CN104798627A - 植物生长环境的自动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物生长环境的自动控制装置,包括混合室、生长室及与混合室连接的洁净空气供给装置;混合室底部设有两台循环风机,第一风机用于排除混合室内的废气及对混合室内的空气调温调湿,第二风机用于混合室与生长室之间的气流循环;生长室内设有多个培育架,每个培育架分割为多层,每层设有导液槽和一定数量的LED灯,导液槽与给排水及营养液供给系统连接;生长室内还设有生长环境参数采集传感器,各传感器采集的数据通过物联网传送至控制器,控制器根据植物在不同时期的生长环境曲线调节植物生长环境的各种参数;控制器连接到人机操作界面。本发明可大大缩短农作物育苗及生长周期,提高土地利用率,增加了单位面积的产出。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物生长环境的自动控制装置。
背景技术
目前,我国农业技术相对落后,土地资源稀缺,水资源日趋贫乏,农田得不到充分的灌溉,农田过于分散,农业资源匮乏,自动化程度低,加上农作物投资大、回馈小,很大一部分土地甚至遭到闲置乃至荒废。虽然我国农业发展也取得了很大的成绩,但是也面临着巨大的挑战:
农业资源匮乏,污染严重:中国农业发展目前主要依赖于土地、水以及农作物等资源,虽然资源总量位居世界前茅,但是人均占有量却远远低于世界水平,加上地下水的过度开采和农田大面积的漫灌,水资源日趋贫乏,农田得不到充足的灌溉。另外随着我国工业化的大力发展,对农业资源占用还会进一步扩大,水资源污染以及土壤污染正在急剧扩大,致使能作为资源的水和土壤正在迅速缩减。加之不当的施肥和过度的喷洒农药都会严重影响农作物的生长和产品质量,损害人体健康。
产量低下,收益少:当前种植方式主要为土地种植,种植密度小,受自然环境因素制约,气候条件不佳时直接影响农作物产量,并且无法实现全年种植,加上土地过度分散,无法实现大规模种植,造成收益微薄,绝大多数农民仅靠农作物种植得来的收益不能满足日常生活水平的开支,导致部分土地遭到闲置乃至荒废,造成资源利用率极其低下。
自动化程度极低:由于我国经济、技术等方面原因,我国传统农业与发达国家相比有很大差距,人工种植已远远不能适应农业的科技进步,种植效率低,生长品质与质量无法得到保证。
发明内容
本发明的目的是为解决目前农业生产资源匮乏、污染严重、产量低下、受气候影响大且自动化程度极低的技术问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种植物生长环境的自动控制装置,包括混合室、生长室及与混合室连接的洁净空气供给装置;
所述洁净空气供给装置包括顺次连接的风机加压装置、水洗除尘装置、滤除毒质装置和紫外消毒装置,经过紫外消毒装置后的空气供给混合室;
所述混合室为用保温材料制成的密闭空间,混合室底部设有两台循环风机,第一风机用于排除混合室内的废气及对混合室内的空气调温调湿,第二风机用于混合室与生长室之间的气流循环;混合室还与外部的CO2补充器连接;
所述生长室内设有多个培育架,每个培育架分割为多层,每层设有导液槽和一定数量的LED灯,导液槽与给排水系统及营养液供给系统连接;生长室内还设有温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器、光照强度传感器和营养液的电导率及液位传感器,各传感器采集的数据通过物联网传送至控制器,控制器根据植物在不同时期的生长环境曲线调节植物生长环境的温度、湿度、CO2浓度、光照强度和营养液的电导率及液位;控制器连接到人机操作界面。
进一步地,所述控制器通过启动所述第一风机和第二风机及启动洁净空气供给装置的电磁阀向生长室补充洁净空气对生长环境调温或调湿。
进一步地,所述混合室内还设有空调,所述控制器通过启动空调对生长环境调温。
进一步地,所述控制器通过启动所述第二风机及启动洁净空气供给装置的电磁阀向生长室补充洁净空气对生长环境调温。
进一步地,所述混合室内还设有空调,所述控制器通过启动空调对生长环境调温。
进一步地,所述混合室内还设有增湿器,所述控制器通过启动所述第二风机及增湿器阀门对生长环境调湿。
进一步地,当温度和光照强度达到设定值时,所述控制器通过启动CO2补充器的电磁阀向生长室补充CO2。
进一步地,所述控制器通过启动所述给排水系统及营养液供给系统的电磁阀调节营养液的电导率及液位。
进一步地,所述控制器通过控制所述LED灯开启的数量调节光照强度。
进一步地,所述水洗除尘装置包括液位恒定的水箱,水箱顶部侧壁设有进水阀,水箱底部设有排水阀,水箱底部侧壁设有进气口,水箱顶部设有出气口,排水阀通过水处理装置连接到进水阀。
本发明全封闭式模拟植物生长的环境,对温度、湿度、光照、气体成分、养分供给等全部实现自动化控制,通过仿生学原理,人为模拟出一个农作物最佳生长环境,使其生长速度最快、品质最佳,改变了传统农业必须依赖土地以及自然环境的束缚条件,在当前土地紧张、污染严重的现实面前,彻底解决了小面积规模化种植的难题,不依赖土地、不限季节地进行农作物的种植,大大缩短农作物育苗及生长周期,提高土地利用率,增加了单位面积的产出,提高了土地的亩产值。本发明在不同环境下,针对不同植物生长特性设置适当的生长环境参数,提供相应的营养配比,进行多层次、高密度、智能管理。本发明装置具有不受外界环境、季节变化等因数的影响,人工成本低,具备自动记忆与学习生长特性的功能,使植物达到最佳生长状态,可广泛应用于农业及医药领域植物育苗、作物培植、特种生物生长,具有绿色环保,品质佳,投资成本小,高产出等特点,极具市场推广价值。
附图说明
图1为本发明的控制原理框图。
图2为本发明内部结构示意图。
图3为水洗除尘装置结构示意图。
图中:1混合室;101第一风机;102第二风机;103空调;104增湿器;2生长室;201培育架;202导液槽;203LED灯;3洁净空气供给装置;301风机加压装置;302水洗除尘装置;3021水箱;3022进水阀;3023排水阀;3024水处理装置;303滤除毒质装置;304紫外消毒装置;4CO2补充器;5给排水系统;6营养液供给系统。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成,且其不应理解为对本发明的限制。
如图1-3所示,包括混合室1、生长室2及与混合室1连接的洁净空气供给装置3。
洁净空气供给装置3包括顺次连接的风机加压装置301、水洗除尘装置302、滤除毒质装置303和紫外消毒装置304,风机加压装置301为整套装置提供动力源,吸入新鲜空气加压后送至后工段处理;水洗除尘装置302过滤气体中的粉尘、颗粒等杂质,同时也可局部调温,包括液位恒定的水箱3021,水箱3021顶部侧壁设有进水阀3022,水箱3021底部设有排水阀3023,水箱3021底部侧壁设有进气口,水箱3021顶部设有出气口,排水阀3023通过水处理装置3024连接到进水阀3022,通过进水阀3022和出水阀3023定时动作,达到清洁水质及维持水箱3021液位H恒定的目的,经过风机加压装置301加压的空气从水箱3021下部的进气口接入,空气中的粉尘、颗粒被水滤除,气体至水箱3021顶部的出气口输出,至后工段入口,因为添加了水处理装置3024,所以水可循环使用。经过紫外消毒装置304后的空气供给混合室1。
混合室1为用保温材料制成的密闭空间,混合室1底部设有两台循环风机,第一风机101用于排除混合室1内的废气及对混合室1内的空气调温调湿,第二风机102用于混合室1与生长室2之间的气流循环;混合室1还与外部的CO2补充器4连接。
生长室2内设有4-8个培育架201,每个培育架201分割为4-8层,每层设有导液槽202和16-32根LED灯203,导液槽202与给排水系统5及营养液供给系统6连接;生长室2内还设有温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器、光照强度传感器和营养液的电导率及液位传感器,营养液的电导率对应其pH值,各传感器采集的数据通过物联网传送至控制器,控制器根据植物在不同时期的生长环境曲线调节植物生长环境的温度、湿度、CO2浓度、光照强度和营养液的电导率及液位。
控制器通过启动第一风机101和第二风机102及启动洁净空气供给装置3的电磁阀向生长室2补充洁净空气对生长环境调温或调湿;控制器通过启动第二风机102及启动洁净空气供给装置3的电磁阀向生长室2补充洁净空气对生长环境调温;混合室1内还可设有空调103,控制器通过启动空调103对生长环境调温或调温,必要时采用PID控制方法将温度控制在最佳范围内,误差在1℃以内,通过系统控制空调103的设定值,根据室内相关的技术参数,系统自动调节空调103的温度,将温度控制在设定范围内。混合室1内还可设有增湿器104,控制器通过启动第二风机102及增湿器104的阀门对生长环境调湿。
当温度和光照强度达到设定值时,控制器通过启动CO2补充器4的电磁阀向生长室2补充CO2;因为植物生长中不断吸收CO2,所以应及时补充CO2,使植物生长在最佳环境中。CO2补充分为浓度控制和定时补充两种补充方式,补充方式按设定选择的方式结合当前的技术参数进行补充,只有当温度和光照强度达到设定的要求时才允许补充CO2,并且可以在线修改补充方式和补充浓度:
浓度控制(当选择此补充方式时):
当生长室2内的温度高于设定值且第一风机101打开时,不允许启动电磁阀补充CO2,以免造成CO2泄露;否则当CO2浓度低于生长室2内设定的CO2浓度时,补充CO2,补充的时间和频率根据设定的时间进行。
定时控制(当有LED灯203打开时才能选择此补充方式):
根据作物生长不同阶段设定的补充时间和补充频率对CO2进行补充,以免CO2泄露,使CO2保持在一个正常的值,必要时可以在线切换到“手动”状态直接控制电磁阀补充CO2。
控制器通过启动给排水系统5及营养液供给系统6的电磁阀调节营养液的电导率及液位,营养液及水分主要通过导液槽202进行循环供给,通过检测营养液中的电导率,实时检测营养液浓度,根据不同生长阶段对营养吸收的差异,通过给排水系统5改变营养液配比,采用液位传感器来监测营养液液位的实时高度,根据设定的实际需求控制电磁阀的开关,使营养液的液位以及浓度配比、pH值等情况符合农作物的生长要求;因为适合农作物的营养液与其电导率有直接的关系,故可以采用电导率仪对营养液进行检测。当电导率仪检测到营养液的电导率下降且超出设定范围时,则自动补充营养液,使其浓度达到农作物的生长要求。
控制器通过控制LED灯203开启的数量调节光照强度,光照强度对于作物生长也是一个很重要的技术参数。在某些作物对光照要求较高的场合下,采用LED灯203对作物进行照射。LED光源不仅比普通日光灯的亮度更为均匀,使用寿命更长,且功耗更低,并且可以采用PWM的调节方式对其亮度和波长进行调节,以更适合生长在不同时间段对于光照强度的不同需求。
明期:根据设定的时间段开启相应的LED灯203,并且轮流开启设定的灯组数确保植物受光照强度均匀,当生长室2内的温度过高,并且其它设备也无法启到降温的效果时,关闭所有灯组直至温度恢复正常,以免过高的温度对作物造成损害。
暗期:一般关闭所有LED灯203。
控制器连接到人机操作界面,实现“傻瓜式”操作,无需计算机专业要求,符合大众的操作习惯,直观易懂。另外具有强大的数据分析、处理能力,采用先进的存储技术,将农作物各个生长参数保存记录,方便进行历史数据查询和曲线查询,另外结合曲线显示可以对各个阶段不同生长参数趋势进行分析,更加方便和快捷的查询平均值、最大值、最小值,积温等重要参数。历史数据记录的时间可长达多个生长周期,可以涵盖整个生长周期的各项技术参数,并且结合趋势曲线可以很方便的对农作物生长的各个阶段对各项技术参数指标进行统计与分析,可以更加合理的管理农作物的生长,促进农作物最佳生长态势。
本发明与农业自动化研发物联网管理系统相结合,实现远程控制、远距离传输,无线传输以及互联网传输等功能。从而实现了无论任何时刻、任何地点、任何管理人员对所有设备控制参数进行控制,跟踪,管理。并且包含预警系统,当某生长装置异常时发出声光报警提醒操作工采取相关操作,为植物创造一个良好的生长环境,避免不必要的浪费。这样就大大提高生产效率,提高产量,促进农业现代化、全自动化生产。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.植物生长环境的自动控制装置,其特征在于,包括混合室、生长室及与混合室连接的洁净空气供给装置;
所述洁净空气供给装置包括顺次连接的风机加压装置、水洗除尘装置、滤除毒质装置和紫外消毒装置,经过紫外消毒装置后的空气供给混合室;
所述混合室为用保温材料制成的密闭空间,混合室底部设有两台循环风机,第一风机用于排除混合室内的废气及对混合室内的空气调温调湿,第二风机用于混合室与生长室之间的气流循环;混合室还与外部的CO2补充器连接;
所述生长室内设有多个培育架,每个培育架分割为多层,每层设有导液槽和一定数量的LED灯,导液槽与给排水系统及营养液供给系统连接;生长室内还设有温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器、光照强度传感器和营养液的电导率及液位传感器,各传感器采集的数据通过物联网传送至控制器,控制器根据植物在不同时期的生长环境曲线调节植物生长环境的温度、湿度、CO2浓度、光照强度和营养液的电导率及液位;控制器连接到人机操作界面。
2.根据权利要求1所述的植物生长环境的自动控制装置,其特征在于,所述控制器通过启动所述第一风机和第二风机及启动洁净空气供给装置的电磁阀向生长室补充洁净空气对生长环境调温或调湿。
3.根据权利要求1或2所述的植物生长环境的自动控制装置,其特征在于,所述混合室内还设有空调,所述控制器通过启动空调对生长环境调温。
4.根据权利要求1所述的植物生长环境的自动控制装置,其特征在于,所述控制器通过启动所述第二风机及启动洁净空气供给装置的电磁阀向生长室补充洁净空气对生长环境调温。
5.根据权利要求4所述的植物生长环境的自动控制装置,其特征在于,所述混合室内还设有空调,所述控制器通过启动空调对生长环境调温。
6.根据权利要求1所述的植物生长环境的自动控制装置,其特征在于,所述混合室内还设有增湿器,所述控制器通过启动所述第二风机及增湿器阀门对生长环境调湿。
7.根据权利要求1所述的植物生长环境的自动控制装置,其特征在于,当温度和光照强度达到设定值时,所述控制器通过启动CO2补充器的电磁阀向生长室补充CO2。
8.根据权利要求1所述的植物生长环境的自动控制装置,其特征在于,所述控制器通过启动所述给排水系统及营养液供给系统的电磁阀调节营养液的电导率及液位。
9.根据权利要求1所述的植物生长环境的自动控制装置,其特征在于,所述控制器通过控制所述LED灯开启的数量调节光照强度。
10.根据权利要求1所述的植物生长环境的自动控制装置,其特征在于,所述水洗除尘装置包括液位恒定的水箱,水箱顶部侧壁设有进水阀,水箱底部设有排水阀,水箱底部侧壁设有进气口,水箱顶部设有出气口,排水阀通过水处理装置连接到进水阀。
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