一种双层式微型植物工厂

技术领域

本发明涉及一种双层式微型植物工厂，属于植物工厂技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，在城市中居住的人们越来越注重食品安全问题，健康、绿色、无农药的蔬菜更是人们的不断追求，为此越来越多的人希望在家庭有限的空间内可以随时随地的种植蔬菜。微型植物工厂既可以提供更加健康便捷的蔬菜，又可以满足人们在比较局限空间内种植蔬菜的需求，而且水培蔬菜相较于家庭环境来说更加干净、卫生。所以，微型化、智能化的家用水培植物工厂有巨大的市场需求。

公告号为CN203206878U的中国专利文件公开了一种微型植物工厂，该工厂通过管道连通的营养液自动配比系统和植物培养箱，其中植物培养箱包括植物培养基质层、补光灯、照度传感器、CO2传感器、温湿度传感器等，该工厂实现了培养箱内温湿度、光照强度、CO2浓度以及营养液各参数的调控，但该工厂主体由营养液自动配比系统和植物培养箱两部分组成，体积较大，在现代城市居民家庭有限的空间内使用不便，而且需要压力泵将营养液输送到植物培养箱中，操作难度较大，而且有一定危险系数。

发明内容

本发明的目的是提供一种双层式微型植物工厂，用以解决现有技术中植物培养箱体积较大的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种双层式微型植物工厂，包括箱体，箱体内设置为上下两层，上层空间设置有用于作物生长培育的水培箱，下层空间并排设置有营养液存储的营养液槽以及用于废液收集的废液池，还设置有用于将营养液泵入上方培养箱内的水泵，水培箱与废液池连通管路中还设置有水闸器件。

本发明通过在将箱体设置为上下两层，上层设置有用于作物生长培育的水培箱，下层同时设置营养液槽和废液池，一方面缩小了箱体空间，一方面通过下层营养液槽和废液池提高了箱体的稳定性；通过将营养液泵入上方培养箱内的水泵以及与废液池连通管路中的水闸器件，保证了作物所需营养液的更换，降低了投入成本，其中采用水培方式，相对于土培更有利于保持周围环境的干净卫生，满足了城市小家庭空间局促培养蔬菜的需求。

进一步地，箱体内还设置有用于对光照、温湿度控制的环境补偿装置、收集光照、温湿度环境数据的传感器以及用于检测水培箱内液位高度的液位传感器；传感器、环境补偿装置、水泵以及水闸器件均通讯连接所述控制器模块。

通过设置的对水培箱内光照、温湿度控制的环境补偿装置以及各传感器可以实现对光照、温湿度以及水培箱内液位的监测及补偿。

进一步地，控制器模块根据传感器实时采集到的数据判断光照、温湿度是否在设定的阈值范围内，若光照、温湿度不在设定的阈值范围内，则打开对应装置进行补偿，使之达到设定范围内。

进一步地，控制器模块还根据传感器实时采集到的数据判断液位高度以及水培箱内营养液使用周期是否在设定的阈值范围内，若水培箱内液位高度不在设定的阈值范围内，打开水泵，实现对液位的补偿；若水培箱内营养液使用周期大于设定的一定天数时，打开与之连接到废液管道的阀门，将营养液通过废液管道排出。

通过智能调控箱体内光照、温湿度、液位高度以及营养液使用周期，一方面为作物提供更有利于生长的光照、温湿度环境，另一方面可以节省人力。

进一步地，控制器模块内还设置了不同蔬菜生长所需的环境光照、温湿度。

通过本发明控制系统内部设置的不同家庭常用培养蔬菜所需的环境光照、温湿度等调控参数，可以智能培养不同家庭常用蔬菜直至生长完成，使用更加智能化，方便通用性好。

进一步地，环境补偿装置包括用于补偿光照的补光灯、补偿温度的加热器和制冷器，以及补偿环境湿度的加湿器。

进一步地，补光灯设置在水培箱正上方，用于收集光照的光照传感器分别设置在箱体两侧靠近光源位置。

通过将光照传感器设置在光源附近，可以避免其他物体的遮挡，提高光照传感器的准确性。

进一步地，环境补偿装置、水培箱、水闸器件和水泵的电源线路通过箱体两侧开孔处与电源插座连接。

进一步地，控制器模块包括用于显示传感器数据的显示屏。

进一步地，箱体内部液体管道为PVC材质。

附图说明

图1是本发明一种双层式微型植物工厂的结构示意图；

图2是本发明一种双层式微型植物工厂的前视图；

图3为本发明一种双层式微型植物工厂的俯视图；

图4为本发明一种双层式微型植物工厂的右视图；

图5为本发明一种双层式微型植物工厂的左视图；

图6表示一种智能化微型植物工厂的控制系统使用流程图；

图7表示控制系统连接示意图；

图8表示控制系统调节植物工厂流程图。

图中：1、补光灯；2、温湿度传感器；3、微控制器模块；4、液位传感器；5、加湿器；6、营养液槽；7、水泵；8、光照传感器；9、温湿度传感器；10、光照传感器；11、水闸；12、制冷器；13、加热器；14、水培箱；15、废液池。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

一种双层式微型植物工厂实施例：

如图1-5所示的一种双层式微型植物工厂，本实施例中的植物工厂包括箱体以及设置在箱体内部的各个器件和传感器，箱体前侧由可开合的玻璃挡板组成，箱体后侧由玻璃挡板构成。

本实施例中箱体分为上下两层，其中箱体上层顶部安装有补光灯1，水培箱14设置在上层底部，水培箱14内部还设置有液位传感器4，水培箱14同一水平面的周围设置有加湿器5、水闸11、制冷器12和加热器13，上层箱体内部两侧靠近顶部位置分别安装有温湿度传感器2和9，上层箱体内部后侧玻璃挡板上安置了光照传感器10，下层箱体内安置了营养液槽6和废液池15，营养液槽内部安置有水泵7，在水培箱周围使用PVC材质的管道进行铺设，将箱体上层的水培箱和箱体下层的营养液槽、废液池连接起来。

补光灯1、加湿器5、水泵7、水闸11、制冷器12和加热器13的电源线路从箱体两侧2×2cm的方孔同外界电源相连接，同时借助继电器元件与微控制器模块3进行连接。

温湿度传感器2、温湿度传感器9、光照传感器10和液位传感器4线路从箱体两侧的方孔同微控制器模块3进行连接，微控制器模块由单片机、液晶显示屏、外置按键组成。

水培箱14两侧底部钻取了直径2cm的圆孔，分别通过PVC管道同营养液槽6内部的水泵7和废液池15进行连接，保障营养液槽6内部的营养液可以进入水培箱14内部，水培箱14内想要进行更换的营养液可以进入废液池15中。

水培箱内部使用水培养殖专属营养液，营养液同水以1:100的比例混合后放置在箱体下层的营养液槽当中。

使用方法：将种子放置在水培箱14的凹槽内，将箱体内部各个器件总开关开启，开启位于箱体外侧的微控制器模块3，确保液晶显示屏可以显示当前箱体内的环境数据和水培箱内部营养液位置数据，同时箱体内部的环境数据(温度、湿度、光照强度、营养液液位高度)会通过安装在箱体特定部位的传感器进行采集，同时实时显示在箱体外侧微控制器模块的液晶显示屏上，并展现在上位机界面中，微控制器模块可以接收到上位机的控制信号，将控制信号发送给相应器件，进而开启或关闭相应器件；其中当传感器监测到营养液槽中的营养液低于设定的液位高度时，微控制器模块向水泵7发布指令，控制水泵7的控制开关自动打开，进行营养液的补偿，实现智能上液；当系统内定时器监测到营养液使用周期大于设定的一定期限时，微控制模块向水闸11发布打开命令，控制营养液排放到废液池中，实现智能排液，作物培养过程中箱体内部环境数据通过各传感器采集数据进行自动调节及补偿，实现智能培养。

本发明的控制系统连接示意图如图7所示，通过本实施例对植物进行智能化培养，实时智能调控，其中控制系统各器件包括：上位机、下位机、温湿度传感器、光照传感器，液位传感器、定时器、加热器、制冷器、加湿器、水泵。

如图6所示，本实施例的具体控制流程如下：

S1.打开下位机、上位机，进行程序初始化。

S2.首先在上位机上发布打开水泵、温湿度传感器、光照传感器，液位传感器、补光灯以及其他调控器件的指令，测试控制系统各器件是否正常工作。

调试各个器件的详细步骤为：在测试传感器时会获取数据，如果超出传感器的最值则开始报警，若未报警，利用手机天气预报等对数据合理性进行大致判断，确保传感器检测的数据有可信度。水泵的正常运行是它能将底部营养液泵入到水培箱中，并利用继电器充当智能开关，能够及时的关闭或打开，最大限度精准控制用量。测试完成后打开阀门使测试的液体流入废液池。加热器，加湿器，制冷器以及风机的测试方法为：单独打开某个器件，通过观察显示屏上相应数据是否变化来判断。以测试加热器为例：先记录下还未打开加热器时的温度，然后打开加热器加热五分钟，在此期间观察显示屏上温度值的变化，温度连续升高则说明加热器正常运行。

其中对传感器的参数设置包括：首先根据光照传感器、温湿度传感器、液位传感器的型号及参数设定最值，如果检测数值超过提前设置的最值则在上位机提示传感器本身有问题；再根据所栽培蔬菜生长环境要求，设立各传感器检测环境参数阈值，如果检测时环境参数在阈值内则说明此时的环境适合植物的生长，如果不在范围内，则启动相应器件调控植物工厂内环境因素进行补偿，保证适合植物生长的环境条件。

S3.打开水泵将营养液通过管道泵入水培箱中，并开启定时器进行营养液循环。

S4.下位机实时采集温湿度、光照、营养液液位高度、培养液使用周期，上位机获得这些数据后进行判断，进行智能调控。

如图8所示，其中上位机与下位机通信，由下位机采集各传感器信息，并将采集的数据上传至上位机监测；上位机自动判断各传感器监测数据是否在阈值范围内，根据判断结果发给下位机；下位机根据上位机发出控制信号控制各环境调控装置工作，确保微型植物工厂系统内部环境适宜。

培养箱内温湿度、光照调控步骤为：上位机获取到第一组温湿度、光照强度、以及液位高度数据后，自动判断四种参数是否在最值范围内，若不在则进行提示报警；实时判断温湿度、光照强度是否在阈值范围内，同时判断培养液液位高度以及使用周期是否在阈值范围内，若不在范围内则打开对应的装置进行补偿，若在范围内则实时监测培养箱内各传感器参数以及培养液使用周期，直至作物生长完成，停止控制系统。

S5.循环上述步骤直至蔬菜培养完成，关闭系统。

以下结合培养生菜的实施例来进一步说明本发明控制系统的实施方式，本发明包括以下步骤：

(1)启动上位机，下位机进行程序初始化，并且将生菜生长环境标准参数输入到上位机中。

(2)在上位机上发布打开水泵、各传感器、补光灯以及其他调控器件的指令，测控制系统各器件是否正常工作，比如观察装置是否报警，通过液晶显示屏获取环境数据，例如此时液晶显示屏上的温度显示T1，T2，那么培养箱内环境此时温度为(T1+T2)/2，以此类推湿度和光照强度，判断传感器测出来的数据是否和当时的实际环境相符，检查加热器，制冷器，风机，加湿器，继电器控制的水泵阀门等，保证各元件都能正常运行。

(3)打开水泵将营养液通过管道泵入水培箱中，并开启定时器进行营养液循环。关于营养液的浓度管理，生菜苗期营养液电导度是2.0毫西门子/厘米，定植后管理指标为2.0-2.5毫西门子/厘米。在上位机上可以将加液时间设为白天开泵，晚上关泵，也可以调整定时器使其间断供液，每循环2小时停泵1小时。

(4)下位机实时采集温湿度、光照、以及营养液液位高度，上位机获得这些数据后进行判断，进行智能调控。例如水培生菜生长期白天温度控制在15-25℃，最适温度为18-22℃，夜间温度控制在10-18℃，最适温度为10-15℃，若培养箱中的环境温度低于适宜的温度，那么上位机此时将需要启动加热器的信号传递给下位机，再由下位机控制启动加热器进行升温，当达到适宜温度时，下位机将信号返回给上位机，上位机启动继续对下一步所需达到的温度进行分析，培养液更换触发条件为液位高度低于阈值，或培养液使用周期≥15天。重复上述步骤进行调节。其余调节方式以此类推，调节流程图如图3所示。

(5)循环上述培养步骤，直至生菜培养完成，关闭系统。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明进行限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。