CN107996182A - 一种基于磁悬浮技术的植物补光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，花盆中设有第一磁体，光照装置中设有第二磁体，在第一磁体和第二磁体的磁场作用力下，花盆或光照装置靠此作用力悬浮在空中；光照装置向下射出光线照在花盆中植物的正面，利用磁场调节按钮可以调节第一磁体与第二磁体之间的磁场作用力，这样，在植物生长过程中，可以通过此处调节装置调节第一磁体与第二磁体之间的磁场作用力，从而调节光照装置与花盆之间的距离，使得植物接受合适的光照强度。由此可见，发明的一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，能够方便地对植物进行补光，技术先进，科技感十足，十分适合城市室内的小型植物的补光。

Description

一种基于磁悬浮技术的植物补光装置

技术领域

本发明涉及一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，特别是涉及一种为室内小型观赏植物提供补光的装置。

背景技术

随着城市化的进程，越来越多的人口集中到了大都市生活，人均占地面积越来越少，越来越少的人能够拥有一片花园、菜地去享受田园生活的自然。但是人们对于绿色植物在生活中的向往却并不因为生活条件的局限而减退；相反，出于对健康和休闲的考虑，越来越多的人更乐意在室内和阳台上，折腾一方泥土，养些花花草草。

现代都市人养花种草的困境有如下一些，包括但不仅限于：

1)都市人对于绿色植物种植的知识匮乏，能够种活的品种少；

2)培植土营养难以控制，且有病虫害；

3)室内、阳台上阳光不够充足，绿色植物生长缓慢，营养不良；

4)仅能将植物种到苗期和长叶期，无法进一步让其开花结果，美化环境；

5)仅能种植四季常绿植物，对于那些反季节的植物，即使是在室内，都无法成功种植。

针对以上这些都市人养花种草的困惑，一种用电的并且能够智能自动控制补水补光的智能花盆便应运而生了，并且日益成为人们生活中常用的电器设备。

现代智能花盆的一般特征为：

1)至少有容器容纳培植基/培植土/培植液；

2)至少有植物补光灯，可以在光照不足时给植物补光；

3)可能有的传感器包括但不仅限于：营养、湿度、CO2，O2，植物叶面照度，温度，等等；

4)可能有的附加设备：增氧潜水泵，滴灌装置，负离子发生器，加湿器，加温装置，喷雾装置等等；

5)有集中控制的智能中央处理器控制各终端的功能。

仅有补光照明灯，没有其他功能性的电子装置的花盆为智能花盆最基本的功能款式，占领基本的低价市场。这种基本款智能花盆能成功种植的植物仅有绿萝，吊兰等简单植物。随着功能的增加，结构件和智能设计的复杂化，能够通过智能花盆成功种植的植物种类也越来越多，在室内扮演的角色也变得更加瞩目了，从小型的桌上摆件到鱼缸式的室内景观，不一而足。

对于植物生长而言，植物从幼苗期，成长期，到开花结果期，其植株的高度从小到大会有成倍，乃至几十倍的增长。植株从幼苗期开始，便需要一定量的照度以配合其生长过程中的光合作用，从而补充生长发育所必须的养分。由于被照面的照度，同光源离被照面的距离呈现平方反比关系，即光源离被照面越远，那么被照面上的照度就越是呈现加速下跌趋势。所以，为了最大限度地利用补光灯的光辐射能量以节约能源，在植株的幼苗期，需要光源出射光面尽量置于低位，靠近幼苗表面；随着植株的生长，为了不阻挡植物的向上生长，补光源就必须随着植株的高度而调高。所以对于智能花盆而言，补光灯的安装高度设计往往带有调节高度的装置。

现在市面上有多种智能花盆补光照明光源的支撑方式，有伸缩金属杆式、有可弯曲软管式，有调节定位螺丝或卡扣等机械结构形式，当然也有不可调节高度的补光源形式。

但是现有的这些机械式的调节高度装置，其缺点也是显而易见的，如图1所示的伸缩杆式调节光源的结构形式，用于补光的补光灯1由伸缩杆2支撑，伸缩杆2的下端固定在一固定台3上，花盆4放在固定台3上。这种形式有以下缺陷：

1)这种调节高度的装置总有个高度的极限值，当调到最高后，上面的照明光源将会阻挡植物的继续生长，植株最高处枝叶将会碰到光源。最高处的枝叶碰到光源后为进一步生长，就会长歪，影响植株的整体外观。所以植株长到光源可以调节到的最高度时，要不妨碍植物生长，只能将上方的光源撤掉，或者改用悬挂式光源了。即将补光源和植物花盆种植面相联系的机械连接件移除，将彼此分离。2)这种补光源的安装方式无论是否可调高度，都需要一个支撑杆。支撑杆或位于智能花盆的一侧，或位于智能花盆的中央。这样安装的支撑杆其实也会阻挡植株的自然生长，同时在一些角度观赏花盆时，会有视线被支撑杆遮挡，影响花盆的景观。3)这种补光源的安装和调节高度的方式，其实是仅照顾到了叶片的正面照度，没有关注叶面的反面照度；仅关注到了长在植株高处的叶片照度，没有关注长在植株下方低矮处的叶片照度。这样使植株更容易因趋光效应而长高，使植株上面枝繁叶茂，下面却叶片稀疏颜色灰暗，那么植株形态上会呈现上大下小的漏斗型，不够美观。况且这样的上方单方向补光照明会使植物因为趋光性而更快地长高，从而更快碰到补光灯，使其新生的枝干会进一步长歪斜，使植株更加不美观。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，能够方便地对植物进行补光。

为实现上述目的，本发明提供一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，采用如下技术方案：一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，包括设于花盆中的第一磁体、设于光照装置中的第二磁体、磁场调节按钮，所述光照装置位于花盆上方，光照装置向下射出光线照在花盆中植物的正面；在第一磁体和第二磁体的磁场作用力下，花盆或光照装置悬浮在空中；所述磁场调节按钮与第一磁体或第二磁体连接，磁场调节按钮用于调节第一磁体与第二磁体之间的磁场作用力。

优选地，所述光照装置的下表面设有第一光源，第一光源向下射出光线照在花盆中植物的正面。

优选地，所述花盆的上表面设有第二光源，第二光源向上射出光线照在花盆中植物的背面。

优选地，所述光照装置固定设置，光照装置中的第二磁体向上地吸引花盆中的第一磁体而使花盆悬浮在光照装置的下方；所述光照装置通过一根连接杆连接在一底座上，花盆悬浮在底座的上方；底座上表面设有第二光源，第二光源向上射出光线照在花盆中植物的背面。

进一步地，所述光照装置固定设置，光照装置中的第二磁体向上地吸引花盆中的第一磁体而使花盆悬浮在光照装置的下方。

更进一步地，所述磁场调节按钮设置在光照装置中。

更进一步地，所述光照装置通过一根连接杆刚性地连接在一底座上，花盆悬浮在底座的上方。

进一步地，所述花盆固定设置，花盆中的第一磁体向上地排斥光照装置中的第二磁体而使光照装置悬浮在花盆的上方。

进一步地，所述光照装置的下表面为反光面，所述第二光源向上射出的部分光线照射在反光面上并被反光面反射至植物的正面。

进一步地，所述磁场调节按钮设置在花盆中。

如上所述，本发明涉及的一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，具有以下有益效果：在本发明的一种基于磁悬浮技术的植物补光装置中，花盆中设有第一磁体，光照装置中设有第二磁体，在第一磁体和第二磁体的磁场作用力下，花盆或光照装置靠此作用力悬浮在空中；光照装置向下射出光线照在花盆中植物的正面，利用磁场调节按钮可以调节第一磁体与第二磁体之间的磁场作用力，这样，在植物生长过程中，可以通过此处调节装置调节第一磁体与第二磁体之间的磁场作用力，从而调节光照装置与花盆之间的距离，使得植物接受合适的光照强度。由此可见，发明的一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，能够方便地对植物进行补光，技术先进，科技感十足，十分适合城市室内的小型植物的补光。

附图说明

图1显示为现有技术中的一种用于植物补光的装置的结构示意图；

图2显示为本发明的一种用于植物补光的装置的第一实施例的结构示意图；

图3显示为本发明的一种用于植物补光的装置的第二实施例的结构示意图；

图4显示为本发明的一种用于植物补光的装置的第三实施例的结构示意图；

图5显示为本发明的一种用于植物补光的装置的第四实施例的结构示意图；

图6显示为磁悬浮装置的原理图，适用于图3所示的实施例的上拉式的磁悬浮；

图7显示为一对线圈和一个霍尔传感器配合实现水平面上一个方向的平衡的磁悬浮示意 图；

元件标号说明

1 补光灯 7 第一光源

2 伸缩杆 8 第二光源

3 固定台 9 连接杆

4 花盆 10 底座

5 植物 11 反光面

6 光照装置

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，包括设于花盆4中的第一磁体、设于光照装置6中的第二磁体、磁场调节按钮，所述光照装置6位于花盆4上方，光照装置6向下射出光线照在花盆4中植物5的正面；在第一磁体和第二磁体的磁场作用力下，花盆4或光照装置6悬浮在空中；所述磁场调节按钮与第一磁体或第二磁体连接，磁场调节按钮用于调节第一磁体与第二磁体之间的磁场作用力。在本发明的一种基于磁悬浮技术的植物补光装置中，花盆4中设有第一磁体，光照装置6中设有第二磁体，在第一磁体和第二磁体的磁场作用力下，花盆4或光照装置6靠此作用力悬浮在空中；光照装置6向下射出光线照在花盆4中植物5的正面，利用磁场调节按钮可以调节第一磁体与第二磁体之间的磁场作用力，这样，在植物5生长过程中，可以通过此处调节装置调节第一磁体与第二磁体之间的磁场作用力，从而调节光照装置6与花盆4之间的距离，使得植物5接受合适的光照强度。由此可见，发明的一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，能够方便地对植物5进行补光，技术先进，科技感十足，十分适合城市室内的小型植物5的补光。

电磁悬浮技术electromagneticlevitation)简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。在本发明的一种基于磁悬浮技术的植物补光装置中，所述第一磁体和第二磁体产生磁场而使得光照装置6与花盆4之间形成磁悬浮，具体地，可以采用上拉式磁悬浮，也可以采用下推式磁悬浮。

所谓上拉式磁悬浮，即将光照装置6固定设置，第二磁体中设有电磁线圈，设置在花盆 4中的第一磁体由能够被磁化的材料制成，第二磁体产生的磁场能够将第一磁体磁化，从而使得第一磁体与第二磁体之间产生吸引力将花盆4向上吸引。也可以利用永磁材料制作第一磁体而使第一磁体产生能够与第二磁体相互吸引的磁场，或者在第一磁体中设置能够产生与第二磁体相互吸引的磁场的电磁线圈。

所谓下推式磁悬浮，即将花盆4固定设置，第一磁体中设有电磁线圈，设置在光照装置 6中的第二磁体由能够被磁化的材料制成，第一磁体产生的磁场能够将第二磁体磁化，从而使得第二磁体与第一磁体之间产生排斥力将光照装置6向上推。也可以利用永磁材料制作第二磁体而使第二磁体产生能够与第一磁体相互排斥的磁场，或者在第二磁体中设置能够产生与第一磁体相互排斥的磁场的电磁线圈。

本发明的一种基于磁悬浮技术的植物补光装置利用磁悬浮原理实现花盆4与光照装置6 之间的相对位置的保持与调节。磁悬浮装置结构上由5部分组成：被悬浮物、控制器、传感器、功率放大器和执行机构。磁悬浮系统现成的实现方案其实还是很多，即现成的方案按照执行机构不同，可以分为：a)按磁场力的来源分为永久磁铁型、电磁铁型、永久磁铁和电磁铁混合型；b)按磁场力是否可以受控分为主动型和被动型；c)按磁场力类型分为吸力型和斥力型。

如图6所示的磁悬浮装置的原理图适用于图3所示的实施例的上拉式的磁悬浮，宜采用主动磁悬浮系统，电磁线圈设置在光照装置6中，其磁场由电磁线圈产生，或者由永久磁铁和交流线圈混合磁场提供，从而使磁场的吸力可控，这个电磁线圈就是其执行机构；霍尔器件作为传感器，用于感知悬浮装置的位置从而控制电磁线圈里产生磁力的电流；功率放大器用于放大电磁线圈的电流，控制器由可编程的芯片主导。这种系统构架在技术上的缺点是：悬浮装置包含了花盆4和下方光源的重量，自重很重，系统功耗大；只提供了一个方向的约束，稳定范围较窄。当然也有其优点：系统控制算法简单，容易在一定的范围内实现稳定。

图4和图5所示的实施例就是采用了下推式主动磁悬浮系统。在花盆4中安装环形普通磁铁和直流的电磁铁，用普通磁铁产生的磁场和直流的电磁铁产生的磁场叠加，花盆4中的普通磁条和直流的电磁铁为上方的悬浮装置提供向上的推力，以实现与重力的平衡。悬浮装置的平衡高度由电磁铁里的直流电流的大小和方向调节。悬浮装置内为圆片钕铁硼强磁，其磁能极高，用较轻的重量即可获得较强的磁场。各规格组合叠放的钕铁硼圆片，也可以调整悬浮高度。所以说综合而言这种系统悬浮装置的平衡高度其实是由电磁铁的线圈里的电流和浮子里钕铁硼强磁的重量决定的。为了让上方的浮子水平方向平衡，那么就必须增加水平方向的约束，使其可以在外力干扰时仍能维持稳定的悬浮，因此装置使用了两组共4个线圈，能提供水平面上两个垂直方向的控制力，这样就大大提高了对悬浮装置的控制效率。霍尔传感器在悬浮装置的正下方，当检测到悬浮装置向左运动时，两边的线圈一个吸一个啦，把它推向右；反之如果悬浮装置向右运动，那么两个线圈的电流都反向，把悬浮装置推向左。用前后左右共二对四个线圈，两个霍尔传感器配合，就可以把悬浮装置稳定的悬浮住，不会在平面内晃动。图7即为一对线圈和一个霍尔传感器配合实现水平面上一个方向的平衡的。为了让悬浮装置悬浮更加稳定，控制器内可植入PID算法，使悬浮装置在平面内被控制得更加稳定。

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案的几种优选的实施方式作以阐述：

实施例1：

如图2所示，这种磁悬浮方式为上拉式磁悬浮，所述光照装置6固定设置，光照装置6 中的第二磁体向上地吸引花盆4中的第一磁体而使花盆4悬浮在光照装置6的下方。如前所述，可以在第二磁体中设置电磁线圈，采用能够被磁化的材料制作设置在花盆4中的第一磁体第二磁体产生的磁场能够将第一磁体磁化，从而使得第一磁体与第二磁体之间产生吸引力将花盆4向上吸引。也可以利用永磁材料制作第一磁体而使第一磁体产生能够与第二磁体相互吸引的磁场，或者在第一磁体中设置能够产生与第二磁体相互吸引的磁场的电磁线圈。

优选地，所述光照装置6通过一根连接杆9刚性地连接在一底座10上，花盆4悬浮在底座10的上方。弯曲的连接杆9中间部分朝一侧弯曲而不会遮挡光线或者阻碍植物5的生长。进一步地，所述磁场调节按钮设置在光照装置6中，光照装置6中的第二磁体中设有产生磁场的电磁线圈，磁场调节旋钮与电磁线圈连接，通过调节按钮可以调节电磁线圈所产生的磁场的强度，从而调节第一磁体与第二磁体之间的磁场力。在植物5较矮时，花盆4距离光照装置6较近，当植物5长高时，调整第二磁体与第一磁体之间的吸引力，而使得花盆4向下移动至合适的位置。

优选地，在光照装置6的下表面设置有第一光源7，第一光源7向下射出光线照在花盆4 中植物5的正面。第一光源7用于为植物5正面补充光照，为了使得植物5的背面也能得到充分的光照强度，可以在底座10的上表面设置第二光源8，第二光源8向上发光照在植物5的背面。

实施例2：

如图3所示，本实施例中也采用上拉式磁悬浮，与图2中所示的实施例1不同的是，在图3所示的实施例中，第二光源8设置在花盆4的上表面，因为植物5大多数不会向下生长，所以，将第二光源8设置在花盆4的上表面即可，能够保证植物5的背面受到足够的光照。

实施例3：

如图4所示，这种磁悬浮方式为下推式悬浮，所述花盆4固定设置，花盆4中的第一磁体向上地排斥光照装置6中的第二磁体而使光照装置6悬浮在花盆4的上方。在第一磁体中设有电磁线圈，采用能够被磁化的材料制作第二磁体，第一磁体产生的磁场能够将第二磁体磁化，从而使得第二磁体与第一磁体之间产生排斥力将光照装置6向上推。也可以利用永磁材料制作第二磁体而使第二磁体产生能够与第一磁体相互排斥的磁场，或者在第二磁体中设置能够产生与第一磁体相互排斥的磁场的电磁线圈。优选地，所述磁场调节按钮设置在花盆 4中。花盆4中的第一磁体中设有产生磁场的电磁线圈，磁场调节旋钮与该电磁线圈连接，通过调节按钮可以调节该电磁线圈所产生的磁场的强度，从而调节第一磁体与第二磁体之间的磁场力。在植物5较矮时，光照装置6距离花盆4较近，当植物5长高时，调整第一磁体与第二磁体之间的吸引力，而使得光照装置6向上移动至合适的位置。在所述光照装置6的下表面设有第一光源7，第一光源7向下射出光线照在花盆4中植物5的正面而为植物5的正面补充光照。在所述花盆4的上表面设有第二光源8，第二光源8向上射出光线照在花盆4中植物5的背面而为植物5的背面补充光照。

实施例4：

如图5所示，与图4所示的实施例3不同的是，在图5所示的实施方式中，在光照装置6的下表面并不设置光源，所述光照装置6的下表面为反光面11，所述第二光源8向上射出的部分光线照射在反光面11上并被反光面11反射至植物5的正面。可以将第二磁体的下表面设置成反光面11作为光照装置6，第二磁体利用永磁材料制成或者利用能够被磁化的材料制成，整个光照装置6设置成板状结构，将板状结构的下表面设置成反光面11即可。这种方式，光照装置6中无需设置光源等附属零部件，光照装置6可以制作的较轻，减少磁悬浮所需的磁场强度，所消耗的能源较少。

基于上述实施例的技术方案，本发明的一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，能够方便地对植物5进行补光，技术先进，科技感十足，十分适合城市室内的小型植物5的补光。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值，尤其是图5所示的实施例4具有高度利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于磁悬浮技术的植物补光装置，其特征是，包括设于花盆(4)中的第一磁体、设于光照装置(6)中的第二磁体、磁场调节按钮，所述光照装置(6)位于花盆(4)上方，光照装置(6)向下射出光线照在花盆(4)中植物(5)的正面；在第一磁体和第二磁体的磁场作用力下，花盆(4)或光照装置(6)悬浮在空中；所述磁场调节按钮与第一磁体或第二磁体连接，磁场调节按钮用于调节第一磁体与第二磁体之间的磁场作用力。

2.根据权利要求1所述的基于磁悬浮技术的植物补光装置，其特征在于：所述光照装置(6)的下表面设有第一光源(7)，第一光源(7)向下射出光线照在花盆(4)中植物(5)的正面。

3.根据权利要求1所述的基于磁悬浮技术的植物补光装置，其特征在于：所述花盆(4)的上表面设有第二光源(8)，第二光源(8)向上射出光线照在花盆(4)中植物(5)的背面。

4.根据权利要求1所述的基于磁悬浮技术的植物补光装置，其特征在于：所述光照装置(6)固定设置，光照装置(6)中的第二磁体向上地吸引花盆(4)中的第一磁体而使花盆(4)悬浮在光照装置(6)的下方；所述光照装置(6)通过一根连接杆(9)连接在一底座(10)上，花盆(4)悬浮在底座(10)的上方；底座上表面设有第二光源(8)，第二光源(8)向上射出光线照在花盆(4)中植物的背面。

5.根据权利要求2和3所述的基于磁悬浮技术的植物补光装置，其特征在于：所述光照装置(6)固定设置，光照装置(6)中的第二磁体向上地吸引花盆(4)中的第一磁体而使花盆(4)悬浮在光照装置(6)的下方。

6.根据权利要求5所述的基于磁悬浮技术的植物补光装置，其特征在于：所述磁场调节按钮设置在光照装置(6)中。

7.根据权利要求5所述的基于磁悬浮技术的植物补光装置，其特征在于：所述光照装置(6)通过一根连接杆(9)刚性地连接在一底座(10)上，花盆(4)悬浮在底座(10)的上方。

8.根据权利要求2和3所述的基于磁悬浮技术的植物补光装置，其特征在于：所述花盆(4)固定设置，花盆(4)中的第一磁体向上地排斥光照装置(6)中的第二磁体而使光照装置(6)悬浮在花盆(4)的上方。

9.根据权利要求8所述的基于磁悬浮技术的植物补光装置，其特征在于：所述光照装置(6)的下表面为反光面(11)，所述第二光源(8)向上射出的部分光线照射在反光面(11)上并被反光面(11)反射至植物(5)的正面。

10.根据权利要求8所述的基于磁悬浮技术的植物补光装置，其特征在于：所述磁场调节按钮设置在花盆(4)中。