[发明专利]基于光伏农业的自动化大棚系统及其操作方法

权利要求书

1.基于光伏农业的自动化大棚系统，其特征在于，

包括主控制器和存储器；在大棚内的地面上均布划分有若干块农作物种植区；在位于每块农作物种植区正上方的大棚的棚顶上一对一正对设有棚顶孔，从而在大棚的棚顶也就均布设有若干个棚顶孔；在每个棚顶孔内都分别独立一对一设有一个智能光照控制装置；

每个所述智能光照控制装置包括一个上光照控制机构和一个侧光照控制机构；

每个所述侧光照控制机构的输入光均取自对应所述上光照控制机构上的光；

每个所述上光照控制机构的光输出端均位于对应棚顶孔正下方那块农作物种植区的正上方；每个所述侧光照控制机构的光输出端均位于对应棚顶孔正下方那块农作物种植区的侧上方，并且每个所述侧光照控制机构的光输出端均位于对应所述上光照控制机构的光输出端的侧下方；

每个所述上光照控制机构包括设置在对应上光照控制机构上并能检测该上光照控制机构输出光照量的一号光照传感器和与该一号光照传感器相绑定的一号地址编码器；

每个所述侧光照控制机构包括设置在对应侧光照控制机构上并能检测该侧光照控制机构输入光照量的二号光照传感器和与该二号光照传感器相绑定的二号地址编码器；

存储器、每个上光照控制机构的控制端、每个侧光照控制机构的控制端、每个一号光照传感器、每个一号地址编码器、每个二号光照传感器和每个二号地址编码器分别与主控制器相连接；

基于光伏农业的自动化大棚系统还包括为基于光伏农业的自动化大棚系统上各用电设备提供电源的储能电池和为储能电池充电的充电器；

所述上光照控制机构还包括一号支架、上凸透镜、太阳能电池板、中凸透镜、下凹透镜、一号万向转动装置和圆环轨道；

在太阳能电池板的中心处设有通光孔；

一号支架的上端固定在对应棚顶孔处的棚顶上，在一号支架上设有伸缩杆竖直朝上的一号气缸，

一号万向转动装置固定连接在一号支架的下端，圆环轨道的内环壁固定在一号万向转动装置的万向转动头上；

在圆环轨道的内环壁上向上设有一号分支架，在圆环轨道的内环壁上还向下设有伸缩杆竖直朝下的二号气缸；

上凸透镜的边沿匹配密封固定在对应棚顶孔内；太阳能电池板上下间隔设置在上凸透镜的正下方并水平固定连接在一号气缸的伸缩杆上，并且太阳能电池板的迎光面朝上布置；中凸透镜上下间隔固定设置在太阳能电池板的正下方并水平固定连接在一号分支架上；在二号气缸的伸缩杆上固定设有二号分支架，下凹透镜通上下间隔设置在中凸透镜的正下方并水平固定连接在二号分支架上；

并且上凸透镜的竖直中心线、太阳能电池板的通光孔的竖直中心线、中凸透镜的竖直中心线和下凹透镜的竖直中心线均能同时落在同一条竖直线上；

并且上凸透镜的下焦点位于中凸透镜的上焦点处；太阳能电池板的边长小于或等于上凸透镜的直径；中凸透镜的直径小于太阳能电池板的边长；下凹透镜的直径大于或等于中凸透镜的直径；

太阳能电池板的通光孔的直径小于中凸透镜的直径；并且在太阳能电池板的通光孔内的中心点位于上凸透镜的下焦点处时，中凸透镜的左端点、通光孔下孔口的左端点、通光孔内的中心点、通光孔上孔口的右端点和上凸透镜的右端点均在同一条右斜直线上，同时，中凸透镜的右端点、通光孔下孔口的右端点、通光孔内的中心点、通光孔上孔口的左端点和上凸透镜的左端点均在同一条左斜直线上；

在二号分支架上设有三号气缸，三号气缸的伸缩杆水平朝向下凹透镜下方的光传输区域布置，一号光照传感器固定在三号气缸的伸缩杆的最前端；一号光照传感器能检测到从下凹透镜向下射出的光；

太阳能电池板的电能输出端连接在充电器的输入端上，充电器的输出端连接在储能电池的输入端上；

一号万向转动装置的控制端、一号气缸的控制端、二号气缸的控制端和三号气缸的控制端分别与主控制器连接；

所述侧光照控制机构包括能沿着圆环轨道的外环壁在圆环轨道上移动的环形移动装置，在环形移动装置上固定设有伸缩杆竖直朝下的四号气缸；在四号气缸的缸座上固定设有伸缩杆水平朝向下凹透镜下方的光传输区域布置的五号气缸；在五号气缸的伸缩杆前端固定设有一号导光柱，在一号导光柱的上端面上导光一体连接有一号侧凸透镜；

在四号气缸的伸缩杆的下端固定设有三号分支架,在三号分支架的上端固定设有二号导光柱，一根导光条的上下端分别导光一体连接在一号导光柱的下端面上和二号导光柱的上端面上；在二号导光柱的下端面上导光一体连接有二号侧凸透镜；二号侧凸透镜的中心线从上到下向外倾斜布置；在三号分支架的上端还固定设有三号侧凸透镜，并且三号侧凸透镜间隔设置在二号侧凸透镜的正前方，二号侧凸透镜的中心线和三号侧凸透镜的中心线落在同一条向外倾斜的斜直线上；二号侧凸透镜的下焦点与三号侧凸透镜的上焦点重合；

在三号分支架的下端设有二号万向转动装置，在二号万向转动装置的万向转动头上设有反光面朝向下凹透镜与农作物种植区之间区域布置的反光板；从三号侧凸透镜射出的光能照射在反光板的反光面上并能被反光板的反光面反射到下凹透镜与农作物种植区之间区域内；在三号分支架上设有伸缩杆朝三号侧凸透镜和反光板之间区域布置的六号气缸，二号光照传感器固定在六号气缸的伸缩杆的最前端；一号光照传感器能检测到从三号侧凸透镜射出的光；

环形移动装置的控制端、四号气缸的控制端、五号气缸的控制端、六号气缸的控制端和二号万向转动装置的控制端分别与主控制器连接；

在反光板的反光面上设有透明罩，从而在透明罩与反光板的反光面之间形成空腔，在空腔内活动放置有若干个外表面涂有反光涂层的空心的反光球，在透明罩的侧壁面上设有若干个侧罩孔，在位于空腔下方的透明罩上的一个侧罩孔内设有朝空腔内吹气的吹气装置，吹气装置吹出的气体能将位于空腔中的反光球吹起使反光球在空腔中任意跳动；吹气装置的控制端与主控制器相连接；

在太阳能电池板的下表面上设有转轴水平转动的一号电机，在一号电机的转轴上固定设有灯支架，在灯支架上设有灯罩的反光面朝下布置的一号灯；并且一号灯在一号电机转轴的水平转动带动下能转动停在太阳能电池板的通光孔的正下方；一号灯的控制端和一号电机的控制端分别与主控制器连接；

在使用时，预先在存储器中存储每块农作物种植区上种植的农作物在每个时段所需的上光照量和侧光照量的上光照数据和侧光照数据；在主控制器的控制下，让每个上光照控制机构对应的一号光照传感器检测到的上光照数据和二号光照传感器检测到的侧光照数据进行检测，根据预先设置在存储器中农作物不同时段需要的上光照数据来对对应块农作物种植区上的农作物进行上光照射，同时根据预先设置在存储器中农作物不同时段需要的侧光照数据来对对应块农作物种植区上的农作物进行侧光照射；

能直接照射在农作物种植区上或农作物种植区上的农作物上的光为上照射光；能被一号光照传感器检测到的从三号侧凸透镜射出的那部分光为上照射检测光；反光板反射的光是侧照射光；太阳光从一号凸透镜照入；导光条中部用扎带绑在五号气缸的缸座上；太阳能电池板升高后，进入一号凸透镜的一部分阳光能通过通光孔照射到中凸透镜上，进入一号凸透镜的另一部分阳光则直接照射在太阳能电池板上使太阳能电池板发电，太阳能电池板发出的电通过充电器给储能电池充电；从三号侧凸透镜输出的光能穿过透明罩后照射到反光板上并经反光板反射后再穿过透明罩后进入到农作物种植区上的农作物上；每个太阳能电池板均设有太阳能控制器；

在阳光的光照量大于农作物当前需要的光照量时，让太阳能电池板升高，升高后的太阳能电池板就遮挡了一部分阳光，这时候照射到中凸透镜上的阳光的光照量就会减少，从而降低照射在农作物上的光照量；并且照射到太阳能电池板上的那部分多余的阳光就会被太阳能电池板转换成电存储在储能电池中供用电设备使用；

通过一号气缸能控制太阳能电池板的升降；通过二号气缸能控制下凹透镜的升降，下凹透镜升降能改变从下凹透镜照射到农作物种植区的光照面积的大小；通过三号气缸能控制一号光照传感器伸入到下凹透镜下方去检测从下凹透镜射出的光的照度；通过四号气缸能控制反光板的升降高度，通过五号气缸能控制一号侧凸透镜伸入到下凹透镜下方去采集作为侧光用的输入光；通过六号气缸能控制二号光照传感器伸入到三号侧凸透镜前方去检测从三号侧凸透镜射出的光的照度；无规则乱跳的反光球反射的光能随机照射到农作物侧面或者叶子下面，光随机照射在农作物的不同点处，会使农作物的侧面或叶子下面上有些地方有光、有些地方没有光，有光和没光形成光照反差，有利于光对农作物的刺激而利于农作物的生长或成熟；农作物的上表面和侧表面的光照度都能控制，阳光多了把多余的阳光转换成电存储起来，阳光利用充分；阳光没了的时候就用阳光转换成的电产生的灯光来为农作物进行光照；在没有阳光的时候，用存储在储能电池中的电也为一号灯供电，让一号灯的灯光对农作物进行灯光照射，农作物所需要的光不受阳光有无的限制；

将每块农作物种植区多余的阳光通过太阳能电池板转换成电后存储在储能电池中，然后每个一号灯均可用储能电池中的电进行灯光照射，这样就把整个农场照射到每个上凸透镜上的阳光充分利用了起来，并且使得整个不同块农作物种植区对应的智能光照控制装置上的一号灯都能相互用到储能电池上的电源，这样就把整个农场上照射到每个上凸透镜上的阳光相互间就有了交互；

在不同块农作物种植区，不同农作物需要的光照在不同时间是不一样的，该自动化大棚系统能将每块农作物种植区对应的阳光进行充分利用，能让进入大棚内的光既能对大棚内农作物的上面进行照射，也同时能对大棚内农作物的侧面进行照射，并且光照强弱能控制。