CN114667871A - 一种自由拼搭式智慧大棚装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自由拼搭式智慧大棚装置，包括PLC电气控制柜、种植系统、检测系统、多功能太阳能翻板系统、供水系统及通风系统；种植系统用于种植作物，种植系统受PLC电气控制柜控制以调整作物的位置；检测系统用于检测大棚装置内的环境参数并发送至PLC电气控制柜；多功能太阳能翻板系统位于大棚框架顶部，太阳能翻板系统受PLC电气控制柜控制打开或闭合，太阳能翻板系统打开时能够将阳光引入大棚内，太阳能翻板系统闭合时能够阻挡雨水，太阳能翻板系统还能够吸收太阳能并转化为电能；供水系统受PLC电气控制柜控制以向作物提供水源；通风系统受PLC电气控制柜控制以实现大棚内的空气交换与通风。本发明便于实现对作物的人工可控培育。

Description

一种自由拼搭式智慧大棚装置
技术领域
本发明涉及农业大棚领域，重点涉及一种自由拼搭式智慧大棚装置。
背景技术
农业是国家重要的支柱产业,我国作为世界第一农业大国,在农业发展中积累了相当多的经验和知识，但是因为我国大部分地区都存在山多土地少，土质不好，土壤资源匮乏，气候条件复杂多变等缺点，这些缺点对农作物的生长极其不利，况且随着社会的进步,从事农业生产的人也日趋减少,而社会对农产品的个性化需求却日益增高,原有农作种植方式已经不能满足社会发展的需要,必须对传统的农业进行技术更新和改造。因此,在我国发展现代化农业和生态农业是今后农业发展的必然趋势,推广高新技术在农业生产中的应用势在必行，而现代智慧温室农业技术就能满足以上的要求。
在智慧大棚内温度、湿度、水分、养分等参数直接关系到蔬果的生长。温室环境与农作物的生长、发育、能量交换密切相关。因此，对大棚内环境温度、湿度、光照度等参数进行监测和控制，是实现优质、高产、高效地进行作物栽培的重要保证。本设计利用PLC电气控制柜控制技术与传感器监测技术设计出自动化的智慧小型大棚，能够实现自动调节大棚内各种环境参数为作物的生长提供最合适的生长环境，并且通过物联网技术可以实现用户实时监测作物的生长情况，调配生长必须能源的供给，从而达到提高农作物的产量和质量的要求，且满足城区住户在家自主种植与管理的个性需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供了一种自由拼搭式智慧大棚装置，便于人们完成小型化种植的需要。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种自由拼搭式智慧大棚装置，包括PLC电气控制柜（15）、种植系统、检测系统、多功能太阳能翻板系统（4）、供水系统及通风系统；
所述种植系统用于种植作物，所述种植系统受所述PLC电气控制柜（15）控制以调整作物的位置；
所述检测系统用于检测所述大棚装置内的环境参数并发送至所述PLC电气控制柜（15）；
所述多功能太阳能翻板系统（4）位于所述大棚框架顶部，所述太阳能翻板系统（4）受所述PLC电气控制柜（15）控制打开或闭合，所述太阳能翻板系统（4）打开时能够将阳光引入大棚内，所述太阳能翻板系统（4）闭合时能够阻挡雨水，所述太阳能翻板系统（4）还能够吸收太阳能并转化为电能；
所述供水系统受所述PLC电气控制柜（15）控制以向作物提供水源；
所述通风系统受所述PLC电气控制柜（15）控制以实现大棚内的空气交换与通风。
进一步的，所述种植系统包括种植托盘（1），活动式底座（2），自动升降螺杆（7），固定螺母（8）及开放式种植箱（13）；
所述活动式底座（2）可动地设于大棚内，所述自动升降螺杆（7）设于所述活动式底座（2）上与所述固定螺母（8）一起连接所述种植托盘（1），所述PLC电气控制柜（15）通过驱动所述自动升降螺杆（7）移动所述固定螺母（8）驱动所述种植托盘（1）升降，所述开放式种植箱（13）设于所述种植托盘（1）上用于种植作物。
进一步的，每一个所述开放式种植箱（13）的前后两头安装有电致加热陶瓷片（12），所述的电致加热陶瓷片（12）为中空陶瓷板结构，内置电热合金丝作发热材料，当检测系统探测到种植环境温度低于作物生长需要的温度时，PLC电气控制柜（15）根据温度传感器探测的结果给电致加热陶瓷片（12）的内置电热合金丝通电进行加热。
进一步的，所述开放式种植箱（13）还包括气体导流孔板（11），所述气体导流孔板（11）能够导入二氧化碳和有机营养喷剂；当检测系统探测到大棚内空气质量不达标，需要补充更多的二氧化碳或有机营养喷剂时，所述PLC电气控制柜（15）控制所述气体导流孔板（11）导入二氧化碳或有机营养喷剂。
进一步的，所述检测系统包括传感器移动装置（16）、多种传感器及传感器驱动件，所述传感器驱动件包括滑块螺母（17）及驱动螺杆（18），所述传感器移动装置（16）设于所述滑块螺母（17）上，多种传感器设于所述传感器移动装置（16）上，所述驱动螺杆（18）设于所述固定螺母（8）上，所述驱动螺杆（18）驱动所述滑块螺母（17）带动多种传感器移动，多种传感器包括空气湿度传感器、空气温度传感器、气体含量传感器、光照度传感器、空气流速传感器。
进一步的，所述多功能太阳能翻板系统（4）包括多片可转动地太阳能板，所述PLC电气控制柜（15）控制所述太阳能板转动打开以引进光照或进行通风。
进一步的，所述多功能太阳能翻板系统（4）能够最大做180°的旋转来吸收热能和完成通风。
进一步的，所述供水系统包括蓄水箱（5）、液位传感器（51）、进水电磁阀（52）、总出水管（53）、高压水泵（54）、土壤加湿电磁阀（56）和空气加湿电磁阀（58）；
所述进水电磁阀（52）控制蓄水箱（5）从外部中补充水源，所述液位传感器（51）判断所述蓄水箱（5）中的储水量，所述高压水泵（54）通过总出水管（53）从所述蓄水箱（5）中抽出水，再由所述土壤加湿电磁阀（56）和空气加湿电磁阀（58）控制水分别分配给土壤加湿和空气加湿。
进一步的，所述蓄水箱（5）通过蓄水管道系统（3）将所述多功能太阳能翻板系统（4）处收集的雨水导入所述蓄水箱（5）。
进一步的，所述自由拼搭式智慧大棚装置的外部框架包括拼搭式双层有机玻璃板墙（6）作为框架式种植柜的外壳，在拼搭式双层有机玻璃板墙（6）上共设有8个换气风扇（9），用于实现棚内空气的内部循环换气，在换气风扇（9）外部设有风扇通风系统保护罩（10），实现对换气风扇（9）的保护作用，所述换气风扇（9）有4至6个叶片（91）。
有益效果：本发明通过一个PLC电气控制柜完成数据转换，运算以及控制，利用检测系统完成对作物生长状态的监测，并将收集到的数据反馈给PLC电气控制柜，进而根据程序设定选择合适的能源供给装置，调配植物所需的能源，实现对作物的养分进行均衡，有助于加快植物的生长，便于实现对作物的人工可控培育。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种拼搭式智慧大棚整体结构示意图。
图2是本发明实施例提供的种植箱结构示意图。
图3是本发明实施例提供的丝杆与螺母和传感器的配合示意图。
图4是本发明实施例提供的大棚外框架结构示意图。
图5是本发明实施例提供的风扇通风系统结构示意图。
标号说明：1.种植托盘、2. 活动式底座、3.蓄水管道系统、4.太阳能翻板系统、5.蓄水箱、6. 拼搭式双层有机玻璃板墙、7.螺杆、8. 固定螺母、9. 换气风扇、10.风扇通风系统保护罩、11. 气体导流孔板、12. 电致加热陶瓷片、13.开放式种植箱、14. 水培柜、15.PLC电气控制柜、16.传感器移动装置、51.液位传感器、52.蓄水箱进水电磁阀、53.总出水管、54.高压水泵、55.分排水管道、56.土壤加湿电磁阀、57.自来水龙头、58.空气加湿电磁阀、59.喷雾加湿器、91.叶片、92.单相交流电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例也只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例介绍了一种快速拼搭式智慧大棚装置，包括PLC电气控制柜15、种植系统、检测系统、多功能太阳能翻板系统4、供水系统及通风系统；
所述种植系统用于种植作物，所述种植系统受所述PLC电气控制柜15控制以调整作物的位置；
所述检测系统用于检测所述大棚装置内的环境参数并发送至所述PLC电气控制柜15；
所述多功能太阳能翻板系统4位于所述大棚框架顶部，所述太阳能翻板系统4受所述PLC电气控制柜15控制打开或闭合，所述太阳能翻板系统4打开时能够将阳光引入大棚内，所述太阳能翻板系统4闭合时能够阻挡雨水，所述太阳能翻板系统4还能够吸收太阳能并转化为电能；
所述供水系统受所述PLC电气控制柜15控制以向作物提供水源；
所述通风系统受所述PLC电气控制柜15控制以实现大棚内的空气交换与通风。
参阅图1，大棚外部整体呈现出一种框架式柜体结构，包括种植托盘1，活动式底座2，蓄水管道系统3，多功能太阳能翻板系统4，蓄水箱5，拼搭式双层有机玻璃板墙6，自动升降螺杆7，固定螺母8，风扇通风系统保护罩10，换气风扇9，气体导流孔板11，电致加热陶瓷片12，开放式种植箱13，水培柜14、PLC电气控制柜15、传感器移动装置16。
请参见图2，所述种植系统包括种植托盘1，活动式底座2，自动升降螺杆7，固定螺母8及开放式种植箱13。所述活动式底座2可动地设于大棚内，所述自动升降螺杆7设于所述活动式底座2上与所述固定螺母8一起连接所述种植托盘1，所述PLC电气控制柜15通过驱动所述自动升降螺杆7移动所述固定螺母8驱动所述种植托盘1升降，所述开放式种植箱13设于所述种植托盘1上用于种植作物。
每一个所述开放式种植箱13的前后两头安装有电致加热陶瓷片12，所述的电致加热陶瓷片12为中空陶瓷板结构，内置电热合金丝作发热材料，当检测系统探测到种植环境温度低于作物生长需要的温度时，PLC电气控制柜15根据温度传感器探测的结果给电致加热陶瓷片12的内置电热合金丝通电进行加热。
所述开放式种植箱13还包括气体导流孔板11，所述气体导流孔板11能够导入二氧化碳和有机营养喷剂；当检测系统探测到大棚内空气质量不达标，需要补充更多的二氧化碳或有机营养喷剂时，所述PLC电气控制柜15控制所述气体导流孔板11导入二氧化碳或有机营养喷剂。
首先在所述的开放式种植箱13中添加有机土壤或者水培盒，然后将开放式种植箱13放置在种植托盘1上，种植托盘1可以设计成不同类别，也可以采用相同风格，要求每一个开放式种植箱13都需要放置在种植托盘1上。所述的种植托盘1被放置在一个活动式底座2上，这个活动式底座2可以在小范围内被自由地移动，从而最大化地利用大棚内的空间。两层种植托盘1之间的高度是可以手动调节的。
开放式种植箱13可以是单层或多层结构，双层结构种植箱的上层一般设计为水培柜14，可以用来种植水培植物，也可以用来养鱼。种植作物时需要根据作物的生长高度自由选择不同的开放式种植箱13，如图2所示。在开放式种植箱13的前后两头安装有都安装了电致加热陶瓷片12，可以根据不同作物的生长需要自动补充必要的热量，一旦温度传感器探测到种植环境温度低于作物生长需要的温度时，PLC电气控制柜15会根据温度传感器探测的结果及时给电致加热陶瓷片12的内置电热合金丝通电，保证电致加热陶瓷片12均匀加热，从而能够快速均匀地对作物周围的空气进行加热，既避免了冬季大棚内温度过低影响作物的生长，又避免对电致加热陶瓷片12周围的作物造成直接灼烧。
一旦因为作物生长密度过密，传感器探测到大棚内空气质量不达标，需要补充更多的二氧化碳或有机营养喷剂时，就可以自动打开开放式种植箱13中间的中空隔板上安装的气体导流孔板11，让气体导流孔板11按照需要定量地导入作物生长需要的二氧化碳和有机营养喷剂，因为气体导流孔板11分布在作物的四周，所以从气体导流孔板11溢出的二氧化碳气体最容易被作物吸收，这样有利于作物的快速生长，也能降低人工维护的成本。
所述检测系统包括传感器移动装置16、多种传感器及传感器驱动件，所述传感器驱动件包括滑块螺母17及驱动螺杆18，所述传感器移动装置16设于所述滑块螺母17上，多种传感器设于所述传感器移动装置16上，所述驱动螺杆18设于所述固定螺母8上，所述驱动螺杆18驱动所述滑块螺母17带动多种传感器移动，多种传感器包括空气湿度传感器、空气温度传感器、气体含量传感器、光照度传感器、空气流速传感器。传感器移动装置16安装在固定螺母8——自动升降螺杆7传送装置上，如图3所示，由自动升降螺杆7转动带动固定螺母8作轴线线性运动，从而传感器移动装置16随着固定螺母8作上下线性运动。在所述的传感器移动装置16上可以安装各种传感器和微型摄像头，然后利用传感器移动装置16的移动性能，使传感器对整个种植区进行环境监测与数据收集。这些传感器可以探测大棚内的空气湿度、空气温度、气体含量、光照度、空气流速等，进而充分了解大棚内的作物生长环境，并将这些探测信息发送给PLC电气控制柜15。
本实施例主要检测包括温度、空气湿度、土壤湿度、光照度、通风、CO2含量等探测参数，这些参数均是影响作物生长的因素，传感器移动装置16上可安装用于测量上述各种影响作物生长因素的传感器，当然，在传感器移动装置16还可以安装其他类型的传感器，并在大棚内添加针对性地能源供给装置。
请参见图4，在智慧大棚的顶部装有多功能太阳能翻板系统4，所述多功能太阳能翻板系统4包括多片可转动地太阳能板，所述PLC电气控制柜15控制所述太阳能板转动打开以引进光照或进行通风。多功能太阳能翻板系统4呈现多片鱼鳞状排布，雨天利于排水，避免大棚内被淋湿，如图4所示。一旦大棚内阳光照度不足时，多功能太阳能翻板系统4就会自动打开并自动停留在设定的角度，最大化地引入大棚外面的阳光。当然，多功能太阳能翻板系统4每天也会在设定的时间段自动打开，确保大棚内作物生长有足够的光照度。太阳能翻板系统4最大可以做180°的旋转来吸收热能，一旦太阳能翻板系统4打开时，不仅能将外界的阳光引入大棚内，调节生长作物的光照，充分利用光合作用来促进养分的吸收；也能帮助大棚通风，利用该多功能太阳能翻板系统4打开后形成的通风孔引入外界的空气，实现温室大棚内的空气循环，排除废气，确保作物生长能吸收到外界的新鲜空气。最后，一旦所述的多功能太阳能翻板4被合上，又能最大化地收集太阳能，为大棚提供充沛的电能。
下雨天，合上太阳能翻板系统4可以阻挡雨水渗入大棚内，且因为太阳能翻板系统4呈现鱼鳞状排布，如同房屋的屋顶盖瓦，能够将雨水快速导流进大棚框架顶部的一圈蓄水管道系统3中被收集起来，存储进蓄水箱5中方便二次利用。既避免了雨水渗进大棚内，通过蓄水管道将多余的雨水快速排掉，又能够将雨水收集起来用于灌溉。
所述供水系统包括蓄水箱5、液位传感器51、进水电磁阀52、总出水管53、高压水泵54、土壤加湿电磁阀56和空气加湿电磁阀58；
所述进水电磁阀52控制蓄水箱5从外部中补充水源，所述液位传感器51判断所述蓄水箱5中的储水量，所述高压水泵54通过总出水管53从所述蓄水箱5中抽出水，再由所述土壤加湿电磁阀56和空气加湿电磁阀58控制水分别分配给土壤加湿和空气加湿。
进一步的，所述蓄水箱5通过蓄水管道系统3将所述多功能太阳能翻板系统4处收集的雨水导入所述蓄水箱5。
如图4所示，在蓄水箱5安装有液位传感器51，一旦雨水收集过多，超过了蓄水箱5的最高位，蓄水管道系统3就会将雨水引流到大棚旁边的下水管道排出去。一旦蓄水箱5的存水低于最低位，就会打开蓄水箱进水电磁阀52，引入自来水57，确保蓄水箱5时刻保持有水的状态。在大棚内的种植托盘1上分布了很多喷水孔，这些喷水孔通过一些细的分排水管道55引入水源，这些分排水管道55通过一根总出水管53连接到蓄水箱5，总出水管53在高压水泵54的驱动之下将水从蓄水箱5中抽出，然后送给所述的分排水管道55给作物完成浇水，一旦湿度传感器监测到开放式种植箱13的作物处于干燥需要浇水的状态，连接分排水管道55的土壤加湿电磁阀56就会自动打开给这个开放式种植箱13进行浇水，一旦土壤湿度达到种植要求，电磁阀就自动关闭分排水管道55。在大棚内也分布了几个自动喷雾加湿器59，加湿器的进水管道经过空气加湿电磁阀58被直接连接到蓄水箱5，一旦空气湿度传感器判断大棚内气体比较干燥不利于作物生长时，PLC电气控制柜15就会自动打开空气加湿电磁阀58给自动喷雾加湿器59加水，同时驱动自动喷雾加湿器59给大棚喷雾加湿，直至湿度传感器判断大棚内气体湿度符合作物生长的需要时才自动停止，并自动关闭空气加湿电磁阀58。
请参见图5，快速拼搭式智慧大棚的外部框架采用多块拼搭式双层有机玻璃板墙6拼搭构成框架式种植柜的外壳，在拼搭组成的有机玻璃板墙6上共设有8个换气风扇9，天热时，一旦温度传感器探测到大棚内温度过高，可以自动打开通换气风扇9将外部的冷空气吹进来，实现大棚内的空气循环，换气风扇9通常包括4至6个叶片91，PLC电气控制柜15控制一个单相交流电机92去驱动换气风扇9的叶片91转动，实现大棚内的空气交换与通风。在换气风扇9的外部设有风扇通风系统保护罩10，防止外界的杂物被吸进换气风扇9。
本发明所述地实施案例中，所有加湿、制暖、通风、引入外界的阳光等能源供给装置均受到PLC电气控制柜15的控制，PLC电气控制柜15不仅会根据各类传感器探测的结果驱动相应的能源供给装置驱动，也会受到定时器的控制，每天定时给大棚的各个能源供给装置发布驱动指令。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种自由拼搭式智慧大棚装置，其特征在于，包括PLC电气控制柜（15）、种植系统、检测系统、多功能太阳能翻板系统（4）、供水系统及通风系统；
所述种植系统用于种植作物，所述种植系统受所述PLC电气控制柜（15）控制以调整作物的位置；
所述检测系统用于检测所述大棚装置内的环境参数并发送至所述PLC电气控制柜（15）；
所述多功能太阳能翻板系统（4）位于所述大棚框架顶部，所述太阳能翻板系统（4）受所述PLC电气控制柜（15）控制打开或闭合，所述太阳能翻板系统（4）打开时能够将阳光引入大棚内，所述太阳能翻板系统（4）闭合时能够阻挡雨水，所述太阳能翻板系统（4）还能够吸收太阳能并转化为电能；
所述供水系统受所述PLC电气控制柜（15）控制以向作物提供水源；
所述通风系统受所述PLC电气控制柜（15）控制以实现大棚内的空气交换与通风。
2.根据权利要求1所述的自由拼搭式智慧大棚装置，其特征在于，所述种植系统包括种植托盘（1），活动式底座（2），自动升降螺杆（7），固定螺母（8）及开放式种植箱（13）；
所述活动式底座（2）可动地设于大棚内，所述自动升降螺杆（7）设于所述活动式底座（2）上与所述固定螺母（8）一起连接所述种植托盘（1），所述PLC电气控制柜（15）通过驱动所述自动升降螺杆（7）移动所述固定螺母（8）驱动所述种植托盘（1）升降，所述开放式种植箱（13）设于所述种植托盘（1）上用于种植作物。
3.根据权利要求2所述的自由拼搭式智慧大棚装置，其特征在于，每一个所述开放式种植箱（13）的前后两头安装有电致加热陶瓷片（12），所述的电致加热陶瓷片（12）为中空陶瓷板结构，内置电热合金丝作发热材料，当检测系统探测到种植环境温度低于作物生长需要的温度时，PLC电气控制柜（15）根据温度传感器探测的结果给电致加热陶瓷片（12）的内置电热合金丝通电进行加热。
4.根据权利要求2所述的自由拼搭式智慧大棚装置，其特征在于，所述开放式种植箱（13）还包括气体导流孔板（11），所述气体导流孔板（11）能够导入二氧化碳和有机营养喷剂；当检测系统探测到大棚内空气质量不达标，需要补充更多的二氧化碳或有机营养喷剂时，所述PLC电气控制柜（15）控制所述气体导流孔板（11）导入二氧化碳或有机营养喷剂。
5.根据权利要求2所述的自由拼搭式智慧大棚装置，其特征在于，所述检测系统包括传感器移动装置（16）、多种传感器及传感器驱动件，所述传感器驱动件包括滑块螺母（17）及驱动螺杆（18），所述传感器移动装置（16）设于所述滑块螺母（17）上，多种传感器设于所述传感器移动装置（16）上，所述驱动螺杆（18）设于所述固定螺母（8）上，所述驱动螺杆（18）驱动所述滑块螺母（17）带动多种传感器移动，多种传感器包括空气湿度传感器、空气温度传感器、气体含量传感器、光照度传感器、空气流速传感器。
6.根据权利要求1所述的自由拼搭式智慧大棚装置，其特征在于，所述多功能太阳能翻板系统（4）包括多片可转动地太阳能板，所述PLC电气控制柜（15）控制所述太阳能板转动打开以引进光照或进行通风。
7.根据权利要求6所述的自由拼搭式智慧大棚装置，其特征在于，所述多功能太阳能翻板系统（4）能够最大做180°的旋转来吸收热能和完成通风。
8.根据权利要求1所述的自由拼搭式智慧大棚装置，其特征在于，所述供水系统包括蓄水箱（5）、液位传感器（51）、进水电磁阀（52）、总出水管（53）、高压水泵（54）、土壤加湿电磁阀（56）和空气加湿电磁阀（58）；
所述进水电磁阀（52）控制蓄水箱（5）从外部中补充水源，所述液位传感器（51）判断所述蓄水箱（5）中的储水量，所述高压水泵（54）通过总出水管（53）从所述蓄水箱（5）中抽出水，再由所述土壤加湿电磁阀（56）和空气加湿电磁阀（58）控制水分别分配给土壤加湿和空气加湿。
9.根据权利要求8所述的自由拼搭式智慧大棚装置，其特征在于，所述蓄水箱（5）通过蓄水管道系统（3）将所述多功能太阳能翻板系统（4）处收集的雨水导入所述蓄水箱（5）。
10.根据权利要求1所述的自由拼搭式智慧大棚装置，其特征在于，所述自由拼搭式智慧大棚装置的外部框架包括拼搭式双层有机玻璃板墙（6）作为框架式种植柜的外壳，在拼搭式双层有机玻璃板墙（6）上共设有8个换气风扇（9），用于实现棚内空气的内部循环换气，在换气风扇（9）外部设有风扇通风系统保护罩（10），实现对换气风扇（9）的保护作用，所述换气风扇（9）有4至6个叶片（91）。
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