CN109042274A - 一种包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以包裹根系精准喷雾的雾化栽培箱及其方法，涉及喷灌领域，包括动力泵、营养液箱、S型导轨，升降平台、旋转平台、运转小车、步进电机、雾化室、雾化喷头、轴流式风扇、温湿度传感器、栽培板、位置传感器、信号接收器、旋转平台、ARM控制系统，雾化喷头在雾化室内，轴流式风扇在雾化室侧壁上，所述升降平台装载于运载小车，所述升降平台和运载小车受ARM系统控制，运载小车前进路线由S型导轨决定。所述旋转平台受ARM系统控制，与营养液管道相通，可进行180°旋转。本发明通过雾化室对根系的直喷，克服了植物根系内干外湿的缺陷，使植物根系雾滴分布均匀，提高了雾培效果，并且减少了浪费。

Description

一种包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱及其方法

技术领域

本发明涉及一种超声雾化栽培器，尤其是一种包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱及其方法。

背景技术

超声雾化器结构简单，雾滴分布均匀，并且可以实现对营养液的超声灭菌作用，在雾化栽培领域极具应用场景。

雾培作物的根系异常发达，现有的雾化栽培系统，雾滴很难到达根系芯部，雾滴在根系内分布极不均匀，从而导致雾培时根系出现“外湿内干”的现象，即根系外部充满了雾滴，而芯部却很难有雾滴到达，极大的影响雾培效果。另一方面，雾化栽培中，还存在水肥利用效率低，高耗能以及通过空化作用破坏营养液化学结构等缺点。

发明内容

针对雾化栽培中，还存在水肥利用效率低，高耗能以及通过空化作用破坏营养液化学结构等缺点，本发明提供了一种包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱及方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述目的的。

一种包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱，包括信息采集模块和作业执行模块；所述信息采集模块包括温湿度传感器和位置传感器；用来采集根系的位置与湿度信息，并将采集到的信息经无线传输给第一控制器；

所述作业执行模块包括雾化室、升降平台和旋转平台；所述升降平台和旋转平台分别由第一步进电机、第二步进电机控制；第一步进电机、第二步进电机分别通过第一控制器、第二控制器由第一无线信号接收器、第二无线信号接收器控制；所述升降平台可在第一步进电机的驱动下沿S型轨道行走；S型轨道上方设置有栽培板；栽培板位于栽培箱的最上方；所述栽培板上开设有栽植孔；所述升降平台上设置在小车上，且升降平台上设置有雾化室；在第一控制器的控制下升降平台竖直伸缩；从而带动雾化室升降；所述雾化室的内侧壁上设置有轴流式风扇和温湿度传感器；超声雾化喷头一端设置在雾化室内，另一端与伸缩管道连接；伸缩管道设置在旋转平台上。

进一步的，所述伸缩管道与营养液管道的一端相连通；所述营养液管道的另一端置于动力泵。

进一步的，所述第二步进电机的输出端通过齿轮传动带动旋转平台旋转，使得旋转平台进行180°旋转。

进一步的，所述雾化室为长方体腔体。

基于包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱的方法，包括如下步骤：

步骤一：升降平台执行上位机发出的信号运动到栽植孔处，此时，第一无线信号接收器接收位置传感器传来的升降平台的位置信号；并把位置信号传给上位机，上位机发送信号到下位机使升降平台停止；

步骤二：升降平台开始上升，同时旋转平台转动，当雾化室到达植物根系处时，转动平台转动180°，此时升降平台升到最高处；

步骤三：超声雾化喷头开始工作，对植物根系进行喷雾，在喷雾的同时温湿度传感器开始检测根系内部的湿度情况，当湿度达到上位机预设的温湿度要求时发送信号给上位机的第二控制器，第二控制器发送信号给下位机，第一控制器控制超声雾化喷头停止喷雾，同时升降平台开始下降，旋转平台旋转；当升降平台落到最低处时，旋转平台转动180°；

步骤四：重复步骤一至三，对下一株植物进行喷雾。

进一步的，所述下位机执行上位机的命令，控制旋转平台、升降平台、超声雾化喷头的工作与停止。

进一步的，所述下位机为单片机。

进一步的，所述上位机型号为ARM11。

有益效果：

1.栽培箱在正常工作时，能够保证单株植物根系内部雾滴分布均匀，避免了雾化栽培中营养雾滴在根系内部的“外湿内干”现象，使植物根系充分吸收营养，能够最大限度的节水节肥。

2.超声雾化栽培箱，结构紧凑，占地面积小，可放置于阳台等空间狭小的地方。

3.利用ARM控制系统，对定植孔的定位精准度高，可实现对每一株植物的根系都达到精准喷雾，保证植物生长所需要的各种营养物质的提供。

4.本发明设计简单，能降低成本，实现了对植物所需营养雾滴量的精确调控，便于实验研究。

5.栽培孔处装有定位传感器，可以精准识别植物根系位置，从而精准包裹植物根系。

6.雾化室侧面装有轴流式风扇，直吹植物根系，可以将植物根系吹开，从而使营养液直达植物根系，达到精准喷雾的目的，从而节约营养液。雾化室的设计，可以达到避免营养液浪费的目的，喷头喷出来的营养液没有喷到植物根系上的部分由雾化室收集起来循环利用。

附图说明

图1为本发明涉及到的包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱剖面示意图；

图2为上位机控制原理图；

图3为下位机控制原理图。

附图标记如下：

1-动力泵；2-营养液箱；3-S型轨道；4-升降平台；5-第一步进电机；6-第一无线信号接收器；7-第一控制器；8-超声雾化喷头；9-雾化室；10-轴流式风扇；11-温湿度传感器；12-栽培板；13-位置传感器；14-栽植孔；15-旋转平台；17-伸缩管道；18-超声雾化喷头；19-第二步进电机；20-第二控制器；21-第二无线信号接收器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

附图1为本发明涉及到的包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱，所述信息采集模块包括温湿度传感器11和位置传感器13；用来采集根系的位置与湿度信息，并将采集到的信息经无线传输给第一控制器7；所述作业执行模块包括雾化室9、升降平台4和旋转平台15；所述升降平台4和旋转平台15分别由第一步进电机5、第二步进电机19控制；第一步进电机5、第二步进电机19分别通过第一控制器7、第二控制器20由第一无线信号接收器6、第二无线信号接收器21控制；所述升降平台4可在第一步进电机5的驱动下沿S型轨道3行走；S型轨道3上方设置有栽培板12；栽培板12位于栽培箱的最上方；所述栽培板12上开设有栽植孔13；所述升降平台4上设置在小车上，且升降平台4上设置有雾化室9；在第一控制器7的控制下升降平台4竖直伸缩；从而带动雾化室9升降；所述雾化室9的内侧壁上设置有轴流式风扇10和温湿度传感器11；超声雾化喷头18一端设置在雾化室9内，另一端与伸缩管道17连接；伸缩管道17设置在旋转平台15上。

雾化室9，动力泵1、营养液箱2，与雾化室9由管道经过旋转平台相连接，轴流式风扇10设置在雾化室9的侧壁上、并与雾化室9相通。所述超声雾化喷头18设置在雾化室9内，并与电源相连。

旋转平台14，在其正中间有第二步进电机19用齿轮传动带动平台旋转，可进行180°旋转。旋转平台14外接出管道与雾化室9连接。在旋转平台14内部有一伸缩管道17可配合该平台旋转进行伸长与缩短。升降平台4其底部有受第一步进电机5控制的运载小车，小车受控制器控制，在S型轨道3上行驶。当小车行驶到指定位置即栽植孔13时，小车停止前进。S型轨道3，按照栽植孔13和栽培板的设计来进行设计。保证小车可以准确的停留在栽植孔13下方。当超声雾化喷头18工作时，温湿度传感器11也开始工作，实时检测植物根系内部的湿度，当营养液雾滴湿度达到植物所需要求时，发送信号给控制器，系统工作，为下一柱植物进行喷雾。S型轨道3内没有起点与终点的区别，即该栽培器可在系统内任意位置开始工作，也可以在任意位置停止工作。超声雾化喷头8与雾化室9连接处设置有海绵，在超声雾化喷头8与雾化室9中的管道连接处设置有海绵。伸缩管道17与超声雾化喷头18、与旋转平台14相连接处均用金属胶固定密封。雾化室9形状为由侧壁和下壁围成的长方体腔体，侧壁和下壁通过螺栓、螺母、弹簧垫圈连接，侧壁设有开口和螺纹孔，用来安装轴流式风扇10。图2和图3为一种包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱的控制原理图。控制系统分为上位机和下位机。上位机的作用为处理向下位机发送命令指令，并处理下位机发送过来的信号。下位机的作用为：1.执行上位机的命令操控旋转平台、升降平台、小车、雾化喷头的工作与停止；2.对于雾化室内温湿度的采集与传输给上位机、小车走到定植孔处位置传感器信号的采集与传输给上位机。上位机与下位机之间用无线通讯进行信号传递。

附图2为上位机的显示屏作用为人机交互。实时显示一种包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱的工作状态，同时也可以由用户进行一系列的指令操作，例如系统停止，系统开始，指定位置的植株进行喷雾，图3中驱动器是接收到下位机的信号后通电给步进电机让步进电机开始工作，行星减速器让步进电机通过减速器来输出恒定、所需要的转数。

基于包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱的方法，包括如下步骤：

步骤一：升降平台4执行上位机发出的信号运动到栽植孔13处，此时，第一无线信号接收器6接收位置传感器传来的升降平台4的位置信号；并把位置信号传给上位机，上位机发送信号到下位机使升降平台4停止；

步骤二：升降平台4开始上升，同时旋转平台15转动，当雾化室9到达植物根系处时，转动平台15转动180°，此时升降平台4升到最高处；

步骤三：超声雾化喷头18开始工作，对植物根系进行喷雾，在喷雾的同时温湿度传感器11开始检测根系内部的湿度情况，当湿度达到上位机预设的温湿度要求时发送信号给上位机的第二控制器20，第二控制器20发送信号给下位机，第一控制器7控制超声雾化喷头18停止喷雾，同时升降平台4开始下降，旋转平台15旋转；当升降平台4落到最低处时，旋转平台15转动180°；

步骤四：重复步骤一至三，对下一株植物进行喷雾。

其中，所述下位机执行上位机的命令，控制旋转平台15、升降平台4、超声雾化喷头18的工作与停止。所述下位机为单片机。所述上位机型号为ARM11。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱，其特征在于，包括信息采集模块和作业执行模块；所述信息采集模块包括温湿度传感器(11)和位置传感器(13)；用来采集根系的位置与湿度信息，并将采集到的信息经无线传输给第一控制器(7)；

所述作业执行模块包括雾化室(9)、升降平台(4)和旋转平台(15)；所述升降平台(4)和旋转平台(15)分别由第一步进电机(5)、第二步进电机(19)控制；第一步进电机(5)、第二步进电机(19)分别通过第一控制器(7)、第二控制器(20)由第一无线信号接收器(6)、第二无线信号接收器(21)控制；所述升降平台(4)可在第一步进电机(5)的驱动下沿S型轨道(3)行走；S型轨道(3)上方设置有栽培板(12)；栽培板(12)位于栽培箱的最上方；所述栽培板(12)上开设有栽植孔(13)；所述升降平台(4)上设置在小车上，且升降平台(4)上设置有雾化室(9)；在第一控制器(7)的控制下升降平台(4)竖直伸缩；从而带动雾化室(9)升降；所述雾化室(9)的内侧壁上设置有轴流式风扇(10)和温湿度传感器(11)；超声雾化喷头(18)一端设置在雾化室(9)内，另一端与伸缩管道(17)连接；伸缩管道(17)设置在旋转平台(15)上。

2.根据权利要求1所述的包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱，其特征在于，所述伸缩管道(17)与营养液管道(18)的一端相连通；所述营养液管道(18)的另一端置于动力泵(1)。

3.根据权利要求1所述的包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱，其特征在于，所述第二步进电机(19)的输出端通过齿轮传动带动旋转平台(15)旋转，使得旋转平台(15)进行180°旋转。

4.根据权利要求1所述的包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱，其特征在于，所述雾化室(9)为长方体腔体。

5.基于包裹根系精准喷雾的超声雾化栽培箱的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：升降平台(4)执行上位机发出的信号运动到栽植孔(13)处，此时，第一无线信号接收器(6)接收位置传感器传来的升降平台(4)的位置信号；并把位置信号传给上位机，上位机发送信号到下位机使升降平台(4)停止；

步骤二：升降平台(4)开始上升，同时旋转平台(15)转动，当雾化室(9)到达植物根系处时，转动平台(15)转动180°，此时升降平台(4)升到最高处；

步骤三：超声雾化喷头(18)开始工作，对植物根系进行喷雾，在喷雾的同时温湿度传感器(11)开始检测根系内部的湿度情况，当湿度达到上位机预设的温湿度要求时发送信号给上位机的第二控制器(20)，第二控制器(20)发送信号给下位机，第一控制器(7)控制超声雾化喷头(18)停止喷雾，同时升降平台(4)开始下降，旋转平台(15)旋转；当升降平台(4)落到最低处时，旋转平台(15)转动180°；

步骤四：重复步骤一至三，对下一株植物进行喷雾。

6.根据权利要求5所述的包裹根系精准喷雾的超声雾化方法，其特征在于，所述下位机执行上位机的命令，控制旋转平台(15)、升降平台(4)、超声雾化喷头(18)的工作与停止。

7.根据权利要求5所述的包裹根系精准喷雾的超声雾化方法，其特征在于，所述下位机为单片机。

8.根据权利要求5所述的包裹根系精准喷雾的超声雾化方法，其特征在于，所述上位机型号为ARM11。