CN116868877A - 一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，包括栽培室，安装在栽培室内的多个智能植物种植单元，所述智能植物种植单元包括种植架，种植架上设有多层隔板，相邻隔板之间形成种植空间，种植空间内排列移动苗床，隔板的底部位于移动苗床的上方设有光照单元，移动苗床的顶部设有自动化营养液供给机构，自动化营养液供给机构通过营养液供给管连接营养液池，种植空间的底部设有营养液回收机构，营养液回收机构连接营养液池。该系统实现了植物工厂叶菜工厂化渐进式育苗过程的温度、湿度、C02浓度、光照等环境因子精确控制，大大提高了产量。
Description
技术领域
本发明涉及智能化植物种植领域，尤其是一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统。
背景技术
植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是利用计算机、电子传感系统、农业设施对植物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的省力型生产。植物工厂是现代农业的重要组成部分，是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是现代生物技术、建筑工程、环境控制、机械传动、材料科学、设施园艺和计算机科学等多学科集成创新、知识与技术高度密集的农业生产方式。
植物工厂采用循环流动的营养液来满足植物的生长，不管何种类型的植物工厂，营养液栽培的基本原理都是将植物所需养分配置成科学合理的离子态营养液，通过输送，满足栽培作物的需求。营养液提供了植物生长所需的各种元素，包括氮磷钾等大量元素及铁锰锌等微量元素，因此没有必要使用土壤栽培。无土栽培的技术现在已经较为成熟，所栽培植物的生长比土培快很多，安全性的管控也更加有效。
植物工厂的营养液配置、灭菌、输送、回收都有专门的设施设备、电子仪器来完成，可实现营养液定量、自动供应，可实时监控营养液浓度、成分、酸碱度变化，通过自动补液，始终为植物创造优化的营养液环境；营养液的流动速度和温度都保持在植物需要的适宜水平，以保证植物的优势生长。
光照管理是植物工厂高效生产和成本降低的关键因素之一。在高精度环境控制的植物工厂中，LED照明作为新一代植物光源，它较传统农业领域的人工光源，具有光量可调整、光质可调整、冷却负荷低与允许提高单位面积栽培量等特点。在现代化农业的不断发展和节能环保的需求下，LED植物照明将逐步替换目前使用的传统荧光灯，成为植物生产过程中光环境调控的主要工具。
目前的植物工厂采用水平基座种植植株，存在植物集中采摘种植不方便的问题，而且营养液供给时存在供给不充分，营养液参数监测不稳定，不及时的问题，本发明针对以上的技术问题进行改进。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，包括栽培室，安装在栽培室内的多个智能植物种植单元，所述智能植物种植单元包括种植架，种植架上设有多层隔板，相邻隔板之间形成种植空间，种植空间内排列移动苗床，隔板的底部位于移动苗床的上方设有光照单元，移动苗床的顶部设有自动化营养液供给机构，自动化营养液供给机构通过营养液供给管连接营养液池，种植空间的底部设有营养液回收机构，营养液回收机构连接营养液池；
所述隔板的周围带有多个侧面密封板，种植架的长度方向上设有多个移动苗床支撑机构，移动苗床支撑机构设置在隔板周围的两个对置侧面密封板之间，移动苗床支撑机构包括两个相互对称的导轨架，导轨架的截面呈L型，导轨架安装在侧面密封板的顶部，移动苗床的底部两侧通过导轨架支撑；
所述移动苗床的底部设有支撑板，支撑板的周面与侧面密封板的内壁固定连接，支撑板的底部设有隔网，支撑板上设有多个贯穿的穿孔，支撑板与隔网之间形成营养液监测腔，隔网与支撑板之间形成营养液回收腔。
进一步，所述自动化营养液供给机构包括与营养液供给管连接的多个营养液供给支管，设置在营养液供给支管端部和侧面的多个营养液雾化头，营养液雾化头朝向移动苗床的顶部。
进一步，所述营养液回收机构包括设置营养液回收腔内的多个营养液回收支管，营养液回收支管的表面设有多个通孔，多个营养液回收支管的一端封堵，另一端连接营养液回收总管，营养液回收总管连接营养液池。
进一步，所述营养液供给管和营养液回收总管上设有液泵，营养液供给管上位于各个自动化营养液供给机构的前端带有节流阀。
进一步，所述光照单元包括安装在隔板底部的冷却运行的 LED 光源灯板，LED 光源灯板上安装光源，LED 光源灯板带有独立电源，LED 光源灯板提供全光谱，白色 PPFD 强度大于 200 umols/m2/s，并且从 0 至 100%的区间内调控。
进一步，所述种植架上安装有湿度传感器和温度传感器，营养液监测腔内设有电导率传感器和pH值传感器，各个智能植物种植单元的湿度传感器、温度传感器、电导率传感器、pH值传感器以及节流阀通过RS485采集模块连接DAM-3220中继模块，DAM-3220中继模块连接计算机终端。
进一步，所述营养液池连接营养液控制中心，营养液控制中心通过液管连接酸液罐，碱液罐以及营养液母液罐，液管上安装电磁阀，电磁阀连接RS485采集模块，所述栽培室的顶部安装送风管道，送风管道带有送风窗口，送风窗口安装送风器，栽培室的外部配备中央变频空调，CO2施肥机以及加湿装置，中央变频空调，CO2施肥机以及加湿装置的输出端连接送风管道，中央变频空调，CO2施肥机以及加湿装置的输出管道上均安装电磁阀，各个电磁阀均连接所述RS485采集模块。
进一步，所述栽培室的周围配备播种室，育苗室，中央控制室以及冷藏室，计算机终端位于中央控制室内。
进一步，计算机终端存储预设环境参数配置方案，接收实时环境参数数据。
进一步，各个智能植物种植单元的侧面配备升降小车。
本发明的有益效果为：
植物工厂使用时，在移动苗床内栽种植株幼苗，通过升降小车将移动苗床输送到各个种植架的隔板上，移动苗床的底部两侧通过导轨架支撑，导轨架方便移动苗床送入和拉出，便于移动苗床在植物种植阶段的输入以及采摘阶段的输出，移动苗床输入完成后，启动液泵，并打开各个节点的节流阀，营养液池内的营养液被营养液供给管输送到各个营养液供给支管，营养液供给支管端部的营养液雾化头，营养液雾化头雾化喷洒的营养液可以充分地与植物充分接触，保证植物可以充分的吸收营养液，移动苗床内的营养液从底部进一步穿过支撑板上的穿孔落入到营养液监测腔内，由于营养液监测腔内设有电导率传感器和pH值传感器，各个智能植物种植单元的湿度传感器、温度传感器、电导率传感器、pH值传感器以及节流阀通过RS485采集模块连接DAM-3220中继模块，DAM-3220中继模块连接计算机终端，电导率传感器和pH值传感器可以及时监测使用过程中的营养液的具体参数值，并及时反馈到计算机终端，方便工作人员及时了解使用过程中营养液的参数变化，大大提高了营养液的使用精准度，同时，湿度传感器、温度传感器可以监测栽培室内的空气温度以及空气湿度，根据植物的不同生长阶段，与计算机终端存储的预设环境参数配置方案进行比较，生成调节方案推送至移动终端，方便工作人员及时进行空气温度和湿度调节，达到生长环境参数精准可控的效果。
另外，营养液回收机构包括设置营养液回收腔内的多个营养液回收支管，营养液回收支管的表面设有多个通孔，多个营养液回收支管的一端封堵，另一端连接营养液回收总管，营养液回收总管连接营养液池，营养液雾化头喷洒的营养液与植物根系充分接触后，移动苗床内的营养液从底部进一步穿过支撑板上的穿孔落入到营养液监测腔内，并穿过隔网进入营养液回收腔，使用过的营养液从营养液回收支管上的通孔进入营养液回收支管内并被液泵吸入到营养液回收总管进一步进入到营养液池内，完成营养液回收。
该系统实现了植物工厂叶菜工厂化渐进式育苗过程的温度、湿度、C02浓度、光照等环境因子精确控制，大大提高了产量。
附图说明
图1为本发明整体的系统示意图。
图2为本发明栽培室内部的智能植物种植单元集中分布示意图。
图3为本发明的原理示意图。
图4为本发明智能植物种植单元的正面示意图。
图5为本发明智能植物种植单元的正面局部示意图。
图6为图5中的A区放大图。
图7为本发明智能植物种植单元与营养液池的连接示意图。
图8为本发明智能植物种植单元的侧面示意图。
图9为本发明智能植物种植单元的截面示意图。
图10为本发明营养液回收机构的俯视示意图。
图11为本发明环境参数控制原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
如图1至图11所示，一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，包括栽培室1，安装在栽培室1内的多个智能植物种植单元2，智能植物种植单元2包括种植架3，种植架3上设有多层隔板4，相邻隔板4之间形成种植空间，种植空间内排列移动苗床5，隔板4的底部位于移动苗床5的上方设有光照单元，移动苗床5的顶部设有自动化营养液供给机构，自动化营养液供给机构通过营养液供给管6连接营养液池7，种植空间的底部设有营养液回收机构，营养液回收机构连接营养液池7。
隔板4的周围带有多个侧面密封板8，种植架3的长度方向上设有多个移动苗床支撑机构，移动苗床支撑机构设置在隔板4周围的两个对置侧面密封板8之间，移动苗床支撑机构包括两个相互对称的导轨架9，导轨架9的截面呈L型，导轨架9安装在侧面密封板8的顶部，移动苗床5的底部两侧通过导轨架9支撑。
移动苗床5的底部设有支撑板10，支撑板10的周面与侧面密封板8的内壁固定连接，支撑板10的底部设有隔网11，支撑板10上设有多个贯穿的穿孔12，支撑板10与隔网11之间形成营养液监测腔13，隔网11与支撑板10之间形成营养液回收腔14。
进一步，自动化营养液供给机构包括与营养液供给管6连接的多个营养液供给支管15，设置在营养液供给支管15端部和侧面的多个营养液雾化头16，营养液雾化头16朝向移动苗床5的顶部。
营养液回收机构包括设置营养液回收腔14内的多个营养液回收支管17，营养液回收支管17的表面设有多个通孔18，多个营养液回收支管17的一端封堵，另一端连接营养液回收总管19，营养液回收总管19连接营养液池7。
进一步，营养液供给管6和营养液回收总管19上设有液泵20，营养液供给管6上位于各个自动化营养液供给机构的前端带有节流阀21。
进一步，光照单元包括安装在隔板4底部的冷却运行的 LED 光源灯板，LED 光源灯板上安装光源22，LED 光源灯板带有独立电源，LED 光源灯板提供全光谱，白色 PPFD 强度大于 200 umols/m2/s，并且从 0 至 100%的区间内调控。
为了方便营养液参数以及环境参数监测：
种植架3上安装有湿度传感器23和温度传感器24，营养液监测腔13内设有电导率传感器25和pH值传感器26，各个智能植物种植单元的湿度传感器23、温度传感器24、电导率传感器25、pH值传感器26以及节流阀21通过RS485采集模块连接DAM-3220中继模块，DAM-3220中继模块连接计算机终端。
营养液池7连接营养液控制中心27，营养液控制中心27通过液管31连接酸液罐28，碱液罐29以及营养液母液罐30，液管31上安装电磁阀32，电磁阀32连接RS485采集模块，栽培室1的顶部安装送风管道33，送风管道33带有送风窗口34，送风窗口34安装送风器，栽培室1的外部配备中央变频空调35，CO2施肥机36以及加湿装置37，中央变频空调35，CO2施肥机36以及加湿装置37的输出端连接送风管道33，中央变频空调35，CO2施肥机36以及加湿装置37的输出管道上均安装电磁阀38，各个电磁阀38均连接所述RS485采集模块。
另外，为了达到种植产业链的一体化，栽培室1的周围配备播种室39，育苗室40，中央控制室41以及冷藏室42，计算机终端位于中央控制室41内；为了方便种植和采摘，各个智能植物种植单元2的侧面配备升降小车43。
植物工厂使用时，在移动苗床5内栽种植株幼苗，通过升降小车43将移动苗床5输送到各个种植架3的隔板4上，移动苗床5的底部两侧通过导轨架9支撑，导轨架9方便移动苗床5送入和拉出，便于移动苗床5在植物种植阶段的输入以及采摘阶段的输出，移动苗床5输入完成后，启动液泵20，并打开各个节点的节流阀21，营养液池7内的营养液被营养液供给管6输送到各个营养液供给支管15，营养液供给支管15端部的营养液雾化头16，营养液雾化头16雾化喷洒的营养液可以充分地与植物充分接触，保证植物可以充分的吸收营养液，移动苗床5内的营养液从底部进一步穿过支撑板10上的穿孔12落入到营养液监测腔13内，由于营养液监测腔13内设有电导率传感器25和pH值传感器26，各个智能植物种植单元的湿度传感器23、温度传感器24、电导率传感器25、pH值传感器26以及节流阀21通过RS485采集模块连接DAM-3220中继模块，DAM-3220中继模块连接计算机终端，电导率传感器25和pH值传感器26可以及时监测使用过程中的营养液的具体参数值，并及时反馈到计算机终端，方便工作人员及时了解使用过程中营养液的参数变化，大大提高了营养液的使用精准度，同时，湿度传感器23、温度传感器24可以监测栽培室1内的空气温度以及空气湿度，根据植物的不同生长阶段，与计算机终端的预设环境参数配置方案进行对比，生成调节方案推送至移动终端，方便工作人员及时进行空气温度和湿度调节，达到生长环境参数精准可控的效果。
另外，营养液回收机构包括设置营养液回收腔14内的多个营养液回收支管17，营养液回收支管17的表面设有多个通孔18，多个营养液回收支管17的一端封堵，另一端连接营养液回收总管19，营养液回收总管19连接营养液池7，营养液雾化头16喷洒的营养液与植物根系充分接触后，移动苗床5内的营养液从底部进一步穿过支撑板10上的穿孔12落入到营养液监测腔13内，并穿过隔网11进入营养液回收腔14，使用过的营养液从营养液回收支管17上的通孔18进入营养液回收支管17内并被液泵吸入到营养液回收总管19进一步进入到营养液池7内，完成营养液回收。
该系统实现了植物工厂叶菜工厂化渐进式育苗过程的温度、湿度、C02浓度、光照等环境因子精确控制，大大提高了产量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，其特征在于，包括栽培室，安装在栽培室内的多个智能植物种植单元，所述智能植物种植单元包括种植架，种植架上设有多层隔板，相邻隔板之间形成种植空间，种植空间内排列移动苗床，移动苗床的上方设有光照单元，移动苗床的顶部设有自动化营养液供给机构，自动化营养液供给机构通过营养液供给管连接营养液池，种植空间的底部设有营养液回收机构，营养液回收机构连接营养液池；
所述隔板的周围带有多个侧面密封板，种植架的长度方向上设有多个移动苗床支撑机构，移动苗床支撑机构设置在隔板周围的两个对置侧面密封板之间，移动苗床支撑机构包括两个相互对称的导轨架，导轨架的截面呈L型，导轨架安装在侧面密封板的顶部，移动苗床的底部两侧通过导轨架支撑；
所述移动苗床的底部设有支撑板，支撑板的周面与侧面密封板的内壁固定连接，支撑板的底部设有隔网，支撑板上设有多个贯穿的穿孔，支撑板与隔网之间形成营养液监测腔，隔网与支撑板之间形成营养液回收腔。
2.根据权利要求1所述的一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，其特征在于，所述自动化营养液供给机构包括与营养液供给管连接的多个营养液供给支管，设置在营养液供给支管端部和侧面的多个营养液雾化头，营养液雾化头朝向移动苗床的顶部。
3.根据权利要求2所述的一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，其特征在于，所述营养液回收机构包括设置营养液回收腔内的多个营养液回收支管，营养液回收支管的表面设有多个通孔，多个营养液回收支管的一端封堵，另一端连接营养液回收总管，营养液回收总管连接营养液池。
4.根据权利要求3所述的一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，其特征在于，所述营养液供给管和营养液回收总管上设有液泵，营养液供给管上位于各个自动化营养液供给机构的前端带有节流阀。
5.根据权利要求1所述的一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，其特征在于，所述光照单元包括安装在隔板底部的冷却运行的 LED 光源灯板，LED 光源灯板上安装光源，LED 光源灯板带有独立电源，LED 光源灯板提供全光谱，白色 PPFD 强度大于 200 umols/m2/s，并且从 0 至 100%的区间内可调控。
6.根据权利要求1所述的一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，其特征在于，所述种植架上安装有湿度传感器和温度传感器，营养液监测腔内设有电导率传感器和pH值传感器，各个智能植物种植单元的湿度传感器、温度传感器、电导率传感器、pH值传感器以及节流阀通过RS485采集模块连接DAM-3220中继模块，DAM-3220中继模块连接计算机终端。
7.根据权利要求1所述的一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，其特征在于，所述营养液池连接营养液控制中心，营养液控制中心通过液管连接酸液罐，碱液罐以及营养液母液罐，液管上安装电磁阀，电磁阀连接RS485采集模块，所述栽培室的顶部安装送风管道，送风管道带有送风窗口，送风窗口安装送风器，栽培室的外部配备中央变频空调，CO2 施肥机以及加湿装置，中央变频空调，CO2 施肥机以及加湿装置的输出端连接送风管道，中央变频空调，CO2 施肥机以及加湿装置的输出管道上均安装电磁阀，各个电磁阀均连接所述RS485采集模块。
8.根据权利要求6所述的一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，其特征在于，所述栽培室的周围配备播种室，育苗室，中央控制室以及冷藏室，计算机终端位于中央控制室内。
9.根据权利要求8所述的一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，其特征在于，计算机终端存储预设环境参数配置方案，接收实时环境参数数据。
10.根据权利要求1所述的一种智能植物工厂的植物培育环境控制系统，其特征在于，各个智能植物种植单元的侧面配备升降小车。
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