CN113692885A - 一种用于植物生长研究的实验系统及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于植物生长研究的实验系统，包括：实验箱体、调温机构、离合驱动机构、水平往复机构、上下往复机构、引水机构。本申请通过提高风速，加快水分蒸发吸热，完成降温，过程温和；同时风速提高，加快了植物表面的蒸腾作用，有利于调节植物内的水分情况；离合驱动装置有选择地与上下往复机构和水平往复机构配合，提高了自动化程度；上下往复机构驱动喷头作上下往复运动，提高了灌溉的均匀性；水平往复机构驱动图像采集装置作水平往复运动，减少了拍摄死角；通过图像采集装置记录的图像信息，对植物叶片大小、植株高度、颜色以及植物表面虫害情况等作出分析，配合各传感器记录的环境数据，有利于分析植物各阶段生长状况。

Description

一种用于植物生长研究的实验系统及其实验方法

技术领域

本申请涉及植物研究实验的领域，尤其是涉及一种用于植物生长研究的实验系统及其实验方法。

背景技术

CN201710638692.6公开了一种智能植物生长实验装置，其技术方案为：包括第一栽培室、第二栽培室、水冷式LED面光源、控制系统、盖板、公共气调间以及CO2施肥装置、压缩机、肥料桶、水箱等。所述装置采用压缩机制冷、PTC制热，并回收利用LED光源产生的热量，控制公共气调间温度的联合控温模式；其中，两个栽培室温度的控制通过控制公共气调间送风室的温度和栽培室风机的流量和转速来调控，可实现栽培室温度的独立管理。

该智能植物生长实验装置具有以下优点：通过管理气调间的温度和风机的转速实现栽培室温度的独立管理，可精量地控制进入每个栽培室的空气流量和流速，实现节能型温控方式；具有节省设备、能耗低、温度稳定性好等诸多优点，该实验装置可用于环境变化对植物生长发育影响的研究或育种的栽植。

但是，该智能植物生长实验装置也具有以下缺点：压缩机制冷速率过快，不够温和，植物生长时易产生应急反应导致生长不良。

因此， 需要一种调节温度过程温和的植物生长实验装置。

发明内容

为了解决调温温度过快易使植物产生应急反应的问题，本申请提供一种用于植物生长研究的实验系统。

本申请提供一种用于植物生长研究的实验系统，包括实验箱体、调温机构、离合驱动机构、水平往复机构、上下往复机构、引水机构：

所述调温机构，设置在实验箱体内，包括：鼓风装置，设置在实验箱体中部；传动部，与鼓风装置驱动连接；搅动装置，设置在引水机构内，与传动部驱动连接；

所述离合驱动机构，设置在实验箱体中部；

所述水平往复机构，设置在实验箱体上部，与离合驱动机构配合，用于控制水平往复机构上的图像采集装置作水平往复运动；

所述上下往复机构，设置在实验箱体中部，与离合驱动机构配合，用于控制上下往复机构上的喷头喷淋时上下往复运动；

所述引水机构设置在实验箱体下部，与喷头连接，用于给喷头供水；

还包括：植物培养盆，设置在引水机构上，底部设置有若干细孔，用于盛放土壤和植物；处理器，用于处理和分析数据；控制器，与处理器连接，用于接收和发出控制信号；数据存储器，与处理器连接，用于存储实验数据；温度传感器，设置在实验箱体上部，与处理器连接；空气湿度传感器，设置在实验箱体上部，与处理器连接；土壤湿度传感器，设置在植物培养盆内的土壤内，与处理器连接。

进一步的，所述离合驱动机构包括：减速电机，设置在实验箱体中部，与实验箱体侧壁中部固定连接，并与控制器电性连接；驱动齿轮，套接在减速电机的电机轴上，并与减速电机驱动连接；电动推杆，设置在减速电机上方，固定连接在实验箱体侧壁上，与控制器电性连接；从动轴，一端与电动推杆转动连接，两侧对称设置有平键；从动轴架，设置在从动轴的远离电动推杆的一端，与从动轴转动连接；从动齿轮，套接在从动轴上，与从动轴固定连接；第一主动皮带轮套接在从动轴一侧，位于从动齿轮和电动推杆之间，孔内设置有键槽，与从动轴一侧的平键配合，轴向上与从动轴驱动连接，水平方向上与从动轴滑动连接；第二主动皮带轮，套接在从动轴另一侧，位于从动齿轮和从动轴架之间，孔内设置有键槽，与从动轴一侧的平键配合，轴向上与从动轴驱动连接，水平方向上与从动轴滑动连接。

通过采用上述技术方案，第二主动皮带轮始终通过键槽与从动轴的平键啮合，即上下往复机构与离合驱动机构始终驱动连接。电动推杆伸长时，从动轴相对于第一主动皮带轮向外侧滑动，第一主动皮带轮的键槽与从动轮的平键脱离配合，水平往复机构未被驱动；电动推杆收缩时，第一主动皮带轮的键槽与从动轮的平键重新啮合，水平往复机构与离合驱动机构驱动连接。利用电动推杆和减速电机配合，可同时控制水平往复机构和上下往复机构的运转状况。

进一步的，所述水平往复机构包括：回转杆架，对称设置在实验箱体上部，与实验箱体上部固定连接；回转杆，设置在回转杆架之间，中部设置有回转杆螺纹部；转向切换装置，套接在回转杆上，与离合驱动机构驱动连接；螺母，套接在回转杆螺纹部上，与回转杆驱动连接；图像采集装置，设置在螺母下方，与螺母固定连接；滑块，设置在螺母上方，与螺母固定连接；滑轨，设置在滑块上方，与实验箱体固定连接，并与滑块滑动连接；

所述滑轨长度大于所述回转杆螺纹部长度。

进一步的，所述回转杆与转向切换装置处设置有平键；

所述转向切换装置包括：输出齿轮，套接在所述回转杆上，与回转杆驱动连接；第一切换齿轮，设置在输出齿轮的一侧，与实验箱体转动连接；若干个第一柱头，呈圆柱形，设置在第一切换齿轮面向输出齿轮一侧，与输出齿轮的齿部驱动配合；第二切换齿轮，设置在输出齿轮侧部，与实验箱体转动连接，形状尺寸与第一切换齿轮一致，并与第一切换齿轮啮合；若干个第二柱头，呈圆柱形，设置在第二切换齿轮面向输出齿轮一侧，与输出齿轮的齿部驱动配合；第一从动皮带轮，设置在第一切换齿轮背向输出齿轮一侧，与第一切换齿轮固定连接，同轴旋转，并与第一主动皮带轮通过皮带传动连接。

进一步的，所述第一柱头和第二柱头数量一致，且相加后的数量和等于输出齿轮的齿数；

所述第一柱头和第二柱头不同时与输出齿轮的齿部驱动配合。

通过采用上述技术方案，第一主动皮带轮通过皮带带动第一从动皮带轮，从而带动第一切换齿轮旋转，第一切换齿轮与第二切换齿轮互相啮合，旋转方向相反，第一柱头和第二柱头轮流驱动输出齿轮的齿部，使输出齿轮交替正反旋转。输出齿轮带动回转杆交替正反旋转，回转杆螺纹部驱动螺母及螺母下方的图像采集装置在水平方向上作往复运动。图像采集装置从不同角度全面地采集植物图像信息，减少了拍摄死角，提高了实验的精确性以及实验结果的正确性。

进一步的，所述回转杆的导程：回转杆螺纹部长度=2:1。

通过采用上述技术方案，回转杆转半圈，图像采集装置从回转杆的一端移动到另一端。

进一步的，所述上下往复机构包括：凸轮，与实验箱体转动连接；第二从动皮带轮，设置在凸轮的一侧，与凸轮固定连接，同轴旋转，并与第二主动皮带轮通过皮带传动连接；活动轮，设置在凸轮上方，与凸轮表面抵接；机架，设置在活动轮上方，下部与活动轮转动连接；第一压板，设置在机架上方，与机架上部固定连接；从动杆，竖直设置在第一压板上方，与第一压板上部固定连接；第二压板，套接在从动杆中部，与实验箱体固定连接；复位弹簧，位于第一压板和第二压板之间，套接在从动杆上；喷头，设置在从动杆上部，与从动杆上部固定连接。

通过采用上述技术方案，第二主动皮带轮通过皮带带动第二从动皮带轮，从而带动凸轮旋转。凸轮旋转带动从动杆上下交替运动，从而带动喷头在竖直方向上作往复运动。喷头喷洒时，覆盖的灌溉范围更加全面，提高了灌溉的均匀性和全面性。

进一步的，所述引水机构包括：蓄水槽，设置在实验箱体下部；顶盖，设置在蓄水槽上部，与蓄水槽上部开口配合，表面设置有若干开孔；滤斗，设置在顶盖下方，与蓄水槽侧壁配合；引水管，与蓄水槽底部连通；水泵，与引水管连接；出水管，下端与水泵连接，上端与喷头连接；电子流量计，设置在出水管与水泵连接处，与处理器连接。

通过采用上述技术方案，灌溉喷洒水的多余部分可经由顶盖的开孔回流进入蓄水槽回收，并且水中的杂质如碎土等，可由滤斗过滤，防止污染蓄水池；并且蓄水池中的水蒸发，从顶盖的开孔和植物培养盆下部的细孔进入土壤中，可提高土壤湿度。

所述鼓风装置包括：鼓风电机，固定连接在实验箱体侧壁中部，与控制器电性连接；转轴，与鼓风电机的电机轴驱动连接；扇叶，套接在转轴上，与转轴驱动连接；

所述搅动装置包括：搅拌轴，竖直设置在蓄水槽内，与蓄水槽底部居中处转动连接；搅拌叶，套接在搅拌轴上，与搅拌轴驱动连接；

所述传动部包括：驱动带轮，套接在鼓风装置的转轴上，与转轴驱动连接；传动轴，水平地与蓄水槽侧壁转动连接；传动带轮，套接在传动轴外侧端部，与传动轴驱动连接，并与驱动带轮通过皮带传动连接；第一锥齿轮，套接在传动轴内侧端部，与传动轴驱动连接；第二锥齿轮，套接在搅拌轴上部，与搅拌轴驱动连接。

进一步的，所述搅拌轴中部设置有驱动螺纹，与搅拌叶螺纹配合；

还包括：上水位限位器，具体为水位传感器，设置在蓄水槽上部，与控制器连接；下水位限位器，具体为水位传感器，设置在蓄水槽下部，与控制器连接；

所述上水位限位器高度低于搅拌轴的驱动螺纹最高处，下水位限位器高度高于搅拌轴的驱动螺纹最低处。

通过采用上述技术方案，控制鼓风电机旋转方向即可控制搅动装置运转状况。鼓风电机正转时，转轴带动驱动带轮正转，并通过皮带带动传动带轮正转，从而带动传动轴以及设置在传动轴末端的第一锥齿轮正转，第一锥齿轮带动第二锥齿轮以及与第二锥齿轮驱动连接的搅拌轴正转，搅拌叶移动到驱动螺纹最低处，搅拌叶正转并搅动蓄水槽内的水，增加空气中水分含量；鼓风电机反转时，转轴带动驱动带轮反转，并通过皮带带动传动带轮反转，从而带动传动轴以及设置在传动轴末端的第一锥齿轮反转，第一锥齿轮带动第二锥齿轮以及与第二锥齿轮驱动连接的搅拌轴反转，搅拌叶移动到驱动螺纹最高处，高于液面，搅拌叶反向空转。通过改变鼓风电机旋转方向，可控制蓄水槽内的水是否被搅动，从而控制空气中水分含量。

另外，鼓风装置启动，提高实验箱体内的风速，加速植物蒸腾作用，减少了植物内的水分。

一种用于植物生长研究的实验方法，包括以下步骤：

步骤一，调整实验条件：

条件a，温度升高、湿度增大：控制器控制电热丝打开，鼓风电机正转，扇叶被带动正转，推动热气流散发；并且通过传动部驱动搅拌轴正转，与搅拌轴的驱动螺纹相配合的搅拌叶移动至驱动螺纹最低处，搅动蓄水槽内的水，增大空气中水分含量；同时水泵启动，蓄水槽内的水从喷头喷出对植物进行灌溉，增大湿度；

条件b，温度升高、湿度减小：控制器控制电热丝打开，鼓风电机反转，扇叶被带动反转，推动热气流散发，同时由于风速较大，加速植物蒸腾作用，减少植物叶面水分；并且通过传动部驱动搅拌轴反转，与搅拌轴的驱动螺纹相配合的搅拌叶移动至驱动螺纹最高处，且高于液面，未搅动蓄水槽内的水；水泵关闭；

条件c，温度降低、湿度增大：控制器控制电热丝关闭，鼓风电机正转，通过传动部驱动搅拌轴正转，与搅拌轴的驱动螺纹相配合的搅拌叶移动至驱动螺纹最低处，搅动蓄水槽内的水，增大空气中水分含量；并且扇叶被带动正转，增加水分蒸发速度，降低温度；同时水泵启动，蓄水槽内的水从喷头喷出对植物进行灌溉，增大湿度；

条件d，温度降低、湿度减小：控制器控制电热丝关闭，鼓风电机反转，通过传动部驱动搅拌轴反转，与搅拌轴的驱动螺纹相配合的搅拌叶移动至驱动螺纹最高处，且高于液面，未搅动蓄水槽内的水；并且扇叶被带动正转，增加水分蒸发速度，降低温度，同时减少空气中水分含量；水泵关闭；

步骤二，图像数据记录，控制器控制电动推杆收缩，第一主动皮带轮的键槽与从动轴的平键啮合，使离合驱动机构驱动水平往复运动，图像采集装置作周期性往复运动，通过图像采集装置采集的图像信息，对植物叶片大小、植株高度、颜色以及植物表面虫害情况作出分析，并记入数据存储器中；

步骤三，其他数据记录，温度传感器记录实时环境温度，空气湿度传感器记录实时空气湿度，土壤湿度传感器记录土壤中实时湿度，电子流量计记录灌溉量，分别将各数据记入数据存储器中，实验人员通过数据存储器导出后进行汇总分析。

综上所述，本申请包括以下有益技术效果：

1.通过鼓风装置提高风速，加快水分蒸发吸热，达到降温目的，过程温和，有利于植物生长，防止了温度调节过快植物产生应急反应导致生长不良的情况，提高了实验结果的正确性；同时风速提高，加快了植物表面的蒸腾作用，有利于调节植物内的水分情况；

2.离合驱动装置有选择地与上下往复机构和水平往复机构配合，提高了自动化程度；上下往复机构驱动喷头作上下往复运动，增大了灌溉范围，提高了灌溉的均匀性；水平往复机构驱动图像采集装置在水平方向上作往复运动，提高了图像采集角度的全面性，减少了拍摄死角，提高了实验的精确性和实验结果的正确性；

3.通过图像采集装置记录的图像信息，对植物叶片大小、植株高度、颜色以及植物表面虫害情况作出分析，配合各传感器记录的环境数据，有利于分析植物各阶段生长状况，提高了实验结果的可追溯性。

附图说明

图1是本申请实施例的一种用于植物生长研究的实验系统的结构图。

图2是本申请实施例的一种用于植物生长研究的实验系统的调温机构的局部放大图。

图3是本申请实施例的一种用于植物生长研究的实验系统的离合驱动机构的局部放大图。

图4是本申请实施例的一种用于植物生长研究的实验系统的水平往复机构的局部放大图。

图5是本申请实施例的一种用于植物生长研究的实验系统的转向切换装置的侧视图。

图6是本申请实施例的一种用于植物生长研究的实验系统的上下往复机构的局部放大图。

图7是本申请实施例的一种用于植物生长研究的实验系统的上下往复机构的侧视图。

图8是本申请实施例的一种用于植物生长研究的实验系统的引水机构的侧视图。

附图标记说明：

实验箱体1、处理器11、控制器12、数据存储器13、温度传感器14、空气湿度传感器15、土壤湿度传感器16、

调温机构2、鼓风装置21、鼓风电机211、转轴212、扇叶213、搅动装置22、搅拌轴221、驱动螺纹2211、搅拌叶222、传动部23、驱动带轮231、传动带轮232、传动轴233、第一锥齿轮234、第二锥齿轮235、电热丝24、

离合驱动机构3、减速电机31、驱动齿轮32、电动推杆33、从动轴34、从动轴架35、从动齿轮36、第一主动皮带轮37、第二主动皮带轮38、

水平往复机构4、转向切换装置41、第一切换齿轮411、第一柱头412、第一从动皮带轮413、第二切换齿轮414、第二柱头415、输出齿轮416、回转杆架42、回转杆43、螺纹部431、螺母44、图像采集装置45、滑块46、滑轨47、

上下往复机构5、凸轮51、第二从动皮带轮52、活动轮53、机架54、第一压板55、第二压板56、从动杆57、复位弹簧58、喷头59、

引水机构6、蓄水槽61、顶盖62、滤斗63、引水管64、水泵65、出水管66、电子流量计67、上水位限位器68、下水位限位器69、

植物培养盆7。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本申请的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。为方便说明，本申请提及方向以附图所示方向为准。

参照图1-图8所示，一种用于植物生长研究的实验系统，包括实验箱体1、调温机构2、离合驱动机构3、水平往复机构4、上下往复机构5、引水机构6：

所述调温机构2，设置在实验箱体1内，包括：鼓风装置21，设置在实验箱体1中部；传动部23，与鼓风装置21驱动连接；搅动装置22，设置在引水机构6内，与传动部23驱动连接；

所述离合驱动机构3，设置在实验箱体1中部；

所述水平往复机构4，设置在实验箱体1上部，与离合驱动机构3配合，用于控制水平往复机构4上的图像采集装置45作水平往复运动；

所述上下往复机构5，设置在实验箱体1中部，与离合驱动机构3配合，用于控制上下往复机构5上的喷头59喷淋时上下往复运动；

所述引水机构6设置在实验箱体1下部，与喷头59连接，用于给喷头59供水；

还包括：植物培养盆7，设置在引水机构6上，底部设置有若干细孔，用于盛放土壤和植物；处理器11，用于处理和分析数据；控制器12，与处理器11连接，用于接收和发出控制信号；数据存储器13，与处理器11连接，用于存储实验数据；温度传感器14，设置在实验箱体1上部，与处理器11连接；空气湿度传感器15，设置在实验箱体1上部，与处理器11连接；土壤湿度传感器16，设置在植物培养盆7内的土壤内，与处理器11连接。

所述离合驱动机构3包括：减速电机31，设置在实验箱体1中部，与实验箱体1侧壁中部固定连接，并与控制器12电性连接；驱动齿轮32，套接在减速电机31的电机轴上，并与减速电机31驱动连接；电动推杆33，设置在减速电机31上方，固定连接在实验箱体1侧壁上，与控制器12电性连接；从动轴34，一端与电动推杆33转动连接，两侧对称设置有平键；从动轴架35，设置在从动轴34的远离电动推杆33的一端，与从动轴34转动连接；从动齿轮36，套接在从动轴34上，与从动轴34固定连接；第一主动皮带轮37套接在从动轴34一侧，位于从动齿轮36和电动推杆33之间，孔内设置有键槽，与从动轴34一侧的平键配合，轴向上与从动轴34驱动连接，水平方向上与从动轴34滑动连接；第二主动皮带轮38，套接在从动轴34另一侧，位于从动齿轮36和从动轴架35之间，孔内设置有键槽，与从动轴34一侧的平键配合，轴向上与从动轴34驱动连接，水平方向上与从动轴34滑动连接。

所述水平往复机构4包括：回转杆架42，对称设置在实验箱体1上部，与实验箱体1上部固定连接；回转杆43，设置在回转杆架42之间，中部设置有回转杆螺纹部431；转向切换装置41，套接在回转杆43上，与离合驱动机构3驱动连接；螺母44，套接在回转杆螺纹部431上，与回转杆43驱动连接；图像采集装置45，设置在螺母44下方，与螺母44固定连接；滑块46，设置在螺母44上方，与螺母44固定连接；滑轨47，设置在滑块46上方，与实验箱体1固定连接，并与滑块46滑动连接；

所述滑轨47长度大于所述回转杆螺纹部431长度。

所述回转杆43与转向切换装置41处设置有平键；

所述转向切换装置41包括：输出齿轮416，套接在所述回转杆43上，与回转杆43驱动连接；第一切换齿轮411，设置在输出齿轮416的一侧，与实验箱体1转动连接；若干个第一柱头412，呈圆柱形，设置在第一切换齿轮411面向输出齿轮416一侧，与输出齿轮416的齿部驱动配合；第二切换齿轮414，设置在输出齿轮416侧部，与实验箱体1转动连接，形状尺寸与第一切换齿轮411一致，并与第一切换齿轮411啮合；若干个第二柱头415，呈圆柱形，设置在第二切换齿轮414面向输出齿轮416一侧，与输出齿轮416的齿部驱动配合；第一从动皮带轮413，设置在第一切换齿轮411背向输出齿轮416一侧，与第一切换齿轮411固定连接，同轴旋转，并与第一主动皮带轮37通过皮带传动连接。

所述第一柱头412和第二柱头415数量一致，且相加后的数量和等于输出齿轮416的齿数；

所述第一柱头412和第二柱头415不同时与输出齿轮416的齿部驱动配合。

所述回转杆43的导程：回转杆螺纹部431长度=2:1。

所述上下往复机构5包括：凸轮51，与实验箱体1转动连接；第二从动皮带轮52，设置在凸轮51的一侧，与凸轮51固定连接，同轴旋转，并与第二主动皮带轮38通过皮带传动连接；活动轮53，设置在凸轮51上方，与凸轮51表面抵接；机架54，设置在活动轮53上方，下部与活动轮53转动连接；第一压板55，设置在机架54上方，与机架54上部固定连接；从动杆57，竖直设置在第一压板55上方，与第一压板55上部固定连接；第二压板56，套接在从动杆57中部，与实验箱体1固定连接；复位弹簧58，位于第一压板55和第二压板56之间，套接在从动杆57上；喷头59，设置在从动杆57上部，与从动杆57上部固定连接。

所述引水机构6包括：蓄水槽61，设置在实验箱体1下部；顶盖62，设置在蓄水槽61上部，与蓄水槽61上部开口配合，表面设置有若干开孔；滤斗63，设置在顶盖62下方，与蓄水槽61侧壁配合；引水管64，与蓄水槽61底部连通；水泵65，与引水管64连接；出水管66，下端与水泵65连接，上端与喷头59连接；电子流量计67，设置在出水管66与水泵65连接处，与处理器11连接；

所述鼓风装置21包括：鼓风电机211，固定连接在实验箱体1侧壁中部，与控制器12电性连接；转轴212，与鼓风电机211的电机轴驱动连接；扇叶213，套接在转轴212上，与转轴212驱动连接；

所述搅动装置22包括：搅拌轴221，竖直设置在蓄水槽61内，与蓄水槽61底部居中处转动连接；搅拌叶222，套接在搅拌轴221上，与搅拌轴221驱动连接；

所述传动部23包括：驱动带轮231，套接在鼓风装置21的转轴212上，与转轴212驱动连接；传动轴233，水平地与蓄水槽61侧壁转动连接；传动带轮232，套接在传动轴233外侧端部，与传动轴233驱动连接，并与驱动带轮231通过皮带传动连接；第一锥齿轮234，套接在传动轴233内侧端部，与传动轴233驱动连接；第二锥齿轮235，套接在搅拌轴221上部，与搅拌轴221驱动连接。

所述搅拌轴221中部设置有驱动螺纹2211，与搅拌叶222螺纹配合；

还包括：上水位限位器68，具体为水位传感器，设置在蓄水槽61上部，与控制器12连接；下水位限位器69，具体为水位传感器，设置在蓄水槽61下部，与控制器12连接；

所述上水位限位器68高度低于搅拌轴221的驱动螺纹2211最高处，下水位限位器69高度高于搅拌轴221的驱动螺纹2211最低处。

一种用于植物生长研究的实验方法，包括以下步骤：

步骤一，调整实验条件：

条件a，温度升高、湿度增大：控制器12控制电热丝24打开，鼓风电机211正转，扇叶213被带动正转，推动热气流散发；并且通过传动部23驱动搅拌轴221正转，与搅拌轴221的驱动螺纹2211相配合的搅拌叶222移动至驱动螺纹2211最低处，搅动蓄水槽61内的水，增大空气中水分含量；同时水泵65启动，蓄水槽61内的水从喷头59喷出对植物进行灌溉，增大湿度；

条件b，温度升高、湿度减小：控制器12控制电热丝24打开，鼓风电机211反转，扇叶213被带动反转，推动热气流散发，同时由于风速较大，加速植物蒸腾作用，减少植物叶面水分；并且通过传动部23驱动搅拌轴221反转，与搅拌轴221的驱动螺纹2211相配合的搅拌叶222移动至驱动螺纹2211最高处，且高于液面，未搅动蓄水槽61内的水；水泵65关闭；

条件c，温度降低、湿度增大：控制器12控制电热丝24关闭，鼓风电机211正转，通过传动部23驱动搅拌轴221正转，与搅拌轴221的驱动螺纹2211相配合的搅拌叶222移动至驱动螺纹2211最低处，搅动蓄水槽61内的水，增大空气中水分含量；并且扇叶213被带动正转，增加水分蒸发速度，降低温度；同时水泵65启动，蓄水槽61内的水从喷头59喷出对植物进行灌溉，增大湿度；

条件d，温度降低、湿度减小：控制器12控制电热丝24关闭，鼓风电机211反转，通过传动部23驱动搅拌轴221反转，与搅拌轴221的驱动螺纹2211相配合的搅拌叶222移动至驱动螺纹2211最高处，且高于液面，未搅动蓄水槽61内的水；并且扇叶213被带动正转，增加水分蒸发速度，降低温度，同时减少空气中水分含量；水泵65关闭；

步骤二，图像数据记录，控制器12控制电动推杆33收缩，第一主动皮带轮37的键槽与从动轴34的平键啮合，使离合驱动机构3驱动水平往复运动，图像采集装置45作周期性往复运动，通过图像采集装置45采集的图像信息，对植物叶片大小、植株高度、颜色以及植物表面虫害情况作出分析，并记入数据存储器13中；

步骤三，其他数据记录，温度传感器14记录实时环境温度，空气湿度传感器15记录实时空气湿度，土壤湿度传感器16记录土壤中实时湿度，电子流量计67记录灌溉量，分别将各数据记入数据存储器13中，实验人员通过数据存储器13导出后进行汇总分析。

本申请实施例，一种用于植物生长研究的实验系统的工作原理为：蒸腾作用是水分从活的植物体表面以水蒸汽状态散失到大气中的过程，风速风速较大，可将叶面气孔外水蒸气扩散层吹散，而代之以相对湿度较低的空气，既减少了扩散阻力，又增加了叶内外蒸气压差，可以加速蒸腾，即加快减少植物内水分；同时水蒸发吸热，风速越大，水表面蒸汽压越小，水更容易蒸发，即有越多的水蒸发吸热，形成降温效果。

本申请实施例中，通过设置离合驱动机构，第二主动皮带轮始终通过键槽与从动轴的平键啮合，即上下往复机构与离合驱动机构始终驱动连接。电动推杆伸长时，从动轴相对于第一主动皮带轮向外侧滑动，第一主动皮带轮的键槽与从动轮的平键脱离配合，水平往复机构未被驱动；电动推杆收缩时，第一主动皮带轮的键槽与从动轮的平键重新啮合，水平往复机构与离合驱动机构驱动连接。利用电动推杆和减速电机配合，可同时控制水平往复机构和上下往复机构的运转状况。

通过设置水平往复机构，第一主动皮带轮通过皮带带动第一从动皮带轮，从而带动第一切换齿轮旋转，第一切换齿轮与第二切换齿轮互相啮合，旋转方向相反，第一柱头和第二柱头轮流驱动输出齿轮的齿部，使输出齿轮交替正反旋转。输出齿轮带动回转杆交替正反旋转，回转杆螺纹部驱动螺母及螺母下方的图像采集装置在水平方向上作往复运动。图像采集装置从不同角度全面地采集植物图像信息，减少了拍摄死角，提高了实验的精确性以及实验结果的正确性。

通过控制回转杆导程与回转杆螺纹部长度比为2:1，回转杆转半圈，图像采集装置从回转杆的一端移动到另一端。

通过设置上下往复机构，第二主动皮带轮通过皮带带动第二从动皮带轮，从而带动凸轮旋转。凸轮旋转带动从动杆上下交替运动，从而带动喷头在竖直方向上作往复运动。喷头喷洒时，覆盖的灌溉范围更加全面，提高了灌溉的均匀性和全面性。

灌溉喷洒水的多余部分可经由顶盖的开孔回流进入蓄水槽回收，并且水中的杂质如碎土等，可由滤斗过滤，防止污染蓄水池；并且蓄水池中的水蒸发，从顶盖的开孔和植物培养盆下部的细孔进入土壤中，可提高土壤湿度。

通过控制鼓风电机旋转方向即可控制搅动装置运转状况。鼓风电机正转时，转轴带动驱动带轮正转，并通过皮带带动传动带轮正转，从而带动传动轴以及设置在传动轴末端的第一锥齿轮正转，第一锥齿轮带动第二锥齿轮以及与第二锥齿轮驱动连接的搅拌轴正转，搅拌叶移动到驱动螺纹最低处，搅拌叶正转并搅动蓄水槽内的水，增加空气中水分含量；鼓风电机反转时，转轴带动驱动带轮反转，并通过皮带带动传动带轮反转，从而带动传动轴以及设置在传动轴末端的第一锥齿轮反转，第一锥齿轮带动第二锥齿轮以及与第二锥齿轮驱动连接的搅拌轴反转，搅拌叶移动到驱动螺纹最高处，高于液面，搅拌叶反向空转。通过改变鼓风电机旋转方向，可控制蓄水槽内的水是否被搅动，从而控制空气中水分含量。

另外，鼓风装置启动，提高实验箱体内的风速，加速植物蒸腾作用，减少了植物内的水分。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限与此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于植物生长研究的实验系统，包括实验箱体（1）、调温机构（2）、离合驱动机构（3）、水平往复机构（4）、上下往复机构（5）、引水机构（6），其特征在于：

所述调温机构（2），设置在实验箱体（1）内，包括：鼓风装置（21），设置在实验箱体（1）中部；传动部（23），与鼓风装置（21）驱动连接；搅动装置（22），设置在引水机构（6）内，与传动部（23）驱动连接；

所述离合驱动机构（3），设置在实验箱体（1）中部；

所述水平往复机构（4），设置在实验箱体（1）上部，与离合驱动机构（3）配合，用于控制水平往复机构（4）上的图像采集装置（45）作水平往复运动；

所述上下往复机构（5），设置在实验箱体（1）中部，与离合驱动机构（3）配合，用于控制上下往复机构（5）上的喷头（59）喷淋时上下往复运动；

所述引水机构（6）设置在实验箱体（1）下部，与喷头（59）连接，用于给喷头（59）供水；

还包括：植物培养盆（7），设置在引水机构（6）上方，底部设置有若干细孔，用于盛放土壤和植物；处理器（11），用于处理和分析数据；控制器（12），与处理器（11）连接，用于接收和发出控制信号；数据存储器（13），与处理器（11）连接，用于存储实验数据；温度传感器（14），设置在实验箱体（1）上部，与处理器（11）连接；空气湿度传感器（15），设置在实验箱体（1）上部，与处理器（11）连接；土壤湿度传感器（16），设置在植物培养盆（7）内的土壤内，与处理器（11）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于植物生长研究的实验系统，其特征在于：

所述离合驱动机构（3）包括：减速电机（31），设置在实验箱体（1）中部，与实验箱体（1）侧壁中部固定连接，并与控制器（12）电性连接；驱动齿轮（32），套接在减速电机（31）的电机轴上，并与减速电机（31）驱动连接；电动推杆（33），设置在减速电机（31）上方，固定连接在实验箱体（1）侧壁上，与控制器（12）电性连接；从动轴（34），一端与电动推杆（33）转动连接，两侧对称设置有平键；从动轴架（35），设置在从动轴（34）的远离电动推杆（33）的一端，与从动轴（34）转动连接；从动齿轮（36），套接在从动轴（34）上，与从动轴（34）固定连接；第一主动皮带轮（37）套接在从动轴（34）一侧，位于从动齿轮（36）和电动推杆（33）之间，孔内设置有键槽，与从动轴（34）一侧的平键配合，轴向上与从动轴（34）驱动连接，水平方向上与从动轴（34）滑动连接；第二主动皮带轮（38），套接在从动轴（34）另一侧，位于从动齿轮（36）和从动轴架（35）之间，孔内设置有键槽，与从动轴（34）一侧的平键配合，轴向上与从动轴（34）驱动连接，水平方向上与从动轴（34）滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于植物生长研究的实验系统，其特征在于：

所述水平往复机构（4）包括：回转杆架（42），对称设置在实验箱体（1）上部，与实验箱体（1）上部固定连接；回转杆（43），设置在回转杆架（42）之间，中部设置有回转杆螺纹部（431）；转向切换装置（41），套接在回转杆（43）上，与离合驱动机构（3）驱动连接；螺母（44），套接在回转杆螺纹部（431）上，与回转杆（43）驱动连接；图像采集装置（45），设置在螺母（44）下方，与螺母（44）固定连接；滑块（46），设置在螺母（44）上方，与螺母（44）固定连接；滑轨（47），设置在滑块（46）上方，与实验箱体（1）固定连接，并与滑块（46）滑动连接；

所述滑轨（47）长度大于所述回转杆螺纹部（431）长度。

4.根据权利要求3所述的一种用于植物生长研究的实验系统，其特征在于：

所述回转杆（43）与转向切换装置（41）处设置有平键；

所述转向切换装置（41）包括：输出齿轮（416），套接在所述回转杆（43）上，与回转杆（43）驱动连接；第一切换齿轮（411），设置在输出齿轮（416）的一侧，与实验箱体（1）转动连接；若干个第一柱头（412），呈圆柱形，设置在第一切换齿轮（411）面向输出齿轮（416）一侧，与输出齿轮（416）的齿部驱动配合；第二切换齿轮（414），设置在输出齿轮（416）侧部，与实验箱体（1）转动连接，形状尺寸与第一切换齿轮（411）一致，并与第一切换齿轮（411）啮合；若干个第二柱头（415），呈圆柱形，设置在第二切换齿轮（414）面向输出齿轮（416）一侧，与输出齿轮（416）的齿部驱动配合；第一从动皮带轮（413），设置在第一切换齿轮（411）背向输出齿轮（416）一侧，与第一切换齿轮（411）固定连接，同轴旋转，并与第一主动皮带轮（37）通过皮带传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于植物生长研究的实验系统，其特征在于：

所述第一柱头（412）和第二柱头（415）数量一致，且相加后的数量和等于输出齿轮（416）的齿数；

所述第一柱头（412）和第二柱头（415）不同时与输出齿轮（416）的齿部驱动配合。

6.根据权利要求4所述的一种用于植物生长研究的实验系统，其特征在于：

所述回转杆（43）的导程：回转杆螺纹部（431）长度=2:1。

7.根据权利要求4所述的一种用于植物生长研究的实验系统，其特征在于：

所述上下往复机构（5）包括：凸轮（51），与实验箱体（1）转动连接；第二从动皮带轮（52），设置在凸轮（51）的一侧，与凸轮（51）固定连接，同轴旋转，并与第二主动皮带轮（38）通过皮带传动连接；活动轮（53），设置在凸轮（51）上方，与凸轮（51）表面抵接；机架（54），设置在活动轮（53）上方，下部与活动轮（53）转动连接；第一压板（55），设置在机架（54）上方，与机架（54）上部固定连接；从动杆（57），竖直设置在第一压板（55）上方，与第一压板（55）上部固定连接；第二压板（56），套接在从动杆（57）中部，与实验箱体（1）固定连接；复位弹簧（58），位于第一压板（55）和第二压板（56）之间，套接在从动杆（57）上；喷头（59），设置在从动杆（57）上部，与从动杆（57）上部固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于植物生长研究的实验系统，其特征在于：

所述引水机构（6）包括：蓄水槽（61），设置在实验箱体（1）下部；顶盖（62），设置在蓄水槽（61）上部，与蓄水槽（61）上部开口配合，表面设置有若干开孔；滤斗（63），设置在顶盖（62）下方，与蓄水槽（61）侧壁配合；引水管（64），与蓄水槽（61）底部连通；水泵（65），与引水管（64）连接；出水管（66），下端与水泵（65）连接，上端与喷头（59）连接；电子流量计（67），设置在出水管（66）与水泵（65）连接处，与处理器（11）连接；

所述鼓风装置（21）包括：鼓风电机（211），固定连接在实验箱体（1）侧壁中部，与控制器（12）电性连接；转轴（212），与鼓风电机（211）的电机轴驱动连接；扇叶（213），套接在转轴（212）上，与转轴（212）驱动连接；

所述搅动装置（22）包括：搅拌轴（221），竖直设置在蓄水槽（61）内，与蓄水槽（61）底部居中处转动连接；搅拌叶（222），套接在搅拌轴（221）上，与搅拌轴（221）驱动连接；

所述传动部（23）包括：驱动带轮（231），套接在鼓风装置（21）的转轴（212）上，与转轴（212）驱动连接；传动轴（233），水平地与蓄水槽（61）侧壁转动连接；传动带轮（232），套接在传动轴（233）外侧端部，与传动轴（233）驱动连接，并与驱动带轮（231）通过皮带传动连接；第一锥齿轮（234），套接在传动轴（233）内侧端部，与传动轴（233）驱动连接；第二锥齿轮（235），套接在搅拌轴（221）上部，与搅拌轴（221）驱动连接。

9.根据权利要求8所述的一种用于植物生长研究的实验系统，其特征在于：

所述搅拌轴（221）中部设置有驱动螺纹（2211），与搅拌叶（222）螺纹配合；

还包括：上水位限位器（68），具体为水位传感器，设置在蓄水槽（61）上部，与控制器（12）连接；下水位限位器（69），具体为水位传感器，设置在蓄水槽（61）下部，与控制器（12）连接；

所述上水位限位器（68）高度低于搅拌轴（221）的驱动螺纹（2211）最高处，下水位限位器（69）高度高于搅拌轴（221）的驱动螺纹（2211）最低处。

10.一种用于植物生长研究的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，调整实验条件：

条件a，温度升高、湿度增大：控制器（12）控制电热丝（24）打开，鼓风电机（211）正转，扇叶（213）被带动正转，推动热气流散发；并且通过传动部（23）驱动搅拌轴（221）正转，与搅拌轴（221）的驱动螺纹（2211）相配合的搅拌叶（222）移动至驱动螺纹（2211）最低处，搅动蓄水槽（61）内的水，增大空气中水分含量；同时水泵（65）启动，蓄水槽（61）内的水从喷头（59）喷出对植物进行灌溉，增大湿度；

条件b，温度升高、湿度减小：控制器（12）控制电热丝（24）打开，鼓风电机（211）反转，扇叶（213）被带动反转，推动热气流散发，同时由于风速较大，加速植物蒸腾作用，减少植物叶面水分；并且通过传动部（23）驱动搅拌轴（221）反转，与搅拌轴（221）的驱动螺纹（2211）相配合的搅拌叶（222）移动至驱动螺纹（2211）最高处，且高于液面，未搅动蓄水槽（61）内的水；水泵（65）关闭；

条件c，温度降低、湿度增大：控制器（12）控制电热丝（24）关闭，鼓风电机（211）正转，通过传动部（23）驱动搅拌轴（221）正转，与搅拌轴（221）的驱动螺纹（2211）相配合的搅拌叶（222）移动至驱动螺纹（2211）最低处，搅动蓄水槽（61）内的水，增大空气中水分含量；并且扇叶（213）被带动正转，增加水分蒸发速度，降低温度；同时水泵（65）启动，蓄水槽（61）内的水从喷头（59）喷出对植物进行灌溉，增大湿度；

条件d，温度降低、湿度减小：控制器（12）控制电热丝（24）关闭，鼓风电机（211）反转，通过传动部（23）驱动搅拌轴（221）反转，与搅拌轴（221）的驱动螺纹（2211）相配合的搅拌叶（222）移动至驱动螺纹（2211）最高处，且高于液面，未搅动蓄水槽（61）内的水；并且扇叶（213）被带动正转，增加水分蒸发速度，降低温度，同时减少空气中水分含量；水泵（65）关闭；

步骤二，图像数据记录，控制器（12）控制电动推杆（33）收缩，第一主动皮带轮（37）的键槽与从动轴（34）的平键啮合，使离合驱动机构（3）驱动水平往复运动，图像采集装置（45）作周期性往复运动，通过图像采集装置（45）采集的图像信息，对植物叶片大小、植株高度、颜色以及植物表面虫害情况等作出分析，并记入数据存储器（13）中；

步骤三，其他数据记录，温度传感器（14）记录实时环境温度，空气湿度传感器（15）记录实时空气湿度，土壤湿度传感器（16）记录土壤中实时湿度，电子流量计（67）记录灌溉量，分别将各数据记入数据存储器（13）中，实验人员通过数据存储器（13）导出后进行汇总分析。

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