CN111527912A - 一种自动监测土壤水分的植物培养装置及其控制方法 - Google Patents

一种自动监测土壤水分的植物培养装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动监测土壤水分的植物培养装置及其控制方法。本发明通过植物培养装置中的湿度传感器、光线传感器、重力传感器分别实时检测土壤基质含水量、植物的光照强度、土壤基质的重量，传感器将测得的实时数据发送给控制模块，控制模块将测得实时数据显示在显示器上，当水分含量不符合要求时，通过进水孔补水或者通过排水管来排水，从而实现调控土壤水分含量。同时通过控制模块将测得实时数据发送到物联网云端，自动保存环境参数数据，不用每时每刻手动记录数据，数据自动保存在网络上，需要的时候随时在网关上下载即可，为研究“水分胁迫对植物生长变化和环境适应能力，建立植物水分胁迫模型”提供便捷途径。

Description

一种自动监测土壤水分的植物培养装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及农业生物技术领域，特别是涉及一种自动监测土壤水分的植物培养装置及其控制方法。
背景技术
土壤水分作为植物生长发育所必需的环境因子之一，水资源缺乏问题长期困扰着世界农业生产。水分胁迫会引起植物的生长发育受到抑制，作物的生理、形态等特征会发生一系列的变化，是当前限制作物生长和产量的重要影响因素之一。关于水分胁迫对植物的影响，国内外研究在植物抗旱、抗涝的机理上、植物的形态结构特征、水分传感器、物联网监控、环境参数监控等都取得了一定的成就。
随着水分胁迫对植物生长影响研究的逐渐深入，传统的水分处理的方式通常有水分传感器检测、土样重量法和水量定量法等，但上述方法在生产上都具备一定的局限性。传统水分实验方法存在着以下弊端：比如需要手动记录数据；缺乏一些环境参数数据辅助支持；人工量大，费时费力；不能满足长期在同一水分梯度范围内生长；不能再一个设备中显示多个环境参数等问题。国内也出现技术人员针对上述问题加以改进，但发现现代物联网技术与水分灌溉结合的过程中也存在一些弊端：比如物联网网络和设备在长期监控中，可能会出现一些问题；一个水分传感器湿度，有可能控制好几个试验样品；每个实验样本的吸水量多少存在差异性等；每种基质的湿度和传感器湿度湿度不一样，需要建立一个模型；水分传感器湿度测量的是相对湿度，并不是基质的绝对湿度等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动监测土壤水分的植物培养装置及其控制方法，能实时自动检测土壤水分，从而提高控制土壤水分的效率和精度。
本发明采用如下技术方案：一种自动监测土壤水分的植物培养装置，其包括外层箱体和固定在外层箱体内的培养桶，外层箱体和培养桶均为透明材质，所述外层箱体底部设有电子秤，电子秤包括固定在外层箱体底部的支撑板和固定在支撑板内的重力传感器，外层箱体和培养桶之间具有空腔，外层箱体和培养桶的上部之间设有上板，上板的上表面设有光线传感器，外层箱体上还设有向培养桶内植物补光的补光灯组件，上板的上表面开设有进水孔，进水孔内设有与培养桶桶壁连通的进水管，培养桶的底部开设有透水孔，透水孔上连接有从外层箱体穿出的排水管，排水管上设有阀门，所述外层箱体上通过连接杆连接有湿度传感器，连接杆包括连接在一起的柔性段和刚性段，柔性段的端部固定连接在外层箱体壁面上，湿度传感器固定在刚性段的端部，刚性段用于插入培养桶培养基内，刚性段的长度大于培养桶的高度，外层箱体和培养桶之间的空腔中设有控制模块，重力传感器、光线传感器及湿度传感器测得的数据发送给控制模块，所述外层箱体外壁面上设有与控制模块连接的显示器，显示器用于显示重力传感器、光线传感器及湿度传感器测得的实时数据，控制模块用于将实时数据发送给云端数据库，所述外层箱体内设有向重力传感器、光线传感器、湿度传感器、控制模块及显示器供电的电源模块。
所述外层箱体的外壁面上设有用于固定连接杆的收纳卡扣。
所述补光灯组件包括伸缩杆和安装在伸缩杆的顶端设有补光灯，伸缩杆通过转轴折叠安装在外层箱体外壁面上。
所述外层箱体上标有高度刻度尺，所述进水孔至少有两个，各进水孔均匀分布在培养桶周围。
所述外层箱体是由长方形透明板制成的长方体结构，所述培养桶为透明圆柱体结构。
所述支撑板底部安装有移动脚轮。
所述电源模块包括干电池，所述外层箱体的侧壁上设有电池仓，干电池安装在电池仓内。
一种自动监测土壤水分的植物培养装置的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：（1）首先将植物借助土壤基质栽培在自动监测土壤水分的植物培养装置的培养桶内；（2）当对植物进行水分胁迫时，利用连接杆将湿度传感器插入基质内检测土壤基质的实时含水量，通过光线传感器检测实时光照强度，通过重力传感器实时检测土壤基质的重量，重力传感器、光线传感器及湿度传感器测得的数据发送给控制模块，控制模块将测得实时数据显示在显示器上，同时通过控制模块将测得实时数据发送到物联网云端；（3）根据测得的数据，若光照不足，通过补光灯对植物进行补光；若湿度和重量不足，通过进水孔内进水来进行补水，补水结束后通过湿度传感器再次测量土壤基质的含水量，若水分不足继续进行补水操作直至水分补足；若湿度和重量超出设定值，则打开排水管阀门，直至湿度和重量等于设定值。
控制模块将测得的实时数据发送到物联网云端后，物联网云端自动保存数据，数据同步存储到物联网软件中，建立土壤水分状态监测数据库，通过用户终端实时查看或下载数据。
步骤（3）中，以滴灌或喷灌或微灌的形式补水。
本发明的有益效果是：本发明通过湿度传感器、光线传感器、重力传感器分别实时检测土壤基质含水量、植物的光照强度、土壤基质的重量，这些传感器能将测得的实时数据发送给控制模块，控制模块将测得实时数据显示在显示器上，同时通过控制模块将测得实时数据发送到物联网云端，自动保存环境参数数据，不用每时每刻手动记录数据，数据自动保存在网络上，需要的时候随时在网关上下载即可，为研究“水分胁迫对植物生长变化和环境适应能力，建立植物水分胁迫模型”提供便捷途径。当水分含量不符合要求时，通过进水孔补水或者通过排水管来排水，从而实现调控土壤水分含量。
本发明操作简单，湿度传感器、补光灯可满足不同发育时期植物生长的需要，移动脚轮便于整个装置整体移动。
附图说明
图1是本发明自动监测土壤水分的植物培养装置一种实施例的结构透视图；
图2是图1的外部结构图；
图3是图2另一个角度的示意图；
图4是本发明自动监测土壤水分的植物培养装置的控制方法一种实施例的原理框图。
图中，1-外层箱体，2-培养桶，21-透水孔，22-排水管，23-阀门，3-上板，31-进水孔，32-进水管，4-电子秤，41-支撑板，42-重力传感器，43-移动脚轮，5-连接杆，51-柔性段，52-刚性段，53-湿度传感器，54-收纳卡扣，6-光线传感器，7-补光灯组件，71-补光灯，72-伸缩杆，73-转轴，8-电源模块，9-显示器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为了使图面简洁，各图中只示意性表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为了使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性的绘制一个，或仅标出了其中一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形其中。
本发明自动监测土壤水分的植物培养装置一种实施例的结构如图1至图3所示，本实施例的自动监测土壤水分的植物培养装置，其包括外层箱体1和固定在外层箱体1内的培养桶2，外层箱体1和培养桶2均为透明材质，所述外层箱体1是由长方形透明板制成的长方体结构，所述培养桶2为透明圆柱体结构。所述外层箱体1底部设有电子秤4，电子秤4包括固定在外层箱体1底部的支撑板41和固定在支撑板41内的重力传感器42，所述支撑板41底部安装有移动脚轮43。
外层箱体1和培养桶2之间具有空腔，外层箱体1和培养桶2的上部之间设有上板3，上板3的上表面设有光线传感器6，外层箱体1上还设有向培养桶2内植物补光的补光灯组件7，所述补光灯组件7包括伸缩杆72和安装在伸缩杆72的顶端设有补光灯71，伸缩杆72通过转轴73折叠安装在外层箱体1外壁面上。
上板3的上表面开设有进水孔31，进水孔31内设有与培养桶2桶壁连通的进水管32，所述外层箱体1上标有高度刻度尺（图中未显示），所述进水孔31至少有两个，各进水孔31均匀分布在培养桶2周围。
培养桶2的底部开设有透水孔21，透水孔21上连接有从外层箱体1穿出的排水管22，排水管22上设有阀门23，所述外层箱体1上通过连接杆5连接有湿度传感器53，连接杆5包括连接在一起的柔性段51和刚性段52，柔性段51的端部固定连接在外层箱体1壁面上，湿度传感器53固定在刚性段52的端部，刚性段52用于插入培养桶1的培养基内，刚性段52的长度大于培养桶1的高度。
外层箱体1和培养桶2之间的空腔中设有控制模块（附图中未显示），重力传感器42、光线传感器6及湿度传感器53测得的数据发送给控制模块，所述外层箱体1外壁面上设有与控制模块连接的显示器9，显示器9用于显示重力传感器42、光线传感器6及湿度传感器53测得的实时数据，控制模块用于将实时数据发送给云端数据库，所述外层箱体1内设有向重力传感器42、光线传感器6、湿度传感器53、控制模块及显示器供电的电源模块8。所述电源模块8包括干电池，所述外层箱体的侧壁上设有电池仓，干电池安装在电池仓内。
本发明自动监测土壤水分的植物培养装置的控制方法一种实施例的原理框图如图4所示，本实施例的自动监测土壤水分的植物培养装置的控制方法包括以下步骤：（1）首先将植物借助土壤基质栽培在自动监测土壤水分的植物培养装置的培养桶内；（2）当对植物进行水分胁迫时，利用连接杆将湿度传感器插入基质内检测土壤基质的实时含水量，通过光线传感器检测实时光照强度，通过重力传感器实时检测土壤基质的重量，重力传感器、光线传感器及湿度传感器测得的数据发送给控制模块，控制模块将测得实时数据显示在显示器上，同时通过控制模块将测得实时数据发送到物联网云端；（3）根据测得的数据，若光照不足，通过补光灯对植物进行补光；若湿度和重量不足，通过进水孔内进水来进行补水，补水结束后通过湿度传感器再次测量土壤基质的含水量，若水分不足继续进行补水操作直至水分补足；若湿度和重量超出设定值，则打开排水管阀门，直至湿度和重量等于设定值。
本实施例步骤（2）中，控制模块将测得的实时数据发送到物联网云端后，物联网云端自动保存数据，数据同步存储到物联网软件中，建立土壤水分状态监测数据库，通过用户终端实时查看或下载数据。本实施例步骤（3）中，以滴灌的形式补水。在本发明其它的实施例中，还可以采用喷灌或微灌的形式补水。
本发明是与物联网技术软件相结合，实时监测土壤水分并自动上传云端数据库，帮助科研人员实现全自动化灌溉技术和植物生长全周期土壤水分参数数据的获得，为研究水分胁迫对植物生长的影响提供更加完善的方法。
本发明通过湿度传感器、光线传感器、重力传感器分别实时检测土壤基质含水量、植物的光照强度、土壤基质的重量，这些传感器能将测得的实时数据发送给控制模块，控制模块将测得实时数据显示在显示器上，同时通过控制模块将测得实时数据发送到物联网云端，自动保存环境参数数据，不用每时每刻手动记录数据，数据自动保存在网络上，需要的时候随时在网关上下载即可，为研究“水分胁迫对植物生长变化和环境适应能力，建立植物水分胁迫模型”提供便捷途径。当水分含量不符合要求时，通过进水孔补水或者通过排水管来排水，从而实现调控土壤水分含量。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应被视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动监测土壤水分的植物培养装置，其特征在于：其包括外层箱体和固定在外层箱体内的培养桶，外层箱体和培养桶均为透明材质，所述外层箱体底部设有电子秤，电子秤包括固定在外层箱体底部的支撑板和固定在支撑板内的重力传感器，外层箱体和培养桶之间具有空腔，外层箱体和培养桶的上部之间设有上板，上板的上表面设有光线传感器，外层箱体上还设有向培养桶内植物补光的补光灯组件，上板的上表面开设有进水孔，进水孔内设有与培养桶桶壁连通的进水管，培养桶的底部开设有透水孔，透水孔上连接有从外层箱体穿出的排水管，排水管上设有阀门，所述外层箱体上通过连接杆连接有湿度传感器，连接杆包括连接在一起的柔性段和刚性段，柔性段的端部固定连接在外层箱体壁面上，湿度传感器固定在刚性段的端部，刚性段用于插入培养桶培养基内，刚性段的长度大于培养桶的高度，外层箱体和培养桶之间的空腔中设有控制模块，重力传感器、光线传感器及湿度传感器测得的数据发送给控制模块，所述外层箱体外壁面上设有与控制模块连接的显示器，显示器用于显示重力传感器、光线传感器及湿度传感器测得的实时数据，控制模块用于将实时数据发送给云端数据库，所述外层箱体内设有向重力传感器、光线传感器、湿度传感器、控制模块及显示器供电的电源模块。
2.根据权利要求1所述的自动监测土壤水分的植物培养装置，其特征在于：所述外层箱体的外壁面上设有用于固定连接杆的收纳卡扣。
3.根据权利要求1所述的自动监测土壤水分的植物培养装置，其特征在于：所述补光灯组件包括伸缩杆和安装在伸缩杆的顶端设有补光灯，伸缩杆通过转轴折叠安装在外层箱体外壁面上。
4.根据权利要求1所述的自动监测土壤水分的植物培养装置，其特征在于：所述外层箱体上标有高度刻度尺，所述进水孔至少有两个，各进水孔均匀分布在培养桶周围。
5.根据权利要求1所述的自动监测土壤水分的植物培养装置，其特征在于：所述外层箱体是由长方形透明板制成的长方体结构，所述培养桶为透明圆柱体结构。
6.根据权利要求1所述的自动监测土壤水分的植物培养装置，其特征在于：所述支撑板底部安装有移动脚轮。
7.根据权利要求1所述的自动监测土壤水分的植物培养装置，其特征在于：所述电源模块包括干电池，所述外层箱体的侧壁上设有电池仓，干电池安装在电池仓内。
8.一种自动监测土壤水分的植物培养装置的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：（1）首先将植物借助土壤基质栽培在自动监测土壤水分的植物培养装置的培养桶内；（2）当对植物进行水分胁迫时，利用连接杆将湿度传感器插入基质内检测土壤基质的实时含水量，通过光线传感器检测实时光照强度，通过重力传感器实时检测土壤基质的重量，重力传感器、光线传感器及湿度传感器测得的数据发送给控制模块，控制模块将测得实时数据显示在显示器上，同时通过控制模块将测得实时数据发送到物联网云端；
（3）根据测得的数据，若光照不足，通过补光灯对植物进行补光；若湿度和重量不足，通过进水孔内进水来进行补水，补水结束后通过湿度传感器再次测量土壤基质的含水量，若水分不足继续进行补水操作直至水分补足；若湿度和重量超出设定值，则打开排水管阀门，直至湿度和重量等于设定值。
9.根据权利要求8所述的自动监测土壤水分的植物培养装置的控制方法，其特征在于：控制模块将测得的实时数据发送到物联网云端后，物联网云端自动保存数据，数据同步存储到物联网软件中，建立土壤水分状态监测数据库，通过用户终端实时查看或下载数据。
10.根据权利要求8所述的自动监测土壤水分的植物培养装置的控制方法，其特征在于：步骤（3）中，以滴灌或喷灌或微灌的形式补水。
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