CN114982534A - 一种植物工厂空气控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于植物室内种植的技术领域，特别涉及一种植物工厂空气控制系统及方法。所述空气控制系统包括探测单元、排风单元、气体补充单元和控制单元；所述探测单元用于探测植物工厂内的气体成分，并将探测结果发送至控制；所述控制单元用于根据所述探测结果控制所述排风单元和气体补充单元进行工作；所述排风单元用于根据控制单元指令控制植物工厂内的风向流动；所述气体补充单元用于根据控制单元指令向植物工厂补充气体。通过本发明可以实现植物工厂内空气的自动控制。

Description

一种植物工厂空气控制系统及方法
技术领域
本发明属于植物室内种植的技术领域，特别涉及一种植物工厂空气控制系统及方法。
背景技术
全球人口数量不断增加，但是可用于种植粮食蔬菜的土地面积却极剧减少，相关企业不断研发高产量且不依赖于土地环境的种植方式。在此背景下室内多层种植以其对土地依赖度小、单位种植产量高的优势越来越受到人们的关注。室内种植中植物工厂种植采用先进的无土栽培技术，并且采用人工灯光为植物生长过程中提供光照，采用营养液为植物提供生长所需的营养物质，进一步的提高了植物的产量。但是植物生长不仅需要合适的光照和营养物质，合适的气体环境也是植物快速生长的关键。例如二氧化碳的浓度对植物生长就起到至关重要的作用，当二氧化碳浓度过低时，植物缺少足量的二氧化碳进行光合作用，无法合成淀粉糖类等。而当二氧化碳浓度过高时，植物则会出现光合作用抑制的情况，暂停生长。因此植物工厂内的二氧化碳必须控制在植物生长的合适区间内。在自然通风的环境中，植物虽然也能生长，但是生长速率较慢，导致植物的成熟周期长，且品质较低。所以对植物生长环境的空气环境进行控制，成为了促进植物生成，提产产量的重要因素，现在急需一种植物工厂空气控制系统。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种植物工厂空气控制系统，所述空气控制系统包括探测单元、排风单元、气体补充单元和控制单元；
所述探测单元用于探测植物工厂内的气体成分，并将探测结果发送至控制；
所述控制单元用于根据所述探测结果控制所述排风单元和气体补充单元进行工作；
所述排风单元用于根据控制单元指令控制植物工厂内的风向流动；
所述气体补充单元用于根据控制单元指令向植物工厂补充气体。
进一步的，所述排风单元包括多个排风扇，多个所述排风扇呈矩形分列于所述植物工厂顶部；
所述排风扇包括转向头和出风单元，所述转向头矩阵分列与所述植物工厂顶部，所述转向头的另一端与所述排风扇连接。
进一步的，所述排风单元包括多个排风扇、固定架和转向头，多个所述排风扇呈矩形分列于所述固定架上，所述固定架通过转向头与植物工厂顶部连接。
进一步的，所述排风单元包括进气口和出气口，所述气体补充单元的输出端位于进气口，所述气体补充单元包括二氧化碳补充组件、空气补充组件和水蒸气补充组件；
所述二氧化碳补充组件、空气补充组件和水蒸气补充组件的输出端均设置数控电磁阀，所述数控电磁阀与所述控制单元连接。
进一步的，所述出气口设置出口排风扇。
进一步的，所述二氧化碳补充组件包括二氧化碳气罐；
所述空气补充组件包括气管、过滤器和净化器，所述气管、过滤器和净化器依次连接；
所述水蒸气补充组件包括雾化器。
进一步的，所述雾化器设置于所述过滤器和净化器之间。
本发明还公开了一种植物工厂空气循环控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
步骤S1：定时检测植物工厂内的气体成分；
步骤S2：根据检测的气体成分向排风单元和气体补充单元发送控制指令；
步骤S3：根据控制指令切换排风单元的内循环模式和外循环模式；
根据控制指令通过气体补充单元为植物工厂注入相应气体成分。
进一步的，所述排风单元包括多个排风扇，多个所述排风扇呈矩形分列于所述植物工厂顶部；
所述排风扇包括转向头和出风单元，所述转向头矩阵分列与所述植物工厂顶部，所述转向头的另一端与所述排风扇连接；
所述内循环模式时，多个排风扇的出风方向与进风方向首尾相连；
所述外循环模式时，多个排风扇的出风方向均朝向出风口的方向。
进一步的，所述根据控制指令通过气体补充单元为植物工厂注入相应气体成分具体包括以下步骤；
步骤S31：根据控制指令确定植物工厂内缺少的气体成分；
步骤S32：根据缺少气体在植物工厂内的含量确定需要对补充量进行定量计算；
步骤S33：打开相应气体所对应的数控电磁阀向植物工厂内补充定量的相应气体。
有益效果
1)实现植物工厂内的空气自动控制。
2)排风扇不仅能够实现植物工厂内的空气排出，还能实现帮助植物实现摇曳。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
图1示出了根据本发明实施例中植物工厂空气控制系统的结构示意图；
图2中示出了根据本发明实施例中植物工厂空气控制系统排风单元的仰视图；
图3示出了根据本发明中实施例植物工厂空气控制方法的流程图。
图中：1、植物工厂顶部；21、排风扇；22、转向头；31、出气口；32、进气口；34、二氧化碳补充组件；35、空气补充组件；36、水蒸气补充组件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
如图1所示，本发明公开了一种植物工厂种植空气控制系统，所述空气控制系统包括探测单元、排风单元、气体补充单元和控制单元；
所述探测单元用于探测植物工厂内的气体成分，并将探测结果发送至控制；
所述控制单元用于根据所述探测结果控制所述排风单元和气体补充单元进行工作；
所述排风单元用于根据控制单元指令控制植物工厂内的风向流动；
所述气体补充单元用于根据控制单元指令向植物工厂补充气体。
具体的，所述探测单元包括二氧化碳传感器、氧传感器和信号传输器，所述二氧化碳传感器和氧传感器定时检测植物工厂内的二氧化碳、氧气的浓度，并将探测数据向控制单元传输。所述控制单元接收探测数据，并对探测数据进行处理分析。示例性的，将二氧化碳的浓度与预定阈值区间相对比，若低于预定阈值区间则控制气体补充单元向植物工厂释放二氧化碳，以此补充植物工厂内二氧化碳的浓度。若高于预定阈值区间则控制排风单元开启排风模式，向植物工厂外排除内部的空气，并吸入新鲜新鲜的空气，以此降低植物工厂内二氧化碳的浓度。当植物工厂氧气含量超过预定阈值区间时，控制单元控制气体补充单元向植物工厂内释放氧气，若植物工厂内氧气含量低于预定阈值区间时，控制排风单元排出植物工厂内空气，并吸入新鲜空气。值得说明的是，预定阈值范围会根据不同植物的生长习性发生变化，在植物工厂内种植不同植物时，所需空气成分的含量不同，在植物工厂内种植植物时，不同的生长阶段所需的空气成分含量也不相同。通过更改合适的空气含量，可以促进植物的快速生长。例如，植物处于幼苗阶段，无法进行光合作用，但是生长迅速，呼吸速率较高，因此在高氧低二氧化碳的空气环境下，生长速率更快。而随着植物叶片的长出，植物需要进行光合作用，此时需要提高植物生长环境中二氧化碳的浓度。
进一步的，如图2所示，所述排风单元包括多个排风扇21，多个所述排风扇21呈矩形分列于所述植物工厂顶部1；
所述排风扇21包括转向头22和出风单元，所述转向头22矩阵分列与所述植物工厂顶部1，所述转向头22的另一端与所述排风扇21连接。
示例性的，所述排风单元包括4个排风扇21，四个排风扇21呈矩形分布于植物工厂的四角。当植物工厂内某种其他含量超过预定阈值区间时，排风扇21的转向头22转动，使得4个排风扇21均朝向植物工厂的出风单元，将植物工厂内的空气吹出，并从气体补充单元内吸入新鲜空气，以此达到降低该气体含量的目的，保持植物工厂内空气的含量均保持在植物生长的适当区间。当植物工厂内各气体成分均位于预定阈值区间时，所述转向头22转动，使得4个排风扇21的出风风向和进风方向收尾相连。通过4个排风扇21使得整个植物工厂内的空气始终处于流动的状态，空气处于流动状态可以避免某一区域存在气体聚集的情况，导致空气内气体含量测量不准。另一方面，植物工厂内的空气始终处于流动的状态，使得植物工厂内的植物产生一定幅度的摇曳，通过改变排风扇21的转速可以控制植物摇曳的幅度。据研究显示，植物生长需要一定的摇曳，适当的摇曳能够让植物生长的更加快速、健康。
在本发明的另一实施例中，所述排风单元包括多个排风扇21、固定架和转向头22，多个所述排风扇21呈矩形分列于所述固定架上，所述固定架通过转向头22与植物工厂顶部1连接。
具体的，固定架通过转向头22与所述植物工厂顶部1连接，在转向头22的作用下，所述固定架整体转动。所述排风扇21固定在固定架上，多个排风扇21的出风风向和进风方向首尾连接，使得植物工厂内的空气形成稳定的气流。所述转向头22定时转动，使得植物工厂内各空间的气体成分更加均匀。在本实施例中，在植物工厂出气口31额外设置的一个出口排风扇21，在植物工厂内各空气含量成分位于预定阈值区间时，所述出口排风扇21不进行工作，当植物工厂内空气含量不位于预定阈值区间时，所述出口排风扇21进行工作，将植物工厂内的不合格气体抽出。
进一步的，所述排风单元包括进气口32和出气口31，所述气体补充单元的输出端位于进气口32，所述气体补充单元包括二氧化碳补充组件34、空气补充组件35和水蒸气补充组件36；
所述二氧化碳补充组件34、空气补充组件35和水蒸气补充组件36的输出端均设置数控电磁阀，所述数控电磁阀与所述控制单元连接。
具体的，进气口32连接气体补充单元，所述气体补充单元包括为一进多出的进气口32。出气端连接植物工厂的进气口32，进气口32连接各种补气组件。示例性的，补气组件包括二氧化碳补充组件34、空气补充组件35和水蒸气补充组件36。所述补气组件的输出端均设置数控电磁阀，数控电磁阀与控制单元信号连接，根据控制单元的控制指令控制数控电磁阀的开关。示例性的，当探测单元检测到植物工厂内二氧化碳的浓度低于当前植物生长所需的预定阈值区间时，控制单元向所述数控电磁阀发送开启二氧化碳补充组件34的指令，数控电磁阀打开，二氧化碳补充组件34向植物工厂内补充二氧化碳。示例性的，二氧化碳补充组件34使用二氧化碳气罐。进一步的，在气体补充单元也可以添加氧气补充组件。
所述空气补充组件35包括气管、过滤器和净化器，所述气管、过滤器和净化器依次连接；
所述空气补充组件35通过吸取植物工厂外的空气，并通过过滤器和净化器对空气进行过滤，得到新鲜的空气。进一步的，由于空气中含有一定量的氧气和二氧化碳，控制单元在开启二氧化碳或氧气补充组件前，优先通过空气补充组件35对植物工厂内的二氧化碳或氧气进行补充。例如植物工厂内氧气的含量为8％，而此时所需的氧气浓度最合适的区间为12％-22％。已知空气内含氧量为20％，此时控制单元会优先开启空气补充单元，起到节约资源的目的。
进一步的，所述水蒸气补充组件36包括雾化器。
通过所述水蒸气补充组件36对植物工厂内的湿度值进行调控。示例性的，在植物工厂内湿度较低时，开启水蒸气补充组件36的数控电磁阀，通过雾化器向植物工厂内补充水蒸气。优选的，所述雾化器设置于所述过滤器和净化器之间。
如图3所示，本发明还公开了一种植物工厂空气循环控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
步骤S1：定时检测植物工厂内的气体成分；
步骤S2：根据检测的气体成分向排风单元和气体补充单元发送控制指令；
步骤S3：根据控制指令切换排风单元的内循环模式和外循环模式；
根据控制指令通过气体补充单元为植物工厂注入相应气体成分。
进一步的，所述排风单元包括多个排风扇，多个所述排风扇呈矩形分列于所述植物工厂顶部；
所述排风扇包括转向头和出风单元，所述转向头矩阵分列与所述植物工厂顶部，所述转向头的另一端与所述排风扇连接；
所述内循环模式时，多个排风扇的出风方向与进风方向首尾相连；
所述外循环模式时，多个排风扇的出风方向均朝向出风口的方向。
进一步的，所述根据控制指令通过气体补充单元为植物工厂注入相应气体成分具体包括以下步骤；
步骤S31：根据控制指令确定植物工厂内缺少的气体成分；
步骤S32：根据缺少气体在植物工厂内的含量确定需要对补充量进行定量计算；
步骤S33：打开相应气体所对应的数控电磁阀向植物工厂内补充定量的相应气体。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种植物工厂空气控制系统，其特征在于，
所述空气控制系统包括探测单元、排风单元、气体补充单元和控制单元；
所述探测单元用于探测植物工厂内的气体成分，并将探测结果发送至控制；
所述控制单元用于根据所述探测结果控制所述排风单元和气体补充单元进行工作；
所述排风单元用于根据控制单元指令控制植物工厂内的风向流动；
所述气体补充单元用于根据控制单元指令向植物工厂补充气体。
2.根据权利要求1所述的植物工厂空气控制系统，其特征在于，
所述排风单元包括多个排风扇(21)，多个所述排风扇(21)呈矩形分列于所述植物工厂顶部(1)；
所述排风扇(21)包括转向头(22)和出风单元，所述转向头(22)矩阵分列与所述植物工厂顶部(1)，所述转向头(22)的另一端与所述排风扇(21)连接。
3.根据权利要求1所述的植物工厂空气控制系统，其特征在于，
所述排风单元包括多个排风扇(21)、固定架和转向头(22)，多个所述排风扇(21)呈矩形分列于所述固定架上，所述固定架通过转向头(22)与植物工厂顶部(1)连接。
4.根据权利要求1所述的植物工厂空气控制系统，其特征在于，
所述排风单元包括进气口(32)和出气口(31)，所述气体补充单元的输出端位于进气口(32)，所述气体补充单元包括二氧化碳补充组件(34)、空气补充组件(35)和水蒸气补充组件(36)；
所述二氧化碳补充组件(34)、空气补充组件(35)和水蒸气补充组件(36)的输出端均设置数控电磁阀，所述数控电磁阀与所述控制单元连接。
5.根据权利要求4所述的植物工厂空气控制系统，其特征在于，
所述出气口(31)设置出口排风扇(21)。
6.根据权利要求4所述的植物工厂空气控制系统，其特征在于，
所述二氧化碳补充组件(34)包括二氧化碳气罐；
所述空气补充组件(35)包括气管、过滤器和净化器，所述气管、过滤器和净化器依次连接；
所述水蒸气补充组件(36)包括雾化器。
7.根据权利要求6所述的植物工厂空气控制系统，其特征在于，
所述雾化器设置于所述过滤器和净化器之间。
8.一种植物工厂空气循环控制方法，其特征在于，
所述控制方法包括以下步骤：
步骤S1：定时检测植物工厂内的气体成分；
步骤S2：根据检测的气体成分向排风单元和气体补充单元发送控制指令；步骤S3：根据控制指令切换排风单元的内循环模式和外循环模式；
根据控制指令通过气体补充单元为植物工厂注入相应气体成分。
9.根据权利要求8所述的植物工厂空气循环控制方法，其特征在于，
所述排风单元包括多个排风扇，多个所述排风扇呈矩形分列于所述植物工厂顶部；
所述排风扇包括转向头和出风单元，所述转向头矩阵分列与所述植物工厂顶部，所述转向头的另一端与所述排风扇连接；
所述内循环模式时，多个排风扇的出风方向与进风方向首尾相连；
所述外循环模式时，多个排风扇的出风方向均朝向出风口的方向。
10.根据权利要求8所述的植物工厂空气循环控制方法，其特征在于，
所述根据控制指令通过气体补充单元为植物工厂注入相应气体成分具体包括以下步骤；
步骤S31：根据控制指令确定植物工厂内缺少的气体成分；
步骤S32：根据缺少气体在植物工厂内的含量确定需要对补充量进行定量计算；
步骤S33：打开相应气体所对应的数控电磁阀向植物工厂内补充定量的相应气体。
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