基于LoRa的温室智能补光系统研制

由于天气的影响,温室作物面临着光照不足、时间短且不均匀的问题,针对此现象研制了温室智能补光系统。该系统包括环境因子的采集器与控制LED亮度的补光器2个部分,均采用高速、低功耗的STM32核心处理器,利用LoRa无线网络实现采集器与补光器之间的数据传输。系统获取光照、温度、CO2环境等数据,并依据基于遗传学算法优化后的温室作物补光数学模型和作物所需最佳红蓝光阈值,对温室内的作物自动补光;补光器采用节能且使用寿命长的红蓝灯相结合的LED点阵。试验结果表明,本系统可以实现实时监测环境因子并获取环境数据,实现温室内的自动化补光,具有实用价值。

日光温室番茄种植环境参数时空分布测试与分析

以种植番茄的日光温室为研究对象,利用自研发的监测系统对温室环境参数分区域和分层次采集,采用滤波法对环境参数的时空分布做出分析。结果表明,番茄日光温室水平方向光照强度室内是室外的69.0%~82.6%,呈现南强北弱、午前西强东弱、午后东强西弱、中部最好的特点;温度呈白天高于夜间、中部高于四周;湿度呈午前北高南低、午后北低南高;CO2浓度呈中部高于四周;土壤湿度变化较小;土壤温度呈现北高南低。垂直方向夜间0.2 m高处温度最高,1 m高处温度最低,其他3处(1.5,2.0,2.5 m)高度温度保持一致,白天高处温度高于低处,高度增加5 cm,温度增加2~5℃;湿度低处大于高处,0.2 m高处湿度全天为99.9%,且随高度增加湿度降低;土壤温度10 cm土层变化明显,20,30 cm土层温度变化缓慢,且深层温度高于浅层。该研究为日光温室设计建造提供参考,并明确了华北地区日光温室冬季内部环境参数的时空变化规律,为农户设施果蔬的种植与环境控制提供科学依据。

日光温室卷帘及通风口控制系统研制

针对华北地区日光温室管理自动化程度低、劳动强度大、可靠性差的问题,研制了日光温室卷帘及通风口控制系统。系统采用STM32MCU作为控制核心,通过采集温室内外光照度、温湿度调控卷帘和通风口,以使温室中平均昼温在18℃~25℃之间,夜温在9~12℃之间。将限位开关与多层次行程开关结合监测保温被的运行过程,实现闭环控制效果;卷膜机采用比例-积分-微分(PID)模糊控制算法实现通风口大小的自动调控;通用分组无线服务技术(GPRS)的短信息服务功能用于日光温室与用户的远程交互;用户可通过上位机设定不同的温度和光照度范围,以满足不同季节番茄的需求。本系统实现了日光温室无人管理下的保温被卷放和智能通风。实际运行结果表明,该系统可有效避免保温被的走偏和过卷,实现通风口大小的自动控制,既减轻了劳动强度,又缩短了工作时间,提高了日光温室管理效率。

温室环境因子对番茄叶温的影响

通过自研发的叶温与环境因子采集系统对叶温、室内光照强度、温湿度、CO2浓度、地温、土壤湿度长期实时监测,研究了温室中环境因子变化对番茄叶温的影响。结果表明,棉被揭开后,叶温与室内光照强度变化有相似的趋势,但二者变化存在一定差异;全天时间段叶温变化与室温变化一致;叶温变化与CO2浓度变化呈相反趋势;叶温与地温变化趋势相近,但地温变化滞后于叶温2~3 h;土壤湿度全天时间段变化微弱,室内湿度变化较大。室温直接影响着叶温的变化,室内光照强度、CO2浓度、土壤温度通过影响室温间接影响着叶温的变化。室温是影响番茄叶温的主要环境因子,通过指导室温变化提高作物新陈代谢,进而提高作物产量与品质。