一种非热带地区火龙果种植大棚保温系统及保温方法

1.本发明涉及火龙果种植技术领域，具体涉及一种非热带地区火龙果种植大棚保温系统及保温方法。


背景技术：

2.火龙果味道香甜，具有很高的营养价值，它集于水果、花蕾、蔬菜、医药等优点于一身，是一种绿色、环保果品和具有一定疗效的保健营养食品。由于火龙果市场需求量大，长途运输损耗大，很多亚热带、温带地区逐步摸索温室栽培。目前，在我国最冷月最低气温《5℃的地区火龙果一般均采用温室大棚种植。在晴天时，阳光照射到大棚的塑料膜上，大棚开始吸收热量，且大棚内部产生温室效应，使得大棚内部温度升高。而在阴天或夜间气温较低，大棚无阳光照射，此时大棚内的热量快速流失，大棚温度降低。为避免火龙果植株被低温冻伤，有时候需要在大棚外人工覆盖保温帘、覆盖多层塑料或者大棚内烧碳增温等措施，当太阳出来温度上升后再人工取下撤去保温帘或塑料薄膜，操作繁琐、工作量大。


技术实现要素：

3.基于上述表述，本发明提供了一种非热带地区火龙果种植大棚保温系统及保温方法，以解决人工操作繁琐、工作量大的问题。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
5.一种非热带地区火龙果种植大棚保温系统，包括大棚本体，所述大棚本体包括基座、架设在基座上的拱形骨架、以及铺设在骨架外部的塑料膜，还包括保温系统，所述保温系统包括铺设在塑料膜的外表面上的保温帘、用于牵引保温帘移动的两组收卷机构、用于控制收卷机构的控制装置以及设置在大棚外部用于检测环境光照度的光照度检测模块，所述两组收卷机构对称设置在大棚的左侧和右侧，所述保温帘的左右两侧分别与两组收卷机构连接；所述光照度检测模块与控制装置连接，用于向控制装置反馈检测到的光照度值，所述控制装置将检测到的光照度值与预设的光照度值进行比较，当前者大于后者时，所述控制装置根据当前的阳光照射角度控制收卷机构牵引保温帘移动，使保温帘覆盖住塑料膜的背阳区域。
6.作为优选方案：还包括用于检测大棚外部环境温度的室外温度检测模块和用于检测大棚内部温度的室内温度检测模块，所述室外温度检测模块和室内温度检测模块与所述控制装置连接，当检测到环境光照度大于预设的光照度值时，所述控制装置还采集室外温度检测模块和室内温度检测模块检测到的温度值，并计算两者的差值，当室外温度低于室内温度且两者的温度差值大于预设差值时，所述控制装置不控制收卷动作，使保温帘保持在原位。
7.作为优选方案：所述收卷机构包括电机，所述电机转轴上同轴固定有滚筒，所述电机的转轴的前端设置有辅助支撑板，所述电机的转轴前端与辅助支撑板转动连接，所述保温帘的边缘连接有牵引绳，所述牵引绳的另一端与滚筒的圆周面连接固定，所述电机的转
轴穿过辅助支撑板，所述电机的转轴的前端部同轴固定有主动轮，所述辅助支撑板上装有角度编码器，所述角度编码器的转动轴上同轴固定有从动轮，所述主动轮和从动轮之间通过传动带连接，所述角度编码器与所述控制装置连接。
8.作为优选方案：所述拱形骨架包括支撑架、内骨架和外骨架，支撑架的两端与基座连接固定，所述支撑架的上方设置有内骨架，所述内骨架与支撑架之间通过支撑柱连接，所述塑料膜铺设在内骨架上方，所述外骨架架设在塑料膜的上方，所述外骨架的两端与基座连接固定，所述保温帘铺设在外骨架上。
9.作为优选方案：所述支撑柱具有弹性，所述内骨架上安装固定有振动马达，所述振动马达与控制装置连接并受控于控制装置，在太阳落山时，所述控制装置控制收卷机构牵引保温帘复位，从而将塑料膜完全覆盖；当保温帘完全覆盖住塑料膜后，控制装置控制收卷机构左右交替牵引保温帘移动，同时控制装置控制振动马达发出振动。
10.作为优选方案：所述保温帘为多层复合结构，由外向内依次为气泡层、热反射膜和保护膜，其中保护膜用于与塑料膜接触，气泡层面向大棚的外部。
11.一种非热带地区火龙果种植大棚的保温方法，包括以下步骤：
12.s1.结合当地的日出日落规律，得到每天日出日落时间，获取每天白天各个时间段内太阳在天空中的位置，即可以确定每天白天各个时间段内阳光的照射角度，通过试验模拟不同的阳光照射角度下大棚塑料膜的面阳区域和背阳区域；
13.s2.在大棚的塑料膜上盖上保温帘，在大棚的两侧设置用于牵引保温帘左右移动的收卷机构，通过试验得出收卷机构的收卷方向及收卷量与大棚塑料膜背阳区域的对应关系；
14.s3.在白天对室外环境光照度进行检测，当环境光照度大于预设的光照度值时，根据当前时间段太阳在天空中的位置得到阳光的照射角度，从而获知当前时间段大棚塑料膜的面阳区域和背阳区域；
15.s4.控制收卷机构动作，从而牵引保温帘移动，使保温帘覆盖住大棚塑料膜的背阳区域。
16.作为优选方案：在执行s4步骤时还对室外环境温度和大棚内的温度进行检测，当室外温度低于室内温度且两者的温度差值大于预设差值时，不控制收卷机构动作，保温帘保持在原位。
17.作为优选方案：当环境光照度大于预设的光照度时系统开始调节保温帘的覆盖区域，之后若光照度检测模块检测到的光照度低于预设的光照度值时，开始计时，在计时过程中当检测到的光照度值大于预设的光照度值时，计时清零，当计得的时间大于预设时间后，控制收卷机构牵引保温帘复位。
18.作为优选方案：通过在大棚的拱形骨架上安装振动装置，在太阳落山时，控制收卷机构牵引保温帘复位，使保温帘完全将塑料膜覆盖，接着控制收卷机构左右交替牵引保温帘移动，同时控制振动装置发出振动，将保温帘与塑料膜之间的空气排出。
19.与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：
20.该保温系统在大棚塑料膜上覆盖保温帘，通过检测环境光照度值，当光照度充足时控制收卷机构牵引保温帘移动，使保温帘覆盖住塑料膜的背光区域，而塑料膜的面光区域完全暴露并受到阳光的直射，如此既能保证大棚内火龙果对光线的有效吸收，又能最大
限度减少大棚背光区热量的散失。通过该系统可以代替人工操作，操作更简单便捷，大幅降低工人的工作量。
附图说明
21.图1为实施例一种的种植大棚的结构示意图；
22.图2为图1中的a部放大图；
23.图3为图1中的b部放大图；
24.图4为图1中的c部放大图；
25.图5为实施例一中的保温帘的层结构示意图；
26.图6为实施例一中的控制装置的电路框图。
27.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
28.1、基座；2、支撑架；3、支撑柱；4、内骨架；5、立柱；6、塑料膜； 7、外骨架；8、保温帘；9、第一电机；10、第二电机；11、安装座；12、转轴；13、辅助支撑板；14、滚筒；15、牵引绳；16、引导轮；17、轮架； 18、主动轮；19、角度编码器；20、从动轮；21、传动带；22、室外温度检测模块；23、室内温度检测模块；24、光照度检测模块；25、顶杆；26、振动马达。
具体实施方式
29.实施例一：
30.一种非热带地区火龙果种植大棚保温系统，包括大棚本体和保温机构。
31.大棚本体包括基座1、架设在基座1上的拱形骨架、以及铺设在骨架外部的塑料膜6。
32.参照图1和图2，保温机构包括铺设在塑料膜6的外表面上的保温帘8，以及用于牵引保温帘8移动的两组收卷机构，两组收卷机构对称设置在大棚的左侧和右侧。保温帘8的面积稍大于塑料膜6的面积，使得保温帘8能够完全覆盖住塑料膜6。
33.本实施例中的两组收卷机构定义为第一收卷机构和第二收卷机构，第一收卷机构和第二收卷机构的结构相同。
34.以第一收卷机构为例，本实施例中的第一收卷机构包括第一电机9，第一电机9通过安装座11固定在大棚的左侧(大棚的左右两侧分别面向东方和西方，太阳在东升西落的过程中先是照射到大棚左侧，然后逐渐向右侧移动照射大棚，最后从大棚的右侧落山)，第一电机9的转轴12上同轴固定有滚筒14，在第一电机9的转轴12的前端设置有辅助支撑板13，第一电机9 的转轴12前端与辅助支撑板13转动连接。
35.保温帘8的左侧边缘连接有牵引绳15，牵引绳15的另一端与滚筒14 的圆周面连接固定。在保温帘8完全覆盖住保温膜的情况下，当第一电机9 转动时会驱动滚筒14同步转动，滚筒14开始收卷牵引绳15进而向左收卷保温帘8，此时塑料膜6的右侧被保温帘8覆盖的面积变小，塑料膜6的右侧被阳光直射的面积增大。
36.同样的，保温帘8的右侧边缘也连接有牵引绳15，右侧牵引绳15的另一端与第二收卷机构的滚筒14(即第二滚筒14，图中未示出)的圆周面连接固定。在保温帘8完全覆盖住保温膜的情况下，当第二收卷机构的第二电机10转动时会驱动第二滚筒14同步转动，第二滚筒14开始收卷牵引绳15 进而向右收卷保温帘8，此时塑料膜6的左侧被保温帘8覆盖的面积
变小，塑料膜6的左侧被阳光直射的面积增大。
37.如图2所示，第一电机9的转轴12穿过辅助支撑板13，在第一电机9 的转轴12的前端部同轴固定有主动轮18，在辅助支撑板13上装有角度编码器19，角度编码器19的转动轴上同轴固定有从动轮20，主动轮18和从动轮20之间通过传动带21连接。当第一电机9转动时带动主动轮18同步转动，主动轮18通过传动带21驱动从动轮20同步转动，从而能驱动角度传感器的转动轴同步转动。
38.该系统还包括控制装置，参照图6，控制装置包括主控模块、第一电机 9驱动模块、第二电机10驱动模块、存储模块和电源模块。该系统还包括光照度检测模块24，光照度检测模块24用于检测环境中的阳光照度值，光照度检测模块24通过顶杆25固定在地面上，光照度检测模块24的高度高于大棚的高度，以避免光线被大棚遮挡造成检测不准。
39.光照度检测模块24的信号输出端与主控模块的采样信号输入端连接；角度编码器19的信号输出端与主控模块的采样信号输入端连接；第一电机9 驱动模块的信号输入端与主控模块的控制信号输出端连接，第一电机9驱动模块的驱动信号输出端与第一电机9的驱动端连接；第二电机10驱动模块的信号输入端与主控模块的控制信号输出端连接，第二电机10驱动模块的驱动信号输出端与第二电机10的驱动端连接；存储模块与主控模块的读写端连接，存储模块用于存储第一电机9和第二电机10的控制参数；电源模块用于给角度编码器19和各个模块供电，第一电机9和第二电机10还需要连接工作电源。
40.该系统在运行前，需要结合当地的日出日落规律，得到每天日出日落时间，从而可以获知每天白天各个时间段内太阳在天空中的位置，即可以确定各个时间段内阳光的照射角度。通过试验模拟不同的阳光照射角度下大棚的塑料膜6被阳光直射的区域，即面阳区域，间接获得未被阳光直射的区域，即背阳区域；再通过试验得出收卷机构的收卷方向及收卷量与背阳区域的对应关系，即朝哪个方向收卷以及收卷多少可以使保温帘8覆盖住背阳区域。通过上述模拟和计算就能得到阳光的各个照射角度与第一电机9和第二电机 10的控制参数(即转动方向和转动角度)的对应关系，定义该对应关系为照射角-电机控制参数表。
41.将照射角-电机控制参数表写入到存储模块中。
42.在初始状态下(夜间)，保温帘8完全覆盖住塑料膜6。系统运行时，光照度检测模块24检测环境中的阳光光照度，并将检测结果反馈至主控模块，主控模块将检测到的光照度值与预设的光照度值进行对比，当前者大于后者时，判断为晴天，此时环境中光照度比较充足。当主控模块判断出为晴天时，从内部计时器获取当前日期和时间，进而得到当前阳光照射角和电机的控制参数，主控模块从存储模块中读取当前的电机控制参数，并根据控制参数向第一电机9驱动模块和第二电机10驱动发送控制信号，第一电机9 驱动模块和第二电机10驱动模块接收到控制信号后分别控制第一电机9和第二电机10转动，直至第一电机9和第二电机10转动至所需角度(为防止保温帘8收到较大的拉扯力，第一电机9和第二电机10始终是保持同向且同步转动)，在此过程中角度编码器19实时检测第一电机9的转动角度，并将检测结果反馈至主控模块，主控模块将角度检测结果与控制参数中的角度值进行比对，当两者相等时，认为第一电机9和第二电机10已经转动至所需角度。
43.在此状态下，保温帘8刚好覆盖住塑料膜6的背光区域，而塑料膜6的面光区域完全暴露并受到阳光的直射。如此既能保证大棚内火龙果对光线的有效吸收，又能最大限度减少大棚背光区热量的散失。
44.本实施例中，主控模块每间一小时读取一次阳光照射角，并对第一电机 9和第二电机10执行相应的控制，即每隔一个小时对保温帘8的位置进行调整，使保温帘8能跟随阳光照射角度的变化，始终覆盖住大棚的背光区域，而大棚的面光区域始终能受到阳光的直射。
45.当到了太阳落山的时间，主控模块控制第一电机9和第二电机10牵引保温帘8复位，此时保温帘8完全覆盖住塑料膜6，系统回到初始状态。如此能在夜间有效延缓大棚内热量的散失，起到良好的保温效果，避免火龙果因夜间低温冻伤。
46.在白天时段，当环境光照度大于预设的光照度时系统开始调节保温帘8 的覆盖区域，之后若光照度检测模块24检测到的光照度低于预设的光照度值时，主控模块开始计时，在计时过程中当检测到的光照度值大于预设的光照度值时，计时清零，当计得的时间大于预设时间后，主控模块控制第一电机9和第二电机10牵引保温帘8复位。通过上述措施可以在白天当光照度受到云层的影响时，且云层遮住太阳比较久时自动将保温帘8恢复至原始状态。而当光照度恢复后，主控模块再次控制第一电机9和第二电机10牵引保温帘8移动至所需位置。
47.如此可以使大棚可以高效利用阳光和吸收热量，并能有效减少大棚热量的散失。
48.如图2所示，本实施例中的大棚保温系统还包括室外温度检测模块22 和室内温度检测模块23。其中，室外温度检测模块22安装在大棚外部，其用于检测大棚外的环境温度；室内温度检测模块23安装在大棚内部，其用于检测大棚内的温度。
49.如图6所示，室外温度检测模块22和室内温度检测模块23与主控模块的采样信号输入端连接。
50.在白天时段，当检测到环境光照度大于预设的光照度值时，主控模块还采集室外温度检测模块22和室内温度检测模块23检测到的温度值，并计算两者的差值，当室外温度低于室内温度且两者的温度差值大于预设差值时，主控模不向第一电机9驱动模块和第二电机10驱动模块发送控制信号，此时第一电机9和第二电机10不动作，保温帘8保持在原位，塑料大棚被完全覆盖。因为在室外温度值低于室内温度值较多时，即便是有充足的光照度，大棚吸收热量的速率也可能会小于散失热量的速率，此时若移动保温帘8，可能起不到提升室内温度的左右，反而会造成大棚热量加速流失，不利于保温。因此，当室外光照度达到要求，且室外温度与室内温度相差不是太大时才启动第一电机9和第二电机10牵引保温帘8移动。
51.参照图1、图3和图4，本实施例中的拱形骨架包括支撑架2、内骨架4 和外骨架7，支撑架2的两端与基座1连接固定，支撑架2的中部由立柱5 支撑，支撑架2的上方设置有内骨架4，内骨架4与支撑架2之间通过支撑柱3连接，塑料膜6铺设在内骨架4上方，外骨架7架设在塑料膜6的上方，外骨架7的两端与基座1连接固定，保温帘8铺设在外骨架7上。外骨架7 对保温帘8起到额外的支撑作用，且能起到一定的间隔和润滑的作用，可以减小保温帘8移动时的摩擦阻力。
52.本实施例中的支撑柱3具有弹性，并在内骨架4上安装固定有振动马达 26。
53.如图6所示，控制装置还包括马达驱动模块，马达驱动模块的信号输入端与主控模块的控制信号输出端连接，马达驱动模块的驱动信号输出端与振动马达26的驱动端连接。
54.该系统运行时，在太阳落山时，主控模块控制第一电机9和第二电机 10牵引保温
帘8复位，将塑料膜6完全覆盖。当保温帘8完全覆盖住塑料膜 6后，主控模块控制第一电机9和第二电机10循环正反交替转动一定角度，从而牵引保温帘8交替左右拉扯，同时主控模块向马达驱动模块发送控制信号，控制振动马达26发出振动，由于振动马达26与内骨架4连接固定，且支撑柱3具有弹性，所以当振动马达26振动时将会驱动内骨架4和外骨架7 一起振动，此时塑料膜6和保温帘8以一定幅度和频率上下振动。保温帘8 一边上下振动，一边被左右交替拉扯，通过这种动作可以将保温帘8和塑料膜6之间的空气挤压排出，使保温帘8与塑料膜6能够更好地接触和贴合，之后保温帘8与塑料膜6之间不会出现空气流动，从而使显著减少大棚热量的流失，保温帘8能够起到更好的保温作用。一段时间后，控制收卷机构和振动马达26停止动作。
55.本实施例中的控制装置还包括通信模块，通信模块与主控模块的通信端口连接，通行模块用于控制装置与上位机或云端服务器之间的连接通信。在系统运行时，控制装置通过通信模块将大棚的室内外温度信息、室外光照度信息、保温帘8的位置信息上传至上位机或是云端服务器，从而能实现大棚状态的远程监测和控制。
56.参照图5，本实施例中保温帘8为多层复合结构，由外向内依次为气泡层、热反射膜和保护膜，其中保护膜用于与塑料膜6接触，气泡层面向大棚的外部。气泡层为塑料材质，其内部分隔有多个独立的气泡室，气泡层与热反射膜粘接固定，热反射膜与保护膜粘接固定。
57.由于气泡层具有一定的厚度，且其内部为气泡结构，其具有良好的隔热保温性能，而热反射层能够将大棚向外辐射的热量反射回去，通过热反射膜与气泡层的配合可以使保温帘8起到很好的保温隔热效果，保护膜具有较好的耐磨性，可以保护热反射膜。
58.本实施例中的保温帘8材质较轻，不会给大棚造成过大的负重，且收卷机构能够比较轻松牵引保温帘8移动。
59.实施例二：
60.一种非热带地区火龙果种植大棚的保温方法，包括以下步骤：
61.s1、结合当地的日出日落规律，得到每天日出日落时间，获取每天白天各个时间段内太阳在天空中的位置，即可以确定每天白天各个时间段内阳光的照射角度，通过试验模拟不同的阳光照射角度下大棚塑料膜的面阳区域和背阳区域；
62.s2、在大棚的塑料膜上盖上保温帘，在大棚的两侧设置用于牵引保温帘左右移动的收卷机构，通过试验得出收卷机构的收卷方向及收卷量与大棚塑料膜背阳区域的对应关系；
63.s3、在白天对室外环境光照度进行检测，当环境光照度大于预设的光照度值时，根据当前时间段太阳在天空中的位置得到阳光的照射角度，从而获知当前时间段大棚塑料膜的面阳区域和背阳区域；
64.s4、控制收卷机构动作，从而牵引保温帘移动，使保温帘覆盖住大棚塑料膜的背阳区域。
65.本实施例中，在执行s4步骤时还对室外环境温度和大棚内的温度进行检测，当室外温度低于室内温度且两者的温度差值大于预设差值时，不控制收卷机构动作，保温帘保持在原位。
66.本实施例中，当环境光照度大于预设的光照度时系统开始调节保温帘的覆盖区域，之后若光照度检测模块检测到的光照度低于预设的光照度值时，开始计时，在计时过程
中当检测到的光照度值大于预设的光照度值时，计时清零，当计得的时间大于预设时间后，控制收卷机构牵引保温帘复位。
67.本实施例中，通过在大棚的拱形骨架上安装振动装置，在太阳落山时，控制收卷机构牵引保温帘复位，使保温帘完全将塑料膜覆盖，接着控制收卷机构左右交替牵引保温帘移动，同时控制振动装置发出振动，将保温帘与塑料膜之间的空气排出。
68.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。