[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026] 如图1所示，植物生长箱1由控制室2和生长室5组成，植物生长箱1外表面由1-2mm厚的铁皮制成，表面进行喷漆处理，铁皮内部设有10-15mm厚的聚氨酯材料保温隔热，聚氨酯保温材料的接缝处用防漏胶进行密封处理；聚氨酯保温材料一侧与铁皮粘接，面向生长室5内侧表面贴有锡箔纸，来提高光的利用率，生长室5与控制室2利用隔板3隔开，减少生长室5对控制的干扰，隔板3下表面贴有10mm厚的泡沫塑料，提高电热丝12的加热和保温效果，生长箱1外侧壁面上安装室外温湿度传感器23和液晶显示器24，底部安装万向轮16。
[0027] 生长室5设置有盆栽植物6、LED光源8、进气风扇4、排气风扇9、电热丝12、CO2接入软管11、室内温湿度传感器7及CO2传感器10，LED光源8置于生长室顶部，由多个放光二极管组成，LED光源8由定时器开关13单独控制，可根据植物品种类型和所处的生长阶段方便地设置每天的光照时长和光照次数；进气风扇4位于生长室5下部侧壁上，将外部空气吹入室内，与生长室顶部的排气风扇9联合使用，促进空气流动，在一定条件下通过通风换气来起到降低室内温湿度和补充CO2的作用；电热丝12固定在隔板U形凹槽28内，连接控制器18并接有漏电保护器，在生长室5温度低于预设值时接通电源快速提高室内温度；所述电热丝12为铁铬铝合金电热丝或镍铬合金电热丝，设备费用低，预热时间短且控制性好；CO2接入软管11固定在隔板方形凹槽27内，一端口连接CO2钢瓶，另一端口堵住，所述CO2接入软管11为8-15mm直径橡皮管，每隔100-200mm开一个孔，促进均匀扩散；室内温湿度传感器7和CO2传感器10安装在生长室5内壁中间高度，实时测量室内温湿度和CO2浓度，并传递给控制器18。
[0028] 控制室2设置空气开关15、开关电源17、状态指示灯14、控制器18，定时器开关13、CO2钢瓶22、压力调节阀21、CO2电磁阀20、声光报警器19，CO2钢瓶22出口装设压力调节阀21，将CO2压力调节到0.1-0.15MPa后释放，再连接CO2电磁阀20，根据室内CO2传感器10检测到的浓度和目标浓度要求，在室外温度较低在不适宜用通风手段提高CO2浓度时控制CO2电磁阀20启动，通过CO2接入软管11通入生长室5，保证箱内CO2的平衡。
[0029] 如图2植物生长箱隔板槽口结构图，隔板上开有圆形通孔26、方形凹槽27和U形凹槽28。方形凹槽27放置CO2接入软管11，深度等于软管11直径，U形凹槽28里面置有电热丝12，U形凹槽28深度等于电热丝12的直径，相邻两个U形凹槽间的距离30-50mm；CO2软管11穿过圆孔26连接到控制室2中CO2钢瓶22，电热丝12穿过圆孔26连接到控制器18。
[0030] 如图3生长箱内控制结构连接示意图，外部电源25经空气开关15、开关电源17接入控制器18，空气开关15用以实现电路的通断，在电路故障时保护电路；状态指示灯14提示电路的通断，当接通电源，状态指示灯亮，生长箱进入自动控制状态；开关电源17改变电路电压，将高电压转为低电压输入到控制器18，控制器18根据室内温湿度传感器7、室外温湿度传感器23和CO2传感器11采集到的信息调整电热丝12、进气风扇4、排气风扇9、CO2电磁阀20的工作状态，改变生长室5内的环境，实现生长箱内环境的自动控制，声光报警器19由LED指示灯和蜂鸣器组成，遇到故障时，发出声光报警提醒用户。
[0031] 生长箱的工作过程是：接通电源17后，状态指示灯14亮，生长箱1进入自动控制状态，同时液晶显示器24显示室内外温湿度和CO2浓度，其中LED光源8由定时器开关13单独控制，用户根据植物品种类型和生长阶段预先设定好每天开启时间和次数；生长箱1进入自动控制后，传感器采集室内外环境因子，并将数据传输到控制器18进行处理，控制器18控制进气风扇4、排气风扇9、电热丝12和CO2电磁阀20的工作状态，当发生故障时，声光报警器19发出声光报警提醒用户。
[0032] 生长室内的环境复杂，各环境因子之间存在非线性、强耦合关系，在保证作物正常生长的前提条件下，为了减少能源输入，建立如图4所示的生长室环境动态模型，以传感器检测到的生长室内部的温度、湿度、CO2浓度作为生长箱的外部输入条件，生长箱外部的温度、湿度、CO2浓度作为箱内环境的干扰项，最终输出项为进气风扇4、排气风扇9、电热丝12和CO2电磁阀20的工作状态。
[0033] 温度动态模型方程：
[0034]
[0035] 式中：Tair为生长室内温度，Qsun为入射辐射热量，Qcov为覆盖层热量损耗热量，Qtrans为作物蒸腾吸收热量，QLED为光源发出热量，Qfan为风机排出热量，Qheat为电热丝加热热量，Qvent为通风排出热量，Ccap为生长室容积；
[0036] 绝对湿度动态模型方程：
[0037]
[0038] 式中：χair为生长室内湿度，Φtrans为作物蒸腾水汽通量，Φcov为覆盖物冷凝水汽通量，Φequ为箱内设备冷凝水汽通量，Φvent为排风口通风出水汽通量，h为生长室高度；
[0039] 如图5，生长室内温度与湿度存在明显的相关关系，当温度升高时，湿度会明显降低。通过Matlab得到散点图的趋势变化曲线，并将相应的函数关系式和表征其线性拟合程度的相关系数求出，建立生长室内温湿度之间的经验公式：
[0040] Tair＝aχair2+bχair+c (3)
[0041] 生长室内温湿度拟合关系基本满足二次函数，相关系数大于0.93；
[0042] CO2动态模型方程：
[0043]
[0044] 式中：CO2,air为生长室内CO2浓度，Φc,inj为向生长箱中注入的纯净的工业CO2量，Φc,ass为作物吸收的CO2量，Φc,vent为因通风孔与外部交换的CO2量；
[0045] 当室外温度满足作物生长要求时，可以利用通风补充室内CO2浓度，所需的通风率：
[0046]
[0047] 式中：Co为室外CO2浓度，一般约为0.6g/m3，Ci室内CO2浓度，fc植物叶面积指数，一般2-5，P单位叶面积对平均吸收强度，一般0.5x10-3-0.8x10-3g/(m2s)；
[0048] 在室外气温较低时，仅依靠通风提高CO2浓度不仅效率低，而且带来大量热量损失，故生长室密封管理，通入纯净的工业CO2。
[0049] 控制器13接收传感器传来的数据，选择相应的调控策略调节生长室环境，基本控制策略是：根据具体的生长作物及生长阶段定义生长室环境的边界条件，本实施例以盆栽植物黄瓜苗期到开始结瓜时期为例。当LED灯打开，箱内视为白天，作物主要进行光合作用，当LED灯关闭，视为夜间，植物生理活动不活泼，所以在“白天”和“夜间”的边界条件预设值不同。设置植物生长箱的边界条件：白天最高温度Tmax＝33℃、最低温度Tmin＝15℃、最高湿度Rmax＝85％、最低湿度Rmin＝50％、最高CO2浓度Cmax＝1100PPM、最低CO2浓度Cmin＝400PPM，对应的夜间边界条件为tmax＝22℃、tmin＝10℃、rmax＝80％、rmin＝55％、cmax＝1200PPM、cmin＝500PPM。温湿度传感器、CO2传感器以时间p＝5分钟为间隔采集室内温度、湿度、CO2浓度、室外温度、湿度，并将测量得到的数据传送到控制器18进行处理。控制器18按照温度大于湿度大于CO2浓度的控制优先级顺序，对传来的数据进行分析，控制电热丝12、进气风扇4、排气风扇9、CO2电磁阀20工作，具体控制步骤：
[0050] S1.当温度传感器测量室内温度T≥Tmax(33℃)，此时不需要考虑湿度传感器和CO2传感器10测量的湿度和CO2浓度数据，控制器18发出指令打开进排气风扇4，对生长室5进行降温，通风换气起到降低生长箱1内湿度和补充CO2的作用，当温度 (16℃)时，控制器18发出指令停止风扇工作。
[0051] S2.当温度传感器测量室内温度T≤Tmin(15℃)，不考虑湿度传感器测量的数据，考虑生长室5内CO2浓度：1)当CO2浓度Cmin(400PPM)＜C＜Cmax(1100PPM)时，控制器18发出指令控制加热丝12工作，在提高生长室5内温度的同时会降低生长室5内的湿度，当生长室5内温度 (32℃)时，控制器18发出指令停止加热丝工作；2)当CO2浓度C≤Cmin(400PPM)，若依靠通风引入室外空气提高CO2浓度不仅效率低，而且会带来热量损失，故生长室5需密封管理，控制器18发出指令控制电热丝12工作，同时打开CO2电磁阀20通入纯净的工业CO2，当生长室5内温度 (32℃)时，控制器18发出指令停止加热丝工
作，当生长室5内CO2浓度 (1000PPM)时，控制器18发出指令关闭CO2电磁阀
20。
[0052] S3.当温度传感器测量室内温度Tmin＜T＜Tmax，首先考虑室内湿度：1)室内湿度Rmin(50％)＜R＜Rmax(85％)，进一步考虑室内CO2浓度：
[0053] A.当CO2浓度Cmin(400PPM)＜C＜Cmax(1100PPM)时，生长室5内环境无需进行调整，控制器18不发出任何命令，风扇、加热丝12、CO2电磁阀20不工作；
[0054] B.当CO2浓度C≤Cmin(400PPM)，需进一步考虑室外温度Tout：
[0055] a.当 (24℃)，控制器18发出指令打开CO2电磁阀20通入纯净的工业CO2，当生长室5内CO2浓度 (1000PPM)时，控制器18发出指令关闭CO2电磁阀
20；
[0056] b. (24℃)，控制器18发出指令打开进气风扇4和排气风扇9进行通风换气补充CO2，同时记录通风换气时间，5分钟后控制器18发出指令停止进气风扇和排气风扇工作。
[0057] 2)室内湿度R≥Rmax(85％)，进一步考虑室内CO2浓度：
[0058] A.当CO2浓度Cmin(400PPM)＜C＜Cmax(1100PPM)时，进一步考虑室外温度Tout：
[0059] a.当 (24℃)，控制器18发出指令打开进气风扇4和排气风扇9进行通风换气进行除湿，同时记录通风换气时间，5分钟后控制器发出指令停止进气风扇4和排气风扇9工作；
[0060] b.当 (24℃)，控制器18发出指令控制加热丝12工作进行除湿，当(45％)时，控制器18发出指令停止加热丝工作；
[0061] B.当CO2浓度C＜Cmin(400PPM)，进一步考虑室外温度Tout：
[0062] a. (24℃)，控制器18发出指令打开进气风扇4和排气风扇9进行通风换气进行除湿并引入室外的CO2，同时记录通风换气时间，5分钟后控制器18发出指令停止进气风扇4和排气风扇9工作；
[0063] b.当 (24℃)，控制器18发出指令控制加热丝12工作进行除湿同时打开CO2电磁阀20通入纯净的工业CO2，当 (45％)时，控制器18发出指令停
止加热丝工作，当生长室5内CO2浓度 (1000PPM)时，控制器18发出指令关
闭CO2电磁阀20。
[0064] S4.所对应的夜间控制步骤与白天一致，只需改变生长室内温度、湿度和CO2浓度边界条件的预设值，即tmax＝22℃、tmin＝10℃、rmax＝80％、rmin＝55％、cmax＝1200PPM、cmin＝500PPM。
[0065] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
