，當回收罐中水位達到預設高度，通過水泵和電磁閥將收集的營養液抽取到混肥罐中，實現營養液的循環利用。
8.如權利要求6所述的日光溫室封閉式栽培系統，其特征在于:每個灌溉控制器控制至少一個灌溉線路，每個溫室中設置至少一個灌溉線路。
9.一種基于權利要求1~8中任一所述的日光溫室封閉式栽培系統的栽培方法,其特征在于，包含以下步驟: 對溫室內部環境信息和溫室外部環境信息進行實時采集，并將采集的信息傳輸給處理器； 處理接收環境監測子系統實時采集的信息，并對實時采集的信息進行分析和處理， 依據處理器處理的信息控制灌溉營養液的肥料配比、灌溉方式及灌溉線路，并回收滲出的營養液，以實現循環 利用。
【文檔編號】A01G9/14GK103548621SQ201310533710
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】汪懋華, 袁洪波, 李莉, 王海華, 尼克·西格里米斯 申請人:中國農業大學