CN111990240A - 一种补光型生菜水培装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种补光型生菜水培装置，克服了传统装置补光光线溢出作物冠层造成部分补光无效与冠层边缘受光较弱的问题，装置包括栽培架、LED补光灯板、水培栽培床、营养液箱、2套反光板旋转系统、控制中心与潜水泵；栽培架安装在地基上，控制中心放置在栽培架的上层栽培架支撑面板上，水培栽培床放置在栽培架的下层栽培架支撑面板上，LED补光灯板挂接在上层栽培架支撑面板的下方；2套补光板旋转系统安装于水培栽培床的上方，2套反光板旋转系统焊接固定在栽培架正面和背面的两个立柱上；营养液箱放置于下层栽培架支撑面板下方的地基上，水培栽培床采用管道和营养液箱连通，控制中心分别和LED补光灯板、2个步进电机与潜水泵电线连接。

Description

一种补光型生菜水培装置

技术领域

本发明涉及一种属于植物栽培技术领域的生菜无土栽培装置，更确切地说，本发明涉及一种针对冠层生长变化较大的生菜，具有高效补光功能的补光型生菜水培装置。

背景技术

水培(Hydroponics)是目前发展最成熟的一种无土栽培技术，在植物工厂化生产、实验室研究以及家庭无土栽培领域，应用非常广泛；在我国水培主要用于叶菜和花卉的培育与生产，随着设施栽培技术的不断发展，对无土栽培装置的要求已不仅仅局限于养分和水分的循环供应，植物对光照环境的需求也为无土栽培装置提出新功能的要求。

光作为重要的物理环境因子，对植物的生长发育和物质代谢均起到关键作用，本发明是基于具有人工补光功能的生菜水培装置进行的设计。

人工光照具有调控性强，便于自动化控制与管理的优势，但其高能耗一直是需要考虑的问题之一；目前在设施栽培中，LED光源作为冷光源，备受青睐，它可接近植物冠层进行有效照射，可节省空间，便于立体栽培，更有利于提高单位栽培面积的效益；但目前为了保障冠层充分受光，增加补光板面积或补光灯源数量，造成大量光线溢出作物冠层，成为无效补光，同时光源补光光照边缘效应造成的冠层边缘弱光环境的存在，都限制了补光光源光能利用效率的最大化。该问题的解决，有利于提高补光效率，相当于变相降低单位产量的能耗。对于温室或植物工厂化生产，或居民家用推广，都具有重要的实用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了传统生菜水培装置补光光线溢出作物冠层造成部分补光无效，而同时冠层边缘却受光较弱的问题，提供了一种高效补光的生菜水培装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

所述的一种补光型生菜水培装置包括控制中心,其还包括栽培架、LED补光灯板、水培栽培床、营养液箱、2套结构相同的反光板旋转系统与潜水泵；

所述的栽培架安装在地基上，控制中心放置在栽培架的上层栽培架支撑面板上，水培栽培床放置在栽培架的下层栽培架支撑面板上，LED补光灯板挂接在上层栽培架支撑面板的下方，LED补光灯板的纵、横对称面与上层栽培架支撑面板的纵、横对称面重合；2套相同的补光板旋转系统安装于水培栽培床的上方，2套相同的反光板旋转系统的两端分别焊接固定在栽培架正面和背面的两个立柱的内侧壁上；营养液箱放置于下层栽培架支撑面板下方的地基上，潜水泵放置于营养液箱内部；水培栽培床采用营养液输入管、营养液输出管和潜水泵、营养液箱相连通，控制中心分别和LED补光灯板、2个结构相同的步进电机与潜水泵电线连接。

技术方案中所述的栽培架为长方体形的两层四柱式框架，栽培架包括4根结构相同的立柱、上层栽培架支撑面板与下层栽培架支撑面板；

栽培架立柱材质为角钢，边宽×边宽×厚度为30mm×30mm×3mm，高度为1250mm～1500mm；上层栽培架支撑面板材质为钢板或木板，厚度10mm～15mm，尺寸范围为长度650mm～750mm，宽度350mm～450mm；下层栽培架支撑面板材质为钢板，厚度15mm～20mm，尺寸范围为长度650mm～750mm，宽度350mm～450mm；

所述的上层栽培架支撑面板安装在4根结构相同的立柱的顶端，下层栽培架支撑面板安装在上层栽培架支撑面板下方的4根结构相同的立柱上，4根结构相同的立柱位于上层栽培架支撑面板与下层栽培架支撑面板的四角处，上层栽培架支撑面板与下层栽培架支撑面板相互平行，上层栽培架支撑面板与下层栽培架支撑面板和4根结构相同的立柱相垂直；上层栽培架支撑面板与下层栽培架支撑面板之间的距离L₁为650mm～700mm；下层栽培架支撑面板与地基距离L₂为600mm～800mm。

技术方案中所述的水培栽培床由水培定植板与水培栽培床体组成；所述的水培栽培床体包括床主体、1号床主体内隔板与2号床主体内隔板，1号床主体内隔板与2号床主体内隔板结构相同，床主体为上端敞开的长方体形的壳体结构件；

1号床主体内隔板与2号床主体内隔板相互平行地沿纵向粘接固定在床主体内的床底上，1号床主体内隔板通过左端垂直地与床主体的左侧壁固定连接，2号床主体内隔板通过右端垂直地与床主体的右侧壁固定连接，1号床主体内隔板与2号床主体内隔板将床主体内腔分隔为彼此联通的三个部分，三部分间距d₂为水培栽培床体内腔宽度的1/3；1号床主体内隔板与2号床主体内隔板皆为PP材质的长方形平板结构件，长度较水培栽培床体的长度短45mm～50mm，高度h₂为20mm～30mm，厚度为10mm；

床主体的床底左上角处设置有营养液输出孔，直径d₃为15mm～20mm,营养液输出孔中心到床主体的纵、横向边界的距离L₇＝L₆＝20mm～25mm；床主体的右侧壁的左下角设置有营养液输入孔，直径d₄＝d₃,营养液输入孔的中心到床主体床底外壁的高度h₃为25mm～30mm，营养液输入孔的回转轴线到床主体外壁的横向边界距离L₈取值范围为25mm～30mm；所述的水培定植板扣装在水培栽培床体的顶端上。

技术方案中所述的水培定植板为矩形PP材质的平板结构件，长度为600mm～700mm,宽度为300mm～400mm，厚度5mm～8mm；水培定植板底面四周设置有与水培栽培床体顶端配装的等横截面的矩形的环形翻边，翻边高度为30mm，矩形的环形翻边的对称中心线与矩形的水培定植板的对称中心线共线，矩形的环形翻边的内口尺寸与水培栽培床体的顶端长宽尺寸相等，水培定植板上均匀地设置5个/每排×3排＝15个用于定植作物幼苗的水培定植孔；

水培定植孔直径d₁尺寸为30mm～40mm，水培定植孔的回转轴线到水培定植板纵边外壁的纵边界距离L₃取值范围40mm～50mm，水培定植孔的回转轴线到水培定植板横边外壁的横边界距离L₄＝L₃；纵、横方向上相邻的两个水培定植孔之间距离L₅取值范围为130mm～150mm。

技术方案中所述的营养液箱由营养液箱盖与营养液箱体构成，营养液箱盖扣装在营养液箱体上；所述的营养液箱盖为PP材质的长方体形空心结构件，厚度5mm～8mm；营养液箱盖的四周设置有与营养液箱体的箱口配装的矩形的环形翻边，翻边高度为30mm，矩形的环形翻边的对称中心线与营养液箱盖的对称中心线共线；营养液箱盖右下角设有营养液输出孔，营养液输出孔回转轴线到营养液箱盖外壁的纵向边界的纵向边界距离L₉取值范围为40mm～50mm，营养液输出孔回转轴线到营养液箱盖外壁的横向前侧边界的横向边界距离L₁₀取值范围为30mm～40mm；营养液箱盖左上角设有回流营养液输入孔，回流营养液输入孔的回转轴线到营养液箱盖外壁的横向后侧边界的横向边界距离L₁₂＝L₁₀，回流营养液输入孔的回转轴线到营养液箱盖外壁的纵向左侧边界的纵向边界距离L₁₁＝L₉；营养液输出孔及回流营养液输入孔的直径d₅＝d₆；营养液箱体的长度和宽度均需小于栽培架的长度和宽度；高度小于下层栽培架支撑面板与地基距离L₂；容积不小于10L。

技术方案中所述的反光板旋转系统包括步进电机、反光板、夹具、反光板旋转支撑轴与轴套；

所述的反光板旋转支撑轴固定粘接在反光板外侧的纵向对称轴线的位置上，即反光板旋转支撑轴的回转中心线与反光板的纵向对称面重合，步进电机的输出轴插入夹具的夹具背部上的以中心点O₄为圆心的通孔中，步进电机的输出轴与夹具的通孔之间为过盈配合，反光板右端装入夹具中并直抵夹具背部的内侧壁；2个结构相同的夹具侧壁与反光板之间，采用铆接方式固定连接，步进电机的右端与栽培架一侧中的一根立柱焊接固定，轴套的一端与栽培架一侧的一根立柱相对的另一根立柱焊接固定，轴套的另一端套装在反光板旋转支撑轴的左端，轴套与反光板旋转支撑轴之间为转动连接；反光板旋转支撑轴的回转中心线与步进电机输出轴的回转中心线、轴套的回转中心轴线共线；

反光板旋转支撑轴的中心点O₁较反光板的中心点O₂向轴套一侧偏移距离L₁₆，L₁₆由夹具的宽度W″和步进电机的机身长度L₁₃共同决定，即

L₁₆＝(W″+L₁₃)/2＝W″/2+10 (4)

式中，L₁₆为反光板旋转支撑轴的中心点O₁较反光板的中心点O₂向轴套一侧偏移的距离，单位mm；W″为夹具的宽度，单位mm；L₁₃为步进电机的机身长度，取值为20，单位mm。

技术方案中所述的反光板为矩形PP材质的平板结构件；以反光板右侧边缘中点O₃为圆心，设置一个半径为6mm的半圆形缺口；反光板长度L′取决于水培定植板的长度L和步进电机的机身长度L₁₃，即

L′＝L-2×(L₁₃+5)＝L-50 (1)

式中，L为水培定植板的长度，单位mm；L₁₃为步进电机的机身长度，取值为20，单位mm；

反光板的宽度W′取决于LED补光灯板的厚度h₀、上层栽培架支撑面板与下层栽培架支撑面板之间的距离L₁，水培栽培床体的高度h₁和栽培床生菜生长可能达到的最高冠层高度h_max，即

W′＝L₁-h₀-h₁-h_max (2)

式中，L₁为上层栽培架支撑面板与下层栽培架支撑面板之间的距离，单位mm；h₀为LED补光灯板的厚度，单位mm；h₁为水培栽培床体的高度，单位mm；h_max为叶菜生长可能达到的最高冠层高度，取值范围为350mm～400mm；

所述的反光板朝向水培栽培床方向的内侧无缝粘贴一层银色PET反光膜，反光膜厚度0.1mm～0.3mm，光反射率>95％。

技术方案中所述的夹具为弹簧钢片材质的U型夹，即夹具由2个结构相同的矩形的夹具侧壁与矩形的夹具背部组成，2个结构相同的矩形的夹具侧壁的一端和矩形的夹具背部的两端垂直地连接成一体，2个结构相同的矩形的夹具侧壁相互平行并对正，矩形的夹具背部的中心点O₄处设置有通孔；弹簧钢片厚度0.5mm～1mm；夹具的长度L″为25mm～50mm；夹具的宽度W″为15mm～20mm；夹具的高度H″为20mm～25mm。

技术方案中所述的反光板旋转支撑轴为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS塑料材质的实心圆柱直杆结构件，直径8mm～10mm，反光板旋转支撑轴的长度L_轴由反光板的长度L′、夹具的宽度W″和步进电机的输出轴长度L_输出轴共同决定，即

L_轴＝L′-W″+L_输出轴＝L′-W″+10 (3)

式中，L_轴为反光板旋转支撑轴的长度，单位mm；L′为反光板的长度，单位mm；W″为夹具的宽度，单位mm；L_输出轴为步进电机的输出轴长度，取值为10，单位mm。

技术方案中所述的轴套为铝合金材料空心圆柱结构件，轴套长度与步进电机的机身长度L₁₃相等，内径较反光板旋转支撑轴直径大0.2mm～0.5mm；

和步进电机输出轴的中心线共线的轴套的回转中心轴线距离LED补光灯板下表面所在平面S的距离L₁₅＝L₁₄，较反光板宽度W′的二分之一大3mm～5mm；

步进电机借助夹具实现输出轴与反光板旋转支撑轴一端的固定连接；反光板旋转支撑轴的回转中心线与步进电机输出轴的回转中心线、轴套的回转中心轴线共线。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.现有具有补光功能的水培装置均未考虑补光光线溢出冠层之外造成的损失。

2.本发明所述的一种补光型生菜水培装置具有取材容易、节能等优点，便于在植物栽培技术领域应用和推广；

3.本发明所述的一种补光型生菜水培装置依据光线传播原理设计反光板结构，保证了不增加补光灯数量、不提高补光灯功率，提高作物冠层接收光线强度，促进作物生长，既提高了补光系统的光能利用效率，又遵循了高效利用资源、能源的基本原则；

4.本发明所述的一种补光型生菜水培装置设计了可由步进电机脉冲信号控制旋转的反光板，所选材料价格低廉且易得；质量轻，方便安装和驱动；使用寿命长、反光效果好，适合植物生长环境下长期使用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的一种补光型生菜水培装置结构组成的轴测投影视图；

图2-1是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的栽培架结构组成的轴测投影视图；

图2-2是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的栽培架结构组成的俯视图；

图3-1是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的水培栽培床结构组成的轴测投影视图；

图3-2是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的水培栽培床结构组成的俯视图；

图4-1是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的水培栽培床床体结构组成的轴测投影视图；

图4-2是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的水培栽培床床体结构组成的俯视图；

图4-3是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的水培栽培床床体结构组成的右视图；

图5-1是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的营养液箱结构组成的轴测投影视图；

图5-2是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的营养液箱结构组成的俯视图；

图6是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的反光板旋转系统结构组成的主视图；

图7是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的反光板结构组成的主视图；

图8是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用的夹具结构组成的轴测投影视图；

图9是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用反光板旋转工作过程示意图；

图10是本发明所述的一种补光型生菜水培装置中所采用反光板旋转工作流程图；

图11是本发明所述的一种补光型生菜水培装置的设计原理示意图；

图中：1.栽培架，2.LED补光灯板，3.水培栽培床，4.营养液箱,5.反光板旋转系统，6.控制中心，7.电线，8.营养液输入管，9.营养液输出管，10.潜水泵,11.上层栽培架支撑面板，12.下层栽培架支撑面板，13.栽培架立柱，14.水培定植板,15.水培栽培床体,16.营养液输入孔,17.水培定植孔,18.营养液输出孔，19.床主体内隔板，20.营养液箱盖，21.营养液箱体，22.营养液输出孔，23.回流营养液输入孔，24.步进电机，25.反光板，26.夹具，27.反光板旋转支撑轴，28.轴套，29.夹具背部，30.夹具侧壁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1、图2-1与2-2，所述的一种补光型生菜水培装置包括栽培架1、LED补光灯板2、水培栽培床3、营养液箱4、2套结构相同的反光板旋转系统5、控制中心6与潜水泵10。

所述的栽培架1为长方体形的两层四柱式框架，栽培架1包括4根结构相同的立柱、上层栽培架支撑面板11与下层栽培架支撑面板12；

栽培架立柱13材质为角钢，采用边宽×边宽×厚度为30mm×30mm×3mm与高度为1250mm～1500mm的角钢；

上层栽培架支撑面板11的材质为钢板或木板，采用的厚度为10mm～15mm，长度为650mm～750mm，宽度为350mm～450mm；

下层栽培架支撑面板12的材质为钢板，采用的厚度为15mm～20mm，长度为650mm～750mm，宽度为350mm～450mm；

所述的上层栽培架支撑面板11安装在4根结构相同的立柱的顶端，下层栽培架支撑面板12安装在上层栽培架支撑面板11下方的4根结构相同的立柱上，上层栽培架支撑面板11与下层栽培架支撑面板12相互平行并和4根结构相同的立柱相垂直；上层栽培架支撑面板11与下层栽培架支撑面板12之间的距离L₁为650mm～700mm；下层栽培架支撑面板12与地基距离L₂为600mm～800mm。

实施例中栽培架1的尺寸为长度×宽度×高度＝700mm×400mm×1350mm，上层栽培架支撑面板11的尺寸为长度×宽度×厚度＝700mm×400mm×10mm，下层栽培架支撑面板12尺寸为长度×宽度×厚度＝700mm×400mm×15mm，上层栽培架支撑面板11与下层栽培架支撑面板12之间的距离L₁为650mm，下层栽培架支撑面板12与地基距离L₂为700mm；

所述的LED补光灯板2为铝质灯身,由控制中心6供电；LED补光灯板2挂接于上层栽培架支撑面板11底面上，并保持10mm～20mm的散热间距；LED补光灯板2长度与上层栽培架支撑面板11的长度相等；LED补光灯板2宽度方向的两端距离上层栽培架支撑面板11宽度方向的两端的距离为D₁＝D₂＝30mm～50mm；LED补光灯板2的宽度为上层栽培架支撑面板11的宽度减去(D₁+D₂)；LED补光灯板2的厚度h₀≤40mm；

实施例中的LED补光灯板2的长度为700mm；LED补光灯板2宽度方向的两端距离上层栽培架支撑面板11宽度方向的两端的距离D₁＝D₂＝50mm；LED补光灯板宽度为400-(50+50)＝300mm；厚度h₀为40mm；

参阅图3-1、图3-2和图4-1至图4-3，所述的水培栽培床3由水培定植板14与水培栽培床体15构成，水培定植板14扣装在水培栽培床体15的顶端上；

所述的水培定植板14为矩形PP材质的平板结构件，长度L为600mm～700mm，宽度W为300mm～400mm，厚度5mm～8mm；水培定植板14底面四周设置有与水培栽培床体15顶端配装的等横截面的矩形的向下的环形翻边，翻边高度30mm；矩形的环形翻边的对称中心线与矩形的水培定植板14的对称中心线共线，矩形的环形翻边的内口尺寸与水培栽培床体15的顶端外形的长宽尺寸相等；水培定植板14上均匀地设置5个/每排×3排＝15个用于定植作物幼苗的水培定植孔17；水培定植孔17直径d₁尺寸为30mm～40mm，水培定植孔17的回转轴线到水培定植板14纵边外壁的纵边界距离L₃取值范围40mm～50mm，水培定植孔17的回转轴线到水培定植板14横边外壁的横边界距离L₄＝L₃；纵、横方向上相邻的两个水培定植孔17之间距离L₅取值范围为130mm～150mm。

实施例中水培定植板14的长度L为700mm,宽度W为400mm，厚度5mm；水培定植孔17直径d₁尺寸为40mm，水培定植孔17的回转轴线到水培定植板14纵边外壁的纵边界距离L₃为50mm，水培定植孔17的回转轴线到水培定植板14横边外壁的横边界距离L₄为50mm；纵、横方向上相邻的两个水培定植孔17之间距离L₅取值为150mm。

所述的水培栽培床体15包括床主体、1号床主体内隔板19与2号床主体内隔板，1号床主体内隔板19与2号床主体内隔板结构相同；床主体为顶端敞开的长方体形PP材质的壳体结构件，长度为580mm～680mm，宽度为280mm～380mm，高度h₁为50mm，厚度5mm～8mm；

1号床主体内隔板19与2号床主体内隔板相互平行地横置地粘接固定在床主体内的床底上，1号床主体内隔板19通过左端垂直地与床主体的左侧壁固定连接，2号床主体内隔板通过右端垂直地与床主体的右侧壁固定连接，1号床主体内隔板19与2号床主体内隔板将床主体内腔分隔为彼此联通的三个部分，三部分间距d₂为水培栽培床体15内腔宽度的1/3；所述的1号床主体内隔板19与2号床主体内隔板皆为PP材质的长方形平板结构件，长度较水培栽培床体15的长度短45mm～50mm，高度h₂为20mm～30mm，厚度为10mm；

床主体的床底左上角处设置有营养液输出孔18，直径d₃为15mm～20mm,营养液输出孔18中心到床主体外壁的纵、横向边界的距离L₇＝L₆＝20mm～25mm；床主体的右侧壁的左下角设置有营养液输入孔16，直径d₄＝d₃,营养液输入孔16中心到床主体床底外壁的高度h₃为25mm～30mm，营养液输入孔16的回转轴线到床主体外壁的横向边界距离L₈取值范围为25mm～30mm。

实施例中水培栽培床体15的外形尺寸为长度×宽度×高度＝680mm×380mm×50mm，厚度5mm；1号床主体内隔板19与2号床主体内隔板的长度为630mm，高度h₂为20mm；1号床主体内隔板19与2号床主体内隔板将床主体内腔分隔为彼此间距d₂＝120mm的三部分；营养液输出孔18的直径d₃为20mm，营养液输出孔18中心到床主体外壁的纵、横向边界的距离L₇＝L₆＝25mm；营养液输入孔16的直径d₄为20mm；营养液输入孔16中心到床主体床底外壁的高h₃为25mm，营养液输入孔16的回转轴线到床主体外壁的横向边界的距离L₈为25mm。

参阅图5-1与图5-2，营养液箱4由营养液箱盖20和营养液箱体21组成，营养液箱盖20扣装在营养液箱体21上；

所述的营养液箱盖20为PP材质的长方体形空心结构件，厚度5mm～8mm；营养液箱盖20的四周设置有与营养液箱体21的箱口配装的矩形的环形翻边，翻边高度为30mm，矩形的环形翻边的对称中心线与营养液箱盖20的对称中心线共线；营养液箱盖20右下角设有营养液输出孔22，营养液输出孔22回转轴线到营养液箱盖20外壁的纵向右侧边界的纵向边界距离L₉取值范围为40mm～50mm，营养液输出孔22回转轴线到营养液箱盖20外壁的横向前侧边界的横向边界距离L₁₀取值范围为30mm～40mm；营养液箱盖20左上角设有回流营养液输入孔23，回流营养液输入孔23的回转轴线到营养液箱盖20外壁的纵向左侧边界的纵向边界距离L₁₁＝L₉，回流营养液输入孔23的回转轴线到营养液箱盖20外壁的横向后侧边界的横向边界距离L₁₂＝L₁₀；营养液输出孔22及回流营养液输入孔23的直径d₅＝d₆＝d₄＝d₃；实施例中营养液箱盖20的结构尺寸为长度×宽度＝500mm×350mm，厚度为5mm。

所述的营养液箱体21为PP材质的长方体形空心结构件，厚度5mm～8mm；因营养液箱4需要放置于下层栽培架支撑面板12下方的地基上，营养液箱体21的长度和宽度均需小于栽培架1的长度和宽度；高度小于下层栽培架支撑面板12与地基距离L₂；容积不小于10L；

实施例中营养液箱体21的外形尺寸为长度×宽度×高度＝490mm×340mm×300mm，厚度5mm；营养液输出孔22回转轴线到营养液箱盖20外壁的纵向右侧边界的纵向边界距离L₉＝50mm；营养液输出孔22回转轴线到营养液箱盖20外壁的横向前侧边界的横向边界距离L₁₀＝50mm；回流营养液输入孔23的回转轴线到营养液箱盖20外壁的纵向左侧边界的纵向边界距离L₁₁＝50mm；回流营养液输入孔23的回转轴线到营养液箱盖20外壁的横向后侧边界的横向边界距离L₁₂＝50mm；营养液输出孔22及回流营养液输入孔23的直径d₅＝d₆＝20mm。

参阅图6至图8，反光板旋转系统5包括有步进电机24、反光板25、夹具26、反光板旋转支撑轴27与轴套28。

所述的步进电机24，为28BYJ4型4相5线步进电机，电压5V，单个重量0.04kg，直径28mm，机身长度L₁₃为20mm，输出轴长度L_输出轴为10mm，输出轴直径5mm；控制中心6为步进电机24供电，并控制步进电机24的旋转步数；

所述的反光板25为矩形PP材质的平板结构件；以反光板25右侧边缘中点O₃为圆心，设置一个半径为6mm的半圆形缺口；反光板25的长度L′取决于水培定植板14的长度L和步进电机24的机身长度L₁₃，即

L′＝L-2×(L₁₃+5)＝L-50 (1)

式中：L为水培定植板14的长度，单位mm；L₁₃为步进电机24的机身长度，取值为20，单位mm；

反光板25的宽度W′取决于LED补光灯板2的厚度h₀、上层栽培架支撑面板11与下层栽培架支撑面板12之间的距离L₁，水培栽培床体15的高度h₁和栽培床生菜生长可能达到的最高冠层高度h_max，即

W′＝L₁-h₀-h₁-h_max (2)

式中：L₁为上层栽培架支撑面板11与下层栽培架支撑面板12之间的距离，单位mm；h₀为LED补光灯板2的厚度，单位mm；h₁为水培栽培床体15的高度，单位mm；h_max为叶菜生长可能达到的最高冠层高度，取值范围为350mm～400mm；

所述的反光板25朝向水培栽培床3方向的内侧，无缝粘贴一层银色PET反光膜，反光膜厚度0.1mm～0.3mm，光反射率>95％；

所述的夹具26为弹簧钢片材质的U型夹，即夹具26由2个结构相同的矩形的夹具侧壁30与矩形的夹具背部29组成，2个结构相同的矩形的夹具侧壁30的一端和夹具背部29的两端垂直连接成一体，2个结构相同的夹具侧壁30相互平行，夹具背部29的中心点O₄处设置有通孔；弹簧钢片厚度0.5mm～1mm；夹具26的长度L″为25mm～50mm；夹具26的宽度W″为15mm～20mm；夹具26的高度H″为20mm～25mm；步进电机24的输出轴插入夹具背部29上的以中心点O₄为圆心的通孔中，步进电机24的输出轴与夹具26的通孔之间采用过盈配合连接固定，孔外输出轴的伸出长度为5mm；反光板25右侧边缘装入夹具26中，直抵夹具背部29的内侧壁；夹具26中的一个夹具侧壁30与反光板25之间采用铆接方式固定连接；

所述的反光板旋转支撑轴27为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料材质的实心圆柱直杆结构件，直径8mm～10mm，反光板旋转支撑轴27的长度L_轴由反光板25的长度L′、夹具26的宽度W″和步进电机24的输出轴长度L_输出轴共同决定，即

L_轴＝L′-W″+L_输出轴＝L′-W″+10 (3)

式中：L_轴为反光板旋转支撑轴27的长度，单位mm；L′为反光板25的长度，单位mm；W″为夹具26的宽度，单位mm；L_输出轴为步进电机24的输出轴长度，取值为10，单位mm；

所述的轴套28为铝合金材料空心圆柱形结构件，长度与步进电机24的机身长度L₁₃相等，内径较反光板旋转支撑轴27直径大0.2mm～0.5mm；

实施例中，反光板25的长度L′＝700-50＝650mm；反光板25的宽度W′＝L₁-h₀-h₁-h_max＝(650-40-50)-350＝210mm；夹具26的长度L″为25mm，宽度W″为15mm，高度H″为20mm；反光板旋转支撑轴27的直径8mm，长度L_轴＝650-15+10＝645mm；轴套28的长度为20mm，内径为8.2mm，外径为10.2mm；

所述的反光板旋转支撑轴27固定粘接在反光板25外侧面的纵向对称线的位置上，即反光板旋转支撑轴27的回转中心线位于反光板25的纵向对称面上；反光板旋转支撑轴27的回转中心线与步进电机24输出轴的回转中心线、轴套28的回转中心轴线共线；步进电机24输出轴的中心线、轴套28的回转中心轴线距离LED补光灯板2的下表面所在平面S的距离L₁₄＝L₁₅，较反光板25宽度W′的二分之一大3mm～5mm；反光板旋转支撑轴27的中心点O₁较反光板25的中心点O₂向轴套28一侧偏移距离L₁₆，L₁₆由夹具26的宽度W″和步进电机24的机身长度L₁₃共同决定，即

L₁₆＝(W″+L₁₃)/2＝W″/2+10 (4)

式中：L₁₆为反光板旋转支撑轴27的中心点O₁较反光板25的中心点O₂向轴套28一侧偏移的距离，单位mm；W″为夹具26的宽度，单位mm；L₁₃为步进电机24的机身长度，取值为20，单位mm；

所述的步进电机24与栽培架1中的一根立柱的内侧焊接固定，轴套28的一端与栽培架1中和步进电机24相连接的一根立柱同侧的另一根立柱的内侧焊接固定，轴套28的另一端套装在反光板旋转支撑轴27的一端，轴套28与反光板旋转支撑轴27一端之间转动连接。

实施例中，步进电机24输出轴的中心线、轴套28的回转中心轴线距离LED补光灯板2下表面所在平面S的距离L₁₄＝L₁₅＝110mm，反光板旋转支撑轴27的中心点O₁较反光板25的中心点O₂向轴套28一侧偏移距离L₁₆为17.5mm。

所述的潜水泵10型号为DC40F-1240，最大扬程4m，产品功率14.4W；潜水泵10放置于营养液箱4内部；潜水泵10的输出端与水培栽培床3的营养液输入孔16之间通过营养液输入管8连接；

所述的控制中心6包括单片机开发板、电机驱动板、电源和机箱；

所述的单片机开发板选择Kingst Electronics青岛金思特电子有限公司生产的型号为KST-51的单片机开发板；开发板以STC89C52RC单片机为主控芯片，具备一个步进电机驱动模块(ULN2003芯片)和一个4×4的矩阵按键模块(LA38系列)；

所述的电机驱动板采用一个型号为ULN2003的电机驱动板；在2个结构相同的步进电机24中，一个步进电机24通过电线插接在单片机开发板的步进电机驱动模块的步进电机接口上，另一个步进电机24通过电线插接在电机驱动板的步进电机接口上；电机驱动板上的IN1至IN4接口分别与单片机I/O接口P2^0至P2^3通过电线连接；电机驱动板的电机供电通过电线连接到单片机GND和VCC接口，实现5V取电；

通过开发板上的按键操作，使2个结构相同的步进电机24同步旋转相同角度，实现控制中心6对反光板25旋转角度的控制，达到补光灯光线向目标区域反射的目的，完成控制中心6对反光板旋转系统5的旋转控制和操作，即将手动输入信号转为步进电机驱动信号；

所述的电源采用明纬T-150D三路输出开关电源，由220V家用交流电源供电，输出可提供5V、12V及24V三种直流输出电压，为单片机等供电；单片机VCC、GND引脚分别与电源的5V正极、负极接线端电线连接；潜水泵10与电源12V正极、负极接线端电线连接；LED补光灯板与电源24V正极、负极接线端电线连接。

机箱为铝制箱体，厚度1.8mm，尺寸满足可将开发板和电源均用螺丝固定在机箱内；按键按钮嵌入机箱正面，按键向外；控制中心6放置于上层栽培架支撑面板11上。

所述的栽培架1安装在地基上，控制中心6放置于上层栽培架支撑面板11上；水培栽培床3放置于下层栽培架支撑面板12上，LED补光灯板2挂接安装在上层栽培架支撑面板11的下方，LED补光灯板2的纵、横对称面与上层栽培架支撑面板11的纵、横对称面重合；2套结构相同的反光板旋转系统5安装于水培栽培床3的上方，2套结构相同的反光板旋转系统5的两端分别焊接固定安装在栽培架1前面和后面的两个立柱的内侧壁上；营养液箱4放置于下层栽培架支撑面板12下方的地基上；潜水泵10放置于营养液箱4内部；营养液箱4与水培栽培床3通过营养液输入管8、营养液输出管9连通，其中：潜水泵10的输出口与营养液输入管8的一端连接，营养液输入管8的另一端与水培栽培床3上的营养液输入孔16相连接；营养液输出管9的一端与水培栽培床3上的营养液输出孔18相连接，营养液输出管9的另一端插入营养液箱4内；控制中心6中的单片机开发板与一个步进电机24通过电线插接，再与一个电机驱动板电线连接；另一个结构相同的步进电机24通过电线插接在电机驱动板上；单片机开发板、LED补光灯板2、潜水泵10分别与控制中心6中的电源电线连接，实现直流供电。

参阅图9与图10，为保证生菜不同生长时期冠层获得光线的最大值，反光板25旋转调控步骤包括：

1.移栽定植0天(即装置未工作时)，2块结构相同的反光板25分别处于初始状态S₀和S₀′—栽培架1正面和背面的反光板25均保持水平，均与栽培床3表面平行，反光板25的反光膜面朝向栽培床3；

2.移栽后1-14天，操作控制中心6使2块结构相同的反光板25分别由初始状态S₀和S₀′旋转至状态S₁和S₁′—已知补光灯源光束角为α，栽培架1正面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₀逆时针旋转β₁＝α/2到达状态S₁；背面反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₀′顺时针旋转β₁＝α/2到达状态S₁′；实施例中，α＝120°，β₁＝60°，栽培架1正面的反光板25需要以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₀逆时针旋转60°，到达状态S₁；栽培架1背面的反光板25需要以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₀′顺时针旋转60°，到达状态S₁′；

3.移栽后第15-24天，操作控制中心6使2块结构相同的反光板25分别由状态S₁和S₁′旋转至状态S₂和S₂′—栽培架1正面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₁逆时针旋转β₂到达S₂；栽培架1背面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₁′顺时针旋转β₂到达S₂′；实施例中β₂＝28°，栽培架1正面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₁逆时针旋转28°到达状态S₂；栽培架1背面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₁′顺时针旋转28°到达状态S₂′；

4.移栽后第25-29天，操作控制中心6使2块结构相同的反光板25分别由状态S₂和S₂′旋转至状态S₃和S₃′—栽培架1正面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₂顺时针旋转β₃到达状态S₃；栽培架1背面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₂′逆时针旋转β₃到达状态S₃′；实施例中β₃＝21°；栽培架1正面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₂顺时针旋转21°到达状态S₃；栽培架1背面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₂′逆时针旋转21°到达状态S₃′；

5.移栽后第30天(采收前)，操作控制中心6使2块结构相同的反光板25分别由状态S₃和S₃′返回初始状态S₀和S₀′—栽培架1正面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₃顺时针旋转β₄返回到状态S₀；栽培架1背面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₃′逆时针旋转β₄返回到状态S₀′，使2块结构相同的反光板25重新回到水平状态，与栽培床3表面平行，2块结构相同的反光板25的反光膜面朝向栽培床3；实施例中，β₄＝67°，栽培架1正面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₃顺时针旋转67°返回到状态S₀；栽培架1背面的反光板25以反光板旋转支撑轴27为轴，由状态S₃′逆时针旋转67°返回到状态S₀′，使2块结构相同的反光板25重新回到水平状态，与栽培床3表面平行，2块结构相同的反光板25的反光膜面朝向栽培床3。

一种补光型生菜水培装置的工作原理：

光作为重要的物理环境因子，对植物的生长发育和物质代谢均起到关键的调控作用。一种补光型生菜水培装置是针对人工LED光源补光方式进行的设计。从目前人工光源布置情况来看，多布置在作物冠层上方，采用垂直照射冠层的方式。补光光源所在平面与水培栽培床3的距离，根据作物生长株高对空间的要求，结合立体栽培节省空间的要求来确定。但实际生产中，为满足冠层受光需求，往往存在光线溢出冠层的情况，溢出范围随光源与作物冠层间的距离及冠层的生长而异。

参阅图11，具体来说，图中SL为LED补光灯板2，α为补光灯源光束角，l₀为补光灯源最外缘光线；T₁为第一个生长快速期，即移栽定植后15-24天，T₂为第二个生长快速期，即移栽定植后25-29天；H₁为T₁时期结束时生菜最大株高，R₁为T₁时期结束时生菜最大冠幅半径，l₁为T₁时期结束时与冠幅相切的最外缘光线；h₂为T₂时期结束时生菜最大株高，R₂为T₂时期结束时生菜最大冠幅半径，l₂为T₂时期结束时与冠幅相切的最外缘光线。根据图11，按照传统的依据栽培床大小设计补光灯分布的原则，在生菜生长的不同阶段，一定存在如图11中所示l₁与l₀之间、l₂与l₀之间的补光灯光线未落到冠层上的区域，即发生了补光光线溢出冠层的情况，而且溢出冠层区域的大小是随着作物高度和冠幅大小变化而存在差异的，这一部分即为无效的补光。如果采取减少补光灯光源的常规办法来减少光线溢出冠层的数量，虽然可以降低能源投入，但存在两个问题：

1.会降低冠层整体补光量，影响作物光合生产；

2.由于正常补光情况下，冠层边缘的受光量已显著低于冠层中央，减少光源势必进一步使冠层边缘部分受光不足。

因此，本设计在不改变传统补光光源的设计原则，运用光线反射原理，以将溢出冠层的补光光线反射到冠层边缘叶片上为目标，在提高原有光源补光光线利用效率的前提下，改善冠层边缘补光较弱的情况，从而为整个作物冠层光合作用提供更优的光照环境。

反光板25旋转调节的时间和角度，均以大量生产实践中生菜生长发育特征数据为依据。旋转调节时间的确定：以两个快速生长期结束时的最大株高和冠幅为目标，提前进行角度调整，比如，第一个快速生长期T₁为生菜移栽定植后15-24天，所以在移栽定植第15天，将反光板25进行旋转调整。旋转调节角度的确定：每次调整以满足快速生长期结束时的株高及冠幅条件为目标，比如，第一次调整时，以第一个快速生长期T₁中移栽定植第24天生菜的株高及冠幅为参数，以补光光线最大限度的照射到冠层(特别是边缘)上为目标，依据光线反射原理，进行旋转角度的计算。在已确定的旋转调节时间，通过操作控制中心6控制步进电机24旋转步数，从而调节反光板25旋转相应角度，达到将补光灯光线向目标区域反射的目的。

Claims (10)

1.一种补光型生菜水培装置,包括控制中心(6)，其特征在于,所述的一种补光型生菜水培装置还包括栽培架(1)、LED补光灯板(2)、水培栽培床(3)、营养液箱(4)、2套结构相同的反光板旋转系统(5)与潜水泵(10)；

所述的栽培架(1)安装在地基上，控制中心(6)放置在栽培架(1)的上层栽培架支撑面板(11)上，水培栽培床(3)放置在栽培架(1)的下层栽培架支撑面板(12)上，LED补光灯板(2)挂接在上层栽培架支撑面板(11)的下方，LED补光灯板(2)的纵、横对称面与上层栽培架支撑面板(11)的纵、横对称面重合；2套相同的补光板旋转系统(5)安装于水培栽培床(3)的上方，2套相同的反光板旋转系统(5)的两端分别焊接固定在栽培架(1)正面和背面的两个立柱的内侧壁上；营养液箱(4)放置于下层栽培架支撑面板(11)下方的地基上，潜水泵(10)放置于营养液箱(4)内部；水培栽培床(3)采用营养液输入管(8)、营养液输出管(9)和潜水泵(10)、营养液箱(4)相连通，控制中心(6)分别和LED补光灯板(2)、2个结构相同的步进电机(24)与潜水泵(10)电线连接。

2.按照权利要求1所述的一种补光型生菜水培装置,其特征在于,所述的栽培架(1)为长方体形的两层四柱式框架，栽培架(1)包括4根结构相同的立柱(13)、上层栽培架支撑面板(11)与下层栽培架支撑面板(12)；

栽培架立柱(13)材质为角钢，边宽×边宽×厚度为30mm×30mm×3mm，高度为1250mm～1500mm；

上层栽培架支撑面板(11)材质为钢板或木板，厚度10mm～15mm，尺寸范围为长度650mm～750mm，宽度350mm～450mm；

下层栽培架支撑面板(12)材质为钢板，厚度15mm～20mm，尺寸范围为长度650mm～750mm，宽度350mm～450mm；

所述的上层栽培架支撑面板(11)安装在4根结构相同的立柱(13)的顶端，下层栽培架支撑面板(12)安装在上层栽培架支撑面板(11)下方的4根结构相同的立柱(13)上，4根结构相同的立柱(13)位于上层栽培架支撑面板(11)与下层栽培架支撑面板(12)的四角处，上层栽培架支撑面板(11)与下层栽培架支撑面板(12)相互平行，上层栽培架支撑面板(11)与下层栽培架支撑面板(12)和4根结构相同的立柱(13)相垂直；上层栽培架支撑面板(11)与下层栽培架支撑面板(12)之间的距离L₁为650mm～700mm；下层栽培架支撑面板(12)与地基距离L₂为600mm～800mm。

3.按照权利要求1所述的一种补光型生菜水培装置,其特征在于,所述的水培栽培床(3)由水培定植板(14)与水培栽培床体(15)组成；

所述的水培栽培床体(15)包括床主体、1号床主体内隔板(19)与2号床主体内隔板，1号床主体内隔板(19)与2号床主体内隔板结构相同，床主体为上端敞开的长方体形的壳体结构件；

1号床主体内隔板(19)与2号床主体内隔板相互平行地沿纵向粘接固定在床主体内的床底上，1号床主体内隔板(19)通过左端垂直地与床主体的左侧壁固定连接，2号床主体内隔板通过右端垂直地与床主体的右侧壁固定连接，1号床主体内隔板(19)与2号床主体内隔板将床主体内腔分隔为彼此联通的三个部分，三部分间距d₂为水培栽培床体(15)内腔宽度的1/3；1号床主体内隔板(19)与2号床主体内隔板皆为PP材质的长方形平板结构件，长度较水培栽培床体(15)的长度短45mm～50mm，高度h₂为20mm～30mm，厚度为10mm；

床主体的床底左上角处设置有营养液输出孔(18)，直径d₃为15mm～20mm,营养液输出孔(18)中心到床主体的纵、横向边界的距离L₇＝L₆＝20mm～25mm；床主体的右侧壁的左下角设置有营养液输入孔(16)，直径d₄＝d₃,营养液输入孔(16)的中心到床主体床底外壁的高度h₃为25mm～30mm，营养液输入孔(16)的回转轴线到床主体外壁的横向边界距离L₈取值范围为25mm～30mm；

所述的水培定植板(14)扣装在水培栽培床体(15)的顶端上。

4.按照权利要求3所述的一种补光型生菜水培装置,其特征在于,所述的水培定植板(14)为矩形PP材质的平板结构件，长度为600mm～700mm,宽度为300mm～400mm，厚度5mm～8mm；水培定植板(14)底面四周设置有与水培栽培床体(15)顶端配装的等横截面的矩形的环形翻边，翻边高度为30mm，矩形的环形翻边的对称中心线与矩形的水培定植板(14)的对称中心线共线，矩形的环形翻边的内口尺寸与水培栽培床体(15)的顶端长宽尺寸相等，水培定植板(14)上均匀地设置5个/每排×3排＝15个用于定植作物幼苗的水培定植孔(17)；

水培定植孔(17)直径d₁尺寸为30mm～40mm，水培定植孔(17)的回转轴线到水培定植板(14)纵边外壁的纵边界距离L₃取值范围40mm～50mm，水培定植孔(17)的回转轴线到水培定植板(14)横边外壁的横边界距离L₄＝L₃；纵、横方向上相邻的两个水培定植孔(17)之间距离L₅取值范围为130mm～150mm。

5.按照权利要求1所述的一种补光型生菜水培装置,其特征在于,所述的营养液箱(4)由营养液箱盖(20)与营养液箱体(21)构成，营养液箱盖(20)扣装在营养液箱体(21)上；

所述的营养液箱盖(20)为PP材质的长方体形空心结构件，厚度5mm～8mm；营养液箱盖(20)的四周设置有与营养液箱体(21)的箱口配装的矩形的环形翻边，翻边高度为30mm，矩形的环形翻边的对称中心线与营养液箱盖(20)的对称中心线共线；营养液箱盖(20)右下角设有营养液输出孔(22)，营养液输出孔(22)回转轴线到营养液箱盖(20)外壁的纵向边界的纵向边界距离L₉取值范围为40mm～50mm，营养液输出孔(22)回转轴线到营养液箱盖(20)外壁的横向前侧边界的横向边界距离L₁₀取值范围为30mm～40mm；营养液箱盖(20)左上角设有回流营养液输入孔(23)，回流营养液输入孔(23)的回转轴线到营养液箱盖(20)外壁的横向后侧边界的横向边界距离L₁₂＝L₁₀，回流营养液输入孔(23)的回转轴线到营养液箱盖(20)外壁的纵向左侧边界的纵向边界距离L₁₁＝L₉；营养液输出孔(22)及回流营养液输入孔(23)的直径d₅＝d₆；营养液箱体(21)的长度和宽度均需小于栽培架(1)的长度和宽度；高度小于下层栽培架支撑面板(12)与地基距离L₂；容积不小于10L。

6.按照权利要求1所述的一种补光型生菜水培装置,其特征在于,所述的反光板旋转系统(5)包括步进电机(24)、反光板(25)、夹具(26)、反光板旋转支撑轴(27)与轴套(28)；

所述的反光板旋转支撑轴(27)固定粘接在反光板(25)外侧的纵向对称轴线的位置上，即反光板旋转支撑轴(27)的回转中心线与反光板(25)的纵向对称面重合，步进电机(24)的输出轴插入夹具(26)的夹具背部(29)上的以中心点O₄为圆心的通孔中，步进电机(24)的输出轴与夹具(26)的通孔之间为过盈配合，反光板(25)右端装入夹具(26)中并直抵夹具背部(29)的内侧壁；2个结构相同的夹具侧壁(30)与反光板(25)之间，采用铆接方式固定连接，步进电机(24)的右端与栽培架(1)一侧中的一根立柱焊接固定，轴套(28)的一端与栽培架(1)一侧的一根立柱相对的另一根立柱焊接固定，轴套(28)的另一端套装在反光板旋转支撑轴(27)的左端，轴套(28)与反光板旋转支撑轴(27)之间为转动连接；反光板旋转支撑轴(27)的回转中心线与步进电机(24)输出轴的回转中心线、轴套(28)的回转中心轴线共线；

反光板旋转支撑轴(27)的中心点O₁较反光板(25)的中心点O₂向轴套(28)一侧偏移距离L₁₆，L₁₆由夹具(26)的宽度W″和步进电机(24)的机身长度L₁₃共同决定，即

L₁₆＝(W″+L₁₃)/2＝W″/2+10 (4)

式中，L₁₆为反光板旋转支撑轴(27)的中心点O₁较反光板(25)的中心点O₂向轴套(28)一侧偏移的距离，单位mm；W″为夹具(26)的宽度，单位mm；L₁₃为步进电机(24)的机身长度，取值为20，单位mm。

7.按照权利要求6所述的一种补光型生菜水培装置,其特征在于,所述的反光板(25)为矩形PP材质的平板结构件；以反光板(25)右侧边缘中点O₃为圆心，设置一个半径为6mm的半圆形缺口；反光板(25)长度L′取决于水培定植板(14)的长度L和步进电机(24)的机身长度L₁₃，即

L′＝L-2×(L₁₃+5)＝L-50 (1)

式中，L为水培定植板(14)的长度，单位mm；L₁₃为步进电机(24)的机身长度，取值为20，单位mm；

反光板(25)的宽度W′取决于LED补光灯板(2)的厚度h₀、上层栽培架支撑面板(11)与下层栽培架支撑面板(12)之间的距离L₁，水培栽培床体(15)的高度h₁和栽培床生菜生长可能达到的最高冠层高度h_max，即

W′＝L₁-h₀-h₁-h_max (2)

式中，L₁为上层栽培架支撑面板(11)与下层栽培架支撑面板(12)之间的距离，单位mm；h₀为LED补光灯板(2)的厚度，单位mm；h₁为水培栽培床体(15)的高度，单位mm；h_max为叶菜生长可能达到的最高冠层高度，取值范围为350mm～400mm；

所述的反光板(25)朝向水培栽培床(3)方向的内侧无缝粘贴一层银色PET反光膜，反光膜厚度0.1mm～0.3mm，光反射率>95％。

8.按照权利要求6所述的一种补光型生菜水培装置,其特征在于,所述的夹具(26)为弹簧钢片材质的U型夹，即夹具(26)由2个结构相同的矩形的夹具侧壁(30)与矩形的夹具背部(29)组成，2个结构相同的矩形的夹具侧壁(30)的一端和矩形的夹具背部(29)的两端垂直地连接成一体，2个结构相同的矩形的夹具侧壁(30)相互平行并对正，矩形的夹具背部(29)的中心点O₄处设置有通孔；弹簧钢片厚度0.5mm～1mm；夹具(26)的长度L″为25mm～50mm；夹具(26)的宽度W″为15mm～20mm；夹具(26)的高度H″为20mm～25mm。

9.按照权利要求6所述的一种补光型生菜水培装置,其特征在于,所述的反光板旋转支撑轴(27)为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS塑料材质的实心圆柱直杆结构件，直径8mm～10mm，反光板旋转支撑轴(27)的长度L_轴由反光板(25)的长度L′、夹具(26)的宽度W″和步进电机(24)的输出轴长度L_输出轴共同决定，即

L_轴＝L′-W″+L_输出轴＝L′-W″+10 (3)

式中，L_轴为反光板旋转支撑轴(27)的长度，单位mm；L′为反光板(25)的长度，单位mm；W″为夹具(26)的宽度，单位mm；L_输出轴为步进电机(24)的输出轴长度，取值为10，单位mm。

10.按照权利要求6所述的一种补光型生菜水培装置,其特征在于,所述的轴套(28)为铝合金材料空心圆柱结构件，轴套(28)长度与步进电机(24)的机身长度L₁₃相等，内径较反光板旋转支撑轴(27)直径大0.2mm～0.5mm；

和步进电机(24)输出轴的中心线共线的轴套(28)的回转中心轴线距离LED补光灯板(2)下表面所在平面S的距离L₁₅＝L₁₄，较反光板(25)宽度W′的二分之一大3mm～5mm；

步进电机(24)借助夹具(26)实现输出轴与反光板旋转支撑轴(27)一端的固定连接，反光板旋转支撑轴(27)的回转中心线与步进电机(24)输出轴的回转中心线、轴套(28)的回转中心轴线共线。

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