CN116686594A - 一种植物生长环境模拟系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植物生长环境模拟系统及其控制方法，一种植物生长环境模拟系统，其特征在于，包括生长箱、设置在所述生长箱下部的设备柜、放置在所述生长箱底部的种植盘，所述设备柜内侧壁设置有电源模块与主控模块，所述生长箱和设备柜内设有新风系统、水循环系统、营养液温度保持系统、生长箱温度保持系统、植物补光系统、营养液消毒系统；方法在于接收数据采集模块发送的环境数据，将所述环境数据与预设阈值进行比较分析，根据设定阈值与获取的环境数据之间的差值，得到分析结果，根据所述分析结果将调节指令发送给环境决策系统；本发明对植物的生长环境系数进行精准调节，满足多种多产的种植生长需要，通过终端实时监控管理，达到最好的培育效果。

Description

一种植物生长环境模拟系统及其控制方法

本发明涉及植物培育领域，尤其涉及一种植物生长环境模拟系统及其控制方法。

背景技术

室内植物养殖的传统方法一般采用泥土栽培，自然生长，浇水施肥，这些操作主要依赖于培育人员的先验知识，滴灌技术和无土栽培技术通常出现在大型的种植园区，在实验室、家庭等地方很难实现这样的培育方法；在现有技术中，为了达到充足的光照条件，需要经常挪动花盆，人工浇水施肥也无法根据植物的特性来准确的控制用量，且需要花费大量的时间和精力来培育。

目前，现有植物培养箱大多采用温度湿度等传感器来获取相关数据，培育人员在读取相关数据后，仅仅只能结合自身经验，通过调整环境系数来对培育方式进行一定调整，缺乏对空气、水、温度、湿度、营养精准控制体系，因为无专业植物信息指导，培育成功率较低。另外，种植模型单一，只能种植极少数单一叶类植物，操作复杂，设备体积大但作物容积小。

中国发明专利CN105104154A公开了一种室内植物智能培育装置及培育方法；包括位于顶部的LED发光模块、支撑杆、花盆，还包括植物生长器、电动水泵、电源模块、控制模块和控制面板，LED发光模块通过支撑杆固定在花盆的上方，所述花盆里存放植物生长所需的营养液和水，所述植物生长器放置在花盆上方，植物生长器的上部和底部均开设有连通孔，植物生长器的下端位于营养液和水内，所述电动水泵的出水管连通植物生长器上部的连通孔，电源模块连接LED发光模块、控制模块和控制面板，控制模块内安装有多种植物生长方案的软件，控制模块连接到LED发光模块和电动水泵，控制面板与控制模块相连。

上述发明专利文件使用户根据自己的喜好来选择光照时间和强度，缩短或延长植物的生长周期，提高营养液和水的使用效率，避免浪费。但是，该装置仍然无法根据不同植物的独有特性为植物提供专业最适宜生长环境系数，例如：水温、气温、湿度、光照、空气中二氧化碳含量等特殊条件；无法对循环水进行杀菌消毒，增加了病菌给植物造成危害的可能性；该装置也无法精准有效控制外部氧气进入模拟装置并有效阻止内部二氧化碳流出；综上该装置无法实现多样化的种植生长需要，当用户外出时，也无法做到实时监控管理，不能满足多种用户的需求。因此，亟需一种新的植物生长环境模拟系统及其控制方法以克服上述缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种植物生长环境模拟系统及其控制方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：一种植物生长环境模拟系统，其特征在于，包括生长箱(2)、设置在所述生长箱(2)下部的设备柜(1)、放置在所述生长箱(2)底部的种植盘(4)，所述设备柜(1)内侧壁设置有电源模块(31)与主控模块(27)，所述生长箱(2)和设备柜(1)内设有新风系统、水循环系统、营养液温度保持系统、生长箱温度保持系统、植物补光系统、营养液消毒系统。

进一步地，所述新风系统包括：安装在所述设备柜(1)顶部的新风风泵(26)，用于将外部空气通过新风出口(3)输送至所述生长箱(2)，所述新风出口(3)设置在所述生长箱(2)底部边缘，还包括直流电磁伸缩杆(36)，用于控制所述生长箱(2)侧壁的平衡风压口(33)的开闭将植物制造的氧气输送至装置外部。

进一步地，所述水循环系统包括安装在所述设备柜(1)底部的营养液箱(13)，通过塑料吸盘固定在所述营养液箱(13)底部的上水泵(12)，其通过上水管(11)连接上下水口(10)将营养液输送至所述生长箱(2)内部，用于对植物进行潮汐式灌溉，所述上下水口(10)设置在所述生长箱(2)底部，所述上水管(11)上设置有止回阀(30)，用于控制上水；所述上下水口(10)还连接下水管(14)与所述营养液箱(13)，灌溉后的营养液通过所述下水管(14)流回所述营养液箱(13)，所述下水管(14)上设置有过滤器(28)，在所述过滤器(28)下方设置有电动阀(29)。

进一步地，所述营养液温度保持系统包括设置在营养液箱(13)侧壁的营养液加热装置(16)，用于加热营养液；设置在营养液箱(13)外部、设备柜(1)底部的制冷压缩机(21)和压缩机冷凝器(32)，营养液温度保持系统通过安装在所述营养液箱(13)底部的第一蒸发器(20)制冷营养液。

进一步地，所述生长箱温度保持系统包括，设置在所述生长箱(2)底部边缘的循环风入口(6)，所述循环风入口(6)通过吊装在所述设备柜(1)顶部的循环风道(23)与循环风出口(7)连通，所述循环风出口(7)位于所述生长箱(2)侧壁顶部，所述循环风道(23)内且靠近所述循环风入口(6)位置设置有第一循环风泵(25)，用于将所述生长箱(1)内的空气吸入所述循环风道(23)，在所述循环风道(23)内设置有第二蒸发器(22)，所述第二蒸发器(22)的顶部固定有第二循环风泵(24)，用于加大循环风风速及风量，空气通过所述第二蒸发器(22)表面进行冷处理，处理过的冷空气通过所述循环风道(23)、所述循环风出口(7)输入所述生长箱(2)内；位于所述循环风道(23)内且靠近循环风出口(7)处设置有PTC加热板(8)，用于加热空气。

进一步地，所述营养液消毒系统包括，设置所述营养液箱(13)内底部的红外杀菌棒(15)，采用限位塑料抱团固定，用于对营养液进行杀菌消毒处理；所述植物补光系统包括安装所述生长箱(2)顶部的LED补光灯(5)，用于照射植物。

进一步地，所述生长箱(2)侧壁顶部且靠近所述循环风出口(7)处设置有传感器仓(9)，所述传感器仓(9)设置温度传感器、湿度传感器、光强传感器、二氧化碳传感器及ESP32摄像头，所述生长箱(2)侧壁底部还设有生长箱液位传感器；所述ESP32摄像头与所述主控模块(25)通过串口通讯，接收系统的环境参数并传输到云端，所述主控模块(25)内部还包括WIFI模块,所述主控模块(25)通过所述WIFI模块与终端设备无线连接。

进一步地，所述营养箱(13)内侧壁垂直固定有水位传感器(19)，所述营养箱(13)另一内侧壁还设有水温传感器(17)、TDS传感器(18)，分别用于检测营养液温度、浓度；所述温度传感器、湿度传感器、光强传感器、二氧化碳传感器、ESP32摄像头、生长箱液位传感器(35)、水位传感器(19)、水温传感器(17)、TDS传感器(18)用于将采集到的生长箱(2)内的相关环境信息实时传输到所述主控模块(25)；所述制冷压缩机(21)、压缩机冷凝器(32)通过电磁脉冲阀分别对所述第一蒸发器(20)、第二蒸发器(22)控制进而达到对气温、水温的要求。

进一步地，所述循环风出口(7)均匀铺设在距离种植盘(4)平面350mm～500mm的位置，用于使得植物均匀获得冷热风。

进一步地，所述循环风入口(6)和所述新风出口(3)高度均为80mm，四周围成闭合空间，闭合空间容积为水培营养液集量总值。

本发明还提出了一种控制植物生长环境模拟系统的控制方法，包括：

设定植物初始生长环境参数、定时参数、网络参数、报警参数；

接收数据采集模块发送的环境数据；

将所述环境数据与预设阈值进行比较分析，根据设定阈值与获取的环境数据之间的差值，得到分析结果；

根据所述分析结果将调节指令发送给环境决策系统；

环境决策系统根据接收的调节指令调节对应的环境数据。

进一步地，湿度传感器将采集得到的湿度信息传送至主控模块，所述主控模块将采集到的湿度信息与预设阈值进行对比，再发送第一控制指令控制新风系统，湿度高于预设阈值，控制新风风泵、风压平衡口的开闭对生长箱的湿度进行调整；

二氧化碳传感器将采集得到的二氧化碳浓度信息传送至主控模块，所述主控模块将采集到的二氧化碳浓度信息与预设阈值进行对比，再发送第二控制指令控制二氧化碳发生器启动，对生长箱的二氧化碳浓度进行调整；

温度传感器将采集得到的温度信息传送至所述主控模块，所述主控模块将采集到的温度信息与预设阈值进行对比，再发送第三控制指令控制生长箱温度保持系统，温度高于预设阈值，制冷压缩机、压缩机冷凝器启动运行，第一循环风泵和第二循环风泵同步运行；温度低于预设阈值，PTC加热板启动运行，第一循环风泵和第二循环风泵同步运行，对生长箱的温度进行调整。

进一步地，光强传感器将采集得到的光强信息传送至所述主控模块，所述主控模块将采集到的光强信息与预设阈值进行对比，再发送第四控制指令控制植物补光系统，控制LED补光灯的开闭，对生长箱的光照强度进行调整。

进一步地，水温传感器将采集得到的水温信息传送至所述主控模块，所述主控模块将采集到的水温信息与预设阈值进行对比，再发送第五控制指令控制营养液温度保持系统，水温高于预设阈值，制冷压缩机、压缩机冷凝器、第一循环风泵、第二循环风泵、第二蒸发器、第一蒸发器启动运行，实现降温；水温低于预设阈值，营养液加热装置启动运行，实现升温。

进一步地，液位传感器、生长箱液位传感器将采集得到的液位信息传送至所述主控模块，所述主控模块将采集到的液位信息与预设阈值进行对比，再发送第六控制指令控制水循环系统，通过控制上水泵、电动阀、止回阀对植物灌溉液位进行调整。

进一步地，TDS传感器将采集得到的营养液浓度信息传送至所述主控模块，所述主控模块将采集到的营养液浓度与预设阈值进行对比，再发起警报，提醒用户自行加入营养液或水来对营养液浓度进行调整。

本系统发明的有益效果是：通过本公开的植物生长环境模拟系统极其控制方法，能够智能化模拟植物在全生长期最适宜的生长环境，根据植物自身特性，对温度、湿度、二氧化碳浓度、光照、营养液浓度等关键指标进行智能化精准调节；

通过水循环系统对装置精准进行潮汐式灌溉，采用微型MGS自动化浅液流种植方式，营养液浅层流动，减少病菌造成对植物的危害，同时保障植物的营养与风味；

通过制冷压缩机实现对营养液水温、生长箱气温的分别控制，大大提升压缩机的实用性；

通过新风系统对装置精准有效控制外部氧气进入模拟装置，也有效阻止内部二氧化碳流出，创新设计循环风出口使风不直接吹向植物，避免因影响植物生长，满足多种、多产的种植生长需要；

生长箱外围为透明玻璃密闭结构，便于观察生长箱内植物生长情况，自行搭配植物品种、颜色，提升种植和收获的乐趣；

通过终端实时监控管理，对不同的植物提供最适宜生长的环境和不同时期的条件变化记录，达到最佳的培育效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅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为本发明实施例中植物生长系统的内部结构示意图；

图2为本发明实施例中植物生长系统的外部结构示意图；

图3为本发明实施例中生长箱侧壁内部布置结构示意图；

图4为本发明实施例中植物生长系统的外部侧面结构示意图；

图5为本发明实施例中植物生长系统的风压平衡口闭合状态示意图；

图6为本发明实施例中植物生长系统的风压平衡口开启状态示意图；

图7为本发明实施例中生长箱内部俯视结构示意图；

图8为本发明实施例中制冷系统原理流程示意图；

图9为本发明实施例中植物生长系统的控制方法流程图；

图10为本发明实施例中植物生长系统自动运行流程图；

图中标记说明：1、设备柜；2、生长箱；3、新风出口；4、种植盘；5、LED补光灯；6、循环风入口；7、循环风出口；8、PTC加热板；9、传感器仓；10、上下水口；11、上水管；12、上水泵；13、营养液箱；14、下水管；15、红外杀菌棒；16、营养液加热装置；17、水温传感器；18、TDS传感器；19、液位传感器；20、第一蒸发器；21、制冷压缩机；22、第二蒸发器；23、循环风道；24、第二循环风泵；25、第一循环风泵；26、新风风泵；27、主控模块；28、过滤器；29、电动阀；30、止回阀；31、电源模块；32、压缩机冷凝器；33、风压平衡口；34、脚轮；35、生长箱水位传感器；36、直流电磁伸缩杆；37、制冷过滤器；38、毛细管；39、电磁脉冲阀。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

参阅图1-8，可以看出，植物生长环境模拟系统包括生长箱2、设置在生长箱2下部的设备柜1，生长箱2为植物提供了一个植物生长的小环境，与室内大环境隔绝，便于根据植物自身特性，对温度、湿度、二氧化碳浓度、光强、营养液浓度等关键指标进行智能化精准调节。作为进一步优选的技术方案，生长箱2为透明玻璃密闭结构，材料使用钢化玻璃或有机透明玻璃，便于观察生长箱内的植物生长情况，同时起到观赏作用，设备柜1整体为钢质骨架机构，其余制作材料可以使用金属或木质材料，使其支撑起上部生长箱的重量，设备柜1的门体设有必要散热结构，生长箱2与设备柜1的正面均设置有推拉门、侧开门结构，设备柜1底部装有脚轮32，方便移动；

植物生长环境模拟系统，还可以包括放置在生长箱2底部的种植盘4，设备柜1内侧壁设置有电源模块31与主控模块27，生长箱2和设备柜1内设有新风系统、水循环系统、营养液温度保持系统、生长箱温度保持系统、植物补光系统、营养液消毒系统。

参阅图1、图7，植物生长环境模拟系统的新风系统用来对生长箱2内的空气进行排湿与换气，包括安装在设备柜1顶部的新风风泵26，用于将外部空气通过新风出口3输送至生长箱2，新风出口3设置在所述生长箱2底部边缘，直流电磁伸缩杆36控制生长箱2侧壁的平衡风压口33的开闭将植物制造的氧气输送至装置外部，如图5和图6所示；新风风泵26通过风管将外界空气吸入，从新风出口垂直输送至生长箱2，不直接吹向植物从而影响植物的生长，再由风压平衡口33将空气排出到外界，以此实现生长箱2内与外界的空气交换，通过传感器仓9内的湿度传感器、二氧化碳传感器实时获取湿度、二氧化碳浓度信息，精准有效控制外部空气进入模拟装置，并且有效阻止内部二氧化碳流出，达到装置内二氧化碳浓度高于外部，提高装置内植物生长需要的二氧化碳的浓度；同时生长箱2内植物光合作用产生的氧气输出至装置外，相当于室内自备了一台制氧机，更有助于创造宜居的环境。

参阅图1，植物生长环境模拟系统的水循环系统用于对生长箱2内的植物进行潮汐式灌溉，包括安装在设备柜1底部的营养液箱13，通过塑料吸盘固定在营养液箱13底部的上水泵12，其通过上水管11与上下水口10将营养液输送至生长箱2内部，用于对植物进行潮汐式灌溉，上下水口10设置在生长箱2底部，上水管11上设置有止回阀30，用于控制上水；上下水口10还连接下水管14与营养液箱13，灌溉后的营养液通过下水管14流回营养液箱13，下水管14上设置有过滤器28、在过滤器28下方设置有电动阀29，过滤器26内设有物理过滤层和生化过滤层，物理过滤层用于把大颗粒的杂质隔开了，达到净水的目的；生化过滤层是利用硝化菌来分解各种杂质，从而达到净水的目的。潮汐式灌溉确保了营养水同时、漫灌到装置内的所有植物根系，保证了植物生长的一致性，避免了距离水源远近不同，生长获得的水量多少不同，造成果实质量的差异；通过水位传感器19、生长箱水位传感器35获取营养液箱13和生长箱2内的液位高度，再根据不同品类的植物生长对环境的需求，精准有效控制水的灌溉时间长短，采用微型MGS自动化浅液流种植方式，营养液浅层流动，作物根系只有一部分是浸在这一浅层营养液中，绝大部分的根系是裸露在潮湿的空气里，解决了根系供养和作物对水分和养分的需求；同时潮汐式灌溉避免了喷淋灌溉可能引发的植物叶面潮湿造成病菌的发生，通过精准控制做到干湿结合，减少病菌造成对植物的危害。

参阅图1，植物生长环境模拟系统的营养液温度保持系统包括设置在营养液箱13的侧壁的营养液加热装置16，用于加热营养液；营养液箱13外部、设备柜1底部的制冷压缩机21和压缩机冷凝器32，营养液温度保持系统通过安装在营养液箱13底部的第一蒸发器20制冷营养液；

生长箱温度保持系统包括设置在生长箱2底部边缘的循环风入口6，循环风入口6通过吊装在设备柜1顶部的循环风道23与循环风出口7连通，循环风出口7位于生长箱2侧壁顶部，循环风道23内且靠近循环风入口6设置有第一循环风泵25，用于将生长箱1内的空气吸入循环风道23，在循环风道23内设置有第二蒸发器22，第二蒸发器22的顶部固定有第二循环风泵24，用于加大循环风风速及风量，空气通过第二蒸发器22表面进行冷处理，处理过的冷空气通过循环风道23、循环风出口7输入生长箱2内；位于循环风道23内且靠近循环风出口7设置有PTC加热板8，用于加热空气。

参阅图1，植物补光系统包括安装生长箱2顶部的LED补光灯5，用于照射植物；营养液消毒系统包括，设置营养液箱13内底部的红外杀菌棒15，采用限位塑料抱团固定，用于对营养液进行杀菌消毒处理，由于紫外线无法穿透实体物质，因此将紫外线消毒系统放在水中且封闭在水箱中，既不影响人的安全，又实现了装置内营养水的消毒；智能调节紫外线使用时间，例如：全天定时消毒一次，消毒后的水通过潮汐式灌溉为根系提供精准的干湿交替时间，保持清洁。

参阅图1，生长箱2侧壁顶部且靠近循环风出口7处设置有传感器仓9，传感器仓9设置温度传感器、湿度传感器、光强传感器、二氧化碳传感器及ESP32摄像头，生长箱2侧壁底部还设有生长箱液位传感器；ESP32摄像头与主控模块25通过串口通讯，接收系统的环境参数并传输到云端，主控模块25内部还包括WIFI模块,主控模块25通过WIFI模块与终端设备无线或者有线连接，终端设备可以为手机或电脑；营养箱13内侧壁垂直固定有水位传感器19，营养箱13另一内侧壁还设有水温传感器17、TDS传感器18，分别用于检测营养液温度、浓度；温度传感器、湿度传感器、光强传感器、二氧化碳传感器、ESP32摄像头、生长箱液位传感器35、水位传感器19、水温传感器17、TDS传感器18与主控模块25连接，主控模块25主要功能是接收各个传感器回传的数据，并进行处理，根据预先设定好的工作流程控制系统中的指令运行设备，调节生长箱2中的温度、湿度、光强、二氧化碳浓度、营养液温度及浓度等参数以达到植物最适宜的生长环境。上述控制过程的用户终端优选手机终端，通过网络连接实现植物生长数据、长势的无线传输和手机终端的远程操控功能，支持远程视频点的监视，作进一步说明，用户可调取数据库(多种类作物且规范的培植流程)数据，检查了解种植情况，亦选定数据库数据实现潮汐式给予作物营养液，实现生长环境的温度、湿度、二氧化碳浓度、光强等参数的适用性控制。

参阅图8，本发明的制冷系统原理为：采用制冷压缩机21、压缩机冷凝器32进行联合制冷，通过电磁脉冲阀分别对第一蒸发器20、第二蒸发器22控制进而达到对气温、水温的要求，制冷压缩机制冷流程构件包括压缩机冷凝器32(含风机)、制冷压缩机21、制冷过滤器37、毛细管38、电磁脉冲阀39、第一蒸发器20、第二蒸发器22；空气制冷过程：第一循环风泵25和第二循环风泵24同时运行，将生长箱2的空气抽吸输送到第二蒸发器22表面，通过制冷压缩机21、压缩机冷凝器32等使得第二蒸发器22表面的制冷剂发挥作用，第二蒸发器22表面呈冰霜状态，释放冷量，降温流经空气，空气再由循环风道23经循环风出口7输送到生长箱2内。水温制冷过程：制冷系统做大循环，空气制冷运行的同时，通过制冷压缩机21、压缩机冷凝器32等作用第一蒸发器20的制冷剂发挥作用，使得第一蒸发器20表面呈冰霜状态，释放冷量，降温营养液；两个过程第一蒸发器20、第二蒸发器22启动均为吸热过程，压缩制冷器32启动为放热过程，制冷压缩机21的作用就是使制冷剂发挥作用，变为冰霜状态。

参阅图3，循环风出口7均匀铺设在距离种植盘4平面350mm～500mm的位置，用于使得植物均匀获得冷热风，循环风出口7的方向不直接吹向植物本身，避免影响植物生长，使装置内植物均匀获得冷热风，有益于生长。

所述循环风入口6和所述新风出口3高度均为80mm，四周围成闭合空间，闭合空间容积为水培营养液集量总值。

参阅图1-10，本实施例用于控制上述制植物生长环境模拟系统进行控制的方法，包括设定植物初始生长环境参数、定时参数、网络参数、报警参数；接收数据采集模块发送的环境数据；将环境数据与预设阈值进行比较分析，根据设定阈值与获取的环境数据之间的差值，得到分析结果；根据分析结果将调节指令发送给环境决策系统；环境决策系统根据接收的调节指令调节对应的环境数据。

具体地，湿度传感器将采集得到的湿度信息传送至主控模块，主控模块27将采集到的湿度信息与预设阈值进行对比，再发送第一控制指令控制新风系统，湿度高于预设阈值，控制新风风泵26、风压平衡口33的开闭对生长箱的湿度进行调整；二氧化碳传感器将采集得到的二氧化碳浓度信息传送至主控模块27，主控模块27将采集到的二氧化碳浓度信息与预设阈值进行对比，再发送第二控制指令控制二氧化碳发生器启动，对生长箱的二氧化碳浓度进行调整。

温度传感器将采集得到的温度信息传送至主控模块27，主控模块27将采集到的温度信息与预设阈值进行对比，再发送第三控制指令控制生长箱温度保持系统，温度高于预设阈值，制冷压缩机21、压缩机冷凝器22启动运行，第一循环风泵25和第二循环风泵24同步运行；温度低于预设阈值，PTC加热板启动运行，第一循环风泵25和第二循环风泵24同步运行，对生长箱的温度进行调整。

光强传感器将采集得到的光强信息传送至主控模块27，主控模块将采集到的光强信息与预设阈值进行对比，再发送第四控制指令控制植物补光系统，控制LED补光灯5的开闭，对生长箱的光照强度进行调整。

水温传感器将采集得到的水温信息传送至主控模块27，主控模块27将采集到的水温信息与预设阈值进行对比，再发送第五控制指令控制营养液温度保持系统，水温高于预设阈值，制冷压缩机21、压缩机冷凝器32、第一循环风泵25、第二循环风泵24、第二蒸发器22、第一蒸发器20启动运行，实现降温；水温低于预设阈值，营养液加热装置16启动运行，实现升温。

液位传感器、生长箱液位传感器35将采集得到的液位信息传送至主控模块27，主控模块将采集到的液位信息与预设阈值进行对比，再发送第六控制指令控制水循环系统，通过控制上水泵12、电动阀29、止回阀30对植物灌溉液位进行调整。

TDS传感器将采集得到的营养液浓度信息传送至主控模块27，主控模块27将采集到的营养液浓度与预设阈值进行对比，再发起警报，提醒用户自行加入营养液或水来对营养液浓度进行调整。

系统工作分为两种流程：1)手动工作流程，手动工作时APP通过网络将控制命令传输到主控模块，主控模块启动或关闭相应的设备；2)自动工作流程，通过设定值系统自动调整生长箱内的温度、湿度、光照、上水次数等，以达到植物生长所需要的适宜环境。设定值既可以通过选定的特定植物生成特定的种植流程(如选定番茄并自动运行，系统就会按照番茄特定的种植流程运行)，也可以通过手动设定参数，系统会按照所设定的参数运行，如图7所示。

在一个应用实例中，设定光照时长为12-16小时；设定生长箱2内的温度与营养液温度控制在昼夜温差10℃以内，白天温度为20℃～25℃，夜晚温度为15℃～18℃，如果生长箱2内温度超过上限值25℃或18℃，温度传感器接收数据，将数据传给主控模块25，主控模块25发送控制指令控制制冷压缩机21运行，持续运行直到降入指定温度范围，如果温度超过下限值20℃或15℃，温度传感器接收数据，将数据传给主控模块25，发送控制指令控制PTC加热板8或营养液加热装置16运行，持续运行直到升温指定温度范围；设定新风系统为定时运行；设定开启循环风为间歇运行；上述均提前对环境系数进行设定，设定完毕，按设定运行。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种植物生长环境模拟系统，其特征在于，包括生长箱(2)、设置在所述生长箱(2)下部的设备柜(1)、放置在所述生长箱(2)底部的种植盘(4)，所述设备柜(1)内侧壁设置有电源模块(31)与主控模块(27)，所述生长箱(2)和设备柜(1)内设有新风系统、水循环系统、营养液温度保持系统、生长箱温度保持系统、植物补光系统、营养液消毒系统。

2.根据权利要求1所述的植物生长环境模拟系统，其特征在于，所述新风系统包括：安装在所述设备柜(1)顶部的新风风泵(26)，用于将外部空气通过新风出口(3)输送至所述生长箱(2)，所述新风出口(3)设置在所述生长箱(2)底部边缘，还包括直流电磁伸缩杆(36)，用于控制所述生长箱(2)侧壁的平衡风压口(33)的开闭将植物制造的氧气输送至装置外部。

3.根据权利要求2所述的植物生长环境模拟系统，其特征在于，所述水循环系统包括安装在所述设备柜(1)底部的营养液箱(13)，通过塑料吸盘固定在所述营养液箱(13)底部的上水泵(12)，其通过上水管(11)连接上下水口(10)将营养液输送至所述生长箱(2)内部，用于对植物进行潮汐式灌溉，所述上下水口(10)设置在所述生长箱(2)底部，所述上水管(11)上设置有止回阀(30)，用于控制上水；所述上下水口(10)还连接下水管(14)与所述营养液箱(13)，灌溉后的营养液通过所述下水管(14)流回所述营养液箱(13)，所述下水管(14)上设置有过滤器(28)，在所述过滤器(28)下方设置有电动阀(29)。

4.根据权利要求3所述的植物生长环境模拟系统，其特征在于，所述营养液温度保持系统包括设置在营养液箱(13)侧壁的营养液加热装置(16)，用于加热营养液；设置在营养液箱(13)外部、设备柜(1)底部的制冷压缩机(21)和压缩机冷凝器(32)，营养液温度保持系统通过安装在所述营养液箱(13)底部的第一蒸发器(20)制冷营养液。

5.根据权利要求4所述的植物生长环境模拟系统，其特征在于，所述生长箱温度保持系统包括，设置在所述生长箱(2)底部边缘的循环风入口(6)，所述循环风入口(6)通过吊装在所述设备柜(1)顶部的循环风道(23)与循环风出口(7)连通，所述循环风出口(7)位于所述生长箱(2)侧壁顶部，所述循环风道(23)内且靠近所述循环风入口(6)位置设置有第一循环风泵(25)，用于将所述生长箱(1)内的空气吸入所述循环风道(23)，在所述循环风道(23)内设置有第二蒸发器(22)，所述第二蒸发器(22)的顶部固定有第二循环风泵(24)，用于加大循环风风速及风量，空气通过所述第二蒸发器(22)表面进行冷处理，处理过的冷空气通过所述循环风道(23)、所述循环风出口(7)输入所述生长箱(2)内；位于所述循环风道(23)内且靠近循环风出口(7)处设置有PTC加热板(8)，用于加热空气。

6.根据权利要求5所述的植物生长环境模拟系统，其特征在于，所述营养液消毒系统包括，设置所述营养液箱(13)内底部的红外杀菌棒(15)，采用限位塑料抱团固定，用于对营养液进行杀菌消毒处理；所述植物补光系统包括安装所述生长箱(2)顶部的LED补光灯(5)，用于照射植物。

7.根据权利要求6所述的植物生长环境模拟系统，其特征在于，所述生长箱(2)侧壁顶部且靠近所述循环风出口(7)处设置有传感器仓(9)，所述传感器仓(9)设置温度传感器、湿度传感器、光强传感器、二氧化碳传感器及ESP32摄像头，所述生长箱(2)侧壁底部还设有生长箱液位传感器；所述ESP32摄像头与所述主控模块(25)通过串口通讯，接收系统的环境参数并传输到云端，所述主控模块(25)内部还包括WIFI模块,所述主控模块(25)通过所述WIFI模块与终端设备无线连接。

8.根据权利要求7所述的植物生长环境模拟系统，其特征在于，所述营养箱(13)内侧壁垂直固定有水位传感器(19)，所述营养箱(13)另一内侧壁还设有水温传感器(17)、TDS传感器(18)，分别用于检测营养液温度、浓度；所述温度传感器、湿度传感器、光强传感器、二氧化碳传感器、ESP32摄像头、生长箱液位传感器(35)、水位传感器(19)、水温传感器(17)、TDS传感器(18)用于将采集到的生长箱(2)内的相关环境信息实时传输到所述主控模块(25)；所述制冷压缩机(21)、压缩机冷凝器(32)通过电磁脉冲阀分别对所述第一蒸发器(20)、第二蒸发器(22)控制进而达到对气温、水温的要求。

9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的植物生长环境模拟系统，其特征在于，所述循环风出口(7)均匀铺设在距离种植盘(4)平面350mm～500mm的位置，用于使得植物均匀获得冷热风。

10.根据权利要求1-8任一权利要求所述的植物生长环境模拟系统，其特征在于，所述循环风入口(6)和所述新风出口(3)高度均为80mm，四周围成闭合空间，闭合空间容积为水培营养液集量总值。

11.一种控制方法，用于控制权利要求1-10任一植物生长环境模拟系统，其特征在于，

设定植物初始生长环境参数、定时参数、网络参数、报警参数；

接收数据采集模块发送的环境数据；

将所述环境数据与预设阈值进行比较分析，根据设定阈值与获取的环境数据之间的差值，得到分析结果；

根据所述分析结果将调节指令发送给环境决策系统；

环境决策系统根据接收的调节指令调节对应的环境数据。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

湿度传感器将采集得到的湿度信息传送至主控模块(27)，所述主控模块(27)将采集到的湿度信息与预设阈值进行对比，再发送第一控制指令控制新风系统，湿度高于预设阈值，控制新风风泵(26)、风压平衡口(33)的开闭对生长箱的湿度进行调整；

二氧化碳传感器将采集得到的二氧化碳浓度信息传送至主控模块(27)，所述主控模块(27)将采集到的二氧化碳浓度信息与预设阈值进行对比，再发送第二控制指令控制二氧化碳发生器启动，对生长箱的二氧化碳浓度进行调整；

温度传感器将采集得到的温度信息传送至所述主控模块(27)，所述主控模块(27)将采集到的温度信息与预设阈值进行对比，再发送第三控制指令控制生长箱温度保持系统，温度高于预设阈值，制冷压缩机(21)、压缩机冷凝器(22)启动运行，第一循环风泵(25)和第二循环风泵(24)同步运行；温度低于预设阈值，PTC加热板启动运行，第一循环风泵(25)和第二循环风泵(24)同步运行，对生长箱的温度进行调整。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

光强传感器将采集得到的光强信息传送至所述主控模块(27)，所述主控模块(27)将采集到的光强信息与预设阈值进行对比，再发送第四控制指令控制植物补光系统，控制LED补光灯(5)的开闭，对生长箱的光照强度进行调整。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，

水温传感器将采集得到的水温信息传送至所述主控模块(27)，所述主控模块(27)将采集到的水温信息与预设阈值进行对比，再发送第五控制指令控制营养液温度保持系统，水温高于预设阈值，制冷压缩机(21)、压缩机冷凝器(32)、第一循环风泵(25)、第二循环风泵(24)、第二蒸发器(22)、第一蒸发器(20)启动运行，实现降温；水温低于预设阈值，营养液加热装置(16)启动运行，实现升温。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，

液位传感器、生长箱液位传感器(35)将采集得到的液位信息传送至所述主控模块(27)，所述主控模块(27)将采集到的液位信息与预设阈值进行对比，再发送第六控制指令控制水循环系统，通过控制上水泵(12)、电动阀(29)、止回阀(30)对植物灌溉液位进行调整。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，

TDS传感器将采集得到的营养液浓度信息传送至所述主控模块(27)，所述主控模块(27)将采集到的营养液浓度与预设阈值进行对比，再发起警报，提醒用户自行加入营养液或水来对营养液浓度进行调整。