CN110521577A - 立体种植设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及科技农业技术领域中的一种立体种植设备，包括种植架、种植基板和补光板，所述种植基板垂直或者倾斜放置，所述种植架设在种植基板的侧边上，所述种植基板上不同高度间隔设置有若干个种植槽，所述种植架上设有使补光板沿种植基板平面做往复运动的移动组件，所述补光板上设有朝向种植槽照明的LED光源。在种植架的两侧安装导轨，补光板通过控制电机的带动可以在导轨上运动，实现在不同高度对植物进行补光的操作。

Description

立体种植设备

技术领域

本发明涉及科技农业技术领域，具体涉及一种立体种植设备。

背景技术

中国大气环境面临的形势非常严峻，大气污染物排放总量居高不下。2017年中国二氧化硫年排放量高达2857万吨，烟尘1959万吨，工业粉尘1875万吨，大气污染仍然十分严重。我国也是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4，并且有36％的城市河段为劣5类水质，主要由氮、磷污染引起。国土上的荒漠化土地已占国土陆地总面积的27.3％，而且，荒漠化面积还以每年2460平方公里的速度增长。土地铅、汞等重金属也严重超标。再加上传统农业农药施用后农药残留，让我们的食品安全受到严重危及，已成为当今亟待解决的重要课题。土地改良成本高得遥不可及，所以要在传统土地上种出健康的农产品成本非常高。

据联合国粮食及农业组织预测，2030年世界总人口有望达到85亿，2050年将会达到97亿。经测算，想要养活这么多人口，全球粮食产量必须提高70％。要解决如此庞大人口的吃饭问题，在没有更多土地资源条件下，粮食要高产，现代高科技农业选种和科技种植装备应用是唯一解决的最佳途径，研发和制造高科技农业装备势在必行。大气污染、水环境污染、土地荒漠化、旱灾和水灾、持久性有机物及土地重金属污染日益严重，已经不满足人类对绿色无污染的健康食品要求，现代科技农业生产是在密闭环境和水培、雾培、人工气候环境下发育和生长，有效杜绝有害被破坏的自然生态环境和有病虫害危害和极端气候环境，生产出绿色健康植物满足人类日益对健康食品的迫切需求，所以科技农业装备的生产也是顺势而为。

垂直农业是由电子控制技术、结构工程技术、生物技术、LED照明技术、能源优化供给技术集成为一体，为植物健康生长创建一个人工气候最优环境，充分利用空间多层次种植，节约土地资源、避开被重金属等被污染的土壤，采用水培及雾培等方式进行的一种高科技种植，达到高产、优质的无污染健康农业产品生产模式，广泛应用于蔬菜、花卉、中药材等植物种植现代化模式。如现有技术CN208597374U公开了一种垂直绿化种植架，包括水箱、滴管、金属悬挂条、金属框架和万向轮，水箱设于金属框架上端，滴管水平设于水箱下端且与水箱相连通，水箱与滴管连通处设有水阀，滴管下端设有多个滴水孔，金属悬挂条为多个，间隔水平设置在金属框架上，且每个金属悬挂条的两端分别与金属框架的左右两端相连，万向轮设于金属框架下端。上述技术方便滴灌、易于移动，适用于室内绿化，但是，上述绿化支架对于喜阳的室内绿叶植物的种植，是无法满足其光照需求的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立体种植设备，以解决现有技术的种植架无法满足植物光照需求的问题。

本发明的立体种植设备，包括种植架、种植基板和补光板，所述种植基板垂直或者倾斜放置，所述种植架设在种植基板的侧边上，所述种植基板上不同高度间隔设置有若干个种植槽，所述种植架上设有使补光板沿种植基板平面做往复运动的移动组件，所述补光板上设有朝向种植槽照明的LED光源。

本发明的工作原理：本发明的立体种植设备可以设置在空地、阳台上也可以设置在一般的墙面上，可以倾斜也可以垂直，种植基板可以模块化拼接在一起，在种植基板上不同高度上间隔设置若干个种植槽，种植槽为斜口种植杯，斜口种植杯与种植基板具有一定的倾斜度，将植物种植在斜口种植杯内，采用立面种植结构，最大化利用空间种植，在种植架上安装移动组件，使补光板在移动组件的带动沿种植基板的平面上作往复运动，也即是使得补光板在植物面上做往复的平行运动，实现对植物不同角度的补光和各层叶面补光。

本发明的有益效果：本发明的立体种植设备，充分的利用阳台、墙体等空间，将种植架倾斜或者垂直置于阳台或者空地上，或者也可以直接设置在墙体上，只要将种植基板铺设在墙体上即可，在种植架的两侧上安装导轨，使安装有LED光源的补光板在移动组件的作用下，在导轨上往复移动，通过补光板上的LED光源照射植物，保证LED光源与植物叶面受光角度不断均匀变化，不仅让植物最上层叶面受光，还能够让植物上面层以下的各层叶面也能受光，最大化利用光源，使得植物光合作用的效率提高30％以上。

优选一，所述移动组件包括导轨、控制电机、滑轮、卷绕轴和钢丝绳，所述导轨设置在种植架上，所述控制电机设置在种植架的顶部，所述补光板与导轨滑动连接，所述卷绕轴固定连接在控制电机的转轴上，所述钢丝绳的一端连接卷绕轴，钢丝绳的另一端绕过滑轮与补光板连接。导轨的延伸方向与补光板的运动方向一致，通过控制电机、钢丝绳、卷绕轴和滑轮的配合，控制电机正转，使得钢丝绳被缠绕在卷绕轴上，使得钢丝绳拉动补光板向上运动，当补光板到达顶部时，控制电机反转，使得钢丝绳释放，之后在重力的作用下，补光板匀速的向下运动。

优选二、所述移动组件包括导轨、控制电机、主动齿轮、从动齿轮、从动轴、滑轮组和钢丝绳，所述导轨设置在种植架相对的侧边上，所述控制电机设置在种植架的顶部，所述补光板与导轨滑动连接，所述主动齿轮与控制电机的转轴同轴固定连接，所述从动齿轮与主动齿轮啮合，所述从动轴贯穿从动齿轮向导轨两端延伸，所述滑轮组包括两组且分设在不同的导轨上，每组滑轮至少有两个，每组滑轮分别位于导轨延伸方向的两端上，其中一个滑轮固定连接在从动轴的端头上，所述钢丝绳套设在同一组滑轮上，所述钢丝绳还与补光板连接。导轨的延伸方向与补光板的运动方向一致，控制电机正转或者反转，带动同轴固定的主动齿轮转动，使得与主动齿轮啮合的从动齿轮也开始转动，使贯穿从动齿轮的从动轴也开始转动，从动轴端头的滑轮也开始转动，带动钢丝绳开始顺时针或者逆时针传动，进而使得补光板随着钢丝绳的传动向上或者向下运动。

上述两种方式，控制电机的正反转可以通过人工控制实现，也可以通过在导轨的顶部和底部分别设置限位开关来实现。例如在导轨的顶部设置反转开关，启动控制电机，当补光板在导轨中移动到达导轨的顶部，触碰到反转开关，此时控制电机开始反转，补光板向下运动，当补光板运动到导轨的底部，触碰到导轨底部的正转开关，此时电机有开始正转，补光板向上移动，如此反复，完成补光板的上下运动，控制电机和滑轮可以设置在种植架的顶部也可以单独设置一个支撑架，控制电机连接有减速器，用来降低电机的转速。

优选的，所述补光板包括散热铝基板，所述LED光源安装在散热铝基板上，所述LED光源由红色LED点光源、蓝色LED点光源、远红外LED点光源、紫外LED点光源按比例阵列在散热铝基板上。根据不同植物的需要，按照一定的比例配备红色LED点光源、蓝色LED点光源、远红外LED点光源、紫外LED点光源的数量，使其能更好的满足植物的生长。

进一步优选的，所述补光板包括架体，所述架体的一端连接有与导轨滚动连接的滚轮，所述架体的另一端连接在补光板的端部上。架体是位于导轨和补光板之间，可以保持一定的间距，采摘植物时可以人为控制运动灯板位置，不影响对植物的采摘和管理等其他操作，滚轮的设置可以减少支架与导轨的摩擦。

在种植架上设有朝向种植槽输送营养液的输送管道。通过输送管道向种植槽输送植物所需要的营养液，来保证植物的生长发育。种植槽内放置斜口的种植杯，便于植物的生长和采摘。

作为上述方案的优选，立体种植设备还包括控制组件，所述控制组件包括照度传感器和PLC控制器，所述照度传感器、控制电机均与PLC控制器电信号连接。通过设置控制组件，PLC控制器设置有一个光照阈值，这个光照阈值是植物光照需求的饱和度值，将照度传感器采集的光照强度数据与光照阈值进行对比，当实际的光照强度数据低于光照阈值时，则PLC控制器处理使控制电机启动，也即是补光板开始运动给植物补光。当照度传感器采集到的光照强度数据高于或者等于光照阈值，无需补光，所以此时控制电机不启动。

另外，本发明通过对PLC控制器进行编程或者设置，可以将检测到的低于光照阈值的光照强度数据进行分段，不同的数据段的控制电机的转速不一样，光照强度数据越低，控制电机的转速越快，补光板的移动速度也越快，补光效果越好。

进一步，所述控制组件还包括PWM脉宽调制驱动电路，所述PWM脉宽调制驱动电路与所述LED光源连接，所述照度传感器设置于所述LED光源的出光侧，所述照度传感器与所述PLC控制器连接，所述PLC控制器与所述PWM脉宽调制驱动电路连接。通过设置PWM脉宽调制驱动电路，使得PLC控制器可以调整PWM占空比以提升LED光源照度，调整电源的输出功率，从而最终实现LED光源的高稳定、宽范围照度调节，更好的节约能耗。

需要注意的是，PWM脉宽调制驱动电路包括PWM脉宽调制器、三极管、电感、整流二极管及电容，电感一端连接电源正极，另一端与三极管的集电极连接，整流二极管的正极与三极管的集电极连接，整流二极管的负极与LED光源输入端连接，LED光源的输出端与三极管的发射极连接，三极管的发射极与电源负极连接，电容与LED光源并联连接，PWM脉宽调制器的PWM脉冲输出端与三极管的基极连接，PWM脉宽调制器控制端与PWM功率控制器连接。由于上述技术为本领域的常规技术，所以在此不再赘述。

再一步优选的，所述输送管道上设置有电动阀和雾化喷头，所述电动阀电连接所述PLC控制器。通过PLC控制器控制电动阀的关闭或者打开，使得营养液经雾化喷头雾化后向植物的根部或者叶面喷淋，让植物的生长更加健康。

进一步优选的，所述PLC控制器内设置有计时模块。通过计时模块累计当日符合光照强度的时间以及补光时间，当上述的累计时间大于设定值例如10小时，那么相当于当天的光照强度已经满足植物的生长需求，所以即使后续光照强度不足也不会启动补光操作。

作为本发明的立体种植设备的应用，所述种植架设置在阳台、墙体、温室或者空地上。只要能固定支撑架，垂直或者倾斜都可以保障本发明的实施。

种植槽还可以通过拼接的方式安装在墙体或者种植架上。

附图说明

图1为本发明立体种植设备的实施例1的结构示意图；

图2为本发明的元器件的电连接框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

附图中的附图标记为：控制电机1、主动齿轮2、从动齿轮3、滑轮4、钢丝绳5、种植槽6、正转开关7、导轨8、架体9、补光板10、反转开关11。

实施例1如附图1所示，立体种植设备，设置在阳台的墙体上，包括种植架、移动组件和补光板10，种植基板垂直放置，种植架设在种植基板除开底部以外的侧边上，种植基板可以直接铺设在墙体上，种植基板上以不同高度间隔设置有若干个种植槽6，种植槽6上为斜口种植杯，移动组件包括位于种植架两侧的导轨8、使补光板10在导轨8上往复移动的控制电机1和主动齿轮2、从动齿轮3、从动轴、滑轮4组以及钢丝绳5，控制电机1设置在种植架的顶部；主动齿轮2与控制电机1的转轴同轴固定连接，从动齿轮3与主动齿轮2啮合，从动轴贯穿从动齿轮3向导轨8两端延伸，滑轮4组包括两组分设在不同的导轨8上，每组滑轮4为三个，分别位于导轨8延伸方向的两端上，导轨8的顶端为两个滑轮4，其中一个滑轮4固定连接在从动轴的端头上，钢丝绳5套设在同一组的三个滑轮4上，补光板10包括散热铝基板、架体9和滚轮，架体9的一端连接有与导轨8滚动连接的滚轮，架体9的另一端连接在补光板10的端部上，钢丝绳5与架体9连接，补光板10上设有朝向种植槽6照明的LED光源，LED光源安装在散热铝基板上，LED光源由红色LED点光源、蓝色LED点光源、远红外LED点光源、紫外LED点光源按比例阵列在散热铝基板上。为了确保控制电机1能实现自动的正反转，通过在导轨8的顶部和底部分别设置限位开关来实现，在导轨8的顶部设置反转开关11，在导轨8的底部设置正转开关7。

在种植架上设有朝向种植槽6输送的营养液的输送管道，输送管道上设置有电动阀和雾化喷头。

当需要补光时，启动控制电机1，控制电机1正转，使得补光板10沿导轨8方向向上移动，当补光板10在导轨8中移动到达导轨8的顶部，触碰到反转开关11，此时控制电机1开始反转，补光板10向下运动，当补光板10运动到导轨8的底部，触碰到导轨8底部的正转开关7，此时电机有开始正转，补光板10向上移动，如此反复，完成补光板10的上下运动，控制电机1和滑轮4可以设置在种植架的顶部也可以单独设置一个支撑架，控制电机1连接有减速器，用来降低电机的转速。

实施例2与实施例1的区别仅在于将移动组件替换成：移动组件包括位于种植架两侧的导轨8使补光板10在导轨8上往复移动的控制电机1和滑轮4、卷绕轴和钢丝绳5，卷绕轴固定连接在控制电机1的转轴上，钢丝绳5的一端连接卷绕轴，钢丝绳5的另一端绕过滑轮4与补光板10的架体9连接。通过控制电机1、钢丝绳5、卷绕轴和滑轮4的配合，控制电机1正转，使得钢丝绳5被缠绕在卷绕轴上，使得钢丝绳5拉动补光板10向上运动，当补光板10到达顶部时，控制电机1反转，使得钢丝绳5释放，之后在重力的作用下，补光板10向下运动。

实施例3与实施例1的区别仅在于增加了控制组件，控制组件包括照度传感器和PLC控制器，照度传感器、控制电机1均与PLC控制器电信号连接。通过设置控制组件，PLC控制器设置有一个光照阈值，将照度传感器采集的光照强度数据与光照阈值进行对比，当实际的光照强度数据低于光照阈值时，则PLC控制器处理使控制电机1启动，也即是补光板10开始上下移动给植物补光。

实施例4与实施例3的区别仅在于增加了控制组件还包括PWM脉宽调制驱动电路，PWM脉宽调制驱动电路与所述LED光源连接，照度传感器设置于所述LED光源的出光侧，照度传感器与所述PLC控制器连接，PLC控制器与所述PWM脉宽调制驱动电路连接。通过设置PWM脉宽调制驱动电路，使得PLC控制器可以调整PWM占空比以提升LED光源亮度，调整电源的输出功率，从而最终实现LED光源的高稳定、宽范围亮度调节，更好的降低能耗。

其中PWM脉宽调制驱动电路包括PWM脉宽调制器、三极管、电感、整流二极管及电容，电感一端连接电源正极，另一端与三极管的集电极连接，整流二极管的正极与三极管的集电极连接，整流二极管的负极与LED光源输入端连接，LED光源的输出端与三极管的发射极连接，三极管的发射极与电源负极连接，电容与LED光源并联连接，PWM脉宽调制器的PWM脉冲输出端与三极管的基极连接，PWM脉宽调制器控制端与PLC控制器连接。

实施例5与实施例4的区别仅在所述PLC控制器内设置有计时模块，通过计时模块累计当日符合光照强度的时间以及补光时间，当上述的累计时间大于设定值例如12小时，那么相当于当天的光照强度以及满足植物的生长需求，所以即使后续光照强度不足也不会启动补光操作。

本发明的实施例4的元器件的电连接框图如图2所示，其中PFC恒流功率驱动的相关信息参考本发明的发明人发表的CN106954316B关于集中式恒流LED智能照度控制照明系统的专利，因此在此不再赘述。

上述PLC控制器为西门子公司的S7-200系列或者欧姆龙公司的CVM1系列任选一种。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.立体种植设备，其特征在于；包括种植架、种植基板和补光板，所述种植基板垂直或者倾斜放置，所述种植架设在种植基板的侧边上，所述种植基板上不同高度间隔设置有若干个种植槽，所述种植架上设有使补光板沿种植基板平面做往复运动的移动组件，所述补光板上设有朝向种植槽照明的LED光源。

2.根据权利要求1所述的立体种植设备，其特征在于：所述移动组件包括导轨、控制电机、滑轮、卷绕轴和钢丝绳，所述导轨设置在种植架上，所述控制电机设置在种植架的顶部，所述补光板与导轨滑动连接，所述卷绕轴固定连接在控制电机的转轴上，所述钢丝绳的一端连接卷绕轴，钢丝绳的另一端绕过滑轮与补光板连接。

3.根据权利要求1所述的立体种植设备，其特征在于：所述移动组件包括导轨、控制电机、主动齿轮、从动齿轮、从动轴、滑轮组和钢丝绳，所述导轨设置在种植架相对的侧边上，所述控制电机设置在种植架的顶部，所述补光板与导轨滑动连接，所述主动齿轮与控制电机的转轴同轴固定连接，所述从动齿轮与主动齿轮啮合，所述从动轴贯穿从动齿轮向导轨两端延伸，所述滑轮组包括两组且分设在不同的导轨上，每组滑轮至少有两个，每组滑轮分别位于导轨延伸方向的两端上，其中一个滑轮固定连接在从动轴的端头上，所述钢丝绳套设在同一组滑轮上，所述钢丝绳还与补光板连接。

4.根据权利要求1～3任一所述的立体种植设备，其特征在于：所述补光板包括散热铝基板，所述LED光源安装在散热铝基板上，所述LED光源由红色LED点光源、蓝色LED点光源、远红外LED点光源、紫外LED点光源按比例阵列在散热铝基板上。

5.根据权利要求4所述的立体种植设备，其特征在于：所述补光板包括架体，所述架体的一端连接有与导轨滚动连接的滚轮，所述架体的另一端连接在补光板的端部上。

6.根据权利要求5所述的立体种植设备，其特征在于：还包括控制组件，所述控制组件包括照度传感器和PLC控制器，所述照度传感器、控制电机均与PLC控制器电信号连接。

7.根据权利要求6所述的立体种植设备，其特征在于：所述控制组件还包括PWM脉宽调制驱动电路，所述PWM脉宽调制驱动电路与所述LED光源连接，所述照度传感器设置于所述LED光源的出光侧，所述照度传感器与所述PLC控制器连接，所述PLC控制器与所述PWM脉宽调制驱动电路连接。

8.根据权利要求7所述的立体种植设备，其特征在于：所述输送管道上设置有电动阀和雾化喷头，所述电动阀电连接所述PLC控制器。

9.根据权利要求8所述的立体种植设备，其特征在于：所述PLC控制器内设置有计时模块。

10.根据权利要求9所述的立体种植设备的应用，其特征在于：所述种植架设置在阳台、墙体、温室、植物工厂或者空地上。