CN103503763B - 一种植物生长箱控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于植物生长箱控制技术领域，公开了一种植物生长箱控制系统及其控制方法。该植物生长箱控制系统包括栽培室和环境控制室；所述栽培室设置有栽培架，所述栽培架的每层底部设置有水槽，每层水槽内定植板；栽培室内设置有箱内温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器；环境控制室内安装有恒温恒湿机和二氧化碳钢瓶；二氧化碳钢瓶的供应管路上设置有二氧化碳电磁阀；栽培架的每一层的顶部设置有LED灯；栽培室的底部放置有营养液水箱和循环泵；环境控制室内设置有总控单元，总控单元分别电连接箱内温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器；总控单元电连接二氧化碳电磁阀的控制端，总控单元用于控制恒温恒湿机、LED灯和循环泵的运行状态。

Description

一种植物生长箱控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于植物生长箱控制技术领域，特别涉及一种植物生长箱控制系统及其控制方法。

背景技术

目前，植物工厂作为一种能够精细控制植物生长的系统，具有很高的市场价值和应用前景。植物生长箱是植物工厂的一种具体形式，在植物生长箱内，湿度、温度等环境因素均可以根据植物生长需要进行控制，但是，现有的植物生长箱缺乏综合的控制方法，而且不能实现温度/湿度的均匀控制。

发明内容

本发明的目的在于提出一种植物生长箱控制系统及其控制方法。本发明的植物生长箱控制系统能够实现温度、湿度、营养液、二氧化碳浓度和光照的综合控制。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种植物生长箱控制系统，包括：箱体，所述箱体包括栽培室、以及与栽培室相邻的环境控制室；所述栽培室设置有至少一个栽培架，每个栽培架由低到高呈多层结构，所述栽培架的每一层的底部设置有用于存储营养液的水槽，每层水槽内设置有用于培育植物的定植板；

所述栽培室在靠近环境控制室的侧壁上设置有箱内温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器，所述箱体外部的侧壁上设置有箱外温湿度传感器；所述环境控制室内安装有用于控制栽培室内温度和湿度的恒温恒湿机、以及用于向栽培室内提供二氧化碳的二氧化碳钢瓶，所述栽培室在靠近环境控制室的侧壁顶端设置有恒温恒湿机送风口，所述恒温恒湿机通过管路连接恒温恒湿机送风口；所述二氧化碳钢瓶的供应管路上设置有二氧化碳电磁阀；所述栽培架的每一层的顶部设置有灯板，所述灯板上均匀排列有若干灯条，每个灯条上均匀设置有多个用于向植物提供光源的LED灯；所述栽培室的底部放置有营养液水箱和循环泵，所述营养液水箱、循环泵和所有水槽通过管路形成营养液循环系统；

所述环境控制室内设置有总控单元，所述总控单元的信号输入端分别电连接箱内温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和箱外温湿度传感器；所述总控单元电连接二氧化碳电磁阀的控制端，所述总控单元用于控制恒温恒湿机的运行状态，用于控制开启或关闭LED灯，用于控制开启或关闭循环泵。

本技术方案的特点和进一步改进在于：

所述环境控制室内固定安装有金属箱，所述总控单元固定安装在所述金属箱内部；所述总控单元的I/O接口还电连接有触摸屏；

所述箱体的外部还设置有外循环风机，所述栽培室在靠近环境控制室的侧壁顶端设置有应急送风口，所述外循环风机通过管路连接所述应急送风口；所述外循环风机包括外循环风机回风口，所述外循环风机回风口伸入至所述栽培室内部；所述栽培室内的侧壁上设置有应急按钮；

所述外循环风机的供电线路上设置有第二常开型继电器，所述总控单元电连接第二常开型继电器的控制端；所述应急按钮的一端接入报警触发信号，另一端电连接总控单元。

所述恒温恒湿机包括内循环风机、压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀、以及蒸发器，所述压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀、以及蒸发器通过管路依次连接，形成循环回路；所述储液器和膨胀阀之间的管路上设置有系统电磁阀，所述蒸发器上设置有分液器，分液后的一个管路上安装有除湿电磁阀；所述蒸发器上设置有内循环风机，所述内循环风机的出风口为恒温恒湿机送风口，所述内循环风机的回风口伸入至所述栽培室内部；所述冷凝器上设置有冷凝风机；

所述二氧化碳钢瓶的供应管路具有二氧化碳释放口，所述二氧化碳释放口与内循环风机的距离不超过10cm；

所述总控单元分别电连接除湿电磁阀和系统电磁阀，所述总控单元用于控制压缩机的运行状态、冷凝风机的运行状态、以及内循环风机的运行状态。

所述循环泵的供电线路上设置有循环泵继电器，所述总控单元电连接所述循环泵继电器的控制端。

所述恒温恒湿机内部设置有电加热器，所述栽培室内部还设置有加湿器，所述电加热器的供电线路上设置有第一常开型继电器，所述总控单元电连接所述第一常开型继电器的控制端；

所述加湿器的供电线路上设置有转换型继电器，所述总控单元电连接所述转换型继电器的控制端。

技术方案二：

一种植物生长箱控制方法，基于上述植物生长箱控制系统，包括以下步骤：

总控单元按照预设光周期和预设暗周期向LED灯发送开关信号，控制LED灯的通断；

当待培育植物受光照射时，总控单元按照预设循环泵开启时间和预设循环泵关闭时间，控制循环泵的开启和关闭，营养液在循环泵开启时被送至水槽；当待培育植物受光照射时，总控单元通过二氧化碳浓度传感器采集栽培室的二氧化碳浓度数据，当栽培室的二氧化碳浓度小于预设二氧化碳浓度下限时，总控单元控制开启二氧化碳电磁阀；当栽培室的二氧化碳浓度大于预设二氧化碳浓度上限时，总控单元控制关闭二氧化碳电磁阀；

当待培育植物受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境温度数据，当栽培室内的环境温度大于预设光周期温度上限时，总控单元控制恒温恒湿机进入制冷模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境温度；当栽培室内的环境温度小于预设光周期温度下限时，总控单元控制电加热器开启，栽培室内的环境温度开始升高；

当待培育植物受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境湿度数据，当栽培室内的环境湿度小于预设光周期湿度下限时，总控单元控制加湿器开启，栽培室内的环境湿度开始提高；当栽培室内的环境湿度大于预设光周期湿度上限时，总控单元控制恒温恒湿机进入除湿模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境湿度；

当待培育植物不受光照射时，总控单元按照预设循环泵开启时间和预设循环泵关闭时间，控制循环泵的开启和关闭，营养液在循环泵开启时被送至水槽；当待培育植物不受光照射时，总控单元控制关闭二氧化碳电磁阀；

当待培育植物不受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境温度数据，当栽培室内的环境温度大于预设暗周期温度上限时，总控单元控制恒温恒湿机进入制冷模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境温度；当栽培室内的环境温度小于预设暗周期温度下限时，总控单元控制电加热器开启，栽培室内的环境温度开始升高；

当待培育植物不受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境湿度数据，当栽培室内的环境湿度小于预设暗周期湿度下限时，总控单元控制加湿器开启，栽培室内的环境湿度开始提高；当栽培室内的环境湿度大于预设暗周期湿度上限时，总控单元控制恒温恒湿机进入除湿模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境湿度。

本技术方案的特点和进一步改进在于：

在所述环境控制室内固定安装金属箱，将所述总控单元固定安装在所述金属箱内部；将所述总控单元的I/O接口电连接触摸屏；

在所述箱体的外部设置一个外循环风机，在所述栽培室在靠近环境控制室的侧壁顶端设置应急送风口，将所述外循环风机通过管路连接所述应急送风口；所述外循环风机包括外循环风机回风口，所述外循环风机回风口伸入至所述栽培室内部；在所述栽培室内的侧壁上设置应急按钮；

在所述外循环风机的供电线路上设置第二常开型继电器，将所述总控单元电连接第二常开型继电器的控制端；将所述应急按钮的一端接入报警触发信号，另一端电连接总控单元；

当按下应急按钮时，总控单元会接收到报警触发信号；然后，总控单元控制触摸屏显示报警信息，总控单元控制二氧化碳电磁阀关闭，总控单元控制恒温恒湿机、加湿器和电加热器停止运行，并控制开启外循环风机。

本发明的有益效果为：本发明的植物生长箱控制系统能够实现温度、湿度、营养液、二氧化碳浓度和光照的综合控制，并能够根据植物的种类灵活进行参数设置。

附图说明

图1为本发明的植物生长箱的第一结构示意图；

图2为本发明的植物生长箱的第二结构示意图；

图3为本发明的植物生长箱营养液循环回路示意图；

图4为本发明的植物生长箱的剖视示意图；

图5为本发明的恒温恒湿机工作原理示意图；

图6为本发明的二氧化碳供应原理示意图；

图7为本发明的恒温恒湿机和二氧化碳供应的综合工作原理示意图；

图8为本发明的水分综合利用系统示意图；

图9为本发明的灯板的仰视示意图；

图10为本发明的LED灯照明效果第一示意图；

图11，为本发明的LED灯照明效果第二示意图；

图12为本发明的一种植物生长箱控制系统的电路连接示意图；

图13为本发明的一种植物生长箱控制系统的电加热器控制原理示意图；

图14为本发明的一种植物生长箱控制系统的加湿器控制原理示意图；

图15为本发明的外循环风机控制原理示意图。

附图标记：1-箱体，2-加湿器，3-触摸屏，4-箱外温湿度传感器，5-电加热器，6-盘管温度传感器，7-栽培架，10-水槽，11-照明灯，12-紫外线灭虫灯，13-箱内温湿度传感器，14-二氧化碳浓度传感器，15-恒温恒湿机送风口，16-二氧化碳流量控制阀，17-二氧化碳电磁阀，18-金属箱，19-二氧化碳钢瓶，21-恒温恒湿机，22-恒温恒湿机支架，23-定植板，24-营养液水箱，28-灯板，29-灯条，30-LED灯，31-内循环风机，32-冷凝风机，33-第二常开型继电器，35-循环泵，36-恒温恒湿机水盘，37-中间水箱，38-冷凝器，39-压缩机，40-蒸发器，41-除湿电磁阀，42-分液器，43-膨胀阀，44-系统电磁阀，45-储液器，46-二氧化碳释放口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1，为本发明的植物生长箱的第一结构示意图；参照图2，为本发明的植物生长箱的第二结构示意图。该植物生长箱包括呈长方体形状的箱体1，箱体1包括栽培室和环境控制室，栽培室和环境控制室相邻，并均为长方体形状。在栽培室纵向中心线的两侧各设置有一个栽培架7，两个栽培架7之间为供人行走的走廊，走廊的宽度设置在60cm至80cm。为了便于人行走，栽培室的内部高度设为2m至2.3m。每个栽培架7由低到高呈多层结构，栽培架7的每一层的底部设置有用于存储营养液的水槽10，每层水槽10内设置有用于培育植物的定植板23。定植板23也可以替换为定植杯或定植海绵，采用定植海绵可以提高植物的移栽成功率，因为在进行植物移栽时，只需要将对应的定植海绵剪下即可。水槽10内的营养液的高度可以根据植物的生长需要或植物的种类进行设置，例如，在可以在水槽的侧面设置多个高度不同的限流孔，通过将对应大小的软塞塞进限流孔，即可限制水槽10内的营养液高度，这样，在植物生长的不同阶段，就可以将水槽10内的营养液限制在合理的高度。

本发明实施例中，栽培室内部还设置有加湿器2，其中加湿器2位于栽培室顶部，而加湿器用于提高栽培室内部的环境湿度。本发明实施例中，每个栽培架7的顶端均设置有两个照明灯，箱体1外设置有控制照明灯的手动开关。每个栽培架7的顶端还设置紫外线灭虫灯12，用于杀灭害虫。在箱体1外设置有控制紫外线灭虫灯12的手动开关。

箱体1的外部还设置有一个外循环风机，栽培室在靠近环境控制室的侧壁顶端设置有应急送风口，外循环风机通过管路连接应急送风口；外循环风机包括外循环风机回风口，外循环风机回风口伸入至栽培室内部；栽培室内的侧壁上设置有应急按钮。外循环风机主要用于在紧急状态下进行栽培室通风。

参照图3，为本发明的植物生长箱营养液循环回路示意图。在栽培室7的底部（即最下面一层水槽10的下方）设置有营养液水箱24，营养液水箱的体积可以根据水槽的层数以及每层水槽的容积进行确定。在营养液水箱24中设置有循环泵35，循环泵35用于提供营养液循环的动力。循环泵35、营养液水箱24、水槽10通过管路连接形成营养液循环系统。当循环泵35启动时，营养液水箱24中的营养液被泵入至最上层的水槽10，通过每层水槽10之间的管路，营养液被运送至各层水槽10中，从而能够满足植物生长的需要，最下层的水槽中的营养液通过管路被送至营养液水箱24（在重力的作用下），进而形成了营养液循环系统。当循环泵35关闭时，各层水槽10中的营养液高度会逐渐降低，因此，通过设置循环泵35的启动时间和关闭时间，就可以有效控制待培育植物的灌溉时间。

结合图1和图2，在栽培室在靠近环境控制室的侧壁上设置有箱内温湿度传感器13和二氧化碳浓度传感器14，箱体1外部的侧壁上设置有箱外温湿度传感器4；环境控制室内设置有恒温恒湿机支架22，在恒温恒湿机支架22上固定安装有用于控制栽培室内温度和湿度的恒温恒湿机21，在环境控制室内还设置有用于向栽培室内提供二氧化碳的二氧化碳钢瓶19，栽培室在靠近环境控制室的侧壁顶端设置有恒温恒湿机送风口15，恒温恒湿机21通过管路连接恒温恒湿机送风口15。本发明实施例中，箱内温湿度传感器13用于检测栽培室的环境温度和环境湿度，为进行温湿度控制提供依据。而二氧化碳浓度传感器用于检测栽培室的二氧化碳浓度，为进行二氧化碳浓度控制提供依据。二氧化碳钢瓶19的出口处设置有二氧化碳流量控制阀16，在二氧化碳钢瓶19的供应管路上设置有二氧化碳电磁阀17，二氧化碳流量控制阀16用于手动调节二氧化碳的供应速度，二氧化碳电磁阀17用于切断或开启二氧化碳供应。例如，二氧化碳电磁阀17为一进二出的三通电磁阀，当二氧化碳电磁阀17关闭时，可以将管路中的二氧化碳向外排除，避免管路中的压力增大。

参照图4，为本发明的植物生长箱的剖视示意图。参照图5，为本发明的恒温恒湿机工作原理示意图。参照图6，为本发明的二氧化碳供应原理示意图。参照图7，为本发明的恒温恒湿机和二氧化碳供应的综合工作原理示意图。恒温恒湿机21包括电加热器5、内循环风机31、压缩机39、冷凝器38、储液器45、膨胀阀43、以及蒸发器40，压缩机39、冷凝器38、储液器45、膨胀阀43、以及蒸发器40通过管路依次连接，形成循环回路。利用该循环回路，能够用于对栽培室进行除湿或降温。其中，降温的工作原理如下：在压缩机中，压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经膨胀阀进行节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入压缩机的入口，从而完成制冷循环。

本发明实施例中，储液器45和膨胀阀43之间的管路上设置有系统电磁阀44，蒸发器40的盘管上设置有盘管温度传感器6，蒸发器40上设置有分液器42，分液器将一个管路为多个管路（例如两个管路），然后两个管路接入蒸发器，分液后的一个管路上安装有除湿电磁阀41。蒸发器40上设置有内循环风机31，内循环风机31的出风口为恒温恒湿机送风口15，电加热器5与内循环风机的距离为30cm至80cm。恒湿机送风口15位于栽培室的一个侧壁上，它与栽培室的走廊位于同一平面内，恒湿机送风口15朝向栽培室顶部，恒湿机送风口15与栽培室顶部的距离为20cm至40cm。这样，通过恒湿机送风口15输送的气体会朝栽培室顶部运动。内循环风机31的回风口伸入至栽培室内部(恒湿机送风口15和内循环风机31的回风口位于栽培室的同一侧壁上)，栽培室内部的气体流动过程如下：气体从栽培室顶部靠经内循环风机31的一端沿着纵向中心线（与走廊处在同一平面）向与之相对的另一端流动，在本发明实施例中，另一端与栽培架之间具有一定空隙（10cm至30cm），所以，在此时，气体在该空隙处下沉，然后从各层水槽的上方返回至内循环风机31的回风口。由此可以看出，气体在各层水槽上方基本上保持均匀流动，各个种植板上的待培育植物的气体流动保持在均匀状态。

二氧化碳钢瓶19的供应管路具有二氧化碳释放口46，二氧化碳释放口46与内循环风机31的距离不超过10cm，这样释放的二氧化碳就很容易被内循环风机31送至栽培室内部，从而提高了二氧化碳的吸收效率。

本发明实施例中，冷凝器38采用风冷工作方式，即在冷凝器上设置有冷凝风机32。冷凝风机32的转速可调，例如，冷凝风机32可以提供两级可调的风速，这样就可以改变冷凝器的工作效率。

恒温恒湿机21的除湿工作原理如下：当除湿电磁阀41关闭时，输送至其余管路（不是安装除湿电磁阀41的管路）的工质流量就会增大，蒸发器40的局部蒸发量就会增大，这时，空气中的水蒸气就更容易冷凝成液态水。显而易见的是，越靠近蒸发器40，形成的液态水越多。因此，在本发明实施例中，在蒸发器40的下方设置有恒温恒湿机水盘36。

参照图8，为本发明的水分综合利用系统示意图。该水分综合利用系统包括恒温恒湿机水盘36和中间水箱37，其中，中间水箱37低于恒温恒湿机水盘36，并高于加湿机2和营养液水箱24。恒温恒湿机水盘36通过管路连接中间水箱37，中间水箱37分别通过管路连接加湿机2和营养液水箱24。这样，在重力的作用下，恒温恒湿机水盘36中的水通过管路和中间水箱37之后，被运送至加湿机2和营养液水箱24，从而能够提高了水分利用效率。

参照图9，为本发明的灯板的仰视示意图。栽培架7的每一层的顶部设置有灯板28，灯板上均匀排列有若干灯条29，每个灯条29上均匀设置有多个用于向植物提供光源的LED灯3。例如，LED灯3为红光LED灯、蓝光LED灯、白光LED灯或远红光LED灯，每个灯条上的LED灯的种类相同，装有4中LED灯的不同灯条29混合排列在灯板28上。在本发明实施例中，在每个灯条29上的LED灯的供电线路上设置电磁继电器，通过控制该电磁继电器，即可以控制每个灯条29上的LED灯的通断。每个灯条29上的LED灯的直流电源具有可调的电压，通过控制该直流电源的电压，就可以控制每个灯条29上的LED灯的发光亮度。这样，每种LED灯的开启比例以及每种LED灯的发光亮度均可进行控制。例如，控制所有白光LED灯和所有远红光LED灯关闭，将开启的红光LED灯和蓝光LED灯的比例设置为8:1。

参照图10，为本发明的LED灯照明效果第一示意图。参照图11，为本发明的LED灯照明效果第二示意图。每个灯条29上均匀设置有4个LED灯3，相邻的两个LED灯3的距离为170mm。每个LED灯3的照射角度为60度，本发明实施例中，每个LED灯3在种植板23的照射直径为260mm。4个LED灯3在种植板23的理论照射直径为770mm，光照能够完全覆盖种植板23。

参照图12，为本发明的一种植物生长箱控制系统的电路连接示意图。结合图2，环境控制室内固定安装有金属箱18，金属箱18内设置有总控单元，总控单元为CPU、微处理器、工控机等数据处理装置，总控单元通过导线与外部的电子器件连接，金属箱18保证总控单元能够不受外界信号干扰。

总控单元的信号输入端分别电连接盘管温度传感器6、箱内温湿度传感器13、二氧化碳浓度传感器14和箱外温湿度传感器4；总控单元电连接二氧化碳电磁阀17的控制端，总控单元用于控制恒温恒湿机21的运行状态，用于控制开启或关闭LED灯3，用于控制开启或关闭循环泵35。例如，总控单元分别电连接除湿电磁阀41和系统电磁阀44，总控单元用于控制压缩机39的运行状态、冷凝风机32的运行状态、以及内循环风机31的运行状态。

总控单元的I/O接口还电连接有触摸屏3，可以通过触摸屏进行参数设定，向总控单元发送预设的数据，也可以通过触摸屏查看栽培室内的环境温度、环境湿度、二氧化碳浓度，也可以通过触摸屏查看报警信息和各种参数。

参照图13，为本发明的一种植物生长箱控制系统的电加热器控制原理示意图。参照图14，为本发明的一种植物生长箱控制系统的加湿器控制原理示意图。电加热器的供电线路上设置有第一常开型继电器，总控单元电连接第一常开型继电器的控制端。当需要提高栽培室内的环境温度时，总控单元控制第一常开型继电器闭合，电加热器开始工作，通过内循环风机将热空气送至栽培室内部，栽培室内的环境温度开始升高。加湿器的供电线路上设置有转换型继电器，总控单元电连接转换型继电器的控制端。当需要提高栽培室内的环境湿度时，总控单元控制转换型继电器的工作状态，使加湿器开始工作，栽培室内的环境湿度开始升高。同样的，也可以将总控单元电连接循环泵继电器的控制端，这时，总控单元也可以控制循环泵继电器的断开或闭合，从而循环泵会随之停止运行或开始运行。

参照图15，为本发明的一种植物生长箱控制系统的外循环风机控制原理示意图。外循环风机5的供电线路上设置有第二常开型继电器，总控单元电连接第二常开型继电器的控制端；应急按钮的一端接入报警触发信号，另一端电连接总控单元。当工作人员发现紧急情况时（如栽培室内的环境温度过高、栽培室内的环境湿度过高或二氧化碳浓度过高），按下紧急按钮，总控单元会接收到报警触发信号；然后，总控单元控制触摸屏显示报警信息，总控单元控制二氧化碳电磁阀关闭，总控单元通过继电器控制恒温恒湿机、加湿器和电加热器停止运行，并控制开启外循环风机，栽培室和外界环境进行紧急通风。

以下是本发明的一个具体实施例：

以叶菜类植物为例，总控单元按照预设光周期和预设暗周期向LED灯发送开关信号，控制LED灯的通断；例如，预设光周期设为16小时，预设暗周期设为8小时。

当待培育植物受光照射时（即处于光周期时），总控单元按照预设循环泵开启时间和预设循环泵关闭时间，控制循环泵的开启和关闭，营养液在循环泵开启时被送至水槽；例如，预设循环泵开启时间为20分，预设循环泵关闭时间为10分钟。

当待培育植物受光照射时，总控单元通过二氧化碳浓度传感器采集栽培室的二氧化碳浓度数据，当栽培室的二氧化碳浓度小于预设二氧化碳浓度下限时，总控单元控制开启二氧化碳电磁阀，此时，二氧化碳钢瓶中的二氧化碳通过管路和二氧化碳释放口排出，位于二氧化碳释放口附近的内循环风机将含有二氧化碳的气体送至栽培室内，由于二氧化碳释放口距离内循环风机较近，内循环风机抽取的气体中二氧化碳浓度较高，因此，可以较快地提升栽培室内的二氧化碳浓度。当栽培室的二氧化碳浓度大于预设二氧化碳浓度上限时，总控单元控制关闭二氧化碳电磁阀；例如，预设二氧化碳浓度下限为700ppm，预设二氧化碳浓度上限为900ppm。

当待培育植物受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境温度数据，当栽培室内的环境温度大于预设光周期温度上限（例如为22℃）时，总控单元控制恒温恒湿机进入制冷模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境温度；此时，总控单元通过继电器控制开启压缩机，通过继电器控制开启内循环风机，通过继电器控制开启冷凝风机，控制开启系统电磁阀。总控单元控制电加热器（例如通过继电器控制）和除湿电磁阀处于关闭状态。根据前述制冷工作原理，此时，蒸发器附近的空气变冷，然后通过内循环风机即可将冷空气送入至栽培室内部。

在上述制冷过程中，总控单元通过盘管温度传感器实时采集蒸发器的盘管温度；如果蒸发器的盘管温度小于或等于-2℃，总控单元通过继电器控制压缩机、加湿器和冷凝风机关闭，并控制关闭系统电磁阀。

在上述制冷过程中，总控单元通过箱外温湿度传感器实时采集箱体外的环境温度数据，如果箱体外环境温度大于或等于15℃，则总控单元通过继电器控制冷凝器风机进行高速风模式，否则总控单元通过继电器控制冷凝器风机进行低速风模式。

当栽培室内的环境温度小于预设光周期温度下限（例如为18℃）时，总控单元控制电加热器开启，栽培室内的环境温度开始升高。在上述制热过程中，总控单元通过继电器控制压缩机、冷凝风机和外循环风机关闭，并控制关闭除湿电磁阀。在上述制热过程中，在电加热器回路上设置有过热保护功能，当电加热器表面温度超过85℃时，电加热器关闭。当电加热器表面温度超过105℃，电加热器回路上的熔断器断开，从而切断电源供应。在上述制热过程中，总控单元通过箱外温湿度传感器实时采集箱体外的环境温度数据，如果箱体外环境温度大于或等于15℃，则总控单元控制系统电磁阀开启，如果箱体外环境温度小于15℃，则总控单元控制系统电磁阀关闭。

当栽培室内的环境温度在预设光周期温度上限和预设光周期温度下限之间时，说明栽培室内的环境温度达到合适的温度范围，需要进行保温。此时，总控单元通过继电器控制压缩机、电加热器、外循环风机和冷凝风机关闭，并控制除湿电磁阀关闭，并通过继电器控制内循环风机开启。在该保温过程中，总控单元通过箱外温湿度传感器实时采集箱体外的环境温度数据，如果箱体外环境温度大于或等于15℃，则总控单元控制系统电磁阀开启，如果箱体外环境温度小于15℃，则总控单元控制系统电磁阀关闭。

当待培育植物受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境湿度数据，当栽培室内的环境湿度小于预设光周期湿度下限（例如为55%RH）时，总控单元控制加湿器开启，栽培室内的环境湿度开始提高。在上述加湿过程中，总控单元通过继电器控制外循环风机和冷凝风机关闭，并控制关闭除湿电磁阀。在加湿过程中，总控单元通过箱外温湿度传感器实时采集箱体外的环境温度数据，如果箱体外环境温度大于或等于15℃，则总控单元控制系统电磁阀开启，如果箱体外环境温度小于15℃，则总控单元使系统电磁阀和压缩机同步开停（如果压缩机开启，则控制系统电磁阀开启；反之则控制系统电磁阀关闭）。

当栽培室内的环境湿度大于预设光周期湿度上限（例如为90%RH）时，总控单元控制恒温恒湿机进入除湿模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境湿度。此时，总控单元通过继电器控制电加热器、加湿器和外循环风机处于关闭状态，通过继电器控制压缩机、内循环风机和冷凝风机开启，控制开启系统电磁阀和除湿电磁阀。此时，根据前述除湿原理，蒸发器附近的环境湿度降低，通过内循环风机就可以将低湿度的空气送入至栽培室内部，从而降低栽培室内部的环境湿度。

在上述除湿过程中，总控单元通过箱外温湿度传感器实时采集箱体外的环境温度数据，如果箱体外环境温度大于或等于15℃，则总控单元通过继电器控制冷凝器风机进行高速风模式，否则总控单元通过继电器控制冷凝器风机进行低速风模式。

在上述除湿过程中，总控单元通过盘管温度传感器实时采集蒸发器的盘管温度；如果蒸发器的盘管温度小于或等于-2℃，总控单元通过继电器控制压缩机、加湿器和冷凝风机关闭，并控制关闭系统电磁阀。

当栽培室内的环境温度在预设光周期湿度上限和预设光周期湿度下限之间时，说明栽培室内的环境湿度达到合适的湿度范围，需要进行保湿。此时，总控单元通过继电器控制加湿器、外循环风机和冷凝风机关闭，通过继电器控制内循环风机开启，控制关闭除湿电磁阀。在该保湿过程中，总控单元通过箱外温湿度传感器实时采集箱体外的环境温度数据，如果箱体外环境温度大于或等于15℃，则总控单元控制系统电磁阀开启，如果箱体外环境温度小于15℃，则总控单元使系统电磁阀和压缩机同步开停（如果压缩机开启，则控制系统电磁阀开启；反之则控制系统电磁阀关闭）。

综上所述，恒温恒湿机的工作过程可分为调节温度和调节湿度，如果压缩机在调节湿度的过程中的开启条件与在调节温度的过程中的开启条件相冲突，则以在调节温度的过程中的开启条件为准。

当待培育植物不受光照射时（即处于暗周期时），总控单元按照预设循环泵开启时间和预设循环泵关闭时间，控制循环泵的开启和关闭，营养液在循环泵开启时被送至水槽；例如，预设循环泵开启时间为20分，预设循环泵关闭时间为10分钟。此时，循环泵的工作过程与光周期时循环泵的工作过程类似，在此不再重复。当待培育植物不受光照射时，总控单元控制关闭二氧化碳电磁阀。

当待培育植物不受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境温度数据，当栽培室内的环境温度大于预设暗周期温度上限时，总控单元控制恒温恒湿机进入制冷模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境温度；当栽培室内的环境温度小于预设暗周期温度下限时，总控单元控制电加热器开启，栽培室内的环境温度开始升高；例如，预设暗周期温度上限为17℃，预设暗周期温度下限为13℃。

当待培育植物不受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境湿度数据，当栽培室内的环境湿度小于预设暗周期湿度下限时，总控单元控制加湿器开启，栽培室内的环境湿度开始提高；当栽培室内的环境湿度大于预设暗周期湿度上限时，总控单元控制恒温恒湿机进入除湿模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境湿度。例如，例如，预设暗周期湿度上限为85%RH，预设暗周期湿度下限为55%RH。

在待培育植物不受光照射时，栽培室内环境温度/环境湿度的控制过程类似于植物受光照射时栽培室内环境温度/环境湿度的控制过程，在此不再重复。

另外，当待培育植物受光照射且恒温恒湿机进入制冷模式时，如果在压缩机开启20分后，栽培室内的环境温度大于预设异常温度上限（例如为24℃），则判断栽培室内的环境温度是否大于箱体外环境温度，并判断栽培室内的环境温度是否大于预设报警温度阈值（例如为30℃），如果栽培室内的环境温度大于箱体外环境温度，总控单元通过继电器控制加湿器关闭，控制关闭二氧化碳电磁阀，并通过继电器控制外循环风机开启，并控制触摸屏显示温度报警信息。当栽培室内的环境温度大于预设报警温度阈值时，总控单元通过继电器控制关闭所有LED灯，减少LED灯的灯光发热。采用上述措施可以有效地降低栽培室内的环境温度。

本发明实施例还提供了传感器检测及报警功能。如果盘管温度传感器没有将对应的信号发送至总控单元，或者盘管传感器温度传感器将异常的信号发送至总控单元，则总控单元控制显示屏显示对应的错误信息。如果箱内温湿度传感器没有将对应的信号发送至总控单元，或者箱内温湿度传感器将异常的信号发送至总控单元，则总控单元控制显示屏显示对应的错误信息。如果箱外温湿度传感器没有将对应的信号发送至总控单元，或者箱外温湿度传感器将异常的信号发送至总控单元，则总控单元控制显示屏显示对应的错误信息。如果二氧化碳浓度传感器没有将对应的信号发送至总控单元，或者二氧化碳浓度传感器将异常的信号发送至总控单元，则总控单元控制显示屏显示对应的错误信息。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种植物生长箱控制系统，其特征在于，包括：箱体(1)，所述箱体(1)包括栽培室、以及与栽培室相邻的环境控制室；所述栽培室设置有至少一个栽培架(7)，每个栽培架(7)由低到高呈多层结构，所述栽培架(7)的每一层的底部设置有用于存储营养液的水槽(10)，每层水槽(10)内设置有用于培育植物的定植板(23)；

所述栽培室在靠近环境控制室的侧壁上设置有箱内温湿度传感器(13)和二氧化碳浓度传感器(14)，所述箱体(1)外部的侧壁上设置有箱外温湿度传感器(4)；所述环境控制室内安装有用于控制栽培室内温度和湿度的恒温恒湿机(21)、以及用于向栽培室内提供二氧化碳的二氧化碳钢瓶(19)，所述栽培室在靠近环境控制室的侧壁顶端设置有恒温恒湿机送风口(15)，所述恒温恒湿机(21)通过管路连接恒温恒湿机送风口(15)；所述二氧化碳钢瓶(19)的供应管路上设置有二氧化碳电磁阀(17)；所述栽培架(7)的每一层的顶部设置有灯板(28)，所述灯板上均匀排列有若干灯条(29)，每个灯条(29)上均匀设置有多个用于向植物提供光源的LED灯(3)；所述栽培室的底部放置有营养液水箱(24)和循环泵(35)，所述营养液水箱(24)、循环泵(35)和所有水槽(10)通过管路形成营养液循环系统；

所述环境控制室内设置有总控单元，所述总控单元的信号输入端分别电连接箱内温湿度传感器(13)、二氧化碳浓度传感器(14)和箱外温湿度传感器(4)；所述总控单元电连接二氧化碳电磁阀(17)的控制端，所述总控单元用于控制恒温恒湿机(21)的运行状态，用于控制开启或关闭LED灯(3)，用于控制开启或关闭循环泵(35)；

所述环境控制室内固定安装有金属箱(18)，所述总控单元固定安装在所述金属箱(18)内部；所述总控单元的I/O接口还电连接有触摸屏(3)；

所述箱体(1)的外部还设置有外循环风机，所述栽培室在靠近环境控制室的侧壁顶端设置有应急送风口，所述外循环风机通过管路连接所述应急送风口；所述外循环风机包括外循环风机回风口，所述外循环风机回风口伸入至所述栽培室内部；所述栽培室内的侧壁上设置有应急按钮；

所述外循环风机的供电线路上设置有第二常开型继电器，所述总控单元电连接第二常开型继电器的控制端；所述应急按钮的一端接入报警触发信号，另一端电连接总控单元。

2.如权利要求1所述的一种植物生长箱控制系统，其特征在于，所述恒温恒湿机(21)包括内循环风机(31)、压缩机(39)、冷凝器(38)、储液器(45)、膨胀阀(43)、以及蒸发器(40)，所述压缩机(39)、冷凝器(38)、储液器(45)、膨胀阀(43)、以及蒸发器(40)通过管路依次连接，形成循环回路；所述储液器(45)和膨胀阀(43)之间的管路上设置有系统电磁阀(44)，所述蒸发器(40)上设置有分液器(42)，分液后的一个管路上安装有除湿电磁阀(41)；所述蒸发器(40)上设置有内循环风机(31)，所述内循环风机(31)的出风口为恒温恒湿机送风口(15)，所述内循环风机(31)的回风口伸入至所述栽培室内部；所述冷凝器上设置有冷凝风机(32)；

所述二氧化碳钢瓶(19)的供应管路具有二氧化碳释放口(46)，所述二氧化碳释放口(46)与内循环风机(31)的距离不超过10cm；

所述总控单元分别电连接除湿电磁阀(41)和系统电磁阀(44)，所述总控单元用于控制压缩机(39)的运行状态、冷凝风机(32)的运行状态、以及内循环风机(31)的运行状态。

3.如权利要求1所述的一种植物生长箱控制系统，其特征在于，所述循环泵的供电线路上设置有循环泵继电器，所述总控单元电连接所述循环泵继电器的控制端。

4.如权利要求1所述的一种植物生长箱控制系统，其特征在于，所述恒温恒湿机内部设置有电加热器，所述栽培室内部还设置有加湿器(2)，所述电加热器的供电线路上设置有第一常开型继电器，所述总控单元电连接所述第一常开型继电器的控制端；

所述加湿器的供电线路上设置有转换型继电器，所述总控单元电连接所述转换型继电器的控制端。

5.一种植物生长箱控制方法，基于权利要求1所述的一种植物生长箱控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

总控单元按照预设光周期和预设暗周期向LED灯发送开关信号，控制LED灯的通断；

当待培育植物受光照射时，总控单元按照预设循环泵开启时间和预设循环泵关闭时间，控制循环泵的开启和关闭，营养液在循环泵开启时被送至水槽；当待培育植物受光照射时，总控单元通过二氧化碳浓度传感器采集栽培室的二氧化碳浓度数据，当栽培室的二氧化碳浓度小于预设二氧化碳浓度下限时，总控单元控制开启二氧化碳电磁阀；当栽培室的二氧化碳浓度大于预设二氧化碳浓度上限时，总控单元控制关闭二氧化碳电磁阀；

当待培育植物受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境温度数据，当栽培室内的环境温度大于预设光周期温度上限时，总控单元控制恒温恒湿机进入制冷模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境温度；当栽培室内的环境温度小于预设光周期温度下限时，总控单元控制电加热器开启，栽培室内的环境温度开始升高；

当待培育植物受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境湿度数据，当栽培室内的环境湿度小于预设光周期湿度下限时，总控单元控制加湿器开启，栽培室内的环境湿度开始提高；当栽培室内的环境湿度大于预设光周期湿度上限时，总控单元控制恒温恒湿机进入除湿模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境湿度；

当待培育植物不受光照射时，总控单元按照预设循环泵开启时间和预设循环泵关闭时间，控制循环泵的开启和关闭，营养液在循环泵开启时被送至水槽；当待培育植物不受光照射时，总控单元控制关闭二氧化碳电磁阀；

当待培育植物不受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境温度数据，当栽培室内的环境温度大于预设暗周期温度上限时，总控单元控制恒温恒湿机进入制冷模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境温度；当栽培室内的环境温度小于预设暗周期温度下限时，总控单元控制电加热器开启，栽培室内的环境温度开始升高；

当待培育植物不受光照射时，总控单元通过箱内温湿度传感器采集栽培室内的环境湿度数据，当栽培室内的环境湿度小于预设暗周期湿度下限时，总控单元控制加湿器开启，栽培室内的环境湿度开始提高；当栽培室内的环境湿度大于预设暗周期湿度上限时，总控单元控制恒温恒湿机进入除湿模式，恒温恒湿机控制降低栽培室内的环境湿度。

6.如权利要求5所述的一种植物生长箱控制方法，其特征在于，在所述环境控制室内固定安装金属箱，将所述总控单元固定安装在所述金属箱内部；将所述总控单元的I/O接口电连接触摸屏；

在所述箱体的外部设置一个外循环风机，在所述栽培室在靠近环境控制室的侧壁顶端设置应急送风口，将所述外循环风机通过管路连接所述应急送风口；所述外循环风机包括外循环风机回风口，所述外循环风机回风口伸入至所述栽培室内部；在所述栽培室内的侧壁上设置应急按钮；

在所述外循环风机的供电线路上设置第二常开型继电器，将所述总控单元电连接第二常开型继电器的控制端；将所述应急按钮的一端接入报警触发信号，另一端电连接总控单元；

当按下应急按钮时，总控单元会接收到报警触发信号；然后，总控单元控制触摸屏显示报警信息，总控单元控制二氧化碳电磁阀关闭，总控单元控制恒温恒湿机、加湿器和电加热器停止运行，并控制开启外循环风机。