基于农业物联网的CO2气肥智能加施系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于农业物联网的CO2气肥智能加施系统，包括CO2储气瓶、CO2浓度传感器、气体压力传感器、气体流量传感器、离心风扇、减压阀、控制器、电磁阀、继电器、上位机、人机交互单元；所述的减压阀输入口连接CO2储气瓶的出气口，减压阀的输出口连接离心风扇的输入口，在减压阀的输入口和输出口之间的输气管上分别设置有气体压力传感器、气体流量传感器、电磁阀；本实用新型专利技术解决了设施环境中CO2实时监测和施肥不均匀等问题，有效促进植物光合作用、呼吸作用、蒸腾作用和水分利用率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及基于农业物联网的CO2气肥智能加施系统，特别适用于设施种植环境中CO2气肥加施，属于农业物联网

技术介绍
本技术创造前，设施种植环境中CO2气肥加施主要有4种方式：(1)干冰埋放法。在温室内每平方米挖一个坑，坑内埋入少量干冰，利用固态CO2在常温下气化升华的原理，使CO2可缓慢地释放到温室内。这种方法运输成本高，使用不方便，且气体自由释放，无法实现可控管理。(2)化学反应生成法。是利用碳酸氢铵与硫酸在特制容器内反应，产生的CO2通过排气管释放到温室中，供给作物。这种方法成本较低，操作简单安全，但反应速度随外界温度升高而加快，不易控制。(3)CO2发生炉法。用燃烧焦炭、天然气、丙烷、石蜡、白煤油等碳氢燃料的方法生成CO2，排放到温室中。这种方法在燃烧过程中会产生有害气体，对温室内环境造成污染。(4)钢瓶液态CO2。将储存在钢瓶中的液态CO2以气体的形态释放到温室中。这种方法操作简单、成本低、无污染。目前我国设施农业中CO2加富方法主要存在气源杂质多、自动化水平较低的问题，需要采用纯净的CO2气源，增强CO2加富过程中的可控性。CO2气肥智能加施技术是设施农业中温室环境控制与植物生理生长监控中的关键技术。利用传感器技术实时监测环境中的CO2浓度，应用智能控制算法，根据植物生长需求，准确地控制CO2的释放时间与流量，提高植物光合作用速率，促进植物生物量的积累。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于农业物联网的CO2气肥智能加施系统。为了实现以上目的，本技术的技术方案是：基于农业物联网的CO2气肥智能加施系统，包括CO2储气瓶、CO2浓度传感器、气体压力传感器、气体流量传感器、离心风扇、减压阀、控制器、电磁阀、继电器、上位机、人机交互单元；所述的减压阀输入口连接CO2储气瓶的出气口，减压阀的输出口连接离心风扇的输入口，在减压阀的输入口和输出口之间的输气管上分别设置有气体压力传感器、气体流量传感器、电磁阀；所述的CO2浓度传感器用于采集农作物周围的CO2浓度；所述的CO2浓度传感器、气体压力传感器、气体流量传感器采集的信号输入到控制器；控制器通过继电器控制电磁阀的开关；所述的控制器与所述的上位机通信；人机交互单元与上位机连接。进一步，所述的控制器采用PLC-MT系列的PZ-36MT-3DA-3AD控制器。进一步，所述的人机交互单元采用触摸屏实现。进一步，所述的控制器与所述的上位机采用串口通信。进一步，所述的控制器控制器控制离心风扇的左右摆动、上下摆动、开与关。进一步，所述的气体流量传感器采用MEMS气体质量气体流量传感器MF5700系列。进一步，所述的CO2传感器采用红外式CO2浓度变送器。进一步，所述的触摸屏采用广州微嵌公司的可编程HMI组态型工业触摸屏。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)本技术解决了传统农业CO2气肥加施方法中依赖化学反应造成的气源不纯、环境污染，从而影响作物生长和危害操作人员身体健康的问题。(2)本技术针对传统方法的加富过程不可控问题，采用可编程控制器控制CO2气体释放的流量与时间，可以实现封闭环境中CO2浓度加富的智能控制。(3)本技术基于无线传感器网络技术、嵌入式技术，对CO2浓度进行实时监测与调控，有效提高CO2浓度加富智能化水平。(4)本技术充分考虑植物生长需求，针对植物不同生长时期对CO2的不同需求，采用不同CO2补充策略，可以有效提高作物干物质积累，提高作物产量，降低了劳动强度，节约了劳动成本。(5)本技术系统硬件配置高，性能稳定，价格低廉。附图说明图1本技术的机械结构示意图。图2是图1另一个角度结构示意图。图3是图1又一个角度结构示意图。图4本技术电路原理示意图。图5本技术CO2浓度加富软件控制程序流程图。其中，1是离心风扇，2是输气管，3是控制器，4是触摸屏，5是CO2储气瓶，6是减压阀，7是气体流量传感器，8是整体支架，9是滑轮。具体实施方式下面结合附图，对本技术进一步的描述。基于农业物联网的CO2气肥智能加施系统，包括CO2储气瓶、CO2浓度传感器、气体压力传感器、气体流量传感器、离心风扇、减压阀、控制器、电磁阀、继电器、上位机、人机交互单元；所述的减压阀输入口连接CO2储气瓶的出气口，减压阀的输出口连接离心风扇的输入口，在减压阀的输入口和输出口之间的输气管上分别设置有气体压力传感器、气体流量传感器、电磁阀；所述的CO2浓度传感器用于采集农作物周围的CO2浓度；所述的CO2浓度传感器、气体压力传感器、气体流量传感器采集的信号输入到控制器；控制器通过继电器控制电磁阀的开关；所述的控制器与所述的上位机通信；人机交互单元与上位机连接。其中，所述的控制器采用PLC-MT系列的PZ-36MT-3DA-3AD控制器。所述的人机交互单元采用触摸屏实现。所述的控制器与所述的上位机采用串口通信。所述的控制器控制器控制离心风扇的左右摆动、上下摆动、开与关。所述的气体流量传感器采用MEMS气体质量气体流量传感器MF5700系列。所述的CO2传感器采用红外式CO2浓度变送器。所述的触摸屏采用广州微嵌公司的可编程HMI组态型工业触摸屏。图1、图2、图3，为本技术基于农业物联网的CO2气体浓度智能加施系统的三维模拟图，该装置主要由离心风扇1，输气管2，控制器3，触摸屏4，CO2储气瓶5，减压阀6，气体流量传感器7，整体支架8，滑轮9组成。该装置可以在温室不同位置灵活移动使用，离心风扇可以上下、左右摆动，可实现温室内CO2浓度快速加富；CO2浓度传感器均匀布置在温室中，实时监测温室内CO2浓度；控制箱采用防水防潮设计，能够适应温室的湿热环境，可在温室内长期放置，可以通过控制箱的面板按键灵活设定加浓程序，以适应不同作物需求。图4，CO2加浓控制器是CO2气肥加施器的核心部分，包括控制器、触摸屏(包括上位机和人机交互单元)、CO2浓度传感器、ZigBee网络、继电器、电磁阀、电源管理模块。系统控制器选用基于我国自主研发的PLC-MT系列的PZ-36MT-3DA-3AD控制器，该控制器内集成了ARM Cortex-M3(32位)核心处理器，性价比高、稳定性高、抗干扰能力强，能够可靠稳定地实现数据采集、存储、报警、通信等通用功能，可以本系统中智能控制与管理等要求。触摸屏选用广州微嵌公司的可编程HMI组态型工本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于农业物联网的CO2气肥智能加施系统，其特征在于，包括CO2储气瓶、CO2浓度传感器、气体压力传感器、气体流量传感器、离心风扇、减压阀、控制器、电磁阀、继电器、上位机、人机交互单元；所述的减压阀输入口连接CO2储气瓶的出气口，减压阀的输出口连接离心风扇的输入口，在减压阀的输入口和输出口之间的输气管上分别设置有气体压力传感器、气体流量传感器、电磁阀；所述的CO2浓度传感器用于采集农作物周围的CO2浓度；所述的CO2浓度传感器、气体压力传感器、气体流量传感器采集的信号输入到控制器；控制器通过继电器控制电磁阀的开关；所述的控制器与所述的上位机通信；人机交互单元与上位机连接。

【技术特征摘要】
1.基于农业物联网的CO2气肥智能加施系统，其特征在于，包括CO2储气瓶、CO2浓度传感器、气体压力传感器、气体流量传感器、离心风扇、减压阀、控制器、电磁阀、继电器、上位机、人机交互单元；
所述的减压阀输入口连接CO2储气瓶的出气口，减压阀的输出口连接离心风扇的输入口，在减压阀的输入口和输出口之间的输气管上分别设置有气体压力传感器、气体流量传感器、电磁阀；
所述的CO2浓度传感器用于采集农作物周围的CO2浓度；
所述的CO2浓度传感器、气体压力传感器、气体流量传感器采集的信号输入到控制器；
控制器通过继电器控制电磁阀的开关；
所述的控制器与所述的上位机通信；
人机交互单元与上位机连接。
2.根据权利要求1所述的基于农...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪小旵，张瑜，孙国祥，李永博，章永年，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32