CN116326468A - 一种带有雾培功能的植物种植系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有雾培功能的植物种植系统及使用方法，该植物种植系统包括育苗模块、生长模块和监测模块，与监测模块通讯连接的中控模块能够基于采集的图像信息判断植物的生长阶段，中控模块能够针对生长阶段发生改变的植物对生长模块的培育环境进行调节，生长模块能够接收育苗模块中的由第一阶段转向第二阶段的植物，其中，生长模块的培育环境至少由雾化部件提供，雾化部件的运行参数基于中控模块的控制信号调节。所述植物种植系统的使用方法包括如下步骤：构建培育环境；培养环境监测；阶段交替判断。

Description

一种带有雾培功能的植物种植系统及使用方法

技术领域

本发明涉及植物种植技术领域，尤其涉及一种带有雾培功能的植物种植系统及使用方法。

背景技术

雾培，又称气雾栽培，是一种新型的栽培方式，它是利用喷雾装置将营养液雾化为小雾滴状，直接喷射到植物根系以提供植物生长所需的水分和养分的一种无土栽培技术。

CN110178717A公开了全密封植物营养雾培装置及其植物雾培方法，解决了现有植物营养雾培装置植物营养不全面，且病虫害容易扩散，雾培箱内部气体未进行循环利用造成浪费的问题。该发明包括雾培箱，栽培板将雾培箱分隔成光合雾培箱和根际雾培箱，分别为茎叶和根际提供所需的不同的营养雾，并分开收集重复利用，该发明设置可自由切换的单向循环模式和完全内循环模式，单向循环模式可实现净化空气的进入和茎叶对根际产生二氧化碳的利用，完全内循环模式可实现根部产生的二氧化碳运送至植物茎叶加速光合作用，并将茎叶通过光合作用产生的氧气运送至根部进行呼吸作用。该发明具有植物营养全面，全密封，植物感染风险低，雾培箱内部气体循环利用等优点。

但现有技术并未考虑植物培育过程中处在不同生长阶段的植物需要不同的培育环境，而不同生长阶段的交替时间也需要通过精确的监测和分析才能够实现准确的判断，进而才能够及时地完成植物的移植或培育环境的调节，同时在对培育环境进行调节时，如何根据所培育植物的品种及生长阶段来更合理地调节雾培环境的相关参数也是雾培领域中需要解决的技术问题，尤其是对于具有不同根部生长优势方向的植物而言，采用同样运行参数的雾培单元势必不能为不同种类的植物提供精确的培育环境，从而降低了植物种植系统的灵活性。

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

针对现有技术之不足，本发明提供了一种带有雾培功能的植物种植系统及使用方法，以至少解决上述技术问题。

本发明公开了一种带有雾培功能的植物种植系统，其包括：育苗模块，用于对处在第一阶段的植物进行培育；生长模块，用于对经育苗模块培育后的育苗植株进行雾培；监测模块，对育苗模块和/或生长模块中所培育植物的当前生长状态及环境参数进行采集。优选地，当前生长状态是指能够表征被执行数据采集的育苗植株在整个生长历程中所处的位置，通常可以用植物的生长阶段来表示，即将育苗植株的整个生长历程划分为若干阶段，例如第一阶段(育苗期)、第二阶段(营养生长期)、第三阶段(生殖生长期)等不同阶段，以通过监测模块获取的针对任一育苗植株的图像信息，来判断育苗植株所处的生长阶段。优选地，环境参数是指能够反映育苗植株所处生长环境情况的参数，其中，环境参数可至少包括光照、温度、湿度。

优选地，与监测模块通讯连接的中控模块能够基于采集的图像信息判断植物的生长阶段，中控模块能够针对生长阶段发生改变的植物对生长模块的培育环境进行调节，生长模块能够接收育苗模块中的由第一阶段转向第二阶段的植物，其中，生长模块的培育环境至少由雾化部件提供，雾化部件的运行参数基于中控模块的控制信号调节。

优选地，通过监测模块可快速获取育苗模块和/或生长模块中所培育植物的当前生长状态的图像信息，以使得中控模块可以对图像信息进行分析后得到植物的当前生长阶段，并在植物由当前生长阶段转向下一生长阶段时及时输出控制信号以将当前培育环境更换或调节至适于下一生长阶段的培育环境，以保证植物培育的连贯性，并结合植物种植系统的雾培功能以实现植物培育周期的大幅缩短。

根据一种优选实施方式，雾化部件通过雾化喷嘴将营养液以分散成雾化颗粒的形式喷洒于生长模块的培育仓的内部空间，其中，培育仓的内部空间被生长板划分为充斥有营养液雾化颗粒的雾培区域和能够接收到光照的照明区域，以使得经育苗模块培育后的育苗植株在转移至生长模块时能够使育苗植株以穿过开设于生长板上的种植孔的方式将两端分别置于雾培区域和照明区域。

优选地，生长板可被放置于培育仓中，以通过培育仓为生长板上设置的若干定植器中培养的育苗植株提供雾培环境，其中，根据生长板的不同规格，在培育仓中可放置一个或多个生长板，以使得培育仓的敞口被生长板几乎完全覆盖，从而在培育仓中限定出大致呈密封状态的雾培区域，在生长板的相对另一侧限定出可接受光照的照明区域。进一步地，培养于定植器中的育苗植株可以将其根部穿过种植孔，从而使得根部可进入并悬空于雾培区域。优选地，培育仓可大致呈其中一侧具有敞口的立方体结构，培育仓限定的雾培区域具有一定的高度，以用于容纳可执行喷雾操作的雾化部件，从而使得在雾培区域中执行喷雾操作的雾化部件可以为悬空于雾培区域的育苗植株的根部提供雾培环境。进一步地，生长板以定植器的延伸方向朝向雾培区域的方式放置于培育仓的敞口处，其中，定植器的延伸方向是定植器连接于对应的种植孔的一端指向相对另一端的方向。可选地，培育仓也可呈梯形体、圆柱体、棱柱、棱锥、棱台、圆台等结构。

根据一种优选实施方式，雾化喷嘴通过分配管与进液管连通，以通过进液管从供液槽中引入配制好的营养液，其中，供液槽通过出液管从培育仓中引出沉积的营养液。

优选地，在雾培区域执行喷雾操作的雾化部件可包括一个或多个雾化喷嘴，其中，雾化部件的配置数量可根据培育仓的大小及植物的品种等因素确定，以适应于不同的雾培场景。雾化喷嘴的配置方式可基于所培育植物根部的生长优势方向和相对的生长劣势方向而进行调节，以适应于不同植物的品种。进一步地，多个雾化喷嘴可在培育仓的雾培区域中均匀配置，以使得雾培环境相对稳定，其中，雾化喷嘴的设置位置至少可保证生长板中培养的育苗植株均可通过根部接收到雾化后的营养液。优选地，在雾化部件配置有多个雾化喷嘴时，雾化部件可通过分配管将引入的营养液分别传输至各雾化喷嘴，以满足各雾化喷嘴的喷雾需求，其中，分配管可通过固定栓与进液管密封地连通，以引入营养液。

根据一种优选实施方式，生长板在若干种植孔处设置有向雾培区域延伸的定植器，其中，定植器根据所培育植物的根部的生长优势方向和生长劣势方向而在侧壁开设有网孔。

进一步地，对于例如是南方小麦等以纵向为生长优势方向的植物，定植器侧壁的网孔可以开设在更靠近于生长板的部分区域，以弥补其生长劣势方向；反之，对于例如是北方小麦等以横向为生长优势方向的植物，定植器侧壁的网孔可以开设在更远离于生长板的部分区域，以弥补其生长劣势方向，按照上述设置方式，可以实现对育苗植株的根部的生长趋势进行把控。

根据一种优选实施方式，定植器与生长板活动连接，以使得定植器能够响应于中控模块的控制信号而调节开设于定植器侧壁上的开口朝向。

进一步地，在生长板上均设置上述带有开口的定植器时，不同位置的定植器可具有不同的设置方向，其中，定植器的设置方向受限于所对应的种植孔的开设位置、雾化喷嘴的安装位置及喷洒方向。优选地，具有开口的定植器可以将其开口朝向于雾化喷嘴设置，并可确保定植器的开口朝向与雾化喷嘴的喷洒方向对向，其中，所述“对向”可以是雾化喷嘴喷出的雾化颗粒沿既定的喷洒方向移动时能够穿过对应定植器的开口，以接触于培养在定植器中的植物的根部，即定植器的开口的开设方向大致可以与雾化颗粒的扩散方向垂直，或雾化颗粒的扩散方向中至少存在一个与定植器的开口的开设方向垂直的分向量。

根据一种优选实施方式，中控模块生成的控制信号能够发送至光照调节部件、温度调节部件、湿度调节部件中的一个或多个部件，以改变育苗模块和/或生长模块内的环境参数；中控模块生成的控制信号能够发送至定植器和/或雾化器，以调节植物在雾培环境中的生长状态。

根据一种优选实施方式，育苗模块配置的穴盘中容纳有经浸泡后吸水露白的植物种子，其中，植物种子播种于铺设有草灰基质的穴盘中，经水浸透的穴盘被放置于黑暗环境中。

本发明还公开了一种植物种植系统的使用方法，该植物种植系统采用前述任一植物种植系统，该植物种植系统的使用方法包括如下步骤：

构建培育环境：基于所培育植物的品种和生长阶段在育苗模块和生长模块中构建相应的培育环境；

培养环境监测：根据监测模块获取的环境参数信息对育苗模块和/或生长模块中的环境参数进行调节，其中，环境参数包括光照、温度、湿度；

阶段交替判断：根据监测模块获取的图像信息判断所培育植物在当前生长阶段与下一生长阶段之间的交替时间，从而便于调节相应的培育环境。

根据一种优选实施方式，在培养环境监测步骤中，通过驱动定植器旋转以改变定植器的开口朝向和/或驱动雾化器调节雾化参数，其中，雾化参数包括雾化颗粒喷出速度、雾化颗粒粒径大小、雾化工作时间、雾化间隔时间。

根据一种优选实施方式，配置包含多种运行模式以应对不同的电量情况的中控模块，其中，在电量供应不足的情况下，中控模块能够通过启动储能模块进行电能供应，并在电量供应紧缺或未知的情况下，以停用至少部分非必要部件的方式保证必要部件的运行。

附图说明

图1是本发明在一种优选实施方式中提供的植物种植系统的信号传输示意图；

图2是本发明在一种优选实施方式中提供的生长模块的局部结构示意图；

图3是本发明在一种优选实施方式中提供的雾化部件和供液部件的连接示意图；

图4是本发明在一种优选实施方式中提供的生长板的局部结构示意图。

附图标记列表

100：育苗模块；200：生长模块；300：监测模块；400：中控模块；210：培育仓；211：生长板；212：种植孔；213：定植器；220：雾化部件；221：雾化喷嘴；222：分配管；230：供液部件；231：进液管；232：出液管；233：供液槽；234：供液泵；235：分离器；410：光照调节部件；420：温度调节部件；430：湿度调节部件。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

图1是本发明在一种优选实施方式中提供的植物种植系统的信号传输连接示意图；图2是本发明在一种优选实施方式中提供的生长模块200的局部结构示意图；图3是本发明在一种优选实施方式中提供的雾化部件220和供液部件230的连接示意图；图4是本发明在一种优选实施方式中提供的生长板211的局部结构示意图。

实施例1

本发明公开了一种带有雾培功能的植物种植系统，其包括对应于植物种植第一阶段的育苗模块100和对应于植物种植第二阶段和第三阶段的生长模块200，其中，植物种植的第一阶段可以是育苗期，植物种植的第二阶段可以是营养生长期，植物种植的第三阶段可以是生殖生长期。按照上述方式设置的植物种植系统至少可以通过不同的模块培育处在不同阶段的植物。

优选地，育苗模块100配置有用于容纳植物种子的穴盘，其中，播种于穴盘中的种子可以是在水中经过浸泡后吸水露白后的种子。

优选地，穴盘可先铺设部分草炭基质，在植物种子播种后再用草炭将穴孔填满、整平，并可用水将穴盘浸透。

进一步地，播种后的穴盘可被放置于适宜的光照、温度、湿度条件下，以等待出苗，其中，适宜的光照条件优选为黑暗环境。

优选地，在种子出苗后可将穴盘置于光照环境下进行出苗育苗阶段的培养，以得到育苗植株。

优选地，在育苗模块100中配置的光照调节部件410、温度调节部件420和湿度调节部件430可以响应于中控模块400生成的控制信号而对环境参数进行调节，其中，中控模块400可基于监测模块300采集的当前环境参数与预设环境阈值之间的差值而生成用于调节的控制信号。进一步地，控制信号还可通过用户终端手动输入至控制单元。

进一步地，监测单元还可对穴盘中的育苗植株进行图像采集，以判断育苗植株的生长进程，其中，当育苗植株生长至设定株高时表明植物已度过第一阶段，可将育苗模块100中的育苗植株转移至生长模块200中，以进行第二阶段和第三阶段的培育。

优选地，生长模块200基于不同的植物类型可配置有不同规格的生长板211，其中，在大致呈平面结构的生长板211上间隔地开设有若干用于容纳育苗植株的种植孔212，各种植孔212之间的间距受限于植物的品种，以此形成不同规格的生长板211。进一步地，对于不同品种的植物，其生长过程中需要占用不同的生长空间，因此，生长板211在确定种植孔212的开设位置时至少能够保证植物具有足够的生长空间，即，任意两个相邻的种植孔212之间的间距至少是以保证培养于该两个种植孔212中的育苗植株在生长过程中互不干扰的形式设置的。

进一步地，在生长板211的各种植孔212处可配置有与种植孔212结构匹配的定植器213，其中，定植器213可以大致呈中空管状结构，其轴线方向可以与生长板211的铺设平面大致呈垂直的关系，以使得在将育苗植株转移至定植器213时定植器213的轴线方向可以大致与育苗植株的生长方向并行，育苗植株的生长方向可指代其根部的主要发展方向或其茎部的主要发展方向，育苗植株的根部的主要发展方向与其茎部的主要发展方向为并行且反向的关系。优选地，植物的根部和茎部可以分别在种植孔212的两侧沿各自的主要发展方向生长。

进一步地，定植器213的一端可以连接于对应的种植孔212，并使得定植器213的相对另一端可以沿与植物根部主要发展方向相同的方向设置，即在育苗植株转移至定植器213时，定植器213可以至少部分地对植物根部进行包覆，以使得定植器213可以在对育苗植株进行承托的同时，还可以对育苗植株的根部的生长趋势进行把控。

优选地，生长板211可被放置于培育仓210中，以通过培育仓210为生长板211上设置的若干定植器213中培养的育苗植株提供雾培环境，其中，根据生长板211的不同规格，在培育仓210中可放置一个或多个生长板211，以使得培育仓210的敞口被生长板211几乎完全覆盖，从而在培育仓210中限定出大致呈密封状态的雾培区域。进一步地，培养于定植器213中的育苗植株可以将其根部穿过种植孔212，从而使得根部可进入并悬空于雾培区域。优选地，培育仓210可大致呈其中一侧具有敞口的立方体结构，培育仓210限定的雾培区域具有一定的高度，以用于容纳可执行喷雾操作的雾化部件220，从而使得在雾培区域中执行喷雾操作的雾化部件220可以为悬空于雾培区域的育苗植株的根部提供雾培环境。进一步地，生长板211以定植器213的延伸方向朝向雾培区域的方式放置于培育仓210的敞口处，其中，定植器213的延伸方向是定植器213连接于对应的种植孔212的一端指向相对另一端的方向。可选地，培育仓210也可呈梯形体、圆柱体、棱柱、棱锥、棱台、圆台等结构。

优选地，大致呈中空管状结构的定植器213可以在管内的任意高度处设置网孔，以起到承托育苗植株的作用，其中，网孔的缝隙大小至少大于育苗植株的根部粗细且小于育苗植株的整体宽度，以使得育苗植株的根部可以从网孔的缝隙中穿过但育苗植株的茎叶部分将被阻隔于雾培区域之外。

进一步地，定植器213在侧壁的至少部分区域也可设置有网孔，基于不同的网孔设置方式，以形成多种规格的可适应于不同品种的植物的定植器213，其中，网孔设置在定植器213上的不同位置可引起育苗植株的根部的生长趋势的差异。

例如，当网孔开设在定植器213侧壁上靠近于生长板211的部分区域，育苗植株的部分根部能够以横向生长趋势大于纵向生长趋势的方式从该网孔的缝隙间伸出；当网孔开设在定植器213侧壁上远离于生长板211的部分区域，育苗植株的部分根部能够以纵向生长趋势大于横向生长趋势的方式从该网孔的缝隙间伸出，通过上述方法可以有效地把控育苗植株的根部的生长趋势，以避免育苗植株的根部过多地沿横向生长而引起相邻育苗植株的根部的缠绕，或避免育苗植株的根部过多地沿纵向生长而引起育苗植株的根部对雾化部件220喷洒路径的遮蔽。育苗植株的根部沿横向生长是指根部大致沿与生长板211并行的方向发展；育苗植株的根部沿纵向生长是指根部大致沿与生长板211垂直的方向发展，其中，上述记载的“大致”是指的根部沿该方向具有更大的发展趋势，而并非仅沿该方向进行单一发展，即育苗植株的根部在雾培环境下可同时完成沿横向和纵向的生长，且可基于网孔的设置方式和/或雾化部件220的喷雾方式实现对育苗植株的根部的生长趋势进行把控。

优选地，不同品种的植物在雾培环境下根部的发展趋势存在一定的生长优势方向和相对的生长劣势方向，例如，对于雾培环境下培养的小麦而言，南方小麦的根部纵向发展趋势相对更好，北方小麦的根部横向发展趋势相对更好，即对于南方小麦“纵向”为其生长优势方向，对于北方小麦“横向”为其生长优势方向，其中，南方小麦可以指代长江中下游麦区的品种，例如扬麦；北方小麦可以指代黄淮麦区的品种，例如豫麦。

进一步地，对于例如是南方小麦等以纵向为生长优势方向的植物，定植器213侧壁的网孔可以开设在更靠近于生长板211的部分区域，以弥补其生长劣势方向；反之，对于例如是北方小麦等以横向为生长优势方向的植物，定植器213侧壁的网孔可以开设在更远离于生长板211的部分区域，以弥补其生长劣势方向，按照上述设置方式，可以实现对育苗植株的根部的生长趋势进行把控。

优选地，在雾培区域执行喷雾操作的雾化部件220可包括一个或多个雾化喷嘴221，其中，雾化部件220的配置数量可根据培育仓210的大小及植物的品种等因素确定，以适应于不同的雾培场景。雾化喷嘴221的配置方式可基于所培育植物根部的生长优势方向和相对的生长劣势方向而进行调节，以适应于不同植物的品种。进一步地，多个雾化喷嘴221可在培育仓210的雾培区域中均匀配置，以使得雾培环境相对稳定，其中，雾化喷嘴221的设置位置至少可保证生长板211中培养的育苗植株均可通过根部接收到雾化后的营养液。优选地，在雾化部件220配置有多个雾化喷嘴221时，雾化部件220可通过分配管222将引入的营养液分别传输至各雾化喷嘴221，以满足各雾化喷嘴221的喷雾需求，其中，分配管222可通过固定栓与进液管231密封地连通，以引入营养液。

优选地，进液管231可穿过开设于培育仓210一侧的连通入口，以连接于储存有营养液的供液部件230，其中，进液管231与连通入口的相接处做密封处理，以防止培育仓210中的液体从进液管231与连通入口之间的缝隙外溢而出。进一步地，供液部件230可至少包括供液槽233和供液泵234，以通过供液泵234提供的动力将供液槽233中储存的营养液通过进液管231输送至雾化部件220。优选地，供液槽233中储存的工作营养液可包括第一营养液和/或第二营养液，其中，第一营养液为外部补充的营养液；第二营养液为回收利用的营养液。进一步地，雾化部件220在雾培区域中执行喷雾操作时，部分雾化颗粒可吸附在植物根部被吸收，而剩余部分的雾化颗粒由于重力作用而沿重力方向下落至培育仓210远离于育苗植株的底部，并可通过开设于培育仓210一侧的连通出口流出，其中，连通出口可与出液管232密封连接，以使得从连通出口流出的营养液可以作为第二营养液被引入至供液槽233中。随着第二营养液的不断循环，原始加入的营养液会不断地被消耗，因此需要及时地向供液槽233中补充第一营养液，以使得第一营养液与第二营养液在供液槽233中混合后的配方和组分可满足植物生长的需要。

优选地，进入雾化部件220的工作营养液的配方能够以霍格兰营养液配方为基础，并根据植物的品种和植物生长的阶段加入一种或多种添加剂。进一步地，进入雾化部件220的营养液需要对EC值和pH值进行严格控制，其中，EC值是用来测量溶液中可溶性盐浓度的，高浓度的可溶性盐类会使植物受到损伤或造成植株根系的死亡；pH值是用来表征溶液中氢离子浓度的，植物需要在适宜的酸碱度条件下才能够正常生长。

优选地，在进液管231和/或出液管232上可配置有分离器235，以去除粒径较大的悬浮颗粒物，尤其是用于去除第二营养液中悬浮的大粒径颗粒物，从而避免雾化喷嘴221的堵塞，以达到延长雾化部件220使用寿命及减少维护成本的目的。可选地，分离器235可采用筛网过滤、微滤膜过滤、超滤膜过滤、纳滤膜过滤、反渗透膜过滤、渗透蒸发膜过滤、离子交换膜过滤中的一种或多种。优选地，相对于筛网过滤，过滤膜的分离效果相对更好，使得进入雾化部件220的工作营养液中悬浮物更少。

优选地，在分离器235的流程上游或流程下游可配置有消毒器，以实现对营养液，尤其是对第二营养液的消毒。可选地，消毒器可采用紫外线消毒、热消毒、电离辐射消毒中的一种或多种。优选地，采用紫外线消毒的消毒器可以在不产生其他杂质、不发生不必要的化学反应、不大幅度地改变营养液温度的情况下获得较好的消毒效果，以避免消毒过程对植物的正常生长产生负面的影响。进一步地，采用紫外线消毒的消毒器可选择低压紫外线消毒、中压紫外线消毒和高压紫外线消毒中的一种或多种。

优选地，供液部件230还可配置有用于获取营养液中组分及含量的检测器，以基于待返回的第二营养液中的组分及含量判断其对于工作营养液的组分和含量的影响，从而便于调控第一营养液的投入量。

优选地，雾化喷嘴221在将营养液雾化后喷洒在雾培区域时，定植器213中植物的根部可以从网孔和/或开设于定植器213侧壁上的开口接收营养液，其中，定植器213的侧壁可以呈周向不完全闭合的结构，即定植器213的横向截面可以呈不闭合的弧形形状。

进一步地，在生长板211上均设置上述带有开口的定植器213时，不同位置的定植器213可具有不同的设置方向，其中，定植器213的设置方向受限于所对应的种植孔212的开设位置、雾化喷嘴221的安装位置及喷洒方向。优选地，具有开口的定植器213可以将其开口朝向于雾化喷嘴221设置，并可确保定植器213的开口朝向与雾化喷嘴221的喷洒方向对向，其中，所述“对向”可以是雾化喷嘴221喷出的雾化颗粒沿既定的喷洒方向移动时能够穿过对应定植器213的开口，以接触于培养在定植器213中的植物的根部，即定植器213的开口的开设方向大致可以与雾化颗粒的扩散方向垂直，或雾化颗粒的扩散方向中至少存在一个与定植器213的开口的开设方向垂直的分向量。

优选地，对于设置有开口的定植器213，其侧壁的网孔可优选地开设在靠近于开口的区域，以使得育苗植株的根部可以在开口附近区域接收到相对更多的营养液，也可基于植物根部向水生长的固有特性而限制其根部沿朝向雾化喷嘴221的方向发展，从而避免位于相邻种植孔212的多株植物的根部发生缠绕。进一步地，定植器213侧壁的网孔也能够以非均匀间隙的方式设置，其中，在远离开口的区域设置的网孔可相比于靠近开口的区域设置的网孔具有更大的密集程度，以使得在不过度干预育苗植株根部发展趋势的情况下，以网孔的间隙大小及开口的开设方向隐匿地引导植物使其根部沿预期的方向发展。

优选地，生长模块200也配置有光照调节部件410、温度调节部件420和湿度调节部件430可以响应于中控模块400生成的控制信号而对环境参数进行调节。进一步地，中控模块400还可将控制信号发送至雾化部件220和/或定植器213，以调节雾化环境和/或植物种植状态。

优选地，雾化部件220可以基于中控模块400输出的控制信号而调节雾化喷嘴221的工作参数，其中，雾化喷嘴221的工作参数可至少包括各个雾化喷嘴221在培育仓210的雾培区域中的设置位置，即雾化喷嘴221的设置位置可调。进一步地，雾化喷嘴221的工作参数还可包括雾化颗粒喷出角度、雾化颗粒喷出速度、雾化颗粒粒径大小、雾化工作时间、雾化间隔时间等，其中，上述参数可以作为次要因素而受设置位置这一主要因素的影响而适应性调整。

优选地，在雾化喷嘴221的设置位置被确定时，中控模块400可基于各雾化喷嘴221在培育仓210中的相对空间位置而调整例如是旋角、仰角等参数而对雾化颗粒喷出角度进行调节，其中，旋角可以是雾化喷嘴221在横向方向上旋转的角度，仰角可以是雾化喷嘴221在纵向方向上俯仰的角度。优选地，雾化颗粒喷出速度、雾化颗粒粒径大小、雾化工作时间、雾化间隔时间等因素还可基于植物的品种及当前生长阶段而确定。

优选地，设置有开口的定植器213能够活动连接于生长板211，其中，上述“活动连接”可以是指任一定植器213可以在生长板211上转动以调整其开口朝向。优选地，定植器213至少是以限制育苗植株的根部按照悬空生长的方式设置网孔的，即在定植器213中的育苗植株以根部不贴附生长板211发展的方式度过生长阶段，以避免根部贴附生长板211生长后不利于定植器213的旋转，同时还可使得育苗植株的根部对雾化营养液具有更大的接触面积，从而促进育苗植株的生长。进一步地，驱动定植器213旋转的指令至少是中控模块400基于雾化喷嘴221调整后的设置位置而下达的，即中控模块400可基于雾化喷嘴221调整后的设置位置与各定植器213的开口朝向，驱动定植器213以开口大致对向于与其空间距离最近的雾化喷嘴221，其中，定植器213的具体开口朝向还需要根据当前植物生长状态进行确定，使得在定植器213中培育的植物缺少营养液时能够将开口直接对向于雾化喷嘴221设置，以保证营养液与育苗植株根部的接触；也使得在定植器213中培育的植物富余营养液时能够将开口至少部分地侧向于雾化喷嘴221设置，以避免过多的营养液造成育苗植株的烂根。

进一步地，生长模块200内的光照调节部件410可以配置于植物的纵向上的顶部，并以一定的光强、光质和光周期为植物提供光照，其中，定植器213的旋转可以带动整株植物的旋转，以此使得旋转后的定植器213中的植物被照射的角度发生改变，以避免因叶片遮挡而存在某些长期无法接收到光照的部位而影响整株植物正常生长的情况发生，即通过定植器213的旋转，不仅增加了植物根部接收营养液的量，还可提高照明单元的光照效果，以分别从植物的两端同时提高植物的生长效率，从而实现生长模块200对植物进行高质高效的培育。

优选地，基于对雾化喷嘴221和定植器213结构参数的调整，使得被喷出的营养液可以被更高效地利用，例如，对于靠近培育仓210侧壁的雾化喷嘴221，中控模块400能够使该雾化喷嘴221以减少营养液朝向侧壁的喷出量的方式调节其结构参数，以避免过多的雾化颗粒在侧壁凝结成大颗液滴而直接滑落至培育仓210底部，从而使得开口朝向于该雾化喷嘴221的定植器213可以接收到更多的雾化颗粒；对于处在培育仓210相对中心的雾化喷嘴221，中控模块400能够使该雾化喷嘴221以覆盖其所“负责”的所有定植器213的方式调节其结构参数，以保证营养液的合理分配。

进一步地，中控模块400可以基于生长模块200中当前植物生长状态而对各雾化喷嘴221进行赋能，被赋能后的各雾化喷嘴221可以确定其所“负责”的定植器213，其中，任一定植器213可以被至少一个雾化喷嘴221所“负责”，对于被多个雾化喷嘴221“负责”的定植器213，中控模块400可针对该定植器213拟定各雾化喷嘴221的基础负责比例，再基于相对空间距离、定植器213的开口大致朝向、当前植物生长状态等参数对负责比例进行校准调节，以此形成指示雾化部件220及定植器213调节的控制信号，从而使得雾化部件220所制造的雾培环境可以满足各定植器213中育苗植株的生长所需。例如，对于某一个被N个雾化喷嘴221“负责”的定植器213而言，各雾化喷嘴221的基础负责比例可以均为/N或其他的基于大数据的自动赋值或其他的基于人工输入的手动赋值，中控模块400在得到基础负责比例的基础上，对于相对空间距离更近的、喷出方向与定植器213开口大致对向的和/或喷出路径基本不被阻挡的雾化喷嘴221调节至更大的负责比例，而反之的部分雾化喷嘴221在对于该定植器213调小负责比例的同时，可以在其他定植器213的设定校准过程中被调大负责比例，以平衡各雾化喷嘴221的工作效用，以此实现雾化部件220按照获取收益最大化的方式进行工作，其中，若任一雾化喷嘴221的负责比例被持续地调大或调小，上述情况均为非正常的配置方式，中控模块400可对于雾化喷嘴221和/或定植器213结构参数进行较大范围的调整，以避免单一雾化喷嘴221被过大或过小的利用，从而保证各定植器213中的育苗植株均可被满足。

优选地，由于植物生长的第二阶段和第三阶段均可以在生长模块200中完成培育，因此第二阶段与第三阶段的交替需要由监测模块300对生长模块200中的各育苗植株进行实时精准的监测，以使得中控模块400可以基于监测数据而判断植物生长阶段的交替，从而完成对生长模块200中光照调节部件410、温度调节部件420、湿度调节部件430、雾化部件220和/或定植器213的调节。

优选地，监测模块300采集的当前植物图像信息可发送至中控模块400，以判断当前植物的生长阶段，其中，中控模块400在判断植物由第一阶段生长至第二阶段时可以输出移栽指令，即指示可将植物由育苗模块100转移至生长模块200；中控模块400在判断植物由第二阶段生长至第三阶段时可以输出调控指令，即指示生长模块200内的培育环境应按照第三阶段的要求而调节。

进一步地，监测模块300可获取植物前下视序列图像，以使得中控模块400可通过图像处理及信息汇总来利用其图像特征准确地判断所培育植物的生长阶段的交替时间。

优选地，中控模块400对植物的生长阶段交替时间的判断可包括学习期和监测期，以使得监测期可基于学习期建立的评判标准来完成判断过程。

优选地，由于采用雾培的方式培养植物时，其根部都生长在空气中，因此其缓冲性极差，本发明的植物种植系统配置的储能模块可以应对停电等电能供应中断的情况，以避免植物因喷雾的中断而发蔫甚至死亡的情况发生。进一步地，储能模块可采用常规的蓄电设备，以储存若干用于应急的电能，其中，电能的储存量受限于蓄电设备的配置参数，即配置越高的蓄电设备可储存更多的电能，但安装及运行成本同步增加。因此，蓄电设备的规模通常是基于植物种植系统的规模而确定的，且具有同向的变化趋势。换言之，可储存越多电能的蓄电设备也通常应用于耗电量更大的植物种植系统中，在停电等电能供应中断的情况发生时，中控模块400都需要进行严格的电量控制，以保证植物的正常生长。

优选地，中控模块400可包含多种运行模式以应对不同的电量情况。优选地，中控模块400可以在电量供应充足的情况下处于第一运行模式，在该运行模式下所有用电设备可以正常工作且受中控模块400控制信号的调控，电量供应充足可以是正常供电或临时的短暂跳匝并可迅速恢复等供应的电量足够满足运行消耗的情况；中控模块400可以在电量供应不足的情况下处于第二运行模式，电量供应不足可能是停电引起的，需要通过储能模块提供电能以保证植物种植系统的运行，在该运行模式下中控模块400可基于供应电量与消耗电量的对应关系而预测可应急时间，根据可应急时间与通知的停电时间之间的关系确定第二运行模式下继续工作和停止工作的部件，例如，在通知的停电时间稍微地超出可应急时间的情况下，中控模块400可指示部分例如是用于调节雾化喷嘴221和定植器213结构参数的非必要部件停止工作，以使得电量足以支撑至恢复供电；中控模块400可以在电量供应紧缺或未知的情况下处于第三运行模式，电量供应紧缺可以是通知的停电时间大幅度地超出可应急时间，或通知的停电时间被临时延长等由第二运行模式转向第三运行模式的情况，电量供应未知可以是未通知明确的停电时间或因不可抗力的因素而无法得知明确的恢复时间等情况，在该运行模式下中控模块400将几乎所有电量调配给例如是供液部件230等关乎植物存亡的必要部件，并可向工作人员发出警告，以提醒工作人员及时做出应对，例如可以调用可移动的蓄电设备来填补电能空缺。

进一步地，由于光照调节部件410是以光期与暗期交替的方式执行照明操作的，即光照调节部件410在光期与暗期的耗电量不同；而且不同生长阶段的植物所需的光照参数(光照强度、光周期和/或光质配比)也不同，同样会引起光照调节部件410在工作时的不同耗电量。因此，光照调节部件410的耗电情况可能至少会出现二阶段光期耗电、二阶段暗期耗电、三阶段光期耗电、三阶段暗期耗电，其中，暗期通常为停止提供光源，即二阶段暗期耗电和三阶段暗期耗电通常为无消耗。因此对于不同阶段的光期耗电，可根据中控模块400的运行模式而选择适宜的光照参数。

例如，中控模块400在处于第二运行模式时，可以平衡雾化部件220与光照调节部件410的耗电比例，即处于光期的光照调节部件410可以在雾化部件220工作时以至少部分降低功率的方式被调节，以保证雾化部件220的正常工作，同时也不会产生较大的储能模块供能功耗波动。

实施例2

本实施例是对实施例1的具体应用，重复的内容不再赘述。

在本实施例中，植物种植系统培育的植物可以是小麦，即本发明也可公开了一种小麦种植系统。

优选地，在育苗模块100可以将在20～50℃的水中浸泡8～24小时而吸水露白后的小麦种子播种到72孔的已铺设部分草炭基质的穴盘中，再用草炭将穴孔填满、整平，而后用水将穴盘浸透。育苗模块100可以通过光照调节部件410、温度调节部件420和湿度调节部件430将培育温度控制在14～16℃，基质湿度控制在60～90％，以使得置于黑暗处的穴盘可以为小麦种子提供适宜的出苗环境。出苗后的穴盘能够被置于光照条件下培养，控制光照强度为80～120μmol·m^-2·s^-1，光周期为12～15小时，光质配比为红：蓝＝3～5:1，温度为15～18℃，基质湿度为60～80％，在光照下培养7～10天，以收获株高在5～15cm之间的小麦育苗植株。

经育苗后的小麦植株的株高可在5.0～15.0cm的范围内，使得生长板211上设置的与种植孔212连通的定植器213的尺寸可以限定为：内径为3.0～5.0cm，外径为4.0～7.0cm；高度为3.0～7.0cm。

优选地，生长模块200可分别针对植物生长的不同阶段按照如下方式配置：

优选地，对于任意一株小麦，其生长过程中第二阶段与第三阶段的交替时间可以是小麦抽穗之时，在生长模块200中所有小麦的抽穗比例达到一定数值范围时可以确定为第二阶段与第三阶段的交替时间。中控模块400在判断当前种植的小麦是否抽穗可先经过学习期，其中，处于学习期的中控模块400可将获取的进入拔节期的小麦图像序列中的每一张图像按照相同的方式提取多块子区域作为监测区域，分别对各图像的监测区域进行分析以得到各监测区域的特征向量，从而通过各监测区域的特征向量将各图像中的监测区域投影到特征空间的第一或第三维，来得到每一监测区域的特征图像；通过同一位置的特征图像的合并可以得到该监测区域的特征合并图像，以基于阈值分割将各特征合并图像转化为二值图。进一步地，若二值图包含的黑色像素点少于白色像素点，则表明该监测区域的麦穗颜色类型为偏暗型，反之则表明该监测区域的麦穗颜色类型的偏亮型。

进一步地，中控模块400经过学习期的麦穗颜色类型判断后可进入监测期，其中，处于监测期的中控模块400可将获取的待检测图像按照相同的方式提取多块子区域作为监测区域，分别对各图像的监测区域进行分析以得到各监测区域的特征向量，从而通过各监测区域的特征向量将各图像中的监测区域投影到特征空间的第一或第三维，来得到每一监测区域的特征图像；通过同一位置的特征图像的合并可以得到该监测区域的特征合并图像，以基于阈值分割将各特征合并图像转化为二值图，二值图可基于麦穗颜色类型选取对应的像素点颜色(黑色或白色)；分别提取每一麦穗候选区域的图像特征，以此进行去噪处理，最终保留的区域为麦穗区；通过判断各监测区域中确定的麦穗区个数与设定值之间的关系来判断该监测区域中的小麦是否进入抽穗期。

优选地，中控模块400在判断生长模块200中至少部分监测区域的小麦都已进入抽穗期时，可以发出控制信号以使得生长模块200中的培育环境符合第三阶段的要求。

实施例3

本实施例是对实施例1和/或2的改进优化，重复的内容不再赘述。

本发明还公开了一种带有雾培功能的植物种植系统的使用方法，该植物种植系统的使用方法包括如下步骤：

构建培育环境：基于所培育植物的品种和生长阶段在育苗模块100和生长模块200中构建相应的培育环境；

培养环境监测：根据监测模块300获取的环境参数信息对育苗模块100和/或生长模块200中的环境参数进行调节，其中，环境参数包括光照、温度、湿度；

阶段交替判断：根据监测模块300获取的图像信息判断所培育植物在当前生长阶段与下一生长阶段之间的交替时间，从而便于调节相应的培育环境。

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。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。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。

Claims (10)

1.一种带有雾培功能的植物种植系统，其包括：

育苗模块(100)，用于对处在第一阶段的植物进行培育，

生长模块(200)，用于对经所述育苗模块(100)培育后的育苗植株进行雾培，

监测模块(300)，对所述育苗模块(100)和/或所述生长模块(200)中所培育植物的当前生长状态及环境参数进行采集，

其特征在于，

与所述监测模块(300)通讯连接的中控模块(400)能够基于采集的图像信息判断植物的生长阶段，所述中控模块(400)能够针对生长阶段发生改变的植物对所述生长模块(200)的培育环境进行调节，所述生长模块(200)能够接收所述育苗模块(100)中的由第一阶段转向第二阶段的植物，其中，所述生长模块(200)的培育环境至少由雾化部件(220)提供，所述雾化部件(220)的运行参数基于所述中控模块(400)的控制信号调节。

2.根据权利要求1所述的植物种植系统，其特征在于，所述雾化部件(220)通过雾化喷嘴(221)将营养液以分散成雾化颗粒的形式喷洒于所述生长模块(200)的培育仓(210)的内部空间，其中，所述培育仓(210)的内部空间被生长板(211)划分为充斥有营养液雾化颗粒的雾培区域和能够接收到光照的照明区域，以使得经所述育苗模块(100)培育后的育苗植株在转移至所述生长模块(200)时能够使育苗植株以穿过开设于所述生长板(211)上的种植孔(212)的方式将两端分别置于雾培区域和照明区域。

3.根据权利要求1或2所述的植物种植系统，其特征在于，所述雾化喷嘴(221)通过分配管(222)与进液管(231)连通，以通过所述进液管(231)从供液槽(233)中引入配制好的营养液，其中，所述供液槽(233)通过出液管(232)从所述培育仓(210)中引出沉积的营养液。

4.根据权利要求1～3任一项所述的植物种植系统，其特征在于，所述生长板(211)在若干种植孔(212)处设置有向所述雾培区域延伸的定植器(213)，其中，所述定植器(213)根据所培育植物的根部的生长优势方向和生长劣势方向而在侧壁开设有网孔。

5.根据权利要求1～4任一项所述的植物种植系统，其特征在于，所述定植器(213)与所述生长板(211)活动连接，以使得所述定植器(213)能够响应于所述中控模块(400)的控制信号而调节开设于所述定植器(213)侧壁上的开口朝向。

6.根据权利要求1～5任一项所述的植物种植系统，其特征在于，所述中控模块(400)生成的控制信号能够发送至光照调节部件(410)、温度调节部件(420)、湿度调节部件(430)中的一个或多个部件，以改变所述育苗模块(100)和/或所述生长模块(200)内的环境参数；所述中控模块(400)生成的控制信号能够发送至定植器(213)和/或雾化器(220)，以调节植物在雾培环境中的生长状态。

7.根据权利要求1～6任一项所述的植物种植系统，其特征在于，所述育苗模块(100)配置的穴盘中容纳有经浸泡后吸水露白的植物种子，其中，植物种子播种于铺设有草灰基质的所述穴盘中，经水浸透的所述穴盘被放置于黑暗环境中。

8.一种植物种植系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：

构建培育环境：基于所培育植物的品种和生长阶段在育苗模块(100)和生长模块(200)中构建相应的培育环境；

培养环境监测：根据监测模块(300)获取的环境参数信息对所述育苗模块(100)和/或所述生长模块(200)中的环境参数进行调节；

阶段交替判断：根据所述监测模块(300)获取的图像信息判断所培育植物在当前生长阶段与下一生长阶段之间的交替时间，从而便于调节相应的培育环境。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，在培养环境监测步骤中，通过驱动定植器(213)旋转以改变所述定植器(213)的开口朝向和/或驱动所述雾化器(220)调节雾化参数，其中，雾化参数包括雾化颗粒喷出速度、雾化颗粒粒径大小、雾化工作时间、雾化间隔时间。

10.根据权利要求8或9所述的使用方法，其特征在于，配置包含多种运行模式以应对不同的电量情况的中控模块(400)，其中，在电量供应不足的情况下，所述中控模块(400)能够通过启动储能模块进行电能供应，并在电量供应紧缺或未知的情况下，以停用至少部分非必要部件的方式保证必要部件的运行。

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