CN116301115A - 一种植物工厂温控种植装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种植物工厂温控种植装置及方法。种植装置还包括控制单元、摄像头、温度传感器、液流循环单元和气流循环单元。优选地，控制单元分别通过摄像头和温度传感器采集植物生长状态和装置内的温度数据，并且控制单元基于的植物生长状态确定其生长环境及适宜其生长的温度范围，再根据装置内的温度数据通过液流循环单元和/或气流循环单元对种植装置中植物的生长环境进行温度调节，并且本发明还可以在采用通风控温时补充植物植株附近的二氧化碳，促进植物的光合作用。
Description
技术领域
本发明涉及植物培育技术领域，尤其涉及一种植物工厂温控种植装置及方法。
背景技术
温度与植物生长的关系极为密切，植物的生长、发育和产量均受到温度的影响。植物必须在一定的温度条件下才能进行体内生理活动(例如光合作用、蒸腾作用、呼吸作用、矿物质吸收同化以及有机物的转化与运输等)及其生化反应，当温度低于或高于植物的生理极限时，其发育就会受阻，严重时甚至会导致植物的死亡。
因此，温度对植物种植的影响不可忽略，在进行植物种植时，特别是在植物工厂中进行植物种植时需要对植物工厂中的温度进行控制。
植物工厂内温度调节是通过一定的工程技术手段人为地调节植物工厂的室内温度，以保障室内作物的高效生产。
现有技术中存在大量关于植物种植中的温度控制的研究内容，例如：
公开号为CN111642296A的发明专利公开了一种可控调节温度的蔬菜种植大棚，包括放置在地面的大棚本体，所述大棚本体包括顶部和侧壁，所述大棚本体顶部和侧壁内设置有降温蓄热液流回路和保温散热液流回路，所述降温蓄热液流回路和保温散热液流回路连接有同一个蓄水箱，所述大棚本体底部设置有多个连接板，所述连接板通过膨胀螺丝与地面连接，所述大棚本体侧壁设置有温度调节系统。本发明采用甲酸甲酯储存罐以及乙醛储存罐内甲酸甲酯和乙醛沸点不同来控制第一齿条和第二齿条与转动齿轮啮合情况，进而可以控制液流换向装置与第一进水口和第一出水口以及第二进水口和第二出水口的连通效果，完成降温蓄热液流回路和保温散热液流回路的切换。
公开号为CN 111183832A的发明专利公开了一种非接触式可调节温度的集成式作物根系培养装置。本发明利用集成式底座作为根盒的安装座，将根盒垂直放置在集成式底座上，由集成式底座上垂直伸出的加热装置实现对各个根盒的独立供热。本发明中，根盒设置为双层结构，加热装置通过根盒的内筒与根盒内部所容纳的土壤或介质隔离。由此，本发明能够实现非接触式的独立温度控制；同时，通过装载触摸屏或开关，本发明还能够实现温度调节。该发明所采用的设计集成式的结构，可实现不同温度的对照试验。
现有技术中的加热装置例如输液管道在加热时，都是通过一定的介质传导热量，相较于直接接触加热装置的底座、大棚本体而言，空气中热量的传导较慢温度变化需要一定的时间，单纯依靠输液管道对植物生长环境进行加热效率较低。在降温方面，现有技术除利用输液管道的中的冷却液蓄热降温外，大多还会采用成本较低的通风降温措施。但现有技术的通风系统其产生的气流在靠近植物处常常因植株的阻挡而导致流速降低，特别是在植株密集种植的情况下，植株冠层以下的部位常常因为植株的相互遮挡导致叶片间的通风不畅，导致叶片表面附近的二氧化碳被消耗后得不到补充，使得植物的光合作用下降甚至停止，从而影响植物生长。
为解决现有技术之不足，本发明提供了一种植物工厂温控种植装置及方法。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
现有的植物工厂，温室大棚等室内植物种植系统都会对植物生长的环境温度进行调节，避免植物因为温度过高或者过低的种植环境而产生病变。现有室内植物种植系统大多通过预设温度阈值的方式对植物种植的环境经行调控，即，在植物种植环境低于预设温度阈值时加温；在植物种植环境低于预设温度阈值时降温。植物工厂内的气温和根际温度对植物的光合作用、呼吸作用，光合产物的输送、积累，根系的生长，水分、养分的吸收以及根、茎、叶、花、果实各器官的生长发育均有显著影响，为使这些生长和生理作用过程正常进行，必须为植物提供适宜的温度条件。
为降低室内过高的温度，现有植物工厂除利用冷却液蓄热降温外大多采用通风换气的方法，将室外的较冷的空气送入室内，排出室内温度较高的空气，以降低室内温度。由于植物在不同的生长阶段所需的最佳温度不同，并且不同的植物对环境温度的要求也不尽相同。现有技术不能满足不同植物在不同的生长阶段的温度需求，需要管理人员根据植物种类以及植物的生长状态设定温度阈值。由于人工观察和判断植物所处生长阶段存在滞后性，这种方式无法及时根据植物所处生长阶段及时调整种植环境中的温度，不利于植物的生长。现有植物工厂的通风系统其产生的气流在靠近植物处常常因植株的阻挡而导致流速降低，特别是在植株密集种植的情况下，植株冠层以下的部位常常因为植株的相互遮挡导致叶片间的气流不足，导致叶片表面附近的二氧化碳被消耗后得不到补充，使得植物的光合作用下降甚至停止，从而影响植物生长。
因此，如何根据植物的生长状态调节其生长环境温度，并且在采用通风控温时如何确保二氧化碳的浓度是本发明希望解决的技术问题。
针对现有技术之不足，本发明提供了一种植物工厂温控种植装置，至少包括壳体，所述壳体内腔构成植物种植空间。所述种植装置还包括控制单元、液流循环单元和气流循环单元。优选地，所述控制单元基于植物生长状态和装置内植物生长环境的温度生成发送至所述液流循环单元和/或气流循环单元的温度调节指令，以调节所述装置内植物生长环境的温度，从而确保装置内的植物所处生长环境的温度与其生长状态相适应。优选地，所述液流循环单元，其设置在所述壳体底部，并且其被配置为能够通过热传导的方式调节植物所处生长环境的温度。优选地，所述气流循环模块，其被配置为能够在所述壳体内腔形成横向的第一气流和流动方向不同于所述第一气流的第二气流，并通过所述第一气流和/或所述第二气流对装置内腔进行通风换气，从而调节植物所处生长环境的温度。
优选地，本发明通过获取植物的生长状态，确定适宜其生长的温度，然后判断现有生长环境温度是否适宜其生长，若现有生长环境温度不适合植物的生长则对环境温度进行调节，从而使得环境温度始终处于适宜植物生长的温度。优选地，本发明在除湿时，通过在所述壳体内腔中横向流动的第一气流以及第二气流确保植物叶片间的气流充足，从而在降低温度的同时补充叶片表面空气中的二氧化碳，使得植物可以正常进行光合作用。
根据一种优选实施方式，所述液流循环单元至少包括水泵和输液管道。所述输液管道铺设范围覆盖种植装置底部的种植区域。响应于所述温度调节指令之收到，所述水泵向所述输液管道泵送液体，以调节植物所处生长环境的温度。优选地，所述水泵至少设置有泵送经过加热的液体的第一泵送模式和泵送未经加热的液体的第二泵送模式。
优选地，所述控制单元基于植物生长状态和装置内植物生长环境的温度生成的温度调节指令发送至所述液流循环单元。响应于所述温度调节指令之收到，所述液流循环单元的所述水泵将液体至所述输液管道。所述液流循环单元的所述水泵通过第一泵送模式和所述第二泵送模式的切换对装置内植物生长环境的温度，特别是属于植物种子、根系生长环境的培养基质的温度进行调节。
根据一种优选实施方式，所述气流循环单元至少包括设置在所述壳体侧壁的若干第一通风口和若干第二通风口。优选地，若干第一通风口所在的侧壁与若干第二通风口所在的侧壁相对设置。所述气流循环单元通过所述第一通风口在所述壳体内腔产生横向流动的第一气流，所述第一气流从所述第一通风口流出经过所述壳体内腔后，从所述第二通风口离开所述种植装置。
优选地，本发明可以根据植物的高度增加位于植株冠层以下的第一通风口和第二通风口的气流流速，从而增加植物叶片间的气流流速，在降低温度的同时促进叶片表面空气中二氧化碳的补充，使得植物可以正常进行光合作用。
根据一种优选实施方式，所述气流循环单元还包括设置在所述壳体内腔底部的位于所述输液管道间的若干第三通风口。所述气流循环单元通过所述第三通风口向所述在靠近所述壳体内腔底部位置处形成纵向的第二气流。所述第二气流和所述第一气流能够从所述第二通风口离开所述壳体内腔，对所述种植装置内外进行气体交换，从而调节植物生长环境的温度。
优选地，设置在种植装置底部的若干第三通风口可以产生沿植株根系至植株冠层方向的第二气流，并且由于第二气流流向上植物对气流的阻挡较少，相较于只通过第一气流对种植装置中的空气进行气体交换的方式，第二气流可以更好地带走植物叶片表面的空气，从而调节种植装置中空气的温度。
根据一种优选实施方式，所述第一通风口和所述第三通风口均设置有输送暖风的第一通风模式和输送冷风的第二通风模式。所述控制单元能够基于植物生长状态及其生长环境的温度确定所述第一通风口和所述第三通风口的通风模式，以调节所述装置内的温度，从而确保装置内的植物所处生长环境的温度与其生长状态相适应。
优选地，所述控制单元基于植物生长状态和装置内植物生长环境的温度生成的温度调节指令发送至所述气流循环单元。响应于所述温度调节指令之收到，所述气流循环单元的所述第一通风口和所述第三通风口通过第一通风模式和第二通风模式的切换对装置内植物生长环境的温度，特别是属于植物茎叶生长环境的空气温度进行调节。
根据一种优选实施方式，所述控制单元分别通过摄像头和温度传感器采集植物生长状态和装置内的温度数据，优选地，所述摄像头和所述温度传感器通过有线和/或无线的方式将采集到的植物生长状态和装置内的温度数据传输至所述控制单元。所述控制单元基于所述的植物生长状态确定其生长环境及适宜其生长的温度范围，再根据装置内的温度数据对所述种植装置中植物的生长环境进行温度调节。
优选地，所述摄像头和所述温度传感器通过有线或无线的方式与所述控制单元建立通讯连接。所述控制单元通过将所述摄像头采集的图像与数据库中的数据进行对比，以确定相应植物的种类和在该植物生育周期中所处的生长阶段，并得到该种植物在该生长阶段的能够促进其生长的环境温度值。所述控制单元将通过所述温度传感器获取植物实际生长环境的温度值与促进植物生长的环境温度值进行比较，以确定是否对植物生长环境的温度进行调节，从而实现对植物生长环境温度的动态调节。优选地，植物在某一生长阶段能够促进其生长的温度值可以是定值，也可以是一个温度范围。
根据一种优选实施方式，所述控制单元对所述种植装置中植物生长环境的温度调节至少包括加温操作。优选地，所述加温操作的实施方式如下，在种植装置中植物的生长环境温度低于其生长适宜温度的情况下，所述控制单元产生发送至所述液流循环单元和/或所述气流循环单元的加温指令。响应于所述加温指令之收到，所述液流循环单元的所述水泵泵送加热后的液体至所述输液管道和/或所述气流循环单元的所述第一通风口和所述第三通风口输送暖风至所述种植装置内腔，从而增加植物生长环境的温度。
根据一种优选实施方式，所述控制单元对所述种植装置中植物生长环境的温度调节还包括降温操作。优选地，所述降温操作的实施方式如下，在种植装置中植物的生长环境温度高于其生长适宜温度的情况下，所述控制单元产生发送至所述液流循环单元和/或所述气流循环单元的降温指令。优选地，响应于所述降温指令之收到，所述液流循环单元的所述水泵泵送未经加热的液体至所述输液管道和/或所述气流循环单元的所述第一通风口和所述第三通风口输送冷风至所述种植装置内腔，从而降低植物生长环境的温度。
本发明还提供一种植物工厂温控种植方法，所述植物工厂温控种植方法至少包括：
通过控制单元确定适宜植物生长的温度，并发送温度调节指令至液流循环单元或气流循环单元以调节种植装置内的温度，从而确保装置内的植物所处环境的温度与其生长状态相适应；
将所述液流循环单元设置在所述种植装置壳体内腔的底部，通过热传导的方式调节植物所处生长环境的温度；
利用所述气流循环单元在所述壳体内腔形成横向的第一气流和流动方向不同于所述第一气流的第二气流，并通过所述第一气流和/或所述第二气流对装置内腔进行通风换气，从而调节植物所处生长环境的温度。
根据一种优选实施方式，所述植物工厂温控种植方法还包括：
通过摄像头和温度传感器采集植物生长状态和装置内的温度数据，并且将采集到的植物生长状态和装置内的温度数据传输至所述控制单元；
所述控制单元基于所述的植物生长状态确定其生长环境及适宜其生长的温度范围，再根据装置内的温度数据对所述种植装置中植物的生长环境进行温度调节。
附图说明
图1是本发明提供的一种优选实施方式的种植装置100的简化示意图；
图2是本发明提供的一种优选实施方式的种植装置100的各模块通信简化示意图；
图3是本发明提供的一种优选实施方式的液流循环单元的简化示意图；
图4是本发明提供的一种优选实施方式的种植装置100的工作示意图。
附图标记列表
100：种植装置；101：壳体；110：控制单元；111：摄像头；112：温度传感器；120：液流循环单元；121：水泵；122：输液管道；123：储液仓；130：气流循环单元；131：第一通风口；132：第二通风口；133：第三通风口；140：二氧化碳储存及释放系统；200：小麦。
具体实施方式
下面结合附图1和4进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种植物工厂温控种植装置100。参见图1，优选地，种植装置100至少包括壳体101，壳体101内腔构成植物种植空间。优选地，植物种植在装置内腔底部。
参见图2，优选地，种植装置100还包括控制单元110、摄像头111、温度传感器112、液流循环单元120和气流循环单元130。优选地，控制单元110分别通过摄像头111和温度传感器112采集植物生长状态和装置内的温度数据，优选地，摄像头111和温度传感器112通过有线和/或无线的方式将采集到的植物生长状态和装置内的温度数据传输至控制单元110。控制单元110基于的植物生长状态确定其生长环境及适宜其生长的温度范围，再根据装置内的温度数据对种植装置100中植物的生长环境进行温度调节。
优选地，控制单元110基于植物生长状态和装置内植物生长环境的温度生成发送至液流循环单元120和/或气流循环单元130的温度调节指令，以调节装置内植物生长环境的温度，从而确保装置内的植物所处生长环境的温度与其生长状态相适应。优选地，液流循环单元120，其设置在壳体101底部，并且其被配置为能够通过热传导的方式调节植物所处生长环境的温度。优选地，气流循环模块130，其被配置为能够在壳体101内腔形成横向的第一气流和流动方向不同于第一气流的第二气流，并通过第一气流和/或第二气流对装置内腔进行通风换气，从而调节植物所处生长环境的温度。
优选地，本发明通过获取植物的生长状态，确定适宜其生长的温度，然后判断现有生长环境温度是否适宜其生长，若现有生长环境温度不适合植物的生长则对环境温度进行调节，从而使得环境温度始终处于适宜植物生长的温度。优选地，本发明在除湿时，通过在壳体内腔中横向流动的第一气流以及第二气流确保植物叶片间的气流充足，从而在降低温度的同时补充叶片表面空气中的二氧化碳，使得植物可以正常进行光合作用。
优选地，摄像头111和温度传感器112通过有线或无线的方式与控制单元110建立通讯连接。控制单元110通过将摄像头111采集的图像与数据库中的数据进行对比，以确定相应植物的种类和在该植物生育周期中所处的生长阶段，并得到该种植物在该生长阶段的能够促进其生长的环境温度值。控制单元110将通过温度传感器112获取植物实际生长环境的温度值与促进植物生长的环境温度值进行比较，以确定是否对植物生长环境的温度进行调节，从而实现对植物生长环境温度的动态调节。优选地，植物在某一生长阶段能够促进其生长的温度值可以是定值，也可以是一个温度范围。优选地，温度传感器112可以设置在植物培养基质中，也可以设置在种植装置100底部检测种植装置100中空气的温度。
参见图3，优选地，液流循环单元120至少包括水泵121和输液管道122。输液管道122铺设范围覆盖种植装置100底部的种植区域。响应于温度调节指令之收到，水泵121向输液管道122泵送液体，以调节植物所处生长环境的温度。优选地，水泵121至少设置有泵送经过加热的液体的第一泵送模式和泵送未经加热的液体的第二泵送模式。
参见图3，优选地，液流循环单元120还设置有储液仓123。优选地，水泵121泵送的液体经输液管道122流入储液仓123进行储存，水泵121从储液仓123泵送液体。优选地，储液仓123可以是冷却箱。优选地，水泵121配置有加热模块，当液流循环单元120收到加热指令时，水泵121配置的加热模块对泵送的液体进行加热。
优选地，控制单元110基于植物生长状态和装置内植物生长环境的温度生成的温度调节指令发送至液流循环单元120。响应于温度调节指令之收到，液流循环单元120的水泵121将液体至输液管道122。液流循环单元120的水泵121通过第一泵送模式和第二泵送模式的切换对装置内植物生长环境的温度，特别是属于植物种子、根系生长环境的培养基质的温度进行调节。
参见图4，优选地，气流循环单元130至少包括设置在壳体侧壁的若干第一通风口131和若干第二通风口132。优选地，若干第一通风口131所在的侧壁与若干第二通风口132所在的侧壁相对设置。气流循环单元通过第一通风口131在壳体内腔产生横向流动的第一气流，第一气流从第一通风口131流出经过壳体内腔后，从第二通风口132离开种植装置100。
优选地，本发明可以根据植物的高度增加位于植株冠层以下的第一通风口131和第二通风口132的气流流速，从而增加植物叶片间的气流流速，在降低温度的同时促进叶片表面空气中二氧化碳的补充，使得植物可以正常进行光合作用。
优选地，气流循环单元130还包括设置在壳体101内腔底部的位于输液管道122间的若干第三通风口133。气流循环单元130通过第三通风口133向在靠近壳体101内腔底部位置处形成纵向的第二气流。第二气流和第一气流能够从第二通风口132离开壳体101内腔，对种植装置100内外进行气体交换，从而调节植物生长环境的温度。
优选地，设置在种植装置100底部的若干第三通风口可以产生沿植株根系至植株冠层方向的第二气流，并且由于第二气流流向上植物对气流的阻挡较少，相较于只通过第一气流对种植装置100中的空气进行气体交换的方式，第二气流可以更好地带走植物叶片表面的空气，从而调节种植装置100中空气的温度。
优选地，第一通风口131和第三通风口133均设置有输送暖风的第一通风模式和输送冷风的第二通风模式。控制单元110能够基于植物生长状态及其生长环境的温度确定第一通风口131和第三通风口133的通风模式，以调节装置内的温度，从而确保装置内的植物所处生长环境的温度与其生长状态相适应。
优选地，控制单元110基于植物生长状态和装置内植物生长环境的温度生成的温度调节指令发送至气流循环单元130。响应于温度调节指令之收到，气流循环单元130的第一通风口131和第三通风口133通过第一通风模式和第二通风模式的切换对装置内植物生长环境的温度，特别是属于植物茎叶生长环境的空气温度进行调节。
现有植物工厂的通风系统其产生的气流在靠近植物处常常因植株的阻挡而导致流速降低，特别是在植株密集种植的情况下，植株冠层以下的部位常常因为植株的相互遮挡导致叶片间的气流不足，不仅使得叶片表面的高温高湿空气滞留，使得植物的蒸腾作用下降引发烧心病，而且由于植物的光合作用，叶片附近的二氧化碳不断被消耗。由于植株冠层以下的部位的气流不足，使得叶片附近的二氧化碳得不到补充，从而降低了植物的光合作用效率，进而影响植物生长。
本实施例可以根据植物的高度增加位于植株冠层以下的第一通风口121和第二通风口122的气流流速，从而增加植株冠层以下的第一气流的流速。本实施例还可以通过设置在种植装置100底部的若干第三通风口123产生沿植株根系至植株冠层方向的第二气流，由于第二气流流向上，植物对气流的阻挡较少，第二气流可以带走植物叶片表面高湿高温的空气。优选地，本实施例通过第一气流和第二气流增加植物叶片间的气流流速，带走叶片表面高湿的空气，使得植物保持正常的蒸腾作用，进而降低植物烧心病的发病概率。
优选地，第三通风口133的管道连接有二氧化碳储存及释放系统140。在第三通风口133产生第二气流以带走植物叶片表面空气的情况下，二氧化碳储存及释放系统140释放二氧化碳并通过第三通风口133将二氧化碳输送至植物叶片附近。优选地，本实施例通过在第三通风口133的管道上连接二氧化碳储存及释放系统140的方式，利用第二气流将二氧化碳运送至植物叶片附近，以提高植物的光合作用效率，从而促进植物生长。
优选地，控制单元110对种植装置100中植物生长环境的温度调节至少包括加温操作。优选地，加温操作的实施方式如下，在种植装置100中植物的生长环境温度低于其生长适宜温度的情况下，控制单元110产生发送至液流循环单元120和/或气流循环单元130的加温指令。响应于加温指令之收到，液流循环单元120的水泵121泵送加热后的液体至输液管道122和/或气流循环单元130的第一通风口131和第三通风口133输送暖风至种植装置100内腔，从而增加植物生长环境的温度。
优选地，控制单元110对种植装置100中植物生长环境的温度调节还包括降温操作。优选地，降温操作的实施方式如下，在种植装置100中植物的生长环境温度高于其生长适宜温度的情况下，控制单元产生发送至液流循环单元120和/或气流循环单元130的降温指令。优选地，响应于降温指令之收到，液流循环单元120的水泵121泵送未经加热的液体至输液管道122和/或气流循环单元130的第一通风口131和第三通风口133输送冷风至种植装置100内腔，从而降低植物生长环境的温度。
优选地，控制单元110通过将摄像头111采集的图像确定植物所处的生长阶段，并得到该种植物在该生长阶段的能够促进其生长的环境温度值和需要进行温度调节的对象。
优选地，当控制单元110确定植物处于播种阶段，植物主要以种子形态存在时，控制单元110优先通过液流循环单元120调节植物生长环境的温度。换言之，植物主要以种子形态存在时，植物主体位于培养基质中，控制单元110通过与培养基质接触的液流循环单元120可以迅速传导培养基质的热量，从而调节培养基质的温度以适配植物的温度生长需求。
优选地，当控制单元110确定植物处于茎叶生长阶段，植物的茎、叶等器官构成植物主体时，控制单元110优先通过气流循环单元130调节植物生长环境的温度。当构成植物主体的茎、叶等器官在空气中成型时，控制单元110通过气流循环单元130对植物茎、叶等器官附近的空气进行置换，从而调节植物附近的空气温度以适配植物的温度生长需求。优选地，相较于通过培养基质在空气和输液管道122间传导热量的液流循环单元120，气流循环单元130可以更快捷地传导空气的热量。
控制单元110将通过温度传感器112获取植物实际生长环境的温度值与促进植物生长的环境温度值进行比较，以确定是否对植物生长环境的温度进行调节。
优选地，在需要增加培养基质温度的情况下，控制单元110产生加温指令并发送至液流循环单元120。响应于加温指令之收到，液流循环单元120的水泵121泵送加热后的液体至输液管道122，从而升高位于种植装置100底部的培养基质的温度，直至培养基质的温度与植物所需生长环境温度相适配。
优选地，在需要增加植物附近空气温度的情况下，控制单元110产生加温指令并发送至气流循环单元130。响应于加温指令之收到，气流循环单元130的第一通风口131和第三通风口133输送暖风至种植装置100内腔，将植物附近空气温度升高至生长所需值。
优选地，在需要降低培养基质温度的情况下，控制单元110产生降温指令并发送至液流循环单元120。响应于降温指令之收到，液流循环单元120的水泵121泵送未经加热的液体至输液管道122，输液管道122中未经加热的液体充当冷却液从培养基质中吸收热量，使得培养基质的温度降低。
优选地，在需要增加植物附近空气温度的情况下，控制单元110产生降温指令并发送至气流循环单元130。响应于降温指令之收到，气流循环单元130的第一通风口131和第三通风口133输送冷风至种植装置100内腔，从而降低植物生长环境的温度。
优选地，种植装置100种植的植物可以是小麦200。优选地，小麦的生长周期可以分为：浸种、播种、育苗和生长四个阶段。浸种阶段是指将小麦种子在20-50℃的水中浸泡8—24小时。播种阶段是指将吸水露白后的种子，播种到72孔的穴盘中，并置于黑暗处等待出苗。育苗阶段是指小麦出苗后将穴盘置于光照环境下培养，直至小麦株高超过5-15cm。生长阶段是指将小麦从穴盘中整体移至定植篮中进行培养。
优选地，当小麦处于播种阶段和育苗阶段时，小麦主要以种子形态存在于培养基质中，此时，影响小麦生长的环境温度是指基质的温度。优选地，当小麦处于营养生长阶段和生殖生长阶段时，小麦主要以禾苗形态存在，其大部位于空气中，此时，影响小麦生长的环境温度是指空气的温度。
优选地，在进行播种时，先在穴盘中铺设部分草炭基质，播种后，用草炭将穴孔填满、整平，而后用水将穴盘将透，置于黑暗处等待出苗，期间培养基质温度控制在14℃-16℃。优选地，在进行育苗时，培养基质温度控制在15-18℃。优选地，在生长培养时，空气温度控制在15-30℃。优选地，小麦200的生长阶段又可以以小麦200抽穗为标志分为营养生长阶段和生殖生长阶段。优选地，在小麦200未抽穗的营养生长阶段，空气温度控制在15-25℃。优选地，在小麦200抽穗后的生殖生长阶段，空气温度控制在25-30℃。
优选地，在使用本实施例的种植装置100种植小麦200时，除浸种步骤外，小麦200均位于种植装置100底部。优选地，当小麦200位于穴盘或定植篮中时，盛放小麦200的穴盘或定植篮被放置在种植装置100底部，并由种植装置100控制小麦200种植环境中的温度。
优选地，温度传感器112可以设置在种植装置100底部检测空气的温度也可以设置在穴盘或定植篮中对培养基质的温度进行检测。
优选地，摄像头111拍摄种植装置100底部区域中的图像，并将拍摄的图像传输至控制单元110。控制单元110对图像进行处理确认小麦200所处生长阶段并确定适宜其生长的温度。控制单元110通过温度传感器112获取小麦200所处环境的实际温度，并且控制单元110通过比较小麦200所处环境的实际温度与适宜其生长的温度来确定是否对植物所处环境中的温度进行调节。
优选地，控制单元110通过对图像进行处理确定小麦200当前处于生育周期中的某一生长阶段。优选地，当摄像头111采集的图像中不存在小麦200叶片时，小麦200处于播种阶段。当摄像头111采集的图像中可以观察到小麦200叶片但小麦200株高不超过5cm时，小麦200处于育苗阶段。当摄像头111采集的图像中的小麦200株高超过5cm但小麦200未抽穗时，小麦200处于营养生长阶段。当摄像头111采集的图像中可以观察到小麦200的麦穗时，小麦200处于生殖生长阶段。
优选地，当小麦200处于播种阶段和育苗阶段时，控制单元110通过设置在穴盘或定植篮中的温度传感器112对培养基质的温度进行检测。优选地，当培养基质的温度低于适宜其生长的温度时，控制单元110产生加温指令并发送至液流循环单元120。响应于加温指令之收到，液流循环单元120的水泵121泵送加热后的液体至输液管道122，从而升高位于种植装置100底部的培养基质的温度，直至培养基质的温度与小麦200所需生长环境温度相适配。
优选地，当培养基质的温度高于适宜其生长的温度时，控制单元110产生降温指令并发送至液流循环单元120。响应于降温指令之收到，液流循环单元120的水泵121泵送未经加热的液体至输液管道122，输液管道122中未经加热的液体充当冷却液从培养基质中吸收热量，使得小麦200的培养基质的温度降低。
优选地，当小麦200处于营养生长阶段和生殖生长阶段时，控制单元110通过设置在种植装置100底部的温度传感器112对空气温度进行检测。优选地，当空气温度低于适宜小麦200生长的温度时，控制单元110产生加温指令并发送至气流循环单元130。响应于加温指令之收到，气流循环单元130的第一通风口131和第三通风口133输送暖风至种植装置100内腔，将小麦200附近空气温度升高至生长所需值。
优选地，当空气温度高于适宜小麦200生长的温度时，控制单元110产生降温指令并发送至气流循环单元130。响应于降温指令之收到，气流循环单元130的第一通风口131和第三通风口133输送冷风至种植装置100内腔，从而降低小麦200植株附近的空气的温度。
优选地，在通过气流循环单元130对植株附近的空气的温度进行调节的同时，二氧化碳储存及释放系统140释放二氧化碳。优选地，二氧化碳储存及释放系统140释放的二氧化碳通过第三通风口133输送至小麦200植株附近，提高小麦200的光合作用效率，从而促进小麦200的生长。
优选地，气流循环单元130的第一通风口131和第三通风口133还设置有第三通风模式。优选地，在第三通风模式下的第一通风口131和第三通风口133不改变气体的温度。优选地，第一通风口131和第三通风口133在第三通风模式下，不参与小麦200植株附近的空气温度的调节，而是通过促进小麦200植株间的空气流动，补充小麦200植株附近的二氧化碳，确保其光合作用的正常进行。
优选地，在向小麦200冠层以下部位补充二氧化碳时，控制单元110基于摄像头111采集的图像确定小麦200冠层的高度并将小麦的高度数据发送至气流循环单元130。响应于小麦200冠层的高度数据之收到，气流循环单元130对各通风口的工作模式进行调节，使得种植装置100内的气流将补充的二氧化碳气体限制在小麦200冠层以下部位。优选地，气流循环单元130对各通风口工作模式的调节至少包括风速，风向，温度等参数中的一种或几种参数的调节。
优选地，第一通风口131和第三通风口133配置为出风口，第二通风口132配置为进风口。气流从第一通风口131和第三通风口133进入种植装置100内，并通过第二通风口132离开种植装置100内部。优选地，第一通风口131和第二通风口132形成在种植装置100内部横向流动的第一气流。
优选地，在向小麦200冠层以下部位补充二氧化碳时，种植装置100侧壁上高于小麦200冠层的高度的第一通风口131和第二通风口132的出风速度调整为第一风速；种植装置100侧壁上低于小麦200冠层的高度的第一通风口131和第二通风口132的出风速度调整为大于第一风速的第二风速。优选地，根据小麦200冠层的高度对种植装置100侧壁上设置的第一通风口131和第二通风口132的出风速度进行调整，使得小麦200冠层上下的横向气流出现气压差。优选地，小麦200冠层上方的第一气流气体流速大于小麦200冠层下方的第一气流气体流速，换言之，小麦200冠层上方的气压高于小麦200冠层下方的气压。优选地，本实施例通过在小麦200冠层上下形成气压差，使得经第三通风口133释放出的二氧化碳难以扩散至高气压区域(小麦200冠层上方区域)，从而将释放的二氧化碳限制在小麦200冠层以下部位，以补充小麦200叶片附近的二氧化碳，增加植物的光合作用效率，进而促进植物生长。
由于第一通风口131和第二通风口132均设置在种植装置100的侧壁上，必然会导致靠近第一通风口131和第二通风口132的小麦200受到的第一气流的影响效果强于远离第一通风口131和第二通风口132的小麦200。由于小麦200的生理特性使得其叶片间距较小，即，小麦200植株间的空隙较小不利于空气流动。
因此，仅依靠设置在种植装置100侧壁上的第一通风口131和第二通风口132难以确保第一气流可以穿过整个种植装置100中的小麦200的冠层下方，并且由于小麦200植株间的空隙较小，第一通风口131产生的第一气流不能迅速扩散，使得靠近第一通风口131的小麦200植株极易因受到高速气流的吹动而受到损伤，发生倒伏等情况，从而降低种植装置100中小麦200的良品率。
优选地，本实施例通过设置在壳体101内腔底部的第三通风口133产生纵向的第二气流。优选地，第二气流沿小麦200根部向小麦200冠层移动。优选地，第二气流的流向与小麦200叶片生长方向相同，第二气流可以对小麦的整个叶片施力使得小麦200叶片向植株中心靠拢，从而增加小麦200植株间的间隔，为第一气流在小麦200植株间地流通提供通道。
优选地，在向小麦200冠层以下部位补充二氧化碳时，释放二氧化碳的第三通风口133以第三风速出风。优选地，第三风速小于第二风速。优选地，第三通风口133产生的第二气流在增大小麦200植株间间隔的同时将二氧化碳释放至小麦200植株附近。基于在第二气流作用下增大的小麦200植株间间隔，低于小麦200冠层高度的第一通风口131和第二通风口132可以通过第一气流将第三通风口133二氧化碳扩散至整个小麦200冠层以下区域，从而对种植装置100中所有叶片进行光合作用所需的二氧化碳进行补充，避免因第三通风口133释放的二氧化碳滞留在第三通风口133附近导致远离第三通风口133的小麦无法补充二氧化碳，进而光合作用受阻，影响植株生长。
优选地，第一通风口131和第二通风口132的管路相互连通。优选地，从第二通风口132离开种植装置100的气体经过除湿后，重新经第一通风口131进入种植装置100。优选地，在向小麦200冠层以下部位补充二氧化碳时，随着时间的推移第一气流和第二气流中都携带有二氧化碳，从而避免靠近第一通风口131的小麦200因二氧化碳被第一气流带走而无法补充。
优选地，二氧化碳储存及释放系统140还可以更换为营养液储存及雾化释放系统。优选地，控制单元110可以通过摄像头111采集的图像进行处理，从而确定小麦200生长的健康情况。优选地，当控制单元110判定小麦200生长的健康情况差需要补充营养液时，控制单元110发送营养液释放指令至营养液储存及雾化释放系统，营养液储存及雾化释放系统将营养液雾化后释放，并通过第三通风口133输送至小麦200植株附近，使得营养液直接与小麦200植株接触，从而实现营养液的精确送达。
优选地，二氧化碳储存及释放系统140还可以更换为杀虫液储存及雾化释放系统。优选地，控制单元110可以通过摄像头111采集的图像进行处理，从而确定小麦200的虫害情况。优选地，控制单元110还可以通过接入虫害防治信息网络，获取种植装置100所在地的虫害信息(特别是在温室大棚中使用本发明时)。优选地，当控制单元110根据小麦200的虫害情况和/或种植装置100所在地的虫害信息确定需要对小麦喷洒杀虫液进行虫害防治时，控制单元110发送杀虫液释放指令至杀虫液储存及雾化释放系统，杀虫液储存及雾化释放系统将营养液雾化后释放，并通过第三通风口133输送至小麦200植株附近，使得杀虫液直接作用在小麦200植株和小麦200培养基质上，从而实现对害虫的灭杀和预防。
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本实施例还提供一种植物工厂温控种植方法。优选地，植物工厂温控种植方法至少包括：
通过控制单元110确定适宜植物生长的温度，并发送温度调节指令至液流循环单元120或气流循环单元130以调节种植装置100内的温度，从而确保装置内的植物所处环境的温度与其生长状态相适应；
将液流循环单元120设置在种植装置100壳体内腔的底部，通过热传导的方式调节植物所处生长环境的温度；
利用气流循环单元130在壳体内腔形成横向的第一气流和流动方向不同于第一气流的第二气流，并通过第一气流和/或第二气流对装置内腔进行通风换气，从而调节植物所处生长环境的温度。
优选地，植物工厂温控种植方法还包括：
通过摄像头111和温度传感器112采集植物生长状态和装置内的温度数据，并且将采集到的植物生长状态和装置内的温度数据传输至控制单元110；
控制单元110基于的植物生长状态确定其生长环境及适宜其生长的温度范围，再根据装置内的温度数据对种植装置100中植物的生长环境进行温度调节。
优选地，本发明通过获取植物的生长状态，确定适宜其生长的温度，然后判断现有生长环境温度是否适宜其生长，若现有生长环境温度不适合植物的生长则对环境温度进行调节，从而使得环境温度始终处于适宜植物生长的温度。优选地，本发明在除湿时，通过在壳体内腔中横向流动的第一气流以及第二气流确保植物叶片间的气流充足，从而在降低温度的同时补充叶片表面空气中的二氧化碳，使得植物可以正常进行光合作用。
优选地，摄像头111和温度传感器112通过有线或无线的方式与控制单元110建立通讯连接。控制单元110通过将摄像头111采集的图像与数据库中的数据进行对比，以确定相应植物的种类和在该植物生育周期中所处的生长阶段，并得到该种植物在该生长阶段的能够促进其生长的环境温度值。控制单元110将通过温度传感器112获取植物实际生长环境的温度值与促进植物生长的环境温度值进行比较，以确定是否对植物生长环境的温度进行调节，从而实现对植物生长环境温度的动态调节。优选地，植物在某一生长阶段能够促进其生长的温度值可以是定值，也可以是一个温度范围。优选地，温度传感器112可以设置在植物培养基质中，也可以设置在种植装置100底部检测种植装置100中空气的温度。
参见图3，优选地，液流循环单元120至少包括水泵121和输液管道122。输液管道122铺设范围覆盖种植装置100底部的种植区域。响应于温度调节指令之收到，水泵121向输液管道122泵送液体，以调节植物所处生长环境的温度。优选地，水泵121至少设置有泵送经过加热的液体的第一泵送模式和泵送未经加热的液体的第二泵送模式。
优选地，气流循环单元130至少包括设置在壳体侧壁的若干第一通风口131和若干第二通风口132。优选地，若干第一通风口131所在的侧壁与若干第二通风口132所在的侧壁相对设置。气流循环单元通过第一通风口131在壳体内腔产生横向流动的第一气流，第一气流从第一通风口131流出经过壳体内腔后，从第二通风口132离开种植装置100。
优选地，气流循环单元130还包括设置在壳体101内腔底部的位于输液管道122间的若干第三通风口133。气流循环单元130通过第三通风口133向在靠近壳体101内腔底部位置处形成纵向的第二气流。第二气流和第一气流能够从第二通风口132离开壳体101内腔，对种植装置100内外进行气体交换，从而调节植物生长环境的温度。
控制单元110将通过温度传感器112获取植物实际生长环境的温度值与促进植物生长的环境温度值进行比较，以确定是否对植物生长环境的温度进行调节。
优选地，在需要增加培养基质温度的情况下，控制单元110产生加温指令并发送至液流循环单元120。响应于加温指令之收到，液流循环单元120的水泵121泵送加热后的液体至输液管道122，从而升高位于种植装置100底部的培养基质的温度，直至培养基质的温度与植物所需生长环境温度相适配。
优选地，在需要增加植物附近空气温度的情况下，控制单元110产生加温指令并发送至气流循环单元130。响应于加温指令之收到，气流循环单元130的第一通风口131和第三通风口133输送暖风至种植装置100内腔，将植物附近空气温度升高至生长所需值。
优选地，在需要降低培养基质温度的情况下，控制单元110产生降温指令并发送至液流循环单元120。响应于降温指令之收到，液流循环单元120的水泵121泵送未经加热的液体至输液管道122，输液管道122中未经加热的液体充当冷却液从培养基质中吸收热量，使得培养基质的温度降低。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。
Claims (10)
1.一种植物工厂温控种植装置，至少包括壳体(101)，所述壳体(101)内腔构成植物种植空间，其特征在于，
所述种植装置还包括控制单元(110)、液流循环单元(120)和气流循环单元(130)，其中，
所述控制单元(110)基于植物生长状态和装置内植物生长环境的温度生成发送至所述液流循环单元(120)和/或气流循环单元(130)的温度调节指令，以调节所述装置内植物生长环境的温度，从而确保装置内的植物所处生长环境的温度与其生长状态相适应；其中，
所述液流循环单元(120)，其设置在所述壳体(101)底部，并且其被配置为能够通过热传导的方式调节植物所处生长环境的温度；
所述气流循环模块(130)，其被配置为能够在所述壳体(101)内腔形成横向的第一气流和流动方向不同于所述第一气流的第二气流，并通过所述第一气流和/或所述第二气流对装置内腔进行通风换气，从而调节植物所处生长环境的温度。
2.根据权利要求1所述的植物工厂温控种植装置，其特征在于，所述液流循环单元(120)至少包括水泵(121)和输液管道(122)；所述输液管道(122)铺设范围覆盖种植装置底部的种植区域；响应于所述温度调节指令之收到，所述水泵(121)向所述输液管道(122)泵送液体，以调节植物所处生长环境的温度，其中，
所述水泵(121)至少设置有泵送经过加热的液体的第一泵送模式和泵送未经加热的液体的第二泵送模式。
3.根据权利要求1或2所述的植物工厂温控种植装置，其特征在于，所述气流循环单元(130)至少包括设置在所述壳体侧壁的若干第一通风口(131)和若干第二通风口(132)，其中，若干第一通风口(131)所在的侧壁与若干第二通风口(132)所在的侧壁相对设置；
所述气流循环单元通过所述第一通风口(131)在所述壳体内腔产生横向流动的第一气流，所述第一气流从所述第一通风口(131)流出经过所述壳体内腔后，从所述第二通风口(132)离开所述种植装置。
4.根据权利要求1～3任一项所述的植物工厂温控种植装置，其特征在于，所述气流循环单元(130)还包括设置在所述壳体(101)内腔底部的位于所述输液管道(122)间的若干第三通风口(133)；
所述气流循环单元(130)通过所述第三通风口(133)向所述在靠近所述壳体(101)内腔底部位置处形成纵向的第二气流，所述第二气流和所述第一气流能够从所述第二通风口(132)离开所述壳体(101)内腔，对所述种植装置内外进行气体交换，从而调节植物生长环境的温度。
5.根据权利要求1～4任一项所述的植物工厂温控种植装置，其特征在于，所述第一通风口(131)和所述第三通风口(133)均设置有输送暖风的第一通风模式和输送冷风的第二通风模式；
所述控制单元(110)能够基于植物生长状态及其生长环境的温度确定所述第一通风口(131)和所述第三通风口(133)的通风模式，以调节所述装置内的温度，从而确保装置内的植物所处生长环境的温度与其生长状态相适应。
6.根据权利要求1～5任一项所述的植物工厂温控种植装置，其特征在于，所述控制单元(110)分别通过摄像头(111)和温度传感器(112)采集植物生长状态和装置内的温度数据；
所述摄像头(111)和所述温度传感器(112)通过有线和/或无线的方式将采集到的植物生长状态和装置内的温度数据传输至所述控制单元(110)；
所述控制单元(110)基于所述的植物生长状态确定其生长环境及适宜其生长的温度范围，再根据装置内的温度数据对所述种植装置中植物的生长环境进行温度调节。
7.根据权利要求1～6任一项所述的植物工厂温控种植装置，其特征在于，所述控制单元(110)对所述种植装置中植物生长环境的温度调节至少包括加温操作；
所述加温操作的实施方式如下，在种植装置中植物的生长环境温度低于其生长适宜温度的情况下，所述控制单元(110)产生发送至所述液流循环单元(120)和/或所述气流循环单元(130)的加温指令，响应于所述加温指令之收到，所述液流循环单元(120)的所述水泵(121)泵送加热后的液体至所述输液管道(122)和/或所述气流循环单元(130)的所述第一通风口(131)，所述第三通风口(133)输送暖风至所述种植装置内腔，从而增加植物生长环境的温度。
8.根据权利要求1～7任一项所述的植物工厂温控种植装置，其特征在于，所述控制单元(110)对所述种植装置中植物生长环境的温度调节还包括降温操作；
所述降温操作的实施方式如下，在种植装置中植物的生长环境温度高于其生长适宜温度的情况下，所述控制单元产生发送至所述液流循环单元(120)和/或所述气流循环单元(130)的降温指令，响应于所述降温指令之收到，所述液流循环单元(120)的所述水泵(121)泵送未经加热的液体至所述输液管道(122)和/或所述气流循环单元(130)的所述第一通风口(131)和所述第三通风口(133)输送冷风至所述种植装置内腔，从而降低植物生长环境的温度。
9.一种植物工厂温控种植方法，其特征在于，所述能够调控温度的种植方法至少包括：
通过控制单元(110)确定适宜植物生长的温度，并发送温度调节指令至液流循环单元(120)或气流循环单元(130)以调节种植装置内的温度，从而确保装置内的植物所处环境的温度与其生长状态相适应；
将所述液流循环单元(120)设置在所述种植装置壳体内腔的底部，通过热传导的方式调节植物所处生长环境的温度；
利用所述气流循环单元(130)在所述壳体内腔形成横向的第一气流和流动方向不同于所述第一气流的第二气流，并通过所述第一气流和/或所述第二气流对装置内腔进行通风换气，从而调节植物所处生长环境的温度。
10.根据权利要求9所述的植物工厂温控种植方法，其特征在于，所述植物工厂温控种植方法还包括：
通过摄像头(111)和温度传感器(112)采集植物生长状态和装置内的温度数据，并且将采集到的植物生长状态和装置内的温度数据传输至所述控制单元(110)；所述控制单元(110)基于所述的植物生长状态确定其生长环境及适宜其生长的温度范围，再根据装置内的温度数据对所述种植装置中植物的生长环境进行温度调节。
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