优化植物生长的碳中和智慧工厂及智慧工厂控制方法技术

本说明书实施例提供了一种优化植物生长的碳中和智慧工厂及智慧工厂控制方法，其中，优化植物生长的碳中和智慧工厂包括：具有透光率的工厂围墙和顶部，生存环境控制装置，设置于工厂内部，基底模块，设置于工厂内部的下层，各种检测装置，监控模块，用于采集植物生长环境参数；中央控制器，用于根据监控模块采集的植物生长环境参数，按照数学模型的要求，分别调动智慧工厂的生存环境控制装置；生存环境控制装置包括：保温层，供养装置，给水装置，供二氧化碳装置，空气流动装置。本智慧工厂是采用智慧工具合理调节植物的光合作用中的各种环境因素，调节二氧化碳的供应比例，把大量二氧化碳逆变成氧气和有机物的一种碳中和的科研、生产活动场所。生产活动场所。生产活动场所。

【技术实现步骤摘要】
优化植物生长的碳中和智慧工厂及智慧工厂控制方法


[0001]本文件涉及碳中和、农林
、植物学、计算机技术、数学模型领域，尤其涉及一种优化植物生长的碳中和智慧工厂及智慧工厂控制方法。

技术介绍

[0002]植物光合作用吸收二氧化碳在阳光的作用下转变成生命需要的有机物，释放出氧气，实现二氧化碳逆变的碳中和过程。亿万年来，地球上绿色植物的光合作用将太阳光的能量转变为大量的有机物和他们的衍生物(煤炭、石油等)，近百年，特别是近几十年，现代工业、现代生活大量消耗能源，也就是大量排出二氧化碳，破坏了生态平衡。我们目前的自然绿化空间和种植农作物已经不能平衡工业生产产生的二氧化碳，需要一种新的手段来平衡这种大工业生产造成的二氧化碳失衡。
[0003]非常值得庆幸的是：在正常光照下，植物的光合作用二氧化碳的需求还远远大于目前自然环境中能够提供的二氧化碳，还缺少2
‑
5倍以上的二氧化碳。特别是在一些目前植物大棚里，在中午日照最强的时候，大棚的二氧化碳被光合作用大量吸收的情况下，二氧化碳甚至不到自然状态的30％，植物处于严重碳饥饿状态。
[0004]光合作用其主要包括光反应、暗反应两个阶段，涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳
‑
氧平衡具有重要意义。光合作用的总反应式为：
[0005]CO2+H2O
→
(CH2O)+O2；其中，(CH2O)表示糖类
[0006]当然在植物的生命生长过程中，除了光合作用以外，维持植物自身的生命过程也需要消耗糖类(CH2O)和氧气(O2)，生成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。
[0007]植物的生命生长过程和光合作用的过程是一个非常复杂的过程，对于每一种不同的植物，不同的生长阶段，不同的光照条件下，不同比例的二氧化碳浓度，对各种肥料的需求，都是不同的。因此，需要一种数学统计的方法，精确的统计出，某种植物在它发芽、幼苗、成长、开花、结果的各个时期对各种物质，比如氧气、二氧化碳、各种肥料、温度、光照等等的数据，需要这种植物白天、晚间的各种物质的需求和最佳供给的数据，这些数据可以通过正常生长过程统计，也可以改变植物的生长过程，通过实验得出。通过这些离散数据，分析建立数学模型。通过不断改进和完善这个数学模型，使该种植物得到最佳生长环境。植物的最佳生长环境，也是使用二氧化碳的最好的方式。当然也可以专门培养一些植物，专门主要用于大量消耗二氧化碳，产生更多的氧气，提高碳中和的程度，这些植物也可以作为饲料使用。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种优化植物生长的碳中和智慧工厂及智慧工厂控制方法，旨在解决现有技术中的上述问题。
[0009]本专利技术提供一种优化植物生长的碳中和智慧工厂，包括：
[0010]具有透光率的工厂围墙和顶部，所述工厂围墙和顶部用于完全隔绝工厂内部和外界环境；生存环境控制装置，设置于工厂内部，用于控制工厂内植物的生存环境；基底模块，设置于所述工厂内部的下层，可以1层到多层用于提供使植物扎根生长的材料环境；各种检测装置，用于检测工厂内部的植物生长环境参数；监控模块，用于采集植物生长环境参数，并将采集的植物生长环境参数存储在数据库中；中央控制器，用于根据所述监控模块采集的植物生长环境参数，按照数学模型的要求，分别调动智慧工厂的生存环境控制装置；其中，所述生存环境控制装置具体包括：设置于所述工厂围墙外部和顶部外部的保温层，用于为所述工厂内部提供温度保护；供养装置，用于为工厂内部的植物提供水和肥料；给水装置，用于为工厂内部的植物提供水分；供二氧化碳装置，用于为工厂内部的植物提供二氧化碳；空气流动装置，用于实现工厂内部空气的有序流动。
[0011]优选地，所述具有透光率的工厂围墙具体包括：设置于底部的支撑围墙和设置于所述支撑围墙上部的透明材料，所述顶部为透明材料。
[0012]优选地，所述基底模块包括多个自由移动或固定的模块结构，所述基底模块的空间安排为一层或多层。
[0013]优选地，所述生存环境控制装置进一步包括：
[0014]值班室，设置于工厂内部，内部设置有所述控制中心，并通过透明材料与所述工厂内部的植物生长环境隔离；
[0015]自动化设备，用于实现植物的自动播种、收割和搬运；
[0016]温度调节装置，用于对工厂内部的温度进行调节；
[0017]灯光装置，用于实现照明或者为植物的夜间光合作用提供光照；
[0018]光照度控制器，用于对工厂内部的光照度进行调节；
[0019]调压装置，用于调节工厂内部的压力值；
[0020]摄像头，用于对所述工厂内部进行监控，自动跟踪记录植物生长；
[0021]报警装置，用于出现异常状况时进行报警；
[0022]湿度控制器，用于控制工厂内部的给水量和给水方式，对工厂内部的湿度进行调节；
[0023]营养液控制器，用于对工厂内部的营养液进行控制；
[0024]保温层自动覆盖和分离装置，用于根据外界气候和光照自动或者人工机械覆盖和分离在智慧工厂围墙和顶部外部的保温材料；
[0025]供氧装置，用于为工厂内部的植物提供氧气；
[0026]通讯模块，用于实现智慧工厂与外界的通讯，实现人机交互。
[0027]优选地，所述各种检测装置具体包括以下至少之一：二氧化碳检测装置、氧气检测装置、氮气检测装置、温度检测装置、湿度检测装置、光照度检测装置、泥土或营养液中各种元素含量的检测装置。
[0028]本专利技术提供一种智慧工厂控制方法，用于上述优化植物生长的碳中和智慧工厂，该方法具体包括：
[0029]监控模块从安装在工厂内部的各种检测装置中采集所需的当前植物生长环境参数，输入到数据库中；
[0030]基于所述当前植物生长环境参数，中央控制器通过所述数学模型根据植物当前时
刻的生长状态，动态输出最佳运作条件下的植物生长环境参数，提供给中央控制器作为控制的依据，所述数学模型具体为：基于时间序列的数学模型，在植物生长的整个生命周期内，用统计学的数学方法描述的某种植物在每个生长时期的每天不同时刻、不同的光照下，所需要的植物生长环境参数，其中，所述植物生长环境参数具体包括：二氧化碳、氧气的不同比例，营养液中各种营养元素的不同比例，需要的最佳温度和湿度等。其中，所述最初的数据模型根据专家建议进行初始设置形成的，并且在智慧工厂的运行中不断发展；
[0031]中央控制器基于所述数学模型输出的最佳运作条件下的植物生长环境参数控制所述智慧工厂内的生存环境控制装置，改变工厂内植物的生存环境。
[0032]优选地，所述当前植物生长环境参数和所述最佳运作条件下的植物生长环境参数具体包括：智慧工厂内各种气体的含量比、智慧工厂各处的温度、湿度、光照、以及土壤或营养液中的各种元素的含量，其中，所述各种气体为以下至少之一：二氧化碳、氧气、氮气。
[0033]优选地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优化植物生长的碳中和智慧工厂，其特征在于，包括：具有透光率的工厂围墙和顶部，所述工厂围墙和顶部用于完全隔绝工厂内部和外界环境；生存环境控制装置，设置于工厂内部，用于控制工厂内植物的生存环境；基底模块，设置于所述工厂内部的下部，用于提供使植物扎根生长的材料环境；各种检测装置，用于检测工厂内部的植物生长环境参数；监控模块，用于采集植物生长环境参数，并将采集的植物生长环境参数存储在数据库中；中央控制器，用于根据所述监控模块采集的植物生长环境参数，按照数学模型的要求，分别调动智慧工厂的生存环境控制装置；其中，所述生存环境控制装置具体包括：设置于所述工厂围墙外部和顶部外部的保温层，用于为所述工厂内部提供温度保护；供养装置，用于为工厂内部的植物提供水和肥料；给水装置，用于为工厂内部的植物提供水分；供二氧化碳装置，用于为工厂内部的植物提供二氧化碳，调节二氧化碳的比例，完成将二氧化碳逆变为氧气和有机物的碳中和过程；空气流动装置，用于实现工厂内部空气的有序流动。2.根据权利要求1所述的优化植物生长的碳中和智慧工厂，其特征在于，所述具有透光率的工厂围墙具体包括：设置于底部的支撑围墙和设置于所述支撑围墙上部的透明材料，所述顶部为透明材料。3.根据权利要求1所述的优化植物生长的碳中和智慧工厂，其特征在于，所述基底模块包括多个自由移动或固定的模块结构，所述基底模块的空间安排为一层或多层。4.根据权利要求1所述的优化植物生长的碳中和智慧工厂，其特征在于，所述生存环境控制装置进一步包括：值班室，设置于工厂内部，内部设置有所述控制中心，并通过透明材料与所述工厂内部的植物生长环境隔离；自动化设备，用于实现植物的自动播种、收割和搬运；温度调节装置，用于对工厂内部的温度进行调节；灯光装置，用于实现照明或者为植物的夜间光合作用提供光照；光照度控制器，用于对工厂内部的光照度进行调节；调压装置，用于调节工厂内部的压力值；摄像头，用于对所述工厂内部进行监控，自动跟踪记录植物生长；报警装置，用于出现异常状况时进行报警；湿度控制器，用于控制工厂内部的给水量和给水方式，对工厂内部的湿度进行调节；营养液控制器，用于对工厂内部的营养液进行控制；保温层自动覆盖和分离装置，用于根据外界气候和光照自动或者人工机械覆盖和分离在智慧工厂围墙和顶部外部的保温材料；供氧装置，用于为工厂内部的植物提供氧气；通讯模块，用于实现智慧工厂与外界的通讯，实现人机交互。5.根据权利要求1所述的优化植物生长的碳中和智慧工厂，其特征在于，所述各种检测装置具体包括以下至少之一：二氧化碳检测装置、氧气检测装置、氮气检测装置、温度检测装置、湿度检测装置、光照度检测装置、泥土或营养液中各种元素含量的检测装置。6.一种智慧工厂控制方法，其特征在于，用于权利要求1至5中任一项所述的优化植物生长的碳中和智...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓珑，
申请(专利权)人：王晓珑，
类型：发明
国别省市：