CN114982627A - 数智mini农场 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数智农业及农业教育技术领域，具体公开了一种数智MINI农场，包括箱体、设置在箱体内的种植架、LED照明补光系统、温湿度控制系统、自动水肥循环系统、视频远程监控系统和设置在箱体底部的移动机构，所述种植架包括底座、设置在所述底座左右两侧的立柱和设置在两立柱之间的种植层，所述LED照明补光系统包括设置在任一种植层的上方的光照感应传感器和多个多通道LED灯。本发明创新的建立了垂直水培系统，并通过优化照明、环境和供水等因素，达到缩短植物生长周期、增加植物营养含量以及调节植物口感的效果，同时，也可以通过算法找到每一层最佳的环境设置，经过大量数据的机器学习得出，让系统自动完成配置的过程，从而构建出一个智慧的MINI农场。

Description

数智MINI农场

技术领域

本发明属于数智农业及农业教育技术领域，具体为一种数智MINI农场。

背景技术

农场为农业生产单位，是提供多种作物种植的场所。传统农场的种植活动基本以原始的自然条件进行，且以大面积为手段实现批量种植或培育。随着农业技术的发展，现有技术通过大棚隔离外界环境以提供适宜的种植条件，以实现对不同种类作物进行跨季节培育或种植。

上述方案虽然解决了单纯靠天吃饭的问题，但远没有解决以增大面积提高种植产量的问题。而随着城镇化进程的持续推进，都市圈人口越来越密集，土地资源越来越匮乏，但对蔬菜的需求却越来越高。

随着上述矛盾的持续发展，大量的种植需要远离市区，运输成本越来越高，运输时间也越来越长，且出现了新的问题：较长的运输时间，使作物新鲜度降低，影响口味或导致营养水平降低，甚至是腐烂，这与随着人们生活水平的提升对蔬菜新鲜度要求越来越高的现状极不相适应。

因此，针对上述技术问题，有必要提出一种新的种植方式，不需要远离市区也能进行大量种植，为解决随着人们对蔬菜新鲜度要求越来越高与大量种植需要远离市区导致运输成本高、新鲜度降低的现状的矛盾提供帮助。

发明内容

针对上述情况，本发明提供一种数智MINI农场，其采用水培形式，且具有移动、光照、加湿的功能，可以在任意地方进行种植和培育，从而实现分散大量种植，以解决现有技术由于远离市区种植而带来运输成本高、新鲜度差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

数智MINI农场，包括箱体、设置在箱体内的种植架、LED照明补光系统、温湿度控制系统、自动水肥循环系统、视频远程监控系统和设置在箱体底部的移动机构，

所述箱体采用透明材料制成，

所述种植架包括底座、设置在所述底座左右两侧的立柱和设置在两立柱之间的种植层，所述种植层沿高度方向设置多个，所述种植层包括拆卸连接在两立柱上的蓄水盘和放置在蓄水盘上方的种植框，所述种植框上设置有多个种植孔，任一种植孔内放置有植珠篮，

所述LED照明补光系统包括设置在任一种植层的上方的光照感应传感器和多个多通道LED灯，

所述箱体通过最底层种植层将箱体内腔分隔为种植室和存储室，

所述温湿度控制系统包括设置在存储室内的雾化器和加湿泵，以及设置在种植室内的温湿度传感器、加湿通道和加热元件，所述加湿通道设置在立柱上，且在其上连续设置多个与箱体内腔连通的加湿孔，所述加热元件为设置在箱体内壁的加热电阻丝，

所述自动水肥循环系统包括设置在存储室内的营养液存储箱和水肥调节泵，以及设置在蓄水盘内的水位传感器，

所述视频远程监控系统包括设置在任一种植层内的光学传感器及设置在箱体外部的PLC控制器和控制主机，

所述温湿度传感器、光学传感器、控制主机、光照感应传感器、多通道LED灯、雾化器、加湿泵、加热电阻丝、水肥调节泵和水位传感器均与PLC控制器电性连通。

进一步，还包括PH值传感系统，所述PH值传感系统包括设置在蓄水盘内的PH检测仪，所述PH检测仪与PLC控制器电性连通。

进一步，还包括用于增加种植室内二氧化碳浓度的二氧化碳发生器，所述二氧化碳发生器设置在存储室内，且与PLC控制器电性连通。

进一步，两所述立柱之间的顶部设置有使种植架整体呈门形的连接板，所述加湿通道从一侧立柱进入连接板再进入另一立柱，形成一倒U形通道。

进一步，所述种植室和存储室均设置有电磁常闭门。

进一步，所述存储室背面设置有排风扇。

进一步，所述箱体的顶部设置有信号接收器，所述信号接收器通过无线信号与外部控制主机电性连通。

进一步，所述移动机构包括多个设置在箱体的移动滚轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采取箱体加移动结构，实现了可移动性，不受地域的限制；

2、采取种植架结构，充分利用空间区域，增加作物种类，满足农场对多样性要求；

3、采取多层种植层结构，实现垂直水培系统，解决了传统农业需要土壤种植与都市区域土地面积日趋减小相矛盾的问题；

4、通过LED照明补光系统、温湿度控制系统、自动水肥循环系统实现对种植环境的照明、温湿度和水肥进行智能控制，减少了对人力劳动的需求，提高了化智能水平，并通过视频远程监控系统的AI图像识别对植物生长状态进行实时分析，从而进行及时调整和控制，达到更优的生长状态。

总之，本发明创新的建立了垂直水培系统，并通过优化照明、环境和供水等不同的控制因素，达到缩短植物生长周期、增加植物营养含量以及调节植物口感的效果，同时，多层植物的生长环境可以不尽相同，即使相邻两个植物处于不同的生长阶段，系统也可以通过算法找到每一层最佳的环境设置，经过大量数据的机器学习得出，让系统自动完成配置的过程,从而构建出一个数智MINI农场。

另外，本发明是在没有化肥、没有农药的一个相对安全的环境中成长的，不用清洗就可以直接食用，同时也不会受到自然气候的影响，更加的健康和环保，通过不断优化算法来提高植物种植的效率和营养，以达到植物成品性价比的最大化。

附图说明

图1为本发明的三维示意图；

图2为本发明去除门后的主视图；

图3为图2沿A-A向的剖视图；

图4为种植架的示意图；

图5为种植架的另一视角示意图；

图6为种植层的示意图；

图7为本发明的电路连接示意图。

附图标记说明：

1-箱体；2-种植架；3-LED照明补光系统；4-温湿度控制系统；5-自动水肥循环系统；6-视频远程监控系统；7-移动机构；8-底座；9-立柱；10-种植层；11-蓄水盘；12-种植框；13-植珠篮；14-连接板；15-光照感应传感器；16-多通道LED灯；17-种植室；18-存储室；19-雾化器；20-加湿泵；21-加湿通道；22-加热电阻丝；23-营养液存储箱；24-水肥调节泵；25-水位传感器；26-光学传感器；27-PLC控制器；28-控制主机；29-PH检测仪；30-二氧化碳发生器；31-电磁常闭门；32-排风扇；33-信号接收器；34-温湿度传感器。

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、完整地描述，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“相同”等术语并不表示要求部件绝对相同，而是可以存在微小的差异。术语“垂直”仅仅是指部件之间的位置关系相对“平行”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

由图1-7所示，本发明提供一种数智MINI农场，包括箱体1、设置在箱体内的种植架2、LED照明补光系统3、温湿度控制系统4、自动水肥循环系统5、视频远程监控系统6和设置在箱体底部的移动机构7，箱体采用透明材料制成，如玻璃，可以使光线尽可能透进来，从而提高环境内的光照强度。

种植架包括底座8、设置在底座左右两侧的立柱9和设置在两立柱之间的种植层10，种植层沿高度方向设置多个，充分利用空间区域，构成多层的种植环境，增加种植数量，并由于任一层可以构成不同的生态环境，从而进行不同作物种类的种植区，使种植品种的多样化。

本实施例中，种植层的数量并不限定，可以是2-6层的范围，只要适应人体操作的高度即可。

本实施例中，种植层包括用螺钉或螺栓连接在两立柱上的蓄水盘11和放置在蓄水盘上方的种植框12，种植框上设置有多个种植孔，任一种植孔内放置有植珠篮13，这样，在一个种植层里可进行多个作物的种植，从而构成了多层的水培系统，摒弃了传统依靠土壤的种植方式。

本实施例中，两立柱之间的顶部设置有连接板14，通过连接板使种植架整体呈门形，具有稳定的结构，能够承受整个种植层的重量。

本实施例通过底座作为种植架的总体承力体，再通过立柱的承重将力传递到底座上，连接板使两立柱连接为整体，加强了两立柱的结构力和稳定性，最后通过立柱两侧连接多个种植层，进一步构成了具有一定结构强度的整体，进一步增强和稳定性。

箱体设置在种植架的外部，并不需要承力，因此，可以是玻璃等透明材料，只需进行遮挡即可。

本实施例中，LED照明补光系统包括设置在植层的上方的光照感应传感器15和多个多通道LED灯16，多个多通道LED灯在箱体顶部内侧或在种植层的底部均匀设置，向种植区域发出光照，通过调节灯光的强弱和颜色达到不同植物所需的照明环境，再通过光照感应传感器实时感应光照强度，并传递给控制系统，

本实施例中，箱体通过最底层种植层将箱体内腔分隔为种植室17和存储室18，使种植室和存储室相互独立，互不影响，利于实现各自功能，

本实施例中，温湿度控制系统包括设置在存储室内的雾化器19和加湿泵20，以及设置在种植室内的温湿度传感器34、加湿通道21和加热元件，加湿通道设置在立柱上，且在其上连续设置多个与箱体内腔连通的加湿孔，加热元件为设置在箱体内壁的加热电阻丝22，

本实施例中，自动水肥循环系统包括设置在存储室内的营养液存储箱23和水肥调节泵24，以及设置在蓄水盘内的水位传感器25，

本实施例中，视频远程监控系统包括设置在任一种植层内的光学传感器26及设置在箱体外部的PLC控制器27和控制主机28，

温湿度传感器、光学传感器、控制主机、光照感应传感器、多通道LED灯、雾化器、加湿泵、加热电阻丝、水肥调节泵和水位传感器均与PLC控制器电性连通。

使用时，先将各控制程序输入PLC控制器，控制程序至少包括温度、湿度、水肥液位、光照强度等参数的设定范围。各传感器实时检测种植环境中的各检测对象，并实时传送到PLC控制器，PLC控制器得到信息后，与设定值进行对比分析，当处于设定范围内时，则不启动调节程序，否则，则启动调节程序：

1、光照控制：

当光线过强时，则通过减少LED灯亮起数量减弱光的强度，或者通过调节不同的通道实现散焦、变色等以降低光的强度。

当光线过弱时，则通过增加LED灯亮起数量增强光的强度，或者通过调节不同的通道实现聚焦、频闪等以增强光的强度。

2、温度控制：

温度过低时，PLC控制器发出温度升高指令，闭合电磁开关，使加热电阻丝通电，持续加热种植室内腔，此时，温湿度传感器持续在监测种植室的温度，并上传，当达到指定值时，PLC控制器发出温度升高停止指令，打开电磁开关，使加热电阻丝断电，调节结束。

3、湿度控制：

湿度过低时，PLC控制器发出湿度升高指令，启动雾化器和加湿泵，将雾化水持续送入种植室内，增加种植室内的湿度，当达到指定值时，PLC控制器发出湿度升高停止指令，停止雾化器和加湿泵，调节结束。

4、水肥调节：

水位传感器持续监测营养液存储槽的水位，并实时传送到PLC控制器。PLC控制器得到信息后，与设定值进行对比分析，当处于设定范围内时，则不启动，否则，启动调节程序：启动水肥调节泵，将营养液持续送入营养液存储槽内，当达到指定值时，PLC控制器发出调节停止指令，停止水肥调节泵，调节结束。

通过上述对温度、湿度、光照及水位的实时调节，从而实现了对MINI农场的智能控制，还通过光学传感器对作物的AI图像识别，对植物生长状态进行实时分析，进行及时调整和控制，从而进行生长周期、光照、温度、湿度等参数的不断总结和学习，形成一个产率高、质量好、口味好的最优方案。

本实施例中，光照感应传感器可以在种植区域的左右两侧各设置一个，从左右两侧检测光强度，可更真实地反映种植区域的光线强度。

作为本实施例的改进，还包括PH值传感系统，PH值传感系统包括设置在蓄水盘内的PH检测仪29，PH检测仪与PLC控制器电性连通。通过PH值传感系统可以对培养环境中的酸碱性进行检测，并根据检测结果进行相应调整，从而匹配最佳的生长环境。

作为本实施例的改进，还包括二氧化碳发生器30，二氧化碳发生器设置在存储室内，并通过管路连接到种植室内，以提供合适的二氧化碳浓度，提高作物的生长水平，而二氧化碳发生器与PLC控制器电性连通，也可以通过程序控制或远程控制。

作为本实施例的改进，加湿通道从一侧立柱进入连接板再进入另一立柱，形成一倒U形通道，从多个位置对种植空间进行加湿，提高加湿效率。

作为本实施例的改进，种植室设置有电磁常闭门31，电磁常闭门一直处于关闭状态，利于维持种植环境的温度和湿度。

而存储室也设置有电磁常闭门，方便存储室一直处于封闭状态，一方面可以对存储室进行遮挡，另一方面可避免存储室内的物体滑出，从而保障农场在使用过程中的安全性。

作为本实施例的改进，存储室背面设置有排风扇32，可以排出存储室内的气体，降低其内的温度，提高各功能部件的寿命。

作为本实施例的改进，箱体的顶部设置有信号接收器33，信号接收器通过WIFI或4G或5G等无线信号与外部控制主机电性连通。

作为本实施例的改进，移动机构包括多个设置在箱体的移动滚轮。通过滚轮移动箱体，便于在一个区域小范围内移动，使移动省力，当然，也可以选择一个或两个滚轮作为驱动轮，采取动力驱动的方式，使移动更方便。

本实施例可以进行以下操作：

1、多种植物的培育；

2、定制培育方案，定制最终产品；

3、用于教学。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.数智MINI农场，其特征在于：包括箱体、设置在箱体内的种植架、LED照明补光系统、温湿度控制系统、自动水肥循环系统、视频远程监控系统和设置在箱体底部的移动机构，

所述箱体采用透明材料制成，

所述种植架包括底座、设置在所述底座左右两侧的立柱和设置在两立柱之间的种植层，所述种植层沿高度方向设置多个，所述种植层包括拆卸连接在两立柱上的蓄水盘和放置在蓄水盘上方的种植框，所述种植框上设置有多个种植孔，任一种植孔内放置有植珠篮，

所述LED照明补光系统包括设置在任一种植层的上方的光照感应传感器和多个多通道LED灯，

所述箱体通过最底层种植层将箱体内腔分隔为种植室和存储室，

所述温湿度控制系统包括设置在存储室内的雾化器和加湿泵，以及设置在种植室内的温湿度传感器、加湿通道和加热元件，所述加湿通道设置在立柱上，且在其上连续设置多个与箱体内腔连通的加湿孔，所述加热元件为设置在箱体内壁的加热电阻丝，

所述自动水肥循环系统包括设置在存储室内的营养液存储箱和水肥调节泵，以及设置在蓄水盘内的水位传感器，

所述视频远程监控系统包括设置在任一种植层内的光学传感器及设置在箱体外部的PLC控制器和控制主机，

所述温湿度传感器、光学传感器、控制主机、光照感应传感器、多通道LED灯、雾化器、加湿泵、加热电阻丝、水肥调节泵和水位传感器均与PLC控制器电性连通。

2.根据权利要求1所述的数智MINI农场，其特征在于：还包括PH值传感系统，所述PH值传感系统包括设置在蓄水盘内的PH检测仪，所述PH检测仪与PLC控制器电性连通。

3.根据权利要求1所述的数智MINI农场，其特征在于：还包括用于增加种植室内二氧化碳浓度的二氧化碳发生器，所述二氧化碳发生器设置在存储室内，且与PLC控制器电性连通。

4.根据权利要求1所述的数智MINI农场，其特征在于：两所述立柱之间的顶部设置有使种植架整体呈门形的连接板，所述加湿通道从一侧立柱进入连接板再进入另一立柱，形成一倒U形通道。

5.根据权利要求1所述的数智MINI农场，其特征在于：所述种植室和存储室均设置有电磁常闭门。

6.根据权利要求1所述的数智MINI农场，其特征在于：所述存储室背面设置有排风扇。

7.根据权利要求1所述的数智MINI农场，其特征在于：所述箱体的顶部设置有信号接收器，所述信号接收器通过无线信号与外部控制主机电性连通。

8.根据权利要求1所述的数智MINI农场，其特征在于：所述移动机构包括多个设置在箱体的移动滚轮。

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