CN102047838B - 智能室内植物led补光循环水培系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能室内植物LED补光循环水培系统，属于自动化农业植物补光、循环水培装置的技术领域，包括安装在支架上的水培系统、补光系统、循环系统；其中，水培系统包括水培管、培养兜，培养兜内放置有水培介质；补光系统包括一个或多个LED组，且每个LED组由若干个红光LED和蓝光LED搭配组成；循环系统包括连接有气体扩散器的气泵，且气体扩散器置于水培管内；水培系统安装在支架的底座上，补光系统安装在支架的顶棚上，循环系统安装在支架的底座内。本发明系统功耗小、蔬菜单位面积产量高，具有较强的实用性。

Description

智能室内植物LED补光循环水培系统
技术领域
本发明涉及一种智能室内植物LED补光循环水培系统，属于自动化农业植物补光、循环水培装置的技术领域。
背景技术
在户外大棚的植物水培已有较多实际的应用，一般采用自来水滴灌保持营养液的活性，而在室内水培的应用尚少。植物补光方面，一般采用卤素灯、日光灯、LED等进行补光，但一般手段单一，缺少自动控制与水循环装置的匹配。
发明内容
本发明提供一种可以实现室内的蔬菜水培种植的智能室内植物LED补光循环水培系统，该系统功耗小、蔬菜单位面积产量高，具有较强的实用性。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种智能室内植物LED补光循环水培系统，包括安装在支架上的水培系统、补光系统、循环系统；其中，水培系统包括水培管、培养兜，培养兜内放置有水培介质；补光系统包括一个或多个LED组，且每个LED组由若干个红光LED和蓝光LED搭配组成；循环系统包括连接有气体扩散器的气泵，且气体扩散器置于水培管内；水培系统安装在支架的底座上，补光系统安装在支架的顶棚上，循环系统安装在支架的底座内。
作为上述方案的进一步设置，所述水培管的顶壁上均匀开设有数个通孔，各通孔内配合放置一只培养兜。
所述水培管长度为30cm-200cm，直径5cm-20cm，选用无毒透明或半透明的PVC或PC或PP材料制成，且外壁上设置有水位标示刻度；水培管的底部设置有凹槽，该凹槽与底座上的凸条配合安装，凹槽的宽度为1cm-5cm，深度1-5cm；通孔直径为2cm-10cm，孔间距为5cm-15cm；培养兜所用材质与水培管材质一致，且培养兜底部进入水培管内的深度为6cm-16cm，培养兜的壁体为圆柱形，壁体上设置有镂空网格，网格间距5mm-10mm。
所述水培介质为岩棉、蛭石或陶粒中的任意一种；气体扩散器为气泡石或气泡管中的任意一种。水培介质采用吸水性和兼容性较好的岩棉、蛭石或陶粒，放在培养兜内用以固定蔬菜种子或幼苗且控制合适的含水量防止腐根。循环系统用一定功率及流量的气泵输出到水培管内，再通过气泡石或气泡管将气体扩散，使水培管内营养液充分搅拌，达到活化循环的效果。
所述红光LED的功率为1W，且波长范围为640nm-700nm；蓝光LED的功率为1W，波长范围为450nm-480nm。
所述红光LED与蓝光LED的之间的功率比率按9∶1、8∶1、7∶1、6∶1、5∶1、4∶1及3∶1的配比，分别组成功率为20W(18颗红光LED和2颗蓝光LED)、18W(16颗红光LED和2颗蓝光LED)、16W(14颗红光LED和2颗蓝光LED)、14W(12颗红光LED和2颗蓝光LED)、12W(10颗红光LED和2颗蓝光LED)、10W(8颗红光LED和2颗蓝光LED)、8W(6颗红光LED和2颗蓝光LED)的LED组。其中，3∶1的配比还可以组成功率为12W(9颗红光LED和3颗蓝光LED)或4W(3颗红光LED和1颗蓝光LED)的LED组。
所述LED组安装在距离植物为35-65cm的高度；设置有多个LED组的，则LED组安装前后左右间隔50-80cm。LED组在使用时根据需要补光的面积，配置1个或多个LED组。
所述顶棚活动连接在底座上方，顶棚距离底座的高度可调节。根据植物生长的高度可方便的进行调节顶棚高度。
所述补光系统和循环系统共同受控于控制系统，该控制系统包括POWER模块(供电模块)、IN模块(指令输入模块)、IC模块(指令处理模块)、LCD模块(客户显示模块)、OUT模块(功能输出模块)；POWER模块为IC模块、LCD模块、OUT模块提供电源；IN模块可进行补光时间设定及气泵间歇设定；IC模块用以将指令传输给LCD模块，并根据指令内容实现对OUT模块进行控制；LCD模块包括液晶显示屏；OUT模块包括LED组的恒流电路和气泵的电源电路。
所述补光系统的补光时间设定为每天8-16小时；循环系统的气泵每间隔1-2小时送气10-20分钟；水培管按水容量计，每升水每分钟配送气体量为0.2L-1.5L。
本发明智能室内植物LED补光循环水培系统，具有以下优点：
1.智能控制方便实用，实现标准化补光和水循环，补光效果充分、均匀；水循环均衡。
2.采用本设计植物补光比普通补光方式(如采用日光灯、高压钠灯等进行补光)节能60％以上。
3.采用本设计智能室内植物LED补光循环水培系统种植多种蔬菜(如：生菜、小青菜、芹菜等)的生长速度都比在大棚或农田里要快，蔬菜收获时间可以缩短15％-20％，蔬菜干重可以增加20％-25％。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的结构示意图；
图2为图1中支架的右视示意图；
图3为图1中水培管的右视示意图；
图4为控制系统的示意图，其中粗实线表示供电路径，点划线表示指令路径；
图5为一种LED组的连接排列示意图；
图6为另一种LED组的连接排列示意图；
图7为本发明的系统结构图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4、图7所示，本发明智能室内植物LED补光循环水培系统，包括安装在支架上的水培系统、补光系统、循环系统、控制系统12。水培系统安装在支架的底座1上，补光系统安装在支架的顶棚2上，循环系统、控制系统12安装在支架的底座1内。
其中，水培系统包括水培管3、培养兜4，培养兜4内放置有水培介质。水培管3的顶壁上均匀开设有数个通孔5，各通孔5内配合放置一只培养兜4。水培介质为岩棉、蛭石或陶粒中的任意一种。水培管3长度为30cm-200cm，直径5cm-20cm，选用无毒透明或半透明的PVC或PC或PP材料制成，且外壁上设置有水位标示刻度6，以“高、中、低”标示。通孔5直径为2cm-10cm，孔间距为5cm-15cm；培养兜4所用材质与水培管材质一致，且培养兜4底部进入水培管3内的深度为6cm-16cm，培养兜4的壁体为圆柱形，壁体上设置有镂空网格，网格间距5mm-10mm。水培管3的底部设置有凹槽7，该凹槽7与底座1上的凸条8配合安装，凹槽7的宽度为1cm-5cm，深度1-5cm。
补光系统包括一个或多个LED组13，且每个LED组13由若干个红光LED和蓝光LED搭配组成。红光LED的功率为1W，且波长范围为640nm-700nm；蓝光LED的功率为1W，波长范围为450nm-480nm。红光LED与蓝光LED的之间的功率比率按9∶1、8∶1、7∶1、6∶1、5∶1、4∶1及3∶1的配比，分别组成功率为20W、18W、16W、14W、12W、10W、8W的LED组13，各种配比可以采用串联与并联的形式连接，并根据不同功率配以不同的恒流源，单颗1W的LED额定电流为350mA左右，若干颗串联，如图5所示，则采用与单颗LED额定电流相同的恒流源，并根据串联数量，配以不同的功率。若7颗串联，则需要设计有7W驱动能力的恒流源。实际使用中由于安全电压的关系，一般不能无限串联较多颗LED灯珠，单颗LED电压为2.5V-3V左右，若12颗LED串联，电压就达到36V左右，若想再串联更多的LED，就超过了安全电压，所以，超过12颗LED一般不直接串联，而是采用多个串联组并联的形式，如图6所示。以7串4并为例，需要采用的恒流源电流就要达到1400mA(350mA*4)左右以使各LED灯珠达到额定工作状态，恒流源电压为21V左右，属于安全电压范围。
LED组13在使用时根据需要补光的面积，配置1个或多个LED组13。LED组13安装在距离植物为35-65cm的高度；设置有多个LED组13的，则LED组13安装前后左右间隔50-80cm。顶棚2活动连接在底座1上方，顶棚2距离底座1的高度可通过旋纽9调节。
循环系统包括连接有气体扩散器10的气泵11，且气体扩散器10置于水培管3内。气体扩散器10为气泡石或气泡管中的任意一种。
补光系统的补光时间设定为每天8-16小时；循环系统的气泵11每间隔1-2小时送气10-20分钟；水培管3按水容量计，每升水每分钟配送气体量为0.2L-1.5L。
补光系统和循环系统共同受控于控制系统12，该控制系统12包括POWER模块、IN模块、IC模块、LCD模块、OUT模块，如图4所示。POWER模块为IC模块、LCD模块、OUT模块提供电源。IN模块可进行补光时间设定及气泵间歇设定。IC模块用以将指令传输给LCD模块，并根据指令内容实现对OUT模块进行控制。LCD模块包括液晶显示屏。OUT模块包括LED组13的恒流电路和气泵11的电源电路。
具体来说，控制系统12通过CPU程序控制，实现定时补光和气泵间歇送气。根据LED组13配比情况，输出相应的恒定电流给补光系统恒流供电，使其达到额定工作值；输出交流或恒定电压给不同规格的循环系统供电。
POWER模块包括：变压器、整流滤波电路、稳压电路等，用以给IC模块、LCD模块和OUT模块提供电源。
IN模块包括：补光时间设定、气泵间歇设定。通过用户端控制按钮实现指令输入，并将指令传输到IC模块。
IC模块包括：存储控制芯片和晶振、电阻、电容等外围器件，以及控制气泵和LED组13的电子开关。IC模块用以处理客户端输入的指令传输到LCD模块直观的显示给客户，并根据指令内容，实现对OUT模块进行控制。如客户端输入指令为使LED组13补光时间为早上6点至晚上8点，IC模块收到指令信息后，将信息存储在IC内，并直接通过LCD模块显示当前设定状态，然后根据存储的指令信息，通过MOS开关控制LED组13补光时间。如客户端输入指令为使气泵每小时工作15分钟，IC模块收到指令信息后，相同的将信息存储在IC内，并直接通过LCD模块显示当前设定状态，然后根据存储的指令信息，通过继电器控制气泵工作时间。
LCD模块包括：LCD液晶屏、显示芯片、外围电路等，把从芯片接收到的信息，直观的显示给客户，实现人机交互。
OUT模块包括：LED组13的恒流电路和气泵11的电源电路。LED组恒流电路受MOS开关控制，在IC模块接收到指令后，MOS开关栅极电压改变(打开指令，栅极变为高电位；关闭指令，栅极变成低电位)，使LED组13工作状态发生改变。气泵电源电路由继电器控制，在IC模块接收到指令后，继电器相应地打开或关闭，以控制气泵11工作状态。
本发明智能室内植物LED补光循环水培系统，可以实现室内的蔬菜水培种植，智能化的装置、傻瓜式的设定，可使普通家庭也能进行室内无土栽培蔬菜，并可实现多层式工厂化蔬菜种植。该项目能大大降低使用功耗，提高蔬菜单位面积产量，具有较强的实用性。
本发明的具体应用实施例如下：
①20m2小面积室内工厂化蔬菜立体种植样板工程。采用智能室内植物LED补光循环水培系统，每层用长200cm，直径16cm的水培管3为50支，培养兜4间距12cm，配备20个LED组13，气量每分钟500升，单层面积约4m2，5层共计20m2。其中，LED组13的功率比率为5∶1，具体选用10颗红光LED和2颗蓝光LED组成。已种植蔬菜3批，收获蔬菜800公斤。
②月球绿洲·客厅菜园产品，采用智能室内植物LED补光循环水培系统，有6个长50cm、直径8.4cm的水培管3，采用2个LED组13补光，气量每分钟14升。其中，LED组13的功率比率为3∶1，具体选用9颗红光LED和3颗蓝光LED组成。已有500个客户试用，客户评价良好。
③Office农场·隆中一管·桌面微型蔬菜种植系统产品，采用智能室内植物LED补光循环水培系统，有1个长50cm、直径8.4cm的水培管3，采用1个LED组13补光，气量每分钟1.5升。其中，LED组13的功率比率为5∶1，具体选用10颗红光LED和2颗蓝光LED组成。已有1000个客户试用，市场评价良好。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能室内植物LED补光循环水培系统，其特征在于：包括安装在支架上的水培系统、补光系统、循环系统；其中，水培系统包括水培管、培养兜，培养兜内放置有水培介质；补光系统包括一个或多个LED组，且每个LED组由若干个红光LED和蓝光LED搭配组成；循环系统包括连接有气体扩散器的气泵，且气体扩散器置于水培管内；水培系统安装在支架的底座上，补光系统安装在支架的顶棚上，循环系统安装在支架的底座内。
2.如权利要求1所述的智能室内植物LED补光循环水培系统，其特征在于：所述水培管的顶壁上均匀开设有数个通孔，各通孔内配合放置一只培养兜。
3.如权利要求2所述的智能室内植物LED补光循环水培系统，其特征在于：所述水培管长度为30cm-200cm，直径5cm-20cm，选用无毒透明或半透明的PVC或PC或PP材料制成，且外壁上设置有水位标示刻度；水培管的底部设置有凹槽，该凹槽与底座上的凸条配合安装，凹槽的宽度为1cm-5cm，深度1-5cm；通孔直径为2cm-10cm，孔间距为5cm-15cm；培养兜所用材质与水培管材质一致，且培养兜底部进入水培管内的深度为6cm-16cm，培养兜的壁体为圆柱形，壁体上设置有镂空网格，网格间距5mm-10mm。
4.如权利要求3所述的智能室内植物LED补光循环水培系统，其特征在于：所述水培介质为岩棉、蛭石或陶粒中的任意一种；气体扩散器为气泡石或气泡管中的任意一种。
5.如权利要求1或4所述的智能室内植物LED补光循环水培系统，其特征在于：所述红光LED的功率为1W，且波长范围为640nm-700nm；蓝光LED的功率为1W，波长范围为450nm-480nm。
6.如权利要求5所述的智能室内植物LED补光循环水培系统，其特征在于：所述红光LED与蓝光LED的之间的功率比率按9∶1、8∶1、7∶1、6∶1、5∶1、4∶1及3∶1的配比，分别组成功率为20W、18W、16W、14W、12W、10W、8W的LED组。
7.如权利要求1或6所述的智能室内植物LED补光循环水培系统，其特征在于：所述LED组安装在距离植物为35-65cm的高度；设置有多个LED组的，则LED组安装前后左右间隔50-80cm。
8.如权利要求7所述的智能室内植物LED补光循环水培系统，其特征在于：所述顶棚活动连接在底座上方，顶棚距离底座的高度可调节。
9.如权利要求1或8所述的智能室内植物LED补光循环水培系统，其特征在于：所述补光系统和循环系统共同受控于控制系统，该控制系统包括POWER模块、IN模块、IC模块、LCD模块、OUT模块；POWER模块为IC模块、LCD模块、OUT模块提供电源；IN模块可进行补光时间设定及气泵间歇设定；IC模块用以将指令传输给LCD模块，并根据指令内容实现对OUT模块进行控制；LCD模块包括液晶显示屏；OUT模块包括LED组的恒流电路和气泵的电源电路。
10.如权利要求9所述的智能室内植物LED补光循环水培系统，其特征在于：所述补光系统的补光时间设定为每天8-16小时；循环系统的气泵每间隔1-2小时送气10-20分钟；水培管按水容量计，每升水每分钟配送气体量为0.2L-1.5L。
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