CN106386391A - 一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统，包括种植区域/自动灌溉装置、监控装置、资源循环装置、光源补光装置、总蓄电池、N个风能太阳能发电装置，N为自然数，自动灌溉装置包括Y个喷头模块、Y个探头模块，Y为自然数、中央控制模块、储蓄模块；探头模块采集土壤信息传输至中央控制模块，中央控制模块接收和处理探头模块采集的土壤信息并发出指令到喷头模块，喷头模块接收指令并通过管道从储蓄模块提取物料，物料由喷嘴喷出至种植去区域；监控装置包括X个图像采集模块，X为自然数、中央处理模块；图像采集模块采集图像信息，并通过CAN总线发送至中央处理模块；资源循环装置包括残渣收集模块、堆肥发酵模块。

Description

一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统

技术领域

本发明涉及一种智能植物种植装置，具体涉及一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统。

背景技术

植物工厂的建造能激发更多的年轻人投入到农业生产中，投入到现代高科技农业领域中，为他们创建一个更广阔的平台，当前全世界的农业从业者日趋老龄化与妇女化，这与传统农业模式的生产方式有关，面朝黄土背朝天的靠天靠力吃饭的落后生产方式有关，大多数想创业的年轻人更关注的是环境与功能齐全的城市，而离开农村离开农业，这样使农业从业者的素质每况愈下与后继人才日渐匮乏。而这种新型的农业模式，劳动力已得到彻底解放，劳动强度大大降低，生产场所环境已完全优化，自然风险完全解除，在生产过程中从原来的野外劳力付出型变化室内的智力付出型，在植物工厂内会让人体会更，人在花丛中，人在与自然的和谐中，在轻松而优雅的环境中，做些诸如生产计划制定，植物生长观察、参数数据的设定切换等皆属轻松智力型工作，大大激发了年轻人对农业的兴趣与爱好，农业生产模式及观念的改变，使年轻人能纷纷在从城镇转回到农村，投身到植物工场的现代农场建设中，改变当前农业的三八六零部队的产业现状。这种改变对于加快农业产业发展，提高农业生产水平意义是深远与巨大的。

植物的生长是需要水，营养液，电功能水杀菌。但是在实际的种植过程中，三种液体传输的管道安装复杂，造成极大的不便。种植区域过大时，人工无法时刻看到每个区域的内容，不能第一时间了解植物生长情况，造成培养的不利，并且现在的植物生长都离不开光和电，如何有效的让植物得到最好的光照时间，最低成本的电耗，有效的处理垃圾是一个重大的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是三种液体传输的管道安装复杂、有效处理垃圾、种植区域的监控以及光和电的设置，目的在于提供一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统，解决三种液体传输的管道安装复杂、有效处理垃圾、种植区域的监控以及光和电的设置的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统，包括种植区域/自动灌溉装置、监控装置、资源循环装置、光源补光装置、总蓄电池、N个风能太阳能发电装置，N为自然数，其中：所述自动灌溉装置：包括Y个喷头模块、Y个探头模块，Y为自然数、中央控制模块、储蓄模块；喷头模块和探头模块通过CAN总线和中央控制模块连接；探头模块采集土壤信息传输至中央控制模块，中央控制模块接收和处理探头模块采集的土壤信息并发出指令到喷头模块，喷头模块接收指令并通过管道从储蓄模块提取物料，物料由喷嘴喷出至种植去区域；所述监控装置：包括X个图像采集模块，X为自然数、中央处理模块，中央处理模块设置在种植区域内部；图像采集模块通过摄像头采集监测区域图像信息，并通过CAN总线发送至中央处理模块；所述资源循环装置：包括残渣收集模块、堆肥发酵模块；残渣收集模块收集营养废液及植物的残渣脚料输送至堆肥发酵模块，堆肥发酵模块收到营养废液及植物的残渣脚料并进行堆肥发酵，发酵后得到无菌无臭残渣和液肥输送到种植区域；所述风能太阳能发电装置：包括晶体模块、风扇模块、蓄电模块；晶体模块包括半导体板，支撑杆，定时转动器；定时转动器控制支撑杆转动，支撑杆带动半导体板转动方向；晶体模块采集光能转换成电能并通过电缆传输至蓄电模块；风扇模块采集动能并转换成电能并通过电缆传输至蓄电模块；蓄电模块通过电缆接收电能并传输至总蓄电池；所述总蓄电池：接收所有蓄电模块传输的电能；所述光源补光装置：设置在种植区域内部，包括补光控制器、Z个补光灯，Z为自然数，补光控制器采集总蓄电池中的电能，并控制电能的流向传输至补光灯。 种植空间属于电动力农业范畴，它所涉及的每一块运行系统都离不开电能，如环境模拟、工厂操作、人员管理等都需要用电，而电资源在当前这个时代又是耗能最大最匮乏的资源所以本发明采用风能太阳能发电，风能太阳能发电能避免传统的风能发电和太阳能发电的缺陷，没有光照时可利用风能发电，没有风可利用太阳能发电，对发电装置做了一个双层保障；并且设置总蓄电池，总蓄电池可以设置在种植区域的外部或者内部，所有蓄电模块的电能都传输至总蓄电池，可以避免任一蓄电模块损坏时，和该蓄电模块连接的设备无电可用的状态。传统的太阳能发电，半导体板的方向固定，可是太阳的光照方向是不固定的，不利于光能的充分吸收，本发明根据太阳升起落下的方向，可设置定时转动器的时间，让半导体板最大限度的跟随阳光的方向，最大化的吸收光能。根据科学家对光照的多年研究表明，植物的光合作用单元叶绿素对于特定波段的光源有嗜好性，如红光、蓝光、远红光，除了这些光外，其它光质的光照利用率转换率并不高，为了使植物工厂内的植物有更高的光合作用效率，一般选择红蓝光为主的人工补光系统，通常不同光质的科学搭配比例为R/B为10-5/1，这样的光对于植物的栽培是最合适的，而且在光周期上通常采用二十四小时全光照补光与400US的脉冲补光相结合，实现光照光合时间的最大化，而对于光周期敏感的开花结果植物，一般还是要求光期暗期分明的补光方式，本发明可根据不同植物的需求，设置补光控制器，控制电能的方向，使每个植物都能得到最佳的光照时间和光照颜色。同理，本发明可根据中央控制模块接收并处理探头模块采集的土壤信息，根据植物信息判断，是缺少水分？还是缺少营养液？或者是需要杀菌？具体需要多少分量？，判断之后得出结果，最后通过CAN总线发出处理指令到喷头模块，喷头模块接收指令，通过管道从储蓄模块提取对应物料，并由喷嘴喷出至指定位置。储蓄模块共储蓄了3中物料，营养液，水和电功能水。并且360度无死角监控，能够实现减少人力支出成本。在植物工厂的栽培与收获过程中，一些营养废液的排放，及植物的残渣等下脚料都可以作为生物菌发酵的原料进行堆肥处理，把堆肥发酵后的无菌无臭残渣作为营养土配制的原料进行无土栽培，而由其浸出液制取的液肥又可作为追肥或者水培的营养液进行二次循环利用，让植物工厂自身就能完成整个生态圈内的能量循环，也不会因为排出的废液下脚料而影响到工厂外环境造成污染与影响生态。

一种全方位监控的智能植物种植装置还包括立体式栽培装置，立体式栽培装置由栽培床或槽及立体式的栽培架所组成。为了合理与充分地利用栽培空间，提高植物工厂利用率及生产效率而设定的，它的规格与大小因栽培目标植物大小及可利用空间的大小而灵活确定，对于喜阳的瓜果类层次可大些提高通风透光率，而对于叶菜或芽菜类层次可设密一些以提高空间利用率，这些方面可因生产而定。

一种全方位监控的智能植物种植装置还包括环境密封装置。植物工厂是在全封闭的环境下构建的植物种植系统，它要求栽培环境不受任何外界气候因子的影响，基于此就要利用隔热避光与防风的材料进行厂房的建设，以最佳的隔热性能来实现能量损耗的最少化与节能化，根据冷库建设的隔热原理，先择15CM厚的泡沫绝热板作为建设材料，这种材料具有良好的隔热性与避光性，能使工厂内外的能量交换最小化，内外影响最小化，建设时要求接缝处粘接密封良好，以免透风而影响植物工厂内的人工生态环境，在建造隔热密封系统时，还要加入承载力与牢固度较好的钢材或木材作骨架，另外，在隔热板的内外两面最好还要喷涂上反光层，以实现内环境补光的充分利用，和外环境日照影响的最小化。

所述管道为PPR 管。作为一种新型的管道材料，它既可以用作冷管，也可以用作热管道，由于其无毒、质轻、耐压、耐腐蚀，正在成为一种推广的材料。也适用于热管道道，甚至纯净饮用管道道。PPR管的接口采用热熔技术，管子之间完全融合到了一起，所以一旦安装打压测试通过，不会像铝塑管一样存在时间长了老化漏水现象，而且PPR管不会结垢。所以本发明管道采取PPR 管。

所述光源补光装置，包括二极管光源补光装置和激光光源补光装置。种植空间的光源补光装置是最为重要的装置，它是构成植物生物量的一种主要能源，没有光照，植物光合作用就不能正常进行，一切代谢与活动所需的能量就不能供给，植物的正常生长就不能进行，二极管作为补光光源，它具有安装方便，光合效率高，省电节能的优点，据生产测定，在相同强度的光照强度下，二极管的耗电量只是常规补光灯的1/10用电量，另外，更重要的是二极管是冷光源，在栽培时可贴近植物叶片表面进行补光，效率更高，不发热与不改变环境与烧伤叶片，还有采用激光光源进行补光，也具有很高的补光效率。

所述二极管光源补光装置，补光灯为灯罩式或灯串式。现在用于植物工厂内的二极管补光灯有灯罩式与灯串式，具体可按栽培生产的实际需要而定，在安装时可平面也可垂面安装，以达到光照均匀，反光漫射利用最大化为原则即可，对于层次较多的立体栽培架可以在架间设计反光装置，可大大提高光源的利用率。采用二极管补光，安装布线也极为方便与快捷，而且也有防水防湿的作用，在高湿环境下也不会影响使用寿命，是当前植物工厂内补光系统的最佳选择。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统，在风能太阳能发电装置中，设置定时转动器的时间，让半导体板最大限度的跟随阳光的方向，最大化的吸收光能；

2、本发明一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统，把堆肥发酵后的无菌无臭残渣作为营养土配制的原料进行无土栽培，而由其浸出液制取的液肥又可作为追肥或者水培的营养液进行二次循环利用，采用这种方法可以实现植物工厂的零排除，正真做到植物微生物环境间和谐共处的生态环境；

3、本发明一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统，本发明为了合理与充分地利用栽培空间，提高植物工厂利用率及生产效率而设定的，它的规格与大小因栽培目标植物大小及可利用空间的大小而灵活确定，提高了空间的利用率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，本发明一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统，包括种植区域、自动灌溉装置、监控装置、资源循环装置、光源补光装置、总蓄电池、10个风能太阳能发电装置，其中自动灌溉装置由10个喷头模块、10个探头模块，中央控制模块选用计算机、储蓄模块为一个分为3个空间的池子，分别储存营养液、水和电工能水；喷头模块和探头模块通过CAN总线和中央控制模块连接；探头模块采集土壤信息传输至中央控制模块，中央控制模块接收探头模块采集的2号土壤位置的信息，经过计算机分析是缺水，并发出指令到喷头模块，喷头模块接收指令并通过管道从储蓄模块提取水，水由喷嘴喷出至2号土壤位置，喷水5分钟；所述监控装置：包括12个图像采集模块，中央处理模块为计算机；图像采集模块通过摄像头采集监测区域图像信息，并通过CAN总线发送至中央处理模块，操作人员就可以看到计算机显示的监控范围图像，未发现异常情况；风能太阳能发电装置有晶体模块、风扇模块、蓄电模块；晶体模块包括SiGe合金材料半导体板，支撑杆，定时转动器设置成北京时间早上6点到13点向东面转，13点到20点向西面转，其他时间不动；定时转动器控制支撑杆转动，支撑杆带动半导体板转动方向，晶体模块采集光能转换成电能并通过电缆传输至蓄电模块；风扇模块采集动能并转换成电能并通过电缆传输至蓄电模块；蓄电模块通过电缆接收电能并传输至总蓄电池；总蓄电池接收12个蓄电模块传输的电能；光源补光装置有补光控制器并选取光控制器、12个LED补光灯，补光灯分为5CM、10CM、15CM三种大小，蓝、红、白三种颜色；补光控制器选用采集总蓄电池中的电能，并控制电能的流向传输至补光灯中；开始工作时，风能太阳能发电以后把电存到总蓄电池。光源补光装置和超声波雾化加湿装置都在总蓄电池处提取电量，光控制器和空气湿度控制器同时测出种植区域2号空间少光缺水，所以做出判断2号空间10个5CM的补光灯亮，颜色为白色，雾化喷头对2号空间土壤喷雾水30分钟。残渣收集模块收集营养废液及植物的残渣脚料输送至堆肥发酵模块，堆肥发酵模块收到营养废液及植物的残渣脚料并进行堆肥发酵，发酵后得到无菌无臭残渣和液肥。把液肥输送到储蓄模块2次利用，把营养液储蓄模块运到植物土壤原培养土里面2次利用。

残渣收集模块收集营养废液及植物的残渣脚料输送至堆肥发酵模块，堆肥发酵模块收到营养废液及植物的残渣脚料并进行堆肥发酵，发酵后得到无菌无臭残渣和液肥。把液肥输送到储蓄模块2次利用，把营养液储蓄模块运到植物土壤原培养土里面2次利用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统，包括种植区域，其特征在于：还包括自动灌溉装置、监控装置、资源循环装置、光源补光装置、总蓄电池、N个风能太阳能发电装置，N为自然数，其中：

所述自动灌溉装置：包括Y个喷头模块、Y个探头模块，Y为自然数、中央控制模块、储蓄模块；喷头模块和探头模块通过CAN总线和中央控制模块连接；探头模块采集土壤信息传输至中央控制模块，中央控制模块接收和处理探头模块采集的土壤信息并发出指令到喷头模块，喷头模块接收指令并通过管道从储蓄模块提取物料，物料由喷嘴喷出至种植去区域；

所述监控装置：包括X个图像采集模块，X为自然数、中央处理模块，中央处理模块设置在种植区域内部；图像采集模块通过摄像头采集监测区域图像信息，并通过CAN总线发送至中央处理模块；

所述资源循环装置：包括残渣收集模块、堆肥发酵模块；残渣收集模块收集营养废液及植物的残渣脚料输送至堆肥发酵模块，堆肥发酵模块收到营养废液及植物的残渣脚料并进行堆肥发酵，发酵后得到无菌无臭残渣和液肥输送到种植区域；

所述风能太阳能发电装置：包括晶体模块、风扇模块、蓄电模块；晶体模块包括半导体板，支撑杆，定时转动器；定时转动器控制支撑杆转动，支撑杆带动半导体板转动方向；晶体模块采集光能转换成电能并通过电缆传输至蓄电模块；风扇模块采集动能并转换成电能并通过电缆传输至蓄电模块；蓄电模块通过电缆接收电能并传输至总蓄电池；

所述总蓄电池：接收所有蓄电模块传输的电能；

所述光源补光装置：设置在种植区域内部，包括补光控制器、Z个补光灯，Z为自然数，补光控制器采集总蓄电池中的电能，并控制电能的流向传输至补光灯。

2.根据权利要求1所述的一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统，其特征在于：还包括立体式栽培装置，立体式栽培装置由栽培床或槽及立体式的栽培架所组成。

3.根据权利要求1所述的一种全面监控的自动灌溉植物种植装置系统，其特征在于：还包括环境密封装置。

4.根据权利要求1所述的一种全方位监控并自动灌溉的智能植物种植装置，其特征在于：所述管道为PPR 管。

5.根据权利要求1所述的一种全方位监控并自动灌溉的智能植物种植装置，其特征在于：所述光源补光装置，包括二极管光源补光装置和激光光源补光装置。

6.根据权利要求5所述的一种全方位监控并自动灌溉的智能植物种植装置，其特征在于：所述二极管光源补光装置，补光灯为灯罩式或灯串式。