CN115152613A - 一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，属于种植控制领域，解决了如何控制种植柜中的气体保持动态平衡的问题；智能LED补光灯通过感应自然光中的光亮强度对种植柜中的植物进行补光；温度调节装置对种植柜中的温度进行检测和调节；湿度调节装置对种植柜中的空气湿度进行检测和调节，微型水泵检测营养液溶氧量和对输送液体速度进行调节；气压调节装置用于对种植柜中的气压进行检测和调节；气体浓度调节装置检测和调节种植柜中的氧气浓度和二氧化碳浓度；气体动态平衡控制中心对接收到的信息进行存储和处理，发送控制指令至各调节装置；使得种植柜中植物进行光合作用和呼吸作用吸收或释放的气体能够保持动态平衡。

Description

一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统

技术领域

本发明属于种植控制领域，具体是一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统。

背景技术

随着科学的进步和社会的发展，关于农作物的种植已经从传统的露天栽培到大棚栽培，再到目前的种植柜无土栽培。

目前市场上流通的种植柜无土栽培需要通过人工进行巡检，不够智能化控制种植柜中植物的生长态势，针对如何控制种植柜中的气体保持动态平衡，并不能很好的控制。

为此，本发明提出了种基于种植柜的气体动态平衡控制系统。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，该种基于种植柜的气体动态平衡控制系统解决了如何控制种植柜中的气体保持动态平衡的问题。

为实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，包括：种植柜、智能LED补光灯、温度调节装置、湿度调节装置、微型水泵、气压调节装置、气体浓度调节装置以及气体动态平衡控制中心；

所述种植柜用于提供植物在室内生长的一个密闭空间；所述种植柜中还包括供植物生长的营养液；

所述智能LED补光灯设置在种植柜顶部，所述智能LED补光灯通过感应自然光中的光亮强度对种植柜中的植物进行补光；

所述温度调节装置用于对种植柜中的温度进行实时检测和调节；

所述湿度调节装置用于对种植柜中的空气湿度进行实时检测和调节；

所述微型水泵设置在种植柜底部的营养液中，所述微型水泵用于对营养液溶氧量进行实时检测和调节；

所述气压调节装置用于对种植柜中的气压进行检测和调节；

所述气体浓度调节装置用于对种植柜中的氧气浓度和二氧化碳浓度进行检测和调节；

所述气体动态平衡控制中心与互联网连接，采集当天日出时间和日落时间以及长势良好的植物实验数据进行存储和处理，并对温度调节装置、湿度调节装置、微型水泵、气压调节装置以及气体浓度调节装置检测的数据进行存储和处理。

进一步地，所述智能LED补光灯含有光敏电阻，所述光敏电阻用于感应环境内的光强，根据公式R＝1/(K×a×L×b)计算出光敏电阻在不同光照强度下的阻值，其中K为比例系数，a为电压指数，b为光照度指数。

进一步地，所述湿度调节装置通过开启水珠喷头或增大喷洒水珠量增加空气湿度，关闭水珠喷头或减小喷洒水珠量降低空气湿度。

进一步地，气压调节装置设置有风扇，当气压需要降低时，开启风扇或增大风扇转动速度，当气压需要上升时，关闭风扇或减小风扇转动速度。

进一步地，所述气体浓度调节装置通过排出相应的气体或输入相应的气体来对气体浓度进行调节。

进一步地，实验数据包括植物在不同生长阶段的光照时长、非光照时长、适宜温度范围、适宜空气湿度范围、适宜气压范围、种植柜中适宜氧气浓度、种植柜中适宜二氧化碳浓度以及营养液溶氧量。

进一步地，所述光照时间处理单元对当天日出时间和日落时间进行处理的过程如下：

步骤S01：光照时间处理单元从存储单元中提取当天日出时间和日落时间；

步骤S02：光照时间处理单元将当天日出时间标记为AM，当天日落时间标记为PM，预设光照时长阈值为TLs；

当光照时间处理单元获取当天日出时间AM时，则光照时间处理单元实时发送开启的控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯开启灯光；

若PM-AM小于TLs，则光照时间处理单元通过计算公式TY＝TLS-PM+AM，将延时光照时间TY发送至智能LED补光灯，智能LED补光灯继续在PM时刻之后继续对种植柜中的植物进行补光TY时间，计时子单元开始计时，当计时满TY时间，则光照时间处理单元发送关闭灯光的控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯关闭灯光；

若PM-AM等于TLs，则光照时间处理单元发送关闭灯光的控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯关闭灯光。

进一步地，所述数据处理单元对检测数据以及实验数据进行处理的过程如下：

步骤S11：数据处理单元从存储单元中提取检测数据以及实验数据；

步骤S12：数据处理单元将获取的同一时刻的温度标记为T，空气湿度标记为RH，气压标记为P，空气中氧气浓度标记为WO2,空气中二氧化碳浓度标记为WCO2,营养液溶氧量范围标记为KO2；数据处理单元根据实验数据将适宜温度范围标记为(Tmin,Tmax)，将适宜空气湿度范围标记为(RHmin,RHmax)，将适宜气压范围标记为(Pmin,Pmax)，将空气中适宜氧气浓度标记为(WO2min,WO2max)，将空气中适宜二氧化碳浓度标记为(WCO2min,WCO2max)，将适宜营养液溶氧量范围标记为(KO2min,KO2max)；

当

时，则数据处理单元发送降温或升温至(Tmin,Tmax)范围内的控制指令至温度调节装置；

当

时，则数据处理单元发送降低或升高空气湿度至(RHmin,RHmax)范围内的控制指令至湿度调节装置；

当

时，则数据处理单元发送降低或升高气压至(Pmin,Pmax)范围内的控制指令至气压调节装置；

在光照时间内，WO2与WCO2需要同时满足

且在(WO2min,WO2max)和(WCO2min,WCO2max)范围内，若其中一项不满足，则数据处理单元发送调节

且WO2∈(WO2min,WO2max)以及WCO2∈(WCO2min,WCO2max)的控制指令至气体浓度调节装置；

若

则数据处理单元发送增大或减小输送液体速度的控制指令至微型水泵。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中智能LED补光灯对种植柜中的植物进行适当的补光，温度调节装置对种植柜中的温度进行检测和调节，湿度调节装置对种植柜中的空气湿度进行检测和调节，微型水泵通过间歇开启使得种植柜中营养液循环流动，气压调节装置对种植柜中的气压进行检测和调节，气体浓度调节装置对种植柜中的氧气浓度和二氧化碳浓度进行检测和调节；使得种植柜中的植物能够在各种检测/调节装置下较好的生长。

2、气体动态平衡控制中心通过数据采集单元获取当天日出时间和日落时间以及长势良好的植物实验数据，并由数据存储单元进行存储，光照时间处理单元对当天日出时间和日落时间进行分析处理，根据处理结果发送控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯根据控制指令进行补光；数据处理单元对接收到的温度、空气湿度、气压、空气中氧气浓度、空气中二氧化碳浓度、营养液溶氧量以及实验数据进行处理，根据长势良好的植物实验数据设置不同参数的范围阈值，从而判断温度、空气湿度、气压、空气中氧气浓度、空气中二氧化碳浓度以及营养液溶氧量是否达标，并针对不达标的参数值，数据处理单元发送相应的控制指令至相应的调节装置，从而控制种植柜中的植物进行较佳的生长、光合作用以及呼吸作用，从而使得种植柜中的植物进行光合作用和呼吸作用吸收或释放的气体能够保持动态平衡。

附图说明

图1为本发明中一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

为使得种植柜中的气体动态平衡，本申请中的实施例对种植柜中的各种指标进行检测，并与长势良好的植物的实验数据进行比较，并输出满足长势良好的植物实验数据范围内的控制指令至各调节装置，使得种植柜中的植物能够在各环境指标良好的情况下，正常的进行细胞呼吸，吸收氧气，释放二氧化碳，正常的进行光合作用，吸收二氧化碳，释放氧气，使得种植柜中空气中的氧气浓度和二氧化碳的浓度之间达到动态平衡。

如图1所示，一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，包括：种植柜、智能LED补光灯、温度调节装置、湿度调节装置、微型水泵、气压调节装置、气体浓度调节装置以及气体动态平衡控制中心；

在本申请中，所述种植柜用于提供植物在室内生长的一个密闭空间；所述种植柜中还包括供植物生长的营养液；

在本申请中，所述智能LED补光灯设置在种植柜顶部，所述智能LED补光灯通过感应自然光中的光亮强度对种植柜中的植物进行补光，为种植柜中的植物生长提供适宜的光照，使得植物在适宜的光照下进行光合作用；种植柜中的植物通过光合作用吸收一定含量的二氧化碳并释放一定含量的氧气；具体地，所述智能LED补光灯含有光敏电阻，所述光敏电阻用于感应环境内的光强，当环境内的光强减小时，所述光敏电阻阻值增大，当环境内的光强增大时，所述光敏电阻阻值减小；根据公式R＝1/(K×a×L×b)计算出光敏电阻在不同光照强度下的阻值，其中K为比例系数，a为电压指数，一般接近于1，b为光照度指数；

在本申请中，所述温度调节装置用于对种植柜中的温度进行实时检测，将获取的温度发送至气体动态平衡控制中心，并根据气体动态平衡控制中心的处理结果对种植柜中的温度进行调节；使得种植柜中的植物在适宜温度下生长；

在本申请中，所述湿度调节装置用于对种植柜中的空气湿度进行实时检测，将获取的空气湿度发送至所述气体动态平衡控制中心，并根据气体动态平衡控制中心的处理结果对种植柜中的空气湿度进行调节；可通过开启水珠喷头或增大喷洒水珠量增加空气湿度，关闭水珠喷头或减小喷洒水珠量降低空气湿度；使得种植柜中的植物在适宜的空气湿度中生长；

在本申请中，所述微型水泵设置在种植柜底部的营养液中，所述微型水泵通过间歇开启使得种植柜中的营养液循环流动，使营养液与空气充分接触，以此来为植物根系提供充足的氧气，以及消除根表有害代谢产物的局部累积，消除根表与根外营养液和养分浓度差，使养分能及时送到根表，更充分地满足植物生长的需要；所述微型水泵还用于检测营养液溶氧量，并发送至气体动态平衡控制中心，所述微型水泵根据气体动态平衡控制中心发送的处理结果对输送液体速度进行调节；

在本申请中，所述气压调节装置用于对种植柜中的气压进行检测，将获取的气压发送至所述气体动态平衡控制中心；并根据气体动态平衡控制中心的处理结果对种植柜中的气压进行调节；具体地，气压调节装置设置有风扇，当气压需要降低时，则开启风扇或增大风扇转动速度，当气压需要上升时，可关闭风扇或减小风扇转动速度；

在本申请中，所述气体浓度调节装置用于检测种植柜中的氧气浓度和二氧化碳浓度，将获取的氧气浓度和二氧化碳浓度发送至气体动态平衡控制中心；并根据气体动态平衡控制中心的处理结果对种植柜中的氧气浓度和二氧化碳浓度进行调节；可通过排出相应的气体或输送相应的气体来对气体浓度进行调节；从而使得种植柜中的植物光合反应和呼吸作用的相关气体能够动态平衡，其中相关气体主要指氧气和二氧化碳；

在本申请中，所述气体动态平衡控制中心包括通讯单元、数据采集单元、存储单元、光照时间处理单元以及数据处理单元；

气体动态平衡控制中心通过所述通讯单元接入互联网，所述数据采集单元用于从互联网中获取当天日出时间和日落时间，并发送至存储单元；所述数据采集单元还采集工作人员对种植柜中长势良好的植物做实验记录的数据，并发送至存储单元进行存储；其中实验数据包括植物生长不同阶段的光照时长、非光照时长、适宜温度范围、适宜空气湿度范围、适宜气压范围、种植柜中适宜氧气浓度、种植柜中适宜二氧化碳浓度以及营养液溶氧量；所述存储单元用于对接收到的信息进行存储；

所述光照时间处理单元用于对当天日出时间和日落时间进行处理，处理过程如下：

步骤S01：所述光照时间处理单元发送信息提取信号至存储单元，所述存储单元将存储的当天日出时间和日落时间发送至光照时间处理单元；

步骤S02：所述光照时间处理单元将获取的当天日出时间标记为AM，将当天日落时间标记为PM，预设光照时长阈值为TLs；

当光照时间处理单元获取当天日出时间AM时，则光照时间处理单元实时发送开启的控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯开启灯光，开始对种植柜中的植物进行相应的补光；

若PM-AM小于TLs，则光照时间处理单元通过计算公式TY＝TLS-PM+AM，将延时光照时间TY发送至智能LED补光灯，智能LED补光灯继续在PM时刻之后继续对种植柜中的植物进行补光TY时间，使得植物继续进行光合作用；所述光照时间处理单元还包括计时子单元，所述计时子单元开始计时，当计时满TY时间，则光照时间处理单元发送关闭灯光的控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯关闭灯光，停止对种植柜中的植物进行光照；

若PM-AM等于TLs，则光照时间处理单元发送关闭灯光的控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯关闭灯光，停止对种植柜中的植物进行光照；

需要说明的是，一般植物每天需要太阳光照射和植物灯照射的时间总和为16小时左右，太阳光照射4小时后，遇上阴雨天，在此基础上用植物灯继续照射12小时左右；比如，当天日出时间为北京时间5点，当天日落时间为北京时间19点，则所述智能LED补光灯设置的开启时间需要在当天北京时间5点至19点以后16个小时左右；

所述数据处理单元用于对温度、空气湿度、气压、空气中氧气浓度、空气中二氧化碳浓度、营养液溶氧量以及实验数据进行处理，处理过程如下：

步骤S11：所述数据处理单元发送信息提取信号至存储单元，存储单元将存储的温度、空气湿度、气压、空气中氧气浓度、空气中二氧化碳浓度、营养液溶氧量以及实验数据发送至数据处理单元；

步骤S12：所述数据处理单元将获取的同一时刻的温度标记为T，空气湿度标记为RH，气压标记为P，空气中氧气浓度标记为WO2,空气中二氧化碳浓度标记为WCO2,营养液溶氧量范围标记为KO2；所述数据处理单元根据实验数据将适宜温度范围标记为(Tmin,Tmax)，将适宜空气湿度范围标记为(RHmin,RHmax)，将适宜气压范围标记为(Pmin,Pmax)，将空气中适宜氧气浓度标记为(WO2min,WO2max)，将空气中适宜二氧化碳浓度标记为(WCO2min,WCO2max)，将适宜营养液溶氧量范围标记为(KO2min,KO2max)；

当

时，则数据处理单元发送降温或升温至(Tmin,Tmax)范围内的控制指令至温度调节装置；

当

时，则数据处理单元发送降低或升高空气湿度至(RHmin,RHmax)范围内的控制指令至湿度调节装置；

当

时，则数据处理单元发送降低或升高气压至(Pmin,Pmax)范围内的控制指令至气压调节装置；

在光照时间内，WO2与WCO2需要同时满足

且在(WO2min,WO2max)和(WCO2min,WCO2max)范围内，若其中一项不满足，则数据处理单元发送调节

且WO2∈(WO2min,WO2max)以及WCO2∈(WCO2min,WCO2max)的控制指令至气体浓度调节装置；

若

则数据处理单元发送增大或减小输送液体速度的控制指令至微型水泵。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：本发明中智能LED补光灯对种植柜中的植物进行适当的补光，温度调节装置对种植柜中的温度进行检测和调节，湿度调节装置对种植柜中的空气湿度进行检测和调节，微型水泵通过间歇开启使得种植柜中营养液循环流动，气压调节装置对种植柜中的气压进行检测和调节，气体浓度调节装置对种植柜中的氧气浓度和二氧化碳浓度进行检测和调节；

气体动态平衡控制中心通过数据采集单元获取当天日出时间和日落时间以及长势良好的植物实验数据，并由数据存储单元进行存储，光照时间处理单元对当天日出时间和日落时间进行分析处理，根据处理结果发送控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯根据控制指令进行补光；数据处理单元对接收到的温度、空气湿度、气压、空气中氧气浓度、空气中二氧化碳浓度、营养液溶氧量以及实验数据进行处理，根据长势良好的植物实验数据设置不同参数的范围阈值，从而判断温度、空气湿度、气压、空气中氧气浓度、空气中二氧化碳浓度以及营养液溶氧量是否达标，并针对不达标的参数值，数据处理单元发送相应的控制指令至相应的调节装置。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方法的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，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法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，其特征在于，包括：种植柜、智能LED补光灯、温度调节装置、湿度调节装置、微型水泵、气压调节装置、气体浓度调节装置以及气体动态平衡控制中心；

所述种植柜用于提供植物在室内生长的一个密闭空间；所述种植柜中还包括供植物生长的营养液；

所述智能LED补光灯设置在种植柜顶部，所述智能LED补光灯通过感应自然光中的光亮强度对种植柜中的植物进行补光；

所述温度调节装置用于对种植柜中的温度进行实时检测和调节；

所述湿度调节装置用于对种植柜中的空气湿度进行实时检测和调节；

所述微型水泵设置在种植柜底部的营养液中，所述微型水泵用于对营养液溶氧量进行实时检测和调节；

所述气压调节装置用于对种植柜中的气压进行检测和调节；

所述气体浓度调节装置用于对种植柜中的氧气浓度和二氧化碳浓度进行检测和调节；

所述气体动态平衡控制中心与互联网连接，采集当天日出时间和日落时间以及长势良好的植物实验数据进行存储和处理，并对温度调节装置、湿度调节装置、微型水泵、气压调节装置以及气体浓度调节装置检测的数据进行存储和处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，其特征在于，所述智能LED补光灯含有光敏电阻，所述光敏电阻用于感应环境内的光强，根据公式R＝1/(K×a×L×b)计算出光敏电阻在不同光照强度下的阻值，其中K为比例系数，a为电压指数，b为光照度指数。

3.根据权利要求1所述的一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，其特征在于，所述湿度调节装置通过开启水珠喷头或增大喷洒水珠量增加空气湿度，关闭水珠喷头或减小喷洒水珠量降低空气湿度。

4.根据权利要求1所述的一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，其特征在于，气压调节装置设置有风扇，当气压需要降低时，开启风扇或增大风扇转动速度，当气压需要上升时，关闭风扇或减小风扇转动速度。

5.根据权利要求1所述的一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，其特征在于，所述气体浓度调节装置通过排出相应的气体或输入相应的气体来对气体浓度进行调节。

6.根据权利要求1所述的一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，其特征在于，实验数据包括植物在不同生长阶段的光照时长、非光照时长、适宜温度范围、适宜空气湿度范围、适宜气压范围、种植柜中适宜氧气浓度、种植柜中适宜二氧化碳浓度以及营养液溶氧量。

7.根据权利要求1所述的一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，其特征在于，所述光照时间处理单元对当天日出时间和日落时间进行处理的过程如下：

步骤S01：光照时间处理单元从存储单元中提取当天日出时间和日落时间；

步骤S02：光照时间处理单元将当天日出时间标记为AM，当天日落时间标记为PM，预设光照时长阈值为TLs；

当光照时间处理单元获取当天日出时间AM时，则光照时间处理单元实时发送开启的控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯开启灯光；

若PM-AM小于TLs，则光照时间处理单元通过计算公式TY＝TLS-PM+AM，将延时光照时间TY发送至智能LED补光灯，智能LED补光灯继续在PM时刻之后继续对种植柜中的植物进行补光TY时间，计时子单元开始计时，当计时满TY时间，则光照时间处理单元发送关闭灯光的控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯关闭灯光；

若PM-AM等于TLs，则光照时间处理单元发送关闭灯光的控制指令至智能LED补光灯，智能LED补光灯关闭灯光。

8.根据权利要求1所述的一种基于种植柜的气体动态平衡控制系统，其特征在于，所述数据处理单元对检测数据以及实验数据进行处理的过程如下：

步骤S11：数据处理单元从存储单元中提取检测数据以及实验数据；

步骤S12：数据处理单元将获取的同一时刻的温度标记为T，空气湿度标记为RH，气压标记为P，空气中氧气浓度标记为WO2,空气中二氧化碳浓度标记为WCO2,营养液溶氧量范围标记为KO2；数据处理单元根据实验数据将适宜温度范围标记为(Tmin,Tmax)，将适宜空气湿度范围标记为(RHmin,RHmax)，将适宜气压范围标记为(Pmin,Pmax)，将空气中适宜氧气浓度标记为(WO2min,WO2max)，将空气中适宜二氧化碳浓度标记为(WCO2min,WCO2max)，将适宜营养液溶氧量范围标记为(KO2min,KO2max)；

当

时，则数据处理单元发送降温或升温至(Tmin,Tmax)范围内的控制指令至温度调节装置；

当

时，则数据处理单元发送降低或升高空气湿度至(RHmin,RHmax)范围内的控制指令至湿度调节装置；

当

时，则数据处理单元发送降低或升高气压至(Pmin,Pmax)范围内的控制指令至气压调节装置；

在光照时间内，WO2与WCO2需要同时满足

且在(WO2min,WO2max)和(WCO2min,WCO2max)范围内，若其中一项不满足，则数据处理单元发送调节

且WO2∈(WO2min,WO2max)以及WCO2∈(WCO2min,WCO2max)的控制指令至气体浓度调节装置；

若

则数据处理单元发送增大或减小输送液体速度的控制指令至微型水泵。

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