一种营养液补充系统、营养液补充方法及种植集装箱

技术领域

本发明属于植物无土栽培技术领域，具体的涉及一种营养液补充系统、营养液补充方法及种植集装箱。

背景技术

植物无土栽培技术应用中，通常以检测营养液的EC(电导率)作为营养液的浓度的控制参考依据，以监测营养液的pH作为营养液的酸碱调节控制依据，以监测植物根系的生长环境，但并不能将二者具体应用于精准补充营养液(即施肥)，现有技术中应用的营养液补充系统和营养液补充方法，往往需要通过复杂的计算和复杂的控制工艺，人工操作多，自动化程度低。而且，在补充营养液时，水培溶液易发生短时间内的营养液浓度过高，过酸或过碱等问题，导致伤害植物根系。

为此，本发明提供了一种营养液补充系统、营养液补充方法及种植集装箱，以至少部分地解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了至少部分地解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种营养液补充系统，用于向水培容器补充营养液。该营养液补充系统包括：

营养液容器，所述营养液容器用于盛装所述营养液；

配制容器，所述配制容器构造为与所述营养液容器液体连通以用于在所述配制容器中制备营养液和稀释水混合的中间溶液，所述配制容器用于与所述水培容器液体连通；

pH调节液容器，所述pH调节液容器用于盛装调节液；

第一泵，所述第一泵用于液体连通在所述pH调节液容器与所述水培容器之间；

EC传感器，所述EC传感器用于设置于所述水培容器内的水培溶液中；

pH传感器，所述pH传感器用于设置于所述水培容器内的水培溶液中；

液面高度传感器，所述液面高度传感器用于设置于所述水培容器内的水培溶液中以检测所述水培容器内的实时液面高度；

控制器，所述控制器配置为分别与所述第一泵、所述EC传感器、所述pH传感器和所述液面高度传感器电连接，所述控制器配置为当所述水培容器内的实时液面高度与所述水培容器内的目标液面高度相等后，再启动所述第一泵。

根据本发明的营养液补充系统，结构简单，可以实现精确且高效的控制，自动化程度高，节省人力成本，可以配制出具有目标液面高度、目标EC值和目标pH值的水培溶液，在水培容器的上游设置配制容器以将营养液与稀释水混合从而得到中间溶液，然后将中间溶液加入水培容器以得到具有目标体积的水培溶液，防止在补充营养液时水培溶液中发生短时间内的营养液浓度过高，过酸或过碱等问题，从而导致伤害植物根系。

可选地，所述营养液补充系统还包括稀释水加注管路和电磁阀，所述稀释水加注管路的入口连接至水源，所述稀释水加注管路的出口设置于所述配制容器中以用于向所述配制容器加注所述稀释水，所述电磁阀设置于所述稀释水加注管路，所述电磁阀电连接至所述控制器。

可选地，

所述稀释水为去离子水、地下水、雨水、自来水和湖水中的一种或多种；并且/或者

所述调节液为酸溶液和/或碱溶液；并且/或者

所述营养液为氮肥、磷肥、钾肥、钙肥、镁肥、锰肥、铁肥和硼肥中的一种或多种。

可选地，所述营养液容器的数量至少为两个，以分别用于盛装不同的所述营养液。

可选地，所述营养液补充系统还包括增氧泵，所述增氧泵的输出管路的出口用于伸入至所述水培容器内的水培溶液中。

可选地，所述营养液补充系统还包括：

第二泵，所述第二泵液体连通在所述配制容器与所述营养液容器之间，所述第一泵电连接至所述控制器；并且/或者

第三泵，所述第三泵用于液体连通在所述配制容器与所述水培容器之间，所述第三泵电连接至所述控制器。

本发明的第二方面提供了一种应用根据上述任一技术方案的营养液补充系统的营养液补充方法。该营养液补充方法包括如下步骤：

S1，控制器采集来自所述液面高度传感器的信号以用于获得所述水培容器内的实时液面高度，计算与所述水培容器内的目标液面高度之间的高度差值，并比较所述高度差值与差值阈值；

S2，当所述高度差值大于或等于所述差值阈值时，所述控制器采集来自所述EC传感器的信号以用于获得所述水培容器内的水培溶液的实时电导率EC

所述关系函数ρ＝f(EC)的建立方法为，设立多组不同质量浓度的标准水溶液，所述标准水溶液中的溶质与所述营养液中的溶质相同，采用所述EC传感器获取各自分别对应于所述多组不同质量浓度的标准水溶液的多组EC值，通过拟合和最小二乘法的方法，建立所述关系函数ρ＝f(EC)；

S3，向所述配制容器加入补充体积为V

S4，将所述中间溶液输送到所述水培容器中，以得到液面高度为所述目标液面高度h'的水培溶液；

S5，将所述调节液输送到所述水培容器中，以得到具有目标pH值A'的所述水培营养液。

根据本发明的营养液补充系统和方法，可以配制出具有目标液面高度、目标EC值和目标pH值的水培溶液，营养液补充系统结构简单，实现精确且高效的控制，自动化程度高，节省人力成本，通过在水培容器的上游设置配制容器以将营养液与稀释水混合从而得到中间溶液，然后将中间溶液加入水培容器以得到具有目标体积的水培溶液，最后调节水培容器中的水培溶液的pH值至目标pH值，防止在补充营养液时水培溶液中发生短时间内的营养液浓度过高，过酸或过碱等问题，从而导致伤害植物根系。

可选地，所述稀释水为去离子水、地下水、雨水、自来水和湖水中的一种或多种；并且/或者

所述调节液为酸溶液和/或碱溶液；并且/或者

所述营养液为氮肥、磷肥、钾肥、钙肥、镁肥、锰肥、铁肥和硼肥中的一种或多种。

可选地，所述步骤S5还包括：所述控制器采集来自所述pH传感器的信号以获得步骤S4所得液面高度为目标液面高度h'的水培溶液的pH值A1，根据公式V

可选地，

当所述步骤S4所得液面高度为所述目标液面高度h'的水培溶液的pH值A1大于目标pH值A'时，所述调节液为酸溶液；

当所述步骤S4所得液面高度为所述目标液面高度h'的水培溶液的pH值A1小于目标pH值A'时，所述调节液为碱溶液。

可选地，所述营养液补充方法还包括步骤S6，所述步骤S6包括通过增氧泵进行增氧。

可选地，

所述步骤5中，所述控制器控制所述第一泵运行以将所述pH调节液容器中的调节液经由所述第一泵加入至所述水培容器。

可选地，所述步骤3中，所述控制器控制第二泵运行以将所述营养液经由所述第二泵加入至所述配制容器；并且/或者

所述步骤3中，所述控制器控制电磁阀打开以将所述稀释水经由电磁阀加入至所述配制容器。

可选地，所述营养液为至少两种不同的营养液。

可选地，所述步骤4中，所述控制器控制第三泵运行以将所述配制容器中的中间溶液经由所述第三泵加入至所述水培容器。

本发明的第三方面提供了一种种植集装箱。该种植集装箱包括：

集装箱；

所述水培容器，所述水培容器设置在所述集装箱的内部空间中；以及

根据本发明的第一方面的营养液补充系统，所述营养液补充系统至少部分地设置在所述集装箱的内部空间中，所述营养液补充系统连接至所述水培容器。

根据本发明的种植集装箱，能够起到与上述第一方面的营养液补充系统相类似的技术效果。

附图说明

本申请实施方式的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出了本申请的实施方式及其描述，用来解释本申请的原理。在附图中，

图1为根据本申请的一种优选实施方式的营养液补充系统的结构示意图。

附图标记说明：

20：水培容器100：营养液补充系统

110：营养液容器 120：配制容器

130：pH调节液容器 141：稀释水加注管路

142：电磁阀 143：EC传感器

144：pH传感器 145：液面高度传感器

146：增氧泵 147：搅拌器

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明。显然，本发明的施行并不限定于该技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式，不应当解释为局限于这里提出的实施方式。

应当理解的是，在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施方式并且不作为本发明的限制，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本发明中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

本发明的第一方面提供了一种营养液补充系统100，用于向水培容器20补充营养液。营养液补充系统100包括营养液容器110、配制容器120、pH调节液容器130、第一泵、EC传感器144、pH传感器144、液面高度传感器145和控制器。营养液容器110用于盛装营养液。配制容器120构造为与营养液容器110液体连通以用于在配制容器120中制备营养液和稀释水混合的中间溶液，配制容器120用于与水培容器20液体连通。pH调节液容器130用于盛装调节液。第一泵用于液体连通在pH调节液容器130与水培容器20之间。EC传感器144用于设置于水培容器20内的水培溶液中。pH传感器144用于设置于水培容器20内的水培溶液中。液面高度传感器145用于设置于水培容器20内的水培溶液中以检测水培容器20内的实时液面高度。控制器配置为分别与第一泵、EC传感器144、pH传感器144和液面高度传感器145电连接，控制器配置为当水培容器20内的实时液面高度与水培容器20内的目标液面高度相等后，再启动第一泵。

根据本发明的营养液补充系统100，结构简单，可以实现精确且高效的控制，自动化程度高，节省人力成本，可以配制出具有目标液面高度、目标EC值和目标pH值的水培溶液，在水培容器20的上游设置配制容器120以将营养液与稀释水混合从而得到中间溶液，然后将中间溶液加入水培容器20以得到具有目标体积的水培溶液，防止在补充营养液时水培溶液中发生短时间内的营养液浓度过高，过酸或过碱等问题，从而导致伤害植物根系。

参考图1，营养液补充系统100可以包括营养液容器110、配制容器120、pH调节液容器130、EC传感器144、pH传感器144、液面高度传感器145、控制器、第一泵、第二泵、第三泵、增氧泵146、电磁阀142、稀释水加注管路141以及其它多条管路。

配制容器120通过稀释水加注管路141与水源液体连通，稀释水加注管路141的出口设置于配制容器120中以向配制容器120提供稀释水。换句话说，配制容器120设置于水源的下游。稀释水可以为去离子水、地下水、雨水、自来水和湖水中的一种或多种。电磁阀142可以设置于稀释水加注管路141，以用于控制稀释水的补充体积。可选地，电磁阀142可以具有固定的横截面积M，可以通过控制电磁阀142的开启时间t来控制稀释水的补充体积V

稀释水可以为去离子水、地下水、雨水、自来水和湖水中的一种或多种。在一些实施例中，稀释水可以为去离子水，去离子水的EC值较低，对于实际的对水培植物的营养液补充作业，实际的计算过程中，可以忽略去离子水的EC值，使得计算简单，且误差不大。

营养液容器110通过第二管路液体连通至配制容器120以向配制容器120提供营养液。换句话说，配制容器120设置于营养液容器110的下游。配制容器120中可以设置有搅拌器147，以便于均匀混合。第二泵可以液体连通在配制容器120与营养液容器110之间，第二泵可以电连接至控制器。第二泵可以设置于第二管路以泵送营养液容器110中的营养液至配制容器120中。

营养液容器110用于盛装营养液，营养液可以为氮肥(例如铵态氮肥、硝态氮肥、酰胺态氮肥等)、磷肥(例如普通过磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸一铵、磷酸二铵等水溶性磷肥)、钾肥(例如硫酸钾、氯化钾等)、钙肥、镁肥、锰肥、铁肥和硼肥中的一种或多种，换句话说，营养液中的溶质可以为氮肥、磷肥、钾肥、钙肥、镁肥、锰肥、铁肥和硼肥中的一种或多种。然而，如果需要和/或期望的话，营养液中的溶质也可以是植物生长所需的其它物质。在本申请中，营养液中的溶质(或者说营养成分)可以为水溶性的，其它不做具体限定。营养液容器110的数量至少为两个，以分别用于盛装不同的营养液。两种或多种不同的营养液在配制容器120中与稀释水混合后得到中间溶液，两种或多种不同的营养液优选为不发生例如沉淀反应等反应。

配制容器120经由第三管路与水培容器20液体连通，以将配制容器120中的中间溶液加入至水培容器20，换句话说，配制容器120设置于水培容器20的上游。第三泵可以用于液体连通在配制容器120与水培容器20之间，第三泵可以电连接至控制器。第三泵可以设置于第三管路以泵送配制容器120中的中间溶液至水培容器20中。

pH调节液容器130通过第一管路液体连通至水培容器20以向水培容器20提供调节液，从而调节水培容器20中的水培溶液的酸碱度。调节液可以为酸溶液和/或碱溶液。第一泵可以设置于该第一管路以用于泵送调节液，第一泵可以控制流经第一管路的调节液的量，即控制加入水培容器20的调节液的量。

增氧泵146的输出管路的出口伸入至水培容器20内的水培溶液中，以在有需要时对水培溶液增氧，调节水体含氧量，适于植物生长。

控制器可以具有信号采集单元、存储单元、比较单元和输出单元。信号采集单元可以电连接至液面高度传感器145从而获得水培容器20内的实时液面高度。存储单元用于存储目标液面高度。比较单元用于比较实时液面高度与液面高度阈值。输出单元根据比较单元的判断结果输出控制指令，输出单元可以电连接至第一泵。

EC传感器144用于设置于水培容器20内的水培溶液中以检测和反馈水培容器20内的水培溶液的实时电导率EC

pH传感器144用于设置于水培容器20内的水培溶液中以检测和反馈水培容器20内的水培溶液的实时酸碱度。信号采集单元可以电连接pH传感器144，采集pH传感器144的信号以获得水培容器20内的水培溶液的实时酸碱度，即实时pH值A1。

液面高度传感器145用于设置于水培容器20内的水培溶液中以检测和反馈水培容器20内的实时液面高度。信号采集单元可以电连接液面高度传感器145，采集液面高度传感器145的信号以获得水培容器20内的水培溶液的液面高度。

存储单元可以存储有水培容器20中的目标液面高度、液面高度阈值、水培容器20中的水培溶液的目标EC值和目标pH值。

比较单元可以用于比较水培容器20中的实时液面高度与水培容器20内的目标液面高度。比较单元可以用于比较水培容器20中的实时液面高度与液面高度阈值。

电磁阀142、第一泵、第二泵和第三泵均可以电连接至控制器的输出单元。输出单元可以根据比较单元的判断结果输出控制指令，当水培容器20中的实时液面高度小于液面高度阈值时，输出单元输出控制指令以控制电磁阀142的开启和第二泵的开启。当水培容器20中的实时液面高度与水培容器20内的目标液面高度相等时，输出单元输出控制指令以控制第一泵的开启。

本发明的第二方面提供了一种应用根据上述任一技术方案的营养液补充系统100的营养液补充方法。该营养液补充方法包括如下步骤：S1，控制器采集来自液面高度传感器145的信号以用于获得水培容器20内的实时液面高度，计算与水培容器20内的目标液面高度之间的高度差值，并比较高度差值与差值阈值；

S2，当高度差值大于或等于差值阈值时，控制器采集来自EC传感器144的信号以用于获得水培容器20内的水培溶液的实时电导率EC

关系函数ρ＝f(EC)的建立方法为，设立多组不同质量浓度的标准水溶液，标准水溶液中的溶质与营养液中的溶质相同，采用EC传感器144获取各自分别对应于多组不同质量浓度的标准水溶液的多组EC值，通过拟合和最小二乘法的方法，建立关系函数ρ＝f(EC)；

S3，向配制容器120加入补充体积为V

S4，将中间溶液输送到水培容器20中，以得到液面高度为目标液面高度h'的水培溶液；

S5，将调节液输送到水培容器20中，以得到具有目标pH值A'的水培营养液。

根据本发明的营养液补充方法，能够起到与上述第一方面的营养液补充系统100相类似的技术效果。根据本发明的营养液补充方法可以配制出具有目标液面高度、目标EC值和目标pH值的水培溶液，实现精确且高效的控制，自动化程度高，节省人力成本，通过在水培容器20的上游设置配制容器120以先将营养液与稀释水混合从而得到中间溶液，然后将中间溶液加入水培容器20以得到具有目标体积的水培溶液，最后调节水培容器20中的水培溶液的pH值至目标pH值，防止在补充营养液时水培溶液中发生短时间内的营养液浓度过高，过酸或过碱等问题，从而导致伤害植物根系。

其中，上述步骤S1和步骤S2中的差值阈值为预设值，可以根据实际需要进行修改和调整，例如在控制器中进行修改和调整。高度差值为水培容器20内的目标液面高度与水培容器20内的实时液面高度之间的差值，即水培容器20内的目标液面高度减去水培容器20内的实时液面高度所得差值。可以理解地，需要补充营养液时，实时液面高度低于目标液面高度，高度差值为正值。

可选地，步骤S5还可以包括：控制器采集来自pH传感器144的信号以获得步骤S4所得液面高度为目标液面高度h'的水培溶液的pH值A1，根据公式V

公式V

由于当水培容器20中的水培溶液达到目标体积V'时，将体积为加入体积V

以水培容器20中的水培溶液达到目标体积V'时，步骤S4所得液面高度为目标液面高度h'的水培溶液的pH值A1大于目标pH值A'时，此时，为了使得最终所得水培溶液的pH值为目标pH值A'，调节液可以为酸溶液。在一些实施例中，目标pH值A'可以为例如5.5-7之间的任一数值。

在一些实施例中，例如当步骤S4所得液面高度为目标液面高度h'的水培溶液的pH值A1大于目标pH值A'时，调节液可以为酸溶液，例如调节液可以为硝酸和磷酸中的一种或两种。

在另外的一些实施例中，例如当步骤S4所得液面高度为目标液面高度h'的水培溶液的pH值A1小于目标pH值A'时，调节液可以为碱溶液，调节液可以为碱溶液，例如调节液可以为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

可以理解地，当调节液为高浓度酸溶液或高浓度碱溶液时，其用于调节水培溶液的酸碱度时，酸溶液的加入体积V

可选地，步骤S5还可以包括：控制器(具体地，控制器的输出单元)控制第一泵运行以将pH调节液容器130中的调节液经由第一泵加入至水培容器20。由此，可以通过控制器自动地控制第一泵启闭，从而将体积为V

可选地，营养液补充方法还可以包括步骤S6，步骤S6包括通过增氧泵146进行增氧。增氧泵146的输出管路的出口伸入至水培容器20内的水培溶液中，以在有需要时对水培溶液增氧，调节水体含氧量，适于植物生长。

可选地，步骤3还可以包括：控制器(具体地，控制器的输出单元)控制第二泵运行以将营养液经由第二泵加入至配制容器120。由此，可以通过控制器自动地控制第二泵启闭，从而将体积为补充体积V

可选地，步骤3还可以包括：控制器(具体地，控制器的输出单元)控制电磁阀142打开以将稀释水经由电磁阀142加入至配制容器120。由此，可以通过控制器自动地控制电磁阀142启闭及电磁阀142的开启时间，从而方便地控制稀释水的补充体积V

此外，步骤3中的公式V

步骤3中的公式V

在一些实施例中，营养液可以为至少两种不同的营养液。换句话说，营养液中包括至少两种不同的溶质。营养液中的溶质可以为氮肥、磷肥、钾肥、钙肥、镁肥、锰肥、铁肥和硼肥中的一种或多种。由至少两种不同的营养液与稀释水混合所得中间溶液中包括至少两种不同的溶质。此种配制方式会使得计算复杂。在实际的营养液配制和补充过程中，对于溶质不同的水溶液，所述不同既包括溶质的化学成分的不同，也包括不同溶质之间的配比的不同，需要针对该具体的具有不同的溶质的水溶液建立有针对性的关系函数ρ＝f(EC)。关系函数ρ＝f(EC)的建立方法为，设立多组不同质量浓度的标准水溶液，标准水溶液中的溶质与营养液中的溶质相同，采用EC传感器144获取各自分别对应于多组不同质量浓度的标准水溶液的多组EC值，通过拟合和最小二乘法的方法，建立关系函数ρ＝f(EC)。

可选地，步骤4还可以包括：控制器控制第三泵运行以将配制容器120中的中间溶液经由第三泵加入至水培容器20。由此，可以通过控制器自动地控制第三泵运行，从而方便地控制中间液的补充，提高了自动化程度，节省人力成本。

在一些实施例中，稀释水为去离子水、地下水、雨水、自来水和湖水中的一种或多种。稀释水可以为去离子水，去离子水的EC值较低，对于实际的对水培植物的营养液补充作业，实际的计算过程中，可以忽略去离子水的EC值，使得计算简单，且误差不大。

本发明的第三方面提供了一种种植集装箱。该种植集装箱包括集装箱、水培容器20和根据本发明的第一方面的营养液补充系统100。水培容器20设置在集装箱的内部空间中。营养液补充系统100至少部分地设置在集装箱的内部空间中，营养液补充系统100连接至水培容器20。

此种种植集装箱的应用不限环境，可以应用于例如沙漠、海上等环境，可以解决缺少新鲜蔬菜的问题。

多个种植集装箱可以组成种植集装箱堆场，成规模地应用，也可以在高度方向上堆码，节省空间。

根据本发明的种植集装箱，能够起到与上述第一方面的营养液补充系统100相类似的技术效果。可以理解地，根据本发明的种植集装箱，包括根据第一方面的营养液补充系统100的全部技术特征和效果。

上述的所有实施例中所述的流程、步骤仅是示例。除非发生不利的效果，否则可以按与上述流程、步骤的顺序不同的顺序进行各种处理操作。上述流程、步骤顺序也可以根据实际需要进行增加、合并或删减。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部”、“件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其他特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。