DE68912297T2 - Auf Dampfspannungsdefizit basierendes Bewässerungssystem für ein Gewächshaus. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ein pflanzenorientiertes System zum Regeln der Bewässerung oder Befeuchtung in Gewächshäusern.
• Automatische Regelung mit geschlossenem Kreis der Temperatur in einem Gewächshaus durch Regulieren der Heizung und der Belüftung ist im Stand der Technik alt. Tatsächlich sind andere Faktoren, die das Wachstum und die Gesamtheit der Ernte, die in dem Gewächshaus wachsen soll, automatisch geregelt worden. Frührere Gewächshausregelsysteme haben keine geeignete individuelle Regelung der Beetflächen aufgrund der Rückkopplung Temperatur-, Licht- und Feuchtigkeitsbedingung direkt über den Beeten vorgesehen.
• Bewässerung und/oder Befeuchtung sind die Anwendung von Feuchtigkeit auf die Pflanze oder das Saatgut. Bewässern und/oder Befeuchten von Gewächshauspflanzen aufgrund geschätzter Evaporationstranspiration wurde vorgeschlagen, aber das Vorgehen wurde grob implementiert und/oder nicht auf die Pflanze bezogen. Siehe z.B. "Mist Controll Plus" operations manual, Oglevee Computer Systems, "Effects of Different Irrigation Methods and Levels on Greenhouse Musk Melon" ACTA HORTICULTURAE 58 (1977) und "Scheduling Irrigations with Computers" Journal of Soil and Water Conservation, September-Oktober 1969. Es ist auf theoretische Weise bekannt gewesen, daß Evaporationstranspiration sich auf Dampfdruck über die Pflanzenblätteroberflächen und gewisse Widerstände bezieht. Siehe Water Relations of Plants von Paul J. Kramer, (Academic Press 1983) Seiten 294 bis 297. Die Anmelderin ist sich jedoch nicht irgend eines Versuches bewußt, die Bewässerung oder Befeuchtung in einer Gewächshausumgebung durch einfaches Akkumulieren von Dampfdruckdefizit zu regeln.
• Die US-A-4 430 828 offenbart ein Verfahren und ein System zum Regeln von Umweltbedingungen einschließlich Bewässerung in Gewächshäusern mit einer Mehrzahl von Pflanzenbeeten innerhalb eines Gewächshauseinschlusses, die in einer Mehrzahl von Erfassungszonen und in einer Mehrzahl von Regelzonen angeordnet sind, mit:
• - einer Mehrzahl von Sensoren, die über Pflanzenbeeten innerhalb einer jeden Erfassungszone stationiert sind, mit aspirierten Einschlüssen, welche Sensoren elektrische Signale erzeugen, die die Temperatur der trockenen Thermometerkugel und die Feuchtigkeit der Atmosphäre anzeigen, und elektrische Signale erzeugen, die die Temperatur einer Oberfläche über dem Beet anzeigen, und auch ein analoges elektrisches Signal erzeugen, das das einfallende Licht über dem Beet anzeigt;
• - einem Computer mit:
• i) einer zentralen Verarbeitungseinheit mit zugehörigem Arbeitsspeicher, Programmspeicherabschnitten und Realzeituhr;
• ii) einem Eingangsabschnitt zum Empfangen der elektrischen Signale von den Sensoren;
• iii) einem Ausgabeabschnitt zum Umwandeln der logischen Computersignale in elektrische Signale auf Leistungspegel für den Betrieb von elektromechanischen Geräten; und
• iv) Mittel zum Verbinden der zentralen Verarbeitungseinheit, des Eingabeabschnittes und Ausgabeabschnittes.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System und Verfahren für eine computerisierte pflanzenorientierte Regelung vorzusehen, die als eine Funktion von akkumuliertem Dampfdruckdefizit über den Beeten den Betrag von Bewässerung vorsehen, der notwendig ist zum Sicherstellen einer gesunden Ausbreitung und Wachstum der Pflanzen. Die Zeiten der Feuchtigkeitsanwendung beziehen sich auf das akkumulierte Dampfdruckdefizit und eine Messung des physiologischen Alters der Pflanzen. Dampfdruckdefizit ist die Differenz zwischen dem gemessenen Dampfdruck und dem Dampfdruck von Wasser bei der Temperatur der Atmosphäre oder bevorzugt einer Oberfläche über dem Beet mit einer Temperatur, die die Blattemperatur darstellt. Akkumuliertes Dampfdruckdefizit ist eine ungefähre Integration des Dampfdruckes über die Zeit.
• Es ist ein Merkmal gemäß dieser Erfindung, daß ein Gewächshaus eine Mehrzahl von Erfassungszonen und eine Mehrzahl von Bewässerungs- (oder Befeuchtungs-) Regelzonen aufweist, wobei jede Erfassungszone mit einer individualisierten Umgebungsregelung versehen wird aufgrund ihrer speziellen Bedürfnisse. Das System enthält Komponenten, die Daten wie Temperatur, Licht und Feuchtigkeit sammeln. Ein digitaler Computer benützt die erhaltenen Daten zum Durchführen von Entscheidungen und zum Tätigwerden daraufhin. Der Computer ist mit einem oder mehreren Algorithmen zum Durchführen der Entscheidungen programmiert.
• Kurz gesagt, gemäß dieser Erfindung ist ein pflanzenorientiertes Verfahren zum automatischen Anwenden von Wasser auf ein Pflanzenbeet in einem Gewächshaus vorgesehen. Das Verfahren weist kontinuierliches in Abständen voneinander Sammeln eines Oberflächentemperaturwertes direkt über dem Beet zum Schätzen der Blattemperatur und dadurch des Dampfdruckes des Pflanzenblattwassers und kontinuierliches in Abständen voneinander Sammeln von Feuchtigkeitsdaten zum Schätzen des Dampfdruckes der Atmosphäre direkt über dem Beet auf. Kontinuierlich wird das Dampfdruckdefizit aus den in den vorhergehenden Schritten gesammelten Daten berechnet, und die Dampfdruckdefizitdaten werden akkumuliert (über die Zeit integriert). Ein Faktor, der die Blattfläche anzeigt, wird aufgestellt, und ein Dampfdruckdefizitakkumulationsschwellenwert wird auf der Grundlage des Faktors bestimmt. Wenn das akkumulierte Dampfdruckdefizit den Schwellenwert erreicht, wird Wasser dem Pflanzenbeet zugeführt. Bevorzugt wird der Schwellenwert automatisch auf der Grundlage eines Zeitparameters eingestellt, der das physiologische Alter der Pflanze anzeigt. Gemäß dieser Erfindung weist ein computerisiertes pflanzenorientiertes Regelsystem, wie es in Anspruch 9 definiert ist, eine Struktur, die eine Mehrzahl von Erfassungszonen definiert, eine Struktur, die eine Mehrzahl von Bewässerungs- (oder Befeuchtungs-) Regelzonen definiert, und einen Computer, der mit Algorithmen oder Aufgaben zum Erhalten der Bewässerungs- (oder Befeuchtungs-) Rate auf Grundlage der akkumulierten Dampfdruckdaten programmiert ist, auf. Der Computer muß eine Realzeituhr enthalten.
• So wie die Begriffe hier benutzt werden, ist "Erfassungszone" oder "erfassende Zone" eine Beetfläche, bevorzugt nicht mehr als ungefähr 3.000 Quadratfuß, die gesamt mit der gleichen Pflanze zu ungefähr der gleichen Zeit bepflanzt sind, wobei ein Feuchtigkeitssensor für die aspirierte feuchte Thermometerkugel/trockene Thermometerkugel direkt über und nahe dem Beet vorgesehen ist. Wie sie hierin benutzt werden enthalten verschiedene "Regelzonen" eine Feuchtigkeitsregelzone oder Bewässerungsregelzone und möglicherweise eine Heizregelzone, eine Kühlregelzone, eine Schattenregelzone, eine Wärmezurückhaltungsregelzone, eine Horizontalflußregelzone und eine Kohledioxidatmosphärenregelzone. Jede Regelzone weist mit sich verknüpft eine steuerbare Vorrichtung zum Beeinflussen der Umgebung innerhalb der Zone auf. Eine Feuchtigkeitsregelzone weist eine Beetfläche, gewöhnlicherweise eine Erfassungszone mit einer steuerbaren Wasserdüse über dem Beet auf. Eine Bewässerungsregelzone weist eine Beetfläche, gewöhnlich eine Erfassungszone mit einem steuerbaren Beetbewässerungssystem auf. Eine Heizregelzone weist eine Beetfläche mit mindestens einer Erfassungszone auf, mit der ein steuerbares Heizelement verknüpft ist. Eine Kühlregelzone weist eine Beetfläche mit mindestens einer Erfassungszone auf, mit der ein steuerbares Kühlsystem verknüpft ist. Dieses kann einfach ein Querbelüftungsweg sein, der durch eine oder mehrere Lüftungsklappen gesteuert wird. Es soll angemerkt werden, daß die verschiedenen Regelzonen nicht aneinander angrenzend sein müssen, sondern sie überlappen sich häufig (z.B. kann ein großen Gewächshaus zwei Kühlzonen aber viele Heizzonen aufweisen). Steuerbare Vorrichtungen, die mit den Regelzonen verknüpft sind, sind Vorrichtungen, die z.B. durch Anwenden eines Wechselstromes aktiviert werden, wie ein Solenoidsteuerventil oder ein Wechselstrommotor, der durch eine Motorsteuerung gesteuert wird, welche Steuerung die Funktion des Startens, Stoppens und Rückwärtslaufenlassens des Motors vorsieht.
• Wie oben angegeben wurde, muß der Computer mit Algorithmen oder Aufgaben programmiert werden, so daß er intelligente Entscheidungen treffen kann. Gemäß dieser Erfindung ist ein Algorithmus zum Aufstellen der Bewässerungszeiten auf Grundlage des akkumulierten Dampfdruckdefizites und bevorzugt einer Messung des physiologischen Pflanzenalters vorgesehen.
• Ein Algorithmus oder eine Task gibt in Abständen digitale Daten für jedes Beet oder Erfassungszone ein. Das Dampfdruckdefizit wird aus den Daten berechnet. Das Defizit wird akkumuliert, bis es einen Schwellenwert erreicht, der voreingestellt ist und als eine Funktion der Zeit eingestellt werden kann, die das physiologische Alter der Pflanzen mißt. Ausgangssteuersignale betätigen steuerbare Vorrichtungen und somit werden die Planzen bewässert (oder befeuchtet) zum Verhindern von Feuchtigkeitsdefiziten. Dieses kann als halboffene Regelschleife erkannt werden.
• Die Regelung wird als halboffene Schleife bezeichnet, da sie ein Regelschema ist, das weder eine vollständig geschlossene noch eine vollständig offene Schleife aufweist. Der Parameter, den die Anmelderin zu regeln sucht, ist der Betrag von Feuchtigkeit in dem Pflanzenbeet und/oder über der Pflanzenbeetoberfläche. Da die Feuchtigkeit konstant durch Evaporationstranspiration mit einer Rate entfernt wird, die aufgrund einer Zahl von Eigenschaften variiert, sollte die Rate der Anwendung des Wassers auf die Pflanze oder das Beet (Befeuchten oder Bewässern) gleich der Evaporationstranspirationsrate sein. Die Anmelderin hat gefunden, daß, während eine Zahl von Faktoren bekannt sind, die die Evaporationstranspirationsrate beeinflussen, nur zwei Notwendigkeiten beachtet werden müssen; nämlich Dampfdruckdefizit und physiologisches Pflanzenalter (als Messung der Blattfläche). Da die Feuchtigkeit, die den Raum oberhalb der Pflanze betritt, das Dampfdruckdefizit verringert, hat der Dampfdruck, die gemessene Variable in gewisser Weise eine Beziehung zu dem Betrag der Feuchtigkeit in dem Beet und der den Raum über dem Beet betretenden. Andererseits kann das Dampfdruckdefizit nur schwach von der Feuchtigkeit, die den Raum über dem Beet betritt, beeinflußt werden, wenn im Winter Feuchtigkeit rasch an den Gewächshauswänden kondensiert oder im Sommer eine starke Belüftungsbriese von außerhalb über das Pflanzenbeet streicht.
• Weiter Merkmale und andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden klar aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gemacht ist, in denen
• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gewächshauses, von Erfassungszonen und Regelzonen gemäß dieser Erfindung ist;
• Fig. 2 ein Flußdiagramm für ein Hauptprogramm ist, das gemäß dieser Erfindung nützlich ist; und
• Fig. 3 ein Flußdiagramm ein für Unterprogramm ist, das nützlich für eine Steuerung mit offener Steuerkette zum Befeuchten oder Bewässern ist.
• Die Ausrüstung für das pflanzenorientierte Regelsystem gemäß dieser Erfindung kann in drei Gruppen auf der Grundlage ihrer Funktionen angenommen werden. Zuerst gibt es die Sensoren. Diese sammeln Gewächshausdaten wie Temperatur, Feuchtigkeit, Licht und solche externen Bedingungen wie Temperatur, Licht, Feuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und -richtung. Die zweite Gruppe weist den Computer mit den zugeordneten Eingangs- und Ausgangsschaltungen auf. Die dritte Gruppe weist die Ventile und die Motoren auf, die notwendig sind zum Ausführen der Tätigkeit, die die Änderungen in der Gewächshausumgebung bewirken.
• Der Gärtner muß die Zahl der "Regelzonen" bestimmen, die er in dem Gewächshaus einschließen will. Eine Zone ist als ein Teil des gesamten Gewächshauses definiert, in dem eine individuelle, unabhängige Regelung aufrecht erhalten werden kann. Die Art und die Anordnung der bestehenden Ausrüstung innerhalb eines Gewächshauses bestimmen die Aufstellung der Regelzonen. Erfassungszonen und Regelzonen sind bereits beschrieben worden. Auf Heiz- und Kühlzonen muß sich nicht bezogen werden, so daß es nicht notwendig ist, daß sie die gleiche Unterteilung aufweisen. Zum Beispiel kann als praktischer Fall ein Acre des Gewächshauses sechzehn Heizungen aber nur zwei Kühlzonen aufweisen.
• Die Pflanzen in benachbarten Erfassungszonen innerhalb der gleichen Regelzone können theoretisch Regelzonen benötigen, die sich unterscheiden. Aufgrund der Natur der Pflanzenanforderungen und der normalen Gewächshausregelkonfigurationen ist dies jedoch selten der Fall. Mit einiger Planung der Pflanzenanordnung kann dieses Problem vermieden werden. Zum Beispiel koinzidieren die meisten Erfassungszonen mit einer Regelzone zum Heizen (z.B. warme Rohre) ; Befeuchten oder Bewässern. Dieses sind Bedingungen, die sich von Pflanze zu Pflanze ändern können. Auf der anderen Seite überdecken Belüftungszonen normalerweise eine Zahl von Erfassungszonen. Die Belüftungsanforderung ist im allgemeinen für alle Pflanzen ungefähr gleich.
• Es wird jetzt Bezug genommen auf Fig. 1, die Systemhardware gemäß dieser Erfindung ist schematisch gezeigt. Das große Rechteck stellt den Gewächshauseinschluß 10 dar. Ein Computer 12 mit zugehörigen A/D-(analog zu digital) Eingangsabschnitten und AC-Ausgangs-(regel-)abschnitten kann z.B. innerhalb des Gewächshauses angeordnet sein. Zwei IO-(Eingang/Ausgang) Stationen 14 und 15 sind in einem Abstand von dem Computer vorgesehen. Die IO-Stationen weisen zugeordnete A/D-Eingangsabschnitte und AC-Ausgangsabschnitte auf, die identisch zu denen sind, die direkt mit dem Computer verknüpft sind, und, wie erläutert wird, sind sie funktionell denen äquivalent, die direkt mit dem Computer verknüpft sind. Es ist wahrscheinlich, daß IO-Stationen in einem kleinen Gewächshaus unnötig sind. Tatsächlich würde für die Zahl von Erfassungszonen, die in Fig. 1 dargestellt sind, die A/D-Eingangssysteme und AC-Ausgangsabschnitte, die direkt innerhalb des Computers aufgenommen sind, ausreichend sein. Die Benutzung von IO-Stationen hängt von der Zahl der Erfassungszonen, die überwacht werden, und ihrem Platz ab. Es ist wünschenswert, die Länge der Erfassungseingangsdrähte zu verringern, die die Analogsignale übertragen, und somit können zusätzliche IO-Stationen benötigt werden.
• Das Gewächshaus von Fig. 1 ist in acht Erfassungszonen unterteilt, von denen jede ein oder zwei Erfassungsstationen a, b über dem Beet aufweist. Die Erfassungsstationen sind aspirierte Einschlüsse zum Aufnehmen sowohl von trockenen Ballen- und nassen Ballentemperatursensoren und zum Erzeugen eines Analogsignales, das diese Temperaturen anzeigt. Eine Lichterfassungsstation zum Erzeugen eines Analogsignales, das die Lichtintensität über dem Beet anzeigt, ist häufig mit der Temperaturerfassungsstation verknüpft. Bevorzugt ist ein Temperatursensor zum Messen an einer dunklen Oberfläche, die nicht in dem Flußweg der Luft liegt, die durch das aspirierte Gehäuse geht, ebenfalls vorgesehen.
• Es wird wieder Bezug genommen auf Fig. 1, das Gewächshaus ist weiter in eine Zahl von Regelzonen unterteilt. Zum Beispiel weisen vier Zonen, die mit A, B, C und D bezeichnet sind, individuell geregelte Heiz- und/oder Bewässerungsmittel auf. Das Heizmittel kann aus einer Zahl von möglichen Vorrichtungen bestehen, z.B. Ein-Aus-Dampfheizung unter den Beeten, proportionale Heiß-Wasser- Heizung unter den Beeten, Infrarotheizer über den Beeten oder durch Gas befeuerte Heizer oberhalb der Beete. Das Bewässerungsmittel kann Rohre aufweisen, die einen Dunst über das Beet streuen, oder Rohre, die Wasser zu den Beeten liefern.
• Zum Darstellen, daß die Regelzonen überlappen können, sind zwei Belüftungsregelzonen dargestellt; eine erstreckt sich zu den Heizregelzonen A und B, und die andere zu den Heizregelzonen C und D. Die Belüftung kann durch Öffnen von Lüftungsklappen auf jeder Seite des Gewächshauses oder durch Einschalten von Ventilatoren, die Luft über die Belüftungszone ziehen, geschehen. Die Einlaßluftklappen können mit Verdampfungskühlern versehen sein, die damit verknüpft sind oder nicht in Abhängigkeit von der Anwendung. Schattenzonen, die Leinwandabschirmungen aufweisen, die horizontal über die Beete gerade unter den Sparren gezogen sind, können in Zonen angeordnet sein. Bei dem Beispiel von Fig. 1 gibt es zwei Schattenzonen, die Regelzonen A und B und Regelzonen C und D aufweisen. Die Abschirmung ist für zwei Zwecke nützlich: Tagsüber verringern die zugezogenen Abschirmungen Sonnenlicht und Temperatur der Beete. Nachts helfen die Abschirmungen beim Aufrechterhalten der Temperatur über den Beeten durch Verringern der Strahlungskühlung. Oberhalb der Abschirmungen ist ein Lichtsensor 16 angeordnet, der das Erfassen des Vorhandenseins von Sonnenlicht ermöglicht, wenn die Abschirmung zugezogen ist.
• Zu diesem Punkt sind alle Elemente des beschriebenen Systemes innerhalb des Gewächshauseinschlusses positioniert. Zwei Gruppen von optionalen Elementen können außerhalb des Gewächshauses positioniert sein. Ein externer Temperatursensor, Windgeschwindigkeitssensor und Windrichtungssensor können für eine vorhersehende Steuerung vorgesehen sein, wie hierin beschrieben wird. Ebenfalls kann ein Hostcomputer zum Programmladen neuer Regelalgorithmen oder Aufgaben in den Computer außerhalb des Gewächshauses positioniert sein.
• Das pflanzenorientierte Regelsystem muß einen angemessenen Betrag von Information von jeder Zone gewinnen, damit es die richtigen Entscheidungen für die richtigen Pegel der Regelung machen kann. Die Überbeetsensoren können innerhalb von aspirierten Ventilatorkästen und auf einer äußeren Oberfläche der Ventilatorkästen aufgenommen sein. Temperatursensoren innerhalb des Ventilatorkastens sehen atmosphärische Temperaturen mit feuchter und trockener Thermometerkugel vor. Der Sensor für die Temperatur der feuchten Thermometerkugel kann eliminiert werden, indem ein kapazitiver Feuchtigkeitsmeßaufnehmer benutzt wird, wie er in dem US-Patent 4 164 868 beschrieben ist. Ein Temperatursensor auf der äußeren Oberfläche des Ventilatorkastens ist zum Messen einer Temperatur angeordnet, die die Blattemperatur darstellt. Die Temperatursensoren weisen Festkörpertemperaturüberwachungsvorrichtungen mit einem Bereich von 0ºC bis 120ºC auf. Die beschriebenen Daten ermöglichen das Berechnen des Dampfdruckdefizites.
• Ein Lichtsensor kann nahe dem Dach entfernt von Schatten angebracht sein. Ein Lichtenergiesensor mißt Lichtintensität in Meter- Candela. Ein allgemeiner Tageslichtsensor sieht eine Auflösung in einem photosynthetischen Bereich von 0 bis 11.000 Meter-Candela vor; das heißt, der Bereich, in dem tatsächlich Pflanzenwachstum auftritt. Typischerweise weisen die Temperatursensoren eine wärmeempfindliche Diode, z.B. LM 335 mit zugehörigen Kalibrationspotentiometern auf. Sie sind im Handel erhältlich mit einer Kalibrierung von 0,32 Volt als Ausgangssignal in Eiswasser und 10 Millivolt pro Kelvin Ausgabe.
• Der Computer weist einen Mikroprozessor, einen RAM-Speicher, einen ROM-Speicher, eine 25-stellige Tasteneingabe und eine 80 Zeichen Anzeige z.B. auf. Der Computer ist in einem lichtdichten Kabinett eingeschlossen, bevorzugt sowohl von direktem Sonnenlicht und anderen Temperaturextremen geschützt. Computer sind erhältlich mit vorgeschriebenen Betriebstemperaturen zwischen 0ºC und 70ºC (32ºF und 158ºF) . Betriebene Gewächshäuser haben innere Temperaturen in diesem Bereich.
• Die Erfassungsabschnitte des Computers sammeln, ob sie in dem gleichen Kabinett oder in einem IO-Kabinett, das in einem Abstand davon steht, untergebracht sind, analog Daten von den oben erwähnten Sensorelementen und wandeln sie in ein digitales Signal mit einem Analog/Digitalwandler um.
• Es wird jetzt auf Fig. 2 Bezug genommen, ein Flußdiagramm für das Hauptprogramm ist angegeben. Das Programm geht nacheinander von einer Initialisierungsroutine durch einen Datensammelvorgang und durch Prozeduren mit Regelung mit geschlossener Schleife wie eine Temperaturregelung, die für jede Regelzone wiederholt werden, und dann durch eine Mehrzahl von Prozeduren, die nicht notwendigerweise spezifisch für eine Zone sind.
• Nach der Initialisierung (Programmieren der Eingänge und Löschen der Speicherbereiche usw.), was nur bei einem Neustart oder einem Rücksetzen geschieht, bewegt sich das Programm zu der Hauptlinienschleife.
• Die Initialisierungsroutine enthält auch direkte Tastatur- oder Hauptcomputereingaben verschiedener Prozeßkonstanten, die das kundenspezifische Anpassen an spezielle Pflanzen ermöglicht.
• Nach der Initialisierung wird die Hauptlinie des Programmes betreten. Es wird Bezug genommen auf Fig. 2, der erste Schritt in der Hauptlinie ist "Nachweisen" bezeichnet und weist die Eingabe der digitalisierten Daten von allen Nachweiszonen und Vorverarbeiten der Daten auf. (Zum Beispiel kann Vorverarbeiten das Umwandeln der Temperaturen der feuchten Thermometerkugel und der trockenen Thermometerkugel in Dampfdruckdefizit aufweisen. Dampfdruck kann leicht aus den Temperaturen der feuchten und der trockenen Thermometerkugel über Bezugnahme auf Tabellen berechnet werden.) Der nächste Schritt mit der Kennzeichnung "Alarme" ist zum Vergleichen der Daten mit den Schwellenwerten, an denen Alarme aktiviert werden sollen, um die Aufmerksamkeit auf gefährliche oder möglicherweise katastrophale Bedingungen zu lenken; z.B. Wärmeverlust in den Wintermonaten. Der nächste Schritt weist Bezugnahme auf jede Regelzone und Einstellen der Regelung für diese Zone auf. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Regelungen für geschlossene Schleife zuerst eingesetzt und dann werden die Bewässerungs- oder Befeuchtungsregelung eingesetzt. Wenn die Regelungen in allen Zonen eingesetzt sind, werden gewisse Einstellpunkttreiberroutinen ausgeführt, der physiologische Altersakkumulator wird aktualisiert, und die Hauptlinie wird entweder unmittelbar sofort oder nach einer programmierten Verzögerung wieder gestartet. Zur Beschreibung der Einstellpunkttreiber wird Bezug genommen auf das oben angegebene Patent.
• Der Dampfdruck von Wasser (Pwdb) bei der Temperatur der trockenen Thermometerkugel kann leicht aus in dem Speicher gespeicherten Tabellen abgeleitet werden. Ebenfalls kann der Partialdruck des Wasserdampfes in Luft (Pa) leicht von den Temperaturen der trockenen Thermometerkugel und der feuchten Thermometerkugel und psychrometrischen Tabellen abgeleitet werden, von denen ein Teil in einem Speicher gespeichert ist, oder einfach aus kapazitiven Feuchtigkeitsmeßwertgeberdaten. Die Tabellen können die relative Feuchtigkeit HR für gegebene Sätze von Temperaturen der feuchten und der trockenen Thermometerkugel liefern. Der Partialdruck (Pa) kann leicht als
• Das Dampfdruckdefizit (Pd) kann als Pd = Pwdb - Pa berechnet werden.
• Während Zeiten von schneller Strahlungsheizung oder -kühlung des Gewächshauses kann sich die Blattemperatur deutlich von der Umgebungsluftemperatur unterscheiden. Daher wird nach einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung die Temperatur einer Oberfläche über dem Beet, die die Blattemperatur anzeigt, erfaßt. Dieses kann eine graue oder dunkle Oberfläche sein, die dem Himmel zugewandt ist. Bevorzugt ist Material unterhalb der Oberfläche eine Platte aus 1/16 Zoll dickem Kunststoffmaterial oder ähnlichem. Auf diese Weise nähert sich die Temperatur der dunklen Oberfläche vernünftig der Temperatur an der Oberfläche der Blätter der Pflanzen an, die zu bewässern oder zu befeuchten sind. (Die Blattoberfläche ist nicht einfach ein schwarzer oder dunkler Körper, da sie durch Transpiration gekühlt wird.) Die Formel für das Dampfdruckdefizit wird nun
• wobei Pwbb dem Dampfdruck des Wassers für einen schwarzen Körper bei der Temperatur der Oberfläche gleich ist, die der Blattemperatur entspricht.
• Die Tabellen für Dampfdruck von Wasser und die psychrometrischen Tabellen, die die Temperaturen der feuchten und der trockenen Thermometerkugel zu ausgewählten Feuchtigkeiten verknüpfen, sind weit in verfahrenstechnischen Texten und Lehrbüchern erhältlich.
• Es wird jetzt Bezug genommen auf Fig. 3, dort ist eine Unter-Task zum Bewässern oder Befeuchten gezeigt. Der erste Schritt ist zum Zugreifen auf das Dampfdruckdefizit für die Zone in Frage. Dieser Wert wurde in einem vorhergehenden Schritt eingegeben und in einem zeitweiligen Speicherplatz gespeichert. Der Wert wird benutzt zum Erzeugen einer angepaßten Evaporationstranspirationserhöhung, die spezifisch für die Pflanze in der Zone, die betrachtet wird, und die Zeit zwischen Programmzyklen (die Länge der Zeit zwischen Aktualisierungen) ist. (In anderen Worten, die rohen Dampfdruckdefizite können mit Faktoren multipliziert werden, die die Zeit zwischen Programmzyklen und die spezielle Pflanze in Betracht ziehen. Je kürzer die Zeit zwischen Programmzyklen desto kleiner der Faktor. Die Faktoren müssen durch einfaches Ausprobieren bestimmt werden.) Die Addition zu dem Gesamtwert wird dann durchgeführt. An diesem Punkt wird der Gesamtwert (akkumulierte Dampfdruckdefizite) mit dem Gesamtwert verglichen, der zum Bewässern oder Befeuchten nötig ist (als "maximaler Gesamtwert" bezeichnet). Wenn der Gesamtwert den maximalen Gesamtwert überschreitet, dann wird die Bewässerung begonnen und die Zählung auf Null zurückgesetzt. Dieses Befeuchten oder Bewässern legt Feuchtigkeiten in Intervallen während des Tages und in die Nacht hinein an. Typischerweise ist die Dauer der Länge der Befeuchtung oder Bewässerung fest, und die Düsen sind so einstellbar, daß der Betrag des zugeführten Wassers jedesmal der gleiche ist. Dieses ist in Übereinstimmung mit üblichen Gewächshausübungen. Befeuchtung findet statt, bis eine geeignete Feuchtigkeitsbeschichtung auf den Blättern der Pflanzen besteht. Das Bewässern findet statt, bis ein Ablauf von 5 bis 20% erreicht ist. Wieder wird das Volumen des Wassers durch die Düseneinstellung und Drosseleinstellung bei der Wasserversorgung gesteuert.
• Die Zeiten des Befeuchtens oder des Bewässerns werden durch das Dampfdruckdefizit und einen Parameter geregelt, der die Blattfläche eingestellt für das Alter der Pflanze anzeigt (bevorzugt das physiologische Alter, nicht das chronologische Alter).
• Die Zeit des Befeuchtens wird durch Einstellen des vorausgewählten Gesamtwertes ("maximaler Gesamtwert") zwischen Befeuchtungen gemäß dem Faktor, der die Blattfläche und das Alter der Pflanze anzeigt, eingestellt. Dieses kann auf verschiedene Weisen erzielt werden.
• Pflanzenalter wird grundsätzlich als ein Maß der Blattfläche oder zum Einstellen des Faktors, der die Blattfläche anzeigt, während die Pflanze wächst, benutzt. Ein erfahrener Gewächshausbetreiber kann mit einem Minimum an Probieren den Faktor, der die Blattfläche anzeigt, aufstellen und damit die Zeit zwischen Befeuchtungen oder Bewässerungen für eine gegebene Pflanze für eine gegebenes Alter für einige typische Gewächshausbedingungen (normale Bedingungen). Danach wird während des ganzen Tages, während sich die Bedingungen innerhalb des Gewächshauses ändern wegen z.B. Aufstieg und Abstieg der Sonne, der externen Temperatur und Bedingung usw. die richtige Rate des Befeuchtens oder des Bewässerns aufgrund des Dampfdruckdefizites aufrecht erhalten. Während die Pflanze altert, kann der Faktor, der die Blattfläche und damit die Zeit zwischen Befeuchten oder Bewässern für "normale Bedingungen" anzeigt, von Hand von Tag zu Tag mit ausreichenden Resultaten verringert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung kann jedoch die Rate der Bewässerung unter "normalen Bedingungen" automatisch eingestellt werden, indem das Pflanzenalter in Betracht gezogen wird. Selbst dieses Vorgehen benötigt einige Versuche durch einen erfahrenen Gewächshausbetreiber zum Aufstellen des anfänglichen Wertes des Faktors, der die Blattfläche anzeigt, und der Änderungsrate des Faktors mit dem Pflanzenalter.
• Das Pflanzenalter kann als ein chronologisches Alter genommen werden, in welchem Fall der vorausgewählte Gesamtwert des akkumulierten Dampfdruckdefizites zwischen Befeuchtungen täglich eingestellt wird. Dieser Vorgang zum Erhöhen der Frequenz des Befeuchtens oder Bewässerns mit dem Pflanzenalter ist in einigen Anwendungen geeignet; die Frequenz sollte jedoch bevorzugt automatisch gemäß dem physiologischen Alter der Pflanze eingestellt werden.
• Ein besseres Maß des physiologischen Alters als das chronologische Alter ist das akkumulierte Licht. Mittel zum Akkumulieren von Licht zum Aufstellen von "Lichttagen" beinhalten das Aufstellen von Zählraten auf Grundlage der "auffallenden Lichtintensität". Ein Photozellenausgangssignal wird in eine Zählrate umgewandelt. Die Zählungen werden dann während des Tages akkumuliert, bis sie der Zahl von Zählungen gleichen, die einem "Lichttag" zugeordnet sind. Die Zahl von "Lichttagen" seit dem Pflanzen oder Initialisieren des Bewässerungssystemes und nicht die Zahl der chronologischen Tage wird als Maß des physiologischen Altern benutzt. Das Zählen und Akkumulieren des Lichtes wird durch den Computer zu der Zeit gemacht, wie sie z.B. in Fig. 2 angezeigt ist.
• Es sollte verstanden werden, daß das Aufrechterhalten der geeigneten Feuchtigkeit (im Falle von wurzellosen Schneidungen) oder der geeigneten Bewässerung (im Falle der bewurzelten Pflanzen) notwendig ist zum Verhindern von Umgebungsfeuchtigkeitsdefiziten. Sollte es ein Defizit geben, ist die Wachstumsrate verringert. Es sollte auch verstanden werden, daß übermäßiges Befeuchten oder Bewässern ein Beschädigen der Pflanze durch Auslaugen nach sich ziehen kann. Selbst ein kleiner Überschuß kann in der Reduktion der Wachstumsrate aufgrund des Auslaugens von Nährstoffen von der Pflanze resultieren.
• Wie es in den folgenden Ansprüchen benutzt wird, bezieht sich Bewässern auf entweder Bewässern oder Befeuchten.

Claims (9)

1. Verfahren zum automatischen Anlegen von Wasser an ein Pflanzenbeet in einem Gewächshaus, mit den Schritten:

a) Kontinuierlich in Abständen voneinander Sammeln von Oberflächentemperaturdaten direkt oberhalb des Beetes zum Schätzen der Blattemperatur und dadurch des Dampfdruckes des Pflanzenblattwassers;

b) Kontinuierlich in Abständen voneinander Sammeln von Feuchtigkeitsdaten zum Schätzen des Dampfdruckes der Atmosphäre direkt über dem Beet;

c) Kontinuierlich Berechnen des Dampfdruckdefizites aus den in den Schritten a) und b) gesammelten Daten und Akkumulieren der Daten;

d) Aufstellen eines eine Blattgröße anzeigenden Faktors;

e) Aufstellen eines Dampfdruckdefizitakkumulationsschwellenwertes zum Beginnen der Zuführung von Wasser auf der Grundlage des in Schritt d) aufgestellten Faktors; und

f) wenn die in Schritt c) bestimmte Akkumulation den Schwellenwert erreicht, Zuführen von Wasser zu dem Pflanzenbeet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem kontinuierlich in Abständen voneinander die Temperatur der trockenen Thermometerkugel und Feuchtigkeit in dem aspirierten Gehäuse direkt über dem Beet zum Schätzen des Dampfdruckes der Atmosphäre direkt über dem Beet gemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem kontinuierlich in Abständen voneinander die Temperaturen der feuchten Thermometerkugel und der trockenen Thermometerkugel in einem aspirierten Gehäuse direkt über dem Beet zum Berechnen des Dampfdruckes der Atmosphäre direkt über dem Beet gemessen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem kontinuierlich in Abständen voneinander die Temperatur der trockenen Thermometerkugel und Feuchtigkeit in dem aspirierten Gehäuse direkt über dem Beet zum Schätzen des Dampfdruckes der Atmosphäre über dem Beet gemessen werden und die Temperatur einer nicht aspirierten Oberfläche über dem Beet zum Schätzen des Dampfdruckes des Pflanzenblattwassers gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Temperatur einer dunklen Oberfläche über dem Beet erfaßt wird und zum Schätzen des Dampfdruckes des Pflanzenblattwassers benutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, bei dem das zu dem Pflanzenbeet in Schritt f) zugeführte Wasser in einem Betrag zugeführt wird, der einen kleinen Betrag eines Abflusses vorsieht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, das das Weitermessen eines Zeitparameters aufweist, der ein physiologisches Pflanzenalter zum automatischen Einstellen des Faktors, der die Blattfläche anzeigt, anzeigt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Lichtintensität direkt über dem Beet kontinuierlich in Abständen voneinander mit einer Photozelle gemessen wird und die Daten zur Benutzung als ein Maß für das physiologische Pflanzenalter akkumuliert werden.

9. System zum Regeln von Umweltbedingungen einschließlich Bewässerung in Gewächshäusern mit einer Mehrzahl von Pflanzenbeeten in einem Gewächshauseinschluß, die in einer Mehrzahl von Erfassungszonen und einer Mehrzahl von Steuerzonen angeordnet sind, mit:

a) einer Mehrzahl von Sensoren, die über Pflanzenbeeten innerhalb einer jeden Erfassungszone stationiert sind und einen aspirierten Einschluß aufweisen, welche Sensoren zum Erzeugen elektrischer Signale dienen, die die Temperatur einer trockenen Thermometerkugel und die Feuchtigkeit der Atmosphäre anzeigen und zum Erzeugen elektrischer Signale, die die Temperatur einer Oberfläche direkt über dem Beet anzeigen, und ebenfalls zum Erzeugen eines analogen elektrischen Signales, das das einfallende Licht über dem Beet anzeigt;

b) einem Computer mit:

i) einer zentralen Verarbeitungseinheit mit zugehörigen Arbeitsspeicher-Programmspeicherabschnitten und einer Realzeituhr;

ii) einem Eingangsabschnitt zum Empfangen der elektrischen Signale von den Sensoren;

iii) einem Ausgabeabschnitt zum Umwandeln der logischen Computersignale in elektrische Signale auf Leistungspegeln zum Betätigen von elektromechanischen Geräten; und

iv) Mittel zum Verbinden der zentralen Verarbeitungseinheit, des Eingabeabschnittes und des Ausgabeabschnittes;

c) wobei der Programmspeicher programmiert ist mit:

i) einer Task zum Lesen der Realzeituhr;

ii) einer Task zum Eingeben von Feuchtigkeits-, Temperatur- und Lichtdaten von dem Eingabeabschnitt zum Berechnen des Dampfdruckdefizites an jedem Beet;

iii) einer Task zum Eingeben von Daten von dem Eingabeabschnitt, die eine Lichtintensität anzeigen, und Messen eines Zeitparameters, der ein physiologisches Pflanzenalter anzeigt;

iv) einer Task zum Aufstellen, wenn ein akkumuliertes Dampfdruckdefizit einen gewissen Schwellenwert überschreitet, auf der Grundlage der in (i), (ii) und (iii) gesammelten Daten; und

v) einer Task zum Initiieren einer elektromechanischen Tätigkeit an solchen Zeitmomenten zum Zuführen von Wasser zu dem Pflanzenbeet.