專利名稱：一種溫室環境中CO<sub>2</sub>濃度自動調節裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于種植業技術領域，更具體地，涉及一種溫室環境中CO2濃度自動調節裝置。
背景技術：
在溫室、大棚和密閉的植物工廠等，施加CO2氣肥是增加產量的有效方法。在一定條件下，隨著CO2濃度的升高，光合作用增強。光合速率最大時的CO2濃度為飽和點，當CO2濃度超過飽和點過高，則會引起作物異常生長，葉片失綠黃化，卷曲畸形或壞死等。在種植過程中，人們希望按合理需求量產生CO2氣體，并能夠根據環境檢測的結果，自動調節CO2給氣量。不論物理法還是化學法制造CO2，采用開環控制的方法通常不容易達到精確定量的目的，從而影響最佳的生長效果。
發明內容為彌補上述缺陷，本實用新型提出一種溫室環境中CO2濃度自動調節裝置及調節方法，通過閉環控制，自動調節植物生長所需CO2的給氣量。為了解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現。技術方案一:—種溫室環境中CO2濃度自動調節裝置，其特征在于，所述裝置包括CO2氣體控制模塊，所述CO2氣體控制模塊的輸入端分別連接有光強度傳感器和CO2濃度傳感器，所述CO2氣體控制模塊的輸出端連接有CO2氣體發生模塊，所述光強度傳感器用于采集溫室環境的光強度；所述CO2濃度傳感器用于檢測溫室環境中CO2濃度；所述CO2氣體控制模塊根據所述光強度和所述CO2濃度進行控制所述CO2氣體發生模塊釋放CO2氣體。上述技術方案的特點和進一步改進在于:(I)所述CO2氣體發生模塊為裝有CO2氣體的氣罐，所述氣罐設有控制閥門。(2)所述C02氣體發生模塊為裝有碳酸氫銨的C02氣體容器，所述C02氣體容器內還設有加熱單元；所述碳酸氫銨化學反應方程式是:NH4HC03
Δ
=NH3 t H.....C02 4 Η20ο(3)所述CO2氣體控制模塊的輸出端還連接有報警模塊。技術方案二:一種溫室環境中C02濃度自動調節方法，其特征在于，所述方法包括光強度傳感器采集溫室環境的光強度，C02濃度傳感器檢測溫室環境中C02濃度；C02氣體控制模塊判定所述光強度適合光合作用，且所述C02濃度低于設定濃度下限時，C02氣體控制模塊控制C02氣體發生模塊釋放C02氣體。上述技術方案的特點和進一步改進在于:(I)當C02氣體發生模塊釋放設定時間的C02氣體后，C02濃度傳感器檢測到溫室環境中C02氣體濃度和釋放前環境中C02氣體濃度相同， 則C02氣體控制模塊控制報警模塊報警；同時，C02氣體控制模塊控制C02氣體發生模塊停止釋放C02氣體。(2)當溫室環境中C02的濃度高于設定濃度上限時，則C02氣體控制模塊控制C02氣體發生模塊停止釋放C02氣體。本實用新型采用閉環控制，精確控制植物所需CO2氣體的給定量，明顯促進植物生長，且結構簡單、易于實現。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型的技術方案作進一步詳細說明。
圖1為本實用新型實施例溫室環境中CO2濃度自動調節裝置結構示意圖；圖2為本實用新型實施例溫室環境中CO2濃度自動調節裝置中一種CO2氣體發生模塊結構示意圖；其中，1、光強度傳感器；2、CO2濃度傳感器；3、CO2氣體發生模塊；4、報警模塊；5、CO2氣體控制模塊；6、加熱單元；7、CO2氣體容器；8、CO2氣體。
具體實施方式參考附圖1，溫室環境中CO2濃度自動調節裝置包括CO2氣體控制模塊5，CO2氣體控制模塊5的輸入端分別連接有光強度傳感器I和CO2濃度傳感器2，光強度傳感器I采用光敏電阻、硅電池等，C02氣體控制模塊5的輸出端連接有CO2氣體發生模塊3和報警裝置
4,光強度傳感器I用于米集溫室環境的光強度；C02濃度傳感器2用于檢測環境中CO2濃度；CO2氣體控制模塊5根據光強度和CO2濃度進行控制CO2氣體發生模塊3釋放CO2氣體；報警模塊4用于報警。CO2濃度測量范圍為O—-5000 μ mo I mol_l，分辨率在5 μ mol mol_l。C02濃度傳感器2可選用BMG-C02-NDIR(2)型號。由于C02濃度傳感器2是模擬量輸出，故要求C02氣體控制模塊5采樣的精度達到千分之一。C02氣體控制模塊5可采用8位或16位的單片機，為了確保二氧化碳測量精度要求A/D接口具有10或12位的采樣精度，這樣可保證δμπιο mo Γ1分辨率。本實用新型單片機采用PIC16F1937型號，通過單片機上的10位A/D接口采集CO2濃度傳感器2信號。CO2氣體發生模塊3為裝有CO2氣體的氣罐，氣罐設有控制閥門，CO2氣體控制模塊5輸出端與控制閥門連接，控制該控制閥門的啟閉。參考附圖2，CO2氣體發生模塊3為裝有碳酸氫銨的CO2氣體容器7，CO2氣體容器7還設有加熱單元6，加熱單元6用于給碳酸氫銨加熱，碳酸氫銨受熱發生化學反應，釋放出CO2氣體8，碳酸氫銨化學反應方程式是=NH4FiCO1殳NH3 t +CO2 _+_Η20，其中，CO2釋放量是通過加熱和停止加熱來控制的，故加熱單元6采用碳纖維加熱絲、PTC或其他等效的加熱方式。本實用新型加熱單元6采用碳纖維加熱絲為例，碳纖維加熱絲熱膨脹系數小，耐疲勞性也較好。當有電流通過加熱單元6時就會產生熱量，而熱量的大小由電流和加熱單元的功率決定。加熱單元6要求比重輕、熱容小、有一定的抗拉強度，這樣斷電后加熱效果可以馬上停止，同時其耐熱值應大于80度。另外，產生C02的同時還伴隨氨氣，氨氣對于植物生長很有利。解決的方法是利用氨氣溶于水的特性，用吸收法來限制氨氣在空氣中濃度。用裝有水的桶來溶解氨氣，所釋放的二氧化碳通過水桶后經過管道輸送到密閉的溫室或植物工廠中。本實用新型溫室環境中CO2濃度自動調節方法具體如下:步驟一:光強度傳感器I采集溫室環境的光強度；步驟二:C02濃度傳感器2檢測溫室環境中CO2濃度；步驟三:C02氣體控制模塊5判斷采集的光強度是否適合光合作用；如果是，轉入步驟四；如果否，轉入步驟一；步驟四:C02氣體控制模塊5判斷溫室環境中CO2濃度是否低于設定濃度下限時，如果低于設定濃度下限，則轉入步驟六；如果不低于設定濃度下限，則轉入步驟五；實際大氣中的CO2濃度通常是300-500 μ mo I mol-1左右，而當濃度達到800-1500 μ mo I mol-1時，對植物生長的促進作用比較明顯，因此，可將最適合范圍的下限值設置為 700ymol mol-1 ο步驟五:判斷環境中CO2的濃度是否高于設定濃度上限時，如果高于，則轉入步驟十，如果不高于設定濃度上限，則轉入步驟六；實際中綜合效果和經濟性，不一定采用飽和濃度，而是以最適合范圍的濃度上限為 IOOOymol mol-1。步驟六:C02氣體控制模塊5控制CO2氣體發生模塊3釋放CO2氣體；步驟七:3小時(由氣體控制模塊5設定)后，CO2濃度傳感器2檢測環境中CO2的濃度；當CO2氣體發生模塊3設置為CO2氣體的氣罐時,釋放氣體后環境中CO2濃度未變化，則轉入步驟八；當CO2氣體發生模塊3設置為裝有碳酸氫銨的CO2氣體容器時，釋放氣體后環境中CO2濃度未變化，則轉入步驟九；步驟八:當CO2氣體發生模塊3釋放CO2氣體3小時后，CO2濃度傳感器2檢測到環境中C02氣體濃度和釋放前環境中C02氣體濃度相同,CO2氣體控制模塊5控制報警模塊4報警；同時，CO2氣體控制模塊5控制CO2氣體發生模塊3停止釋放CO2氣體；步驟九:當CO2氣體發生模塊3釋放CO2氣體3小時后，CO2濃度傳感器2檢測到環境中CO2氣體濃度和釋放前環境中CO2氣體濃度相同，則CO2氣體控制模塊5控制報警模塊4報警，警示CO2氣體發生模塊發生故障；同時，加熱單元6停止加熱，碳酸氫銨不再分解CO2;步驟十:當環境中CO2的濃度高于設定濃度上限時，CO2氣體控制模塊5控制CO2氣體發生模塊3停止釋放CO2氣體。實際中取3小時最大值未超過850 μ mol mol_l時,報警可以提醒用戶檢查原料是否耗盡或是否由通風造成的影響。當CO2氣體發生模塊3設置為CO2氣體的氣罐時，CO2氣體控制模塊5關閉氣罐閥門；當CO2氣體發生模塊3設置為裝有碳酸氫銨的CO2氣體容器時，停止給加熱單元6通電。本實用新型技術方案，可以精確控制植物所需CO2氣體的給定量，明顯促進植物生長。經試驗效果如下:一是促進根系生長，植物根量比對照增加接近I倍；二是促進植物葉面生長，使葉片更厚，葉面積比對照增加20-40%;三是植物的干物質增加、產量提高，例如生菜可提高產量30%，黃瓜增加25%，西紅柿增加20%。另外，本實用新型技術方案結構簡單、易于實現。[0045] 本實用新型還有多種實施方式，但凡在本實用新型的精神和實質范圍內，所作的任何改變、等同替換、改進，均在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種溫室環境中CO2濃度自動調節裝置，其特征在于，所述裝置包括CO2氣體控制模塊，所述CO2氣體控制模塊的輸入端分別連接有光強度傳感器和CO2濃度傳感器，所述CO2氣體控制模塊的輸出端連接有CO2氣體發生模塊，所述光強度傳感器用于采集溫室環境的光強度；所述CO2濃度傳感器用于檢測溫室環境中CO2濃度；所述CO2氣體控制模塊根據所述光強度和所述CO2濃度進行控制所述CO2氣體發生模塊釋放CO2氣體。
2.如權利要求1所述的溫室環境中CO2濃度自動調節裝置，其特征在于，所述CO2氣體發生模塊為裝有CO2氣體的氣罐，所述氣罐設有控制閥門。
3.如權利要求1所述的溫室環境中CO2濃度自動調節裝置，其特征在于，所述CO2氣體發生模塊為裝有碳酸氫銨的CO2氣體容器。
4.如權利要求3所述的溫室環境中CO2濃度自動調節裝置，其特征在于，所述CO2氣體容器內還設有加熱單元。
5.如權利要求1所述的溫室環境中C02濃度自動調節裝置，其特征在于，所述CO2氣體控制模塊的輸出端還連接有報警模塊。
6.如權利要求5所述的溫室環境中CO2濃度自動調節裝置，其特征在于，當所述報警模塊報警時，所述CO2氣體發生模塊停止釋放CO2氣體。
專利摘要本實用新型屬于種植業技術領域，公開了一種溫室環境中CO2濃度自動調節裝置。其裝置包括CO2氣體控制模塊，所述CO2氣體控制模塊的輸入端分別連接有光強度傳感器和CO2濃度傳感器，所述CO2氣體控制模塊的輸出端連接有CO2氣體發生模塊，所述光強度傳感器用于采集溫室環境的光強度；所述CO2濃度傳感器用于檢測溫室環境中CO2濃度；所述CO2氣體控制模塊根據所述光強度和所述CO2濃度進行控制所述CO2氣體發生模塊釋放CO2氣體。本實用新型技術方案可以精確控制植物所需CO2的給定量，且結構簡單、易于實現。
文檔編號G05B19/042GK202998950SQ20122055368
公開日2013年6月19日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者王 琦, 李文輝 申請人:西安金諾光電科技有限公司