CN108056012A - 一种植物水培生长柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物水培生长柜，包括箱体、定植板称重模块、培养液温控循环及晾根模块、灯板高度自动调节机构和主控制器；通过培养液温控循环及晾根模块实现培养液处于循环流动状态，以及实现温控和晾根功能；通过定植板称重模块定期检测植物的重量；将灯板高度自动调节机构与定植板称重模块的称重功能相结合，根据定植板称重模块检测的植物重量数据，来调节灯板的高度，使灯板的高度与植物的生长高度相适宜。

Description

一种植物水培生长柜

技术领域

本发明属于植物无土栽培技术领域，具体涉及一种植物水培生长柜。

背景技术

植物生长柜不用土，而是采用现在技术已经成熟的水培方式。水培方式中用塑料泡沫板来固定植株植物的根系根本不是生长在土壤里，而是完全浸泡在培养液中，土壤的作用是提供营养元素和水分，而培养液除了提供水分，也提供了植物生长所需的各种元素，包括氮磷钾等大量元素及锌铁锰等微量元素，因此没有必要使用土壤栽培。

培养液是培养液栽培生产方式中植物生长的物质基础，培养液的组成、浓度直接影响栽培植物生长发育的速率，关系到作物的产量、品质和经济效益。因此，培养液管理是培养液栽培管理的核心环节。针对具体的栽培作物，选择适宜的培养液配方、合理的养分浓度水平与配比，给予最优的酸碱度，最优的培养液温度，并对栽培过程中培养液的组分、性质进行检测和调节管理，是植物生长柜生产的关键技术，也是保证产品产量和品质的重要措施。

在植物生长的过程中，植物的根部会像在土壤中一样向下生长，但是由于将液体作为主要培养资源与土壤培养是有一定区别的。倘若植物的根茎长时间浸泡在水中，不利于植物细胞的分裂，不仅能够促进生长，反而会导致植物由于长时间浸泡产生一些不良的反应，有时严重的话会导致停止生长甚至死亡。

光是植物生长不可缺少的能量来源，植物生长柜内的灯板为植物提供光照，但是传统的灯板的位置是固定的，而植物在生长过程中的高度是不断增长的(尤其是对于生长过程中高度有明显变化的植物品种来讲)，且不同植物品种所需光照也是不一样的，因此现有的灯板无法适应不同植物品种在不同生长高度的所需光照距离，这是传统植物生长灯的一个弊端。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种植物水培生长柜。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种植物水培生长柜，包括箱体、定植板称重模块、培养液温控循环及晾根模块、灯板高度自动调节机构和主控制器；

定植板称重模块包括定植板、定植板支架，在箱体内壁上设置定植板支架，定植板架设在定植板支架上，在定植板支架和定植板之间设置有称重传感器；植物定值在定植板上，通过称重传感器实现对定植板和定植板上植物的总重量的检测；

箱体的底部设置培养液温控循环及晾根模块，培养液温控循环及晾根模块包括上层水槽和下层水箱，在上层水槽的侧壁上设置有上溢流口、下出水口和进水口，上溢流口的位置是上层水槽的最大储液高度，下出水口设置在上层水槽槽底侧壁处，进水口位置高于上溢流口的位置；在下层水箱侧壁上设置有循环入水口和循环出水口，循环出水口设置在下层水箱箱底侧壁处；所述上层水槽的上溢流口和下出水口通过管路连接下层水箱的循环入水口，下层水箱的循环出水口通过管路连接上层水槽的进水口，在循环出水口与进水口连接的管路上设置有泵，在下出水口处的管路上设置有电控阀门；在下层水箱中设置有加热器，在上层水槽中设置有温度传感器；

箱体的顶部设置灯板高度自动调节机构，灯板高度自动调节机构包括灯板、丝杠和丝杠螺母组件、电机、轨道，灯板水平设置，轨道竖直固定在箱体内壁上，灯板滑动安装在轨道上，以使灯板可以沿轨道竖直上下滑动，灯板的中心固定安装丝杠螺母，丝杠螺母与竖直设置的丝杠连接，丝杠的顶端与电机输出轴连接，电机通过电机支架固定在箱体顶部，电机运转驱动丝杠，丝杠通过丝杠螺母带动灯板沿轨道竖直上下移动；

所述主控制器连接定植板称重模的称重传感器，主控制器连接培养液温控循环及晾根模块的泵、电控阀门、温度传感器和加热器，主控制器连接灯板高度自动调节机构的电机。

在上述技术方案中，箱体内部设置水平隔板，水平隔板之上为上层水槽，水平隔板之下的箱体部分为下层水箱。

在上述技术方案中，在循环入水口处的管路上设置有过滤器，在实现对培养液的循环过滤。

在上述技术方案中，在灯板下方的箱体内壁上还设置有限位件，以防止灯板掉落。

所述植物培养箱的使用方法：

向培养液温控循环及晾根模块注入培养液后，由主控制器控制泵和电控阀门打开，泵的流量大于下出水口的电控阀门的流量，在泵的作用下，下层水箱的培养液从循环出水口排至上层水槽的进水口，同时上层水槽中的培养液一方面从上溢流口流入至下层水箱，另一方面从下出水口流入至下层水箱，从而使进水口和上溢流口、下出水口之间形成稳定的液体流动；此外由于进水口高度大于液面高度，所以可以通过进水口流入的培养液将氧气融入培养液中；

主控制器通过温度传感器实时监测上层水槽中培养液的温度，通过加热器加热培养液；

当需要晾根时，主控制器控制泵停止，并保持电控阀门开启，使上层水槽中的培养液经下出水口全部流至下层水箱中，对植物根部进行晾根；晾根结束后，主控制器控制泵开启，重新开始培养液循环模式；

在植物生长过程中，主控制器通过称重传感器定期检测植物的重量，每次称重信号的采集是在晾根时采集的，这样可以避免培养液浮力对称重结果造成影响；

所述灯板高度自动调节机构的灯板高度由主控制器根据定植板称重模块检测的植物重量数据进行调节，提前设定好植物重量和灯板高度的对应关系，当主控制器检测到植物重量到达设定的植物重量值时，控制电机运转，使灯板调节到该植物重量值所对应的预设高度。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明具有培养液温控循环及晾根模块，通过该模块实现培养液处于循环流动状态，不仅可以增加培养液的溶解氧，还可消除根表有害代谢产物(最明显的是生理酸碱性)的局部累积，消除根表与根外培养液的养分浓度差，使养分能及时送到根表，以充分地满足植物的需要；培养液流动还会对植物根部进行“物理按摩”，让植物根部放松，易于营养吸收；

培养液温控循环及晾根模块的上层水槽具有上溢流口和下出水口，下出水口促使上层水槽底部液体流动，使植物根系的固体代谢物或者结合物(植物根系长期在培养液中会产生固体杂质)随水流从下出水口排出，然后进入过滤器中，实现对杂质的过滤，保证培养液的纯净，并且促使因沉淀而失效的营养物重新溶解，以阻止缺素症的发生；上溢流口一方面可以促使上层水槽顶部液体流动，从而与下出水口结合形成上、下排水，大大加强液体循环流动效果，另一方面，由于很难控制泵的流量与下排水处电控阀门的流量相等，所以通过设置上溢流口，并使泵的流量大于下出水口的电控阀门的流量，即可使泵的排入上层水槽的多余液量从上溢流口排出，保证整个循环系统正常工作；

此外，培养液温控循环及晾根模块，实现了晾根功能，当需要晾根时，主控制器控制泵停止，并保持电控阀门开启，使上层水槽中的培养液经下出水口全部流至下层水箱中，对植物根部进行晾根；晾根结束后，主控制器控制泵开启，重新开始培养液循环模式；

此外，培养液温控循环及晾根模块还实现了温控功能，主控制器通过温度传感器实时监测上层水槽中培养液的温度，通过加热器加热培养液，使培养液维持设定的适宜植物根系的温度。

2、本发明具有定植板称重模块，在植物生长过程中，主控制器通过称重传感器定期检测植物的重量，为了保证称重的准确性，避免培养液浮力对称重结果造成影响，本发明将定植板称重模块和晾根功能相结合，每次称重信号的采集在晾根时采集(即利用晾根模块将上层水槽中的培养液排净，然后在采集称重信号)，这样可以避免培养液浮力对称重结果造成影响，保证称重的准确性。

3、本发明具有灯板高度自动调节机构，其特别适用于生长过程中高度有明显变化的植物品种；将灯板高度自动调节机构与定植板称重模块的称重功能相结合，根据定植板称重模块检测的植物重量数据，来调节灯板的高度，使灯板的高度与植物的生长高度相适宜。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的电控结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

一种植物水培生长柜，参见附图1，包括箱体1、定植板称重模块、培养液温控循环及晾根模块、灯板高度自动调节机构和主控制器；

定植板称重模块包括定植板2.1、定植板支架2.2，在箱体内壁上设置定植板支架，定植板架设在定植板支架上，在定植板支架和定植板之间设置有称重传感器2.3；使用时，植物定值在定植板上，通过称重传感器实现对定植板和定植板上植物的总重量的检测；

箱体1的底部设置培养液温控循环及晾根模块，培养液温控循环及晾根模块包括上层水槽3.1和下层水箱3.2(箱体内部设置水平隔板，水平隔板之上为上层水槽，水平隔板之下的箱体部分为下层水箱)，在上层水槽的侧壁上设置有上溢流口3.11、下出水口3.12和进水口3.13，上溢流口3.11的位置是上层水槽的最大储液高度，下出水口3.12设置在上层水槽槽底侧壁处，进水口位置高于上溢流口的位置(高2-4cm)；在下层水箱侧壁上设置有循环入水口3.21和循环出水口3.22，循环出水口设置在下层水箱箱底侧壁处；所述上层水槽的上溢流口3.11和下出水口3.12通过管路连接下层水箱的循环入水口3.21，下层水箱的循环出水口3.22通过管路连接上层水槽的进水口3.13，在循环出水口3.22与进水口3.13连接的管路上设置有泵a，在下出水口3.12处的管路上设置有电控阀门b，在循环入水口3.21处的管路上设置有过滤器c；在下层水箱3.2中设置有加热器e，在上层水槽3.1中设置有温度传感器d；

箱体1的顶部设置灯板高度自动调节机构，灯板高度自动调节机构包括灯板4.1、丝杠4.2和丝杠螺母4.3组件、电机4.4、轨道4.5，灯板4.1水平设置，轨道4.5竖直固定在箱体内壁上，灯板滑动安装在轨道上，以使灯板可以沿轨道竖直上下滑动，灯板的中心固定安装丝杠螺母4.3，丝杠螺母与竖直设置的丝杠4.2连接，丝杠的顶端与电机4.4输出轴连接，电机通过电机支架固定在箱体顶部，电机运转驱动丝杠，丝杠通过丝杠螺母带动灯板沿轨道竖直上下移动；在灯板下方的箱体内壁上还设置有限位件4.6，以防止灯板掉落；

参见附图2，所述主控制器连接定植板称重模的称重传感器，主控制器连接培养液温控循环及晾根模块的泵、电控阀门、温度传感器和加热器，主控制器连接灯板高度自动调节机构的电机。

本发明的工作原理如下：

向培养液温控循环及晾根模块注入培养液后(上层水槽培养液高度至上溢流口的位置，下层水箱的培养液高度超过循环出水口3-10cm为宜)，由主控制器控制泵和电控阀门打开，泵的流量大于下出水口的电控阀门的流量，在泵的作用下，下层水箱的培养液从循环出水口排至上层水槽的进水口，同时上层水槽中的培养液一方面从上溢流口流入至下层水箱，另一方面从下出水口流入至下层水箱，从而使进水口和上溢流口、下出水口之间形成稳定的液体流动；此外由于进水口高度大于液面高度，所以可以通过进水口流入的培养液将氧气融入培养液中；

主控制器通过温度传感器实时监测上层水槽中培养液的温度，通过加热器加热培养液，主控制器可采用PID进行温度控制，使培养液维持设定的适宜植物根系的温度；

当需要晾根时(主控制器提前设定晾根时间，每隔4-6小时晾根一次为宜)，主控制器控制泵停止，并保持电控阀门开启，使上层水槽中的培养液经下出水口全部流至下层水箱中，对植物根部进行晾根；晾根结束后，主控制器控制泵开启，重新开始培养液循环模式；且晾根时主控制器停止温控功能，重新开始培养液循环模式后，温控功能再开启；

在植物生长过程中，主控制器通过称重传感器定期检测植物的重量(称重传感器检测值减去定植板的重量即为植物的重量)，为了保证称重的准确性，每次称重信号的采集是在晾根时采集的，这样可以避免培养液浮力对称重结果造成影响；

所述灯板高度自动调节机构的灯板高度由主控制器根据定植板称重模块检测的植物重量数据进行调节，以使灯板的高度与植物的生长高度相适宜；通过实验以及经验总结得出植物的品种、植物的生长高度、植物重量、以及最佳灯板高度四者之间的对应关系(例如，表1为某植物品种的生长高度、植物重量以及最佳灯板高度的关系数据)，然后在控制器内通过程序设定植物的品种、植物重量和最佳灯板高度三者之间的对应数据；使用时，首先确定好植物品种，使主控制器执行该植物品种所对应的植物重量和最佳灯板高度控制数据，当主控制器检测到植物重量到达设定的植物重量值时，控制电机运转，使灯板调节到该植物重量值所对应的预设高度。

表1

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种植物水培生长柜，包括箱体、定植板称重模块、培养液温控循环及晾根模块、灯板高度自动调节机构和主控制器；

定植板称重模块包括定植板、定植板支架，在箱体内壁上设置定植板支架，定植板架设在定植板支架上，在定植板支架和定植板之间设置有称重传感器；植物定值在定植板上，通过称重传感器实现对定植板和定植板上植物的总重量的检测。

箱体的底部设置培养液温控循环及晾根模块，培养液温控循环及晾根模块包括上层水槽和下层水箱，在上层水槽的侧壁上设置有上溢流口、下出水口和进水口，上溢流口的位置是上层水槽的最大储液高度，下出水口设置在上层水槽槽底侧壁处，进水口位置高于上溢流口的位置；在下层水箱侧壁上设置有循环入水口和循环出水口，循环出水口设置在下层水箱箱底侧壁处；所述上层水槽的上溢流口和下出水口通过管路连接下层水箱的循环入水口，下层水箱的循环出水口通过管路连接上层水槽的进水口，在循环出水口与进水口连接的管路上设置有泵，在下出水口处的管路上设置有电控阀门；在下层水箱中设置有加热器，在上层水槽中设置有温度传感器；

箱体的顶部设置灯板高度自动调节机构，灯板高度自动调节机构包括灯板、丝杠和丝杠螺母组件、电机、轨道，灯板水平设置，轨道竖直固定在箱体内壁上，灯板滑动安装在轨道上，以使灯板可以沿轨道竖直上下滑动，灯板的中心固定安装丝杠螺母，丝杠螺母与竖直设置的丝杠连接，丝杠的顶端与电机输出轴连接，电机通过电机支架固定在箱体顶部，电机运转驱动丝杠，丝杠通过丝杠螺母带动灯板沿轨道竖直上下移动；

所述主控制器连接定植板称重模的称重传感器，主控制器连接培养液温控循环及晾根模块的泵、电控阀门、温度传感器和加热器，主控制器连接灯板高度自动调节机构的电机。

2.根据权利要求1所述的一种植物水培生长柜，其特征在于：其特征在于：箱体内部设置水平隔板，水平隔板之上为上层水槽，水平隔板之下的箱体部分为下层水箱。

3.根据权利要求1所述的一种植物水培生长柜，在循环入水口处的管路上设置有过滤器，在实现对培养液的循环过滤。

4.根据权利要求1所述的一种植物水培生长柜，其特征在于：在灯板下方的箱体内壁上还设置有限位件，以防止灯板掉落。

5.根据权利要求1所述的植物水培生长柜的使用方法，其特征在于：

向培养液温控循环及晾根模块注入培养液后，由主控制器控制泵和电控阀门打开，泵的流量大于下出水口的电控阀门的流量，在泵的作用下，下层水箱的培养液从循环出水口排至上层水槽的进水口，同时上层水槽中的培养液一方面从上溢流口流入至下层水箱，另一方面从下出水口流入至下层水箱，从而使进水口和上溢流口、下出水口之间形成稳定的液体流动；此外由于进水口高度大于液面高度，所以可以通过进水口流入的培养液将氧气融入培养液中；

主控制器通过温度传感器实时监测上层水槽中培养液的温度，通过加热器加热培养液；

当需要晾根时，主控制器控制泵停止，并保持电控阀门开启，使上层水槽中的培养液经下出水口全部流至下层水箱中，对植物根部进行晾根；晾根结束后，主控制器控制泵开启，重新开始培养液循环模式；

在植物生长过程中，主控制器通过称重传感器定期检测植物的重量，每次称重信号的采集是在晾根时采集的，这样可以避免培养液浮力对称重结果造成影响；

所述灯板高度自动调节机构的灯板高度由主控制器根据定植板称重模块检测的植物重量数据进行调节，提前设定好植物重量和灯板高度的对应关系，当主控制器检测到植物重量到达设定的植物重量值时，控制电机运转，使灯板调节到该植物重量值所对应的预设高度。