CN117716988A - 一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室，涉及马铃薯无土栽培技术领域，其技术要点为：包括培养室和物联网控系统，所述培养室室外一侧设有水肥一体机，所述水肥一体机顶端设有进料口，所述水肥一体机一侧设有电子水泵，所述电子水泵远离水肥一体机一端连接有总管，所述总管贯穿培养室室壁延伸至室内，所述培养室内部设有栽培柜，所述栽培柜一侧设有分管，所述分管与总管连接，所述培养室室内顶部设有空调，所述物联网控制系统包括控制终端，所述控制终端远程连接空调、栽培室、电子水泵。本发明的马铃薯无土栽培培养室基于物联网控制，具有提高生产效率、节约资源、环境友好、自动化控制和远程监测等益处。

Description

一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室

技术领域

本发明涉及马铃薯无土栽培技术领域，具体涉及一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室。

背景技术

无土栽培，是指以水、草炭或森林腐叶土、蛭石等介质作植株根系的基质固定植株，植物根系能直接接触营养液的栽培方法。无土栽培中营养液成分易于控制，且可随时调节。在光照、温度适宜而没有土壤的地方，如沙漠、海滩、荒岛，只要有一定量的淡水供应，便可进行。无土栽培根据栽培介质的不同分为水培、雾(气)培和基质栽培。水培是指植物根系直接与营养液接触，不用基质的栽培方法。最早的水培是将植物根系浸入营养液中生长，这种方式会出现缺氧现象，严重时造成根系死亡。常采用营养液膜法的水培方式，即一层很薄的营养液层，不断循环流经作物根系，既保证不断供给作物水分和养分，又不断供给根系新鲜氧气。

其中基质培养的特点是栽培作物的根系有基质固定。它是将作物的根系固定在有机或无机的基质中，有机的基质有泥炭、稻壳、树皮等，无机的如蛭石、珍珠岩、岩棉、陶粒、沙砾、海绵土等都可作为支持介质，通过滴灌或细流灌溉的方法，供给作物营养液。

现目前马铃薯无土栽培，虽然已经是现有技术，但大多还停留在人工模式，对于培养环境的监管、培养环境的调节，大多还是通过人力实现，管理费时费劲，不够便利，且无法做到实时监测作用，对于马铃薯的生长没法做到科学管控，还是要依靠经验种植培养。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：包括培养室和物联网控系统，所述培养室室外一侧设有水肥一体机，所述水肥一体机顶端设有进料口，所述水肥一体机一侧设有电子水泵，所述电子水泵远离水肥一体机一端连接有总管，所述总管贯穿培养室室壁延伸至室内，所述培养室内部设有栽培柜，所述栽培柜一侧设有分管，所述分管与总管连接，所述培养室室内顶部设有空调，所述物联网控制系统包括控制终端，所述控制终端远程连接空调、栽培室、电子水泵。

优选的，所述培养柜包括上补给顶、上培养槽、中补给顶、中培养槽、下补给顶和下培养槽，所述上补给顶顶端设有控制前端，所述上培养槽一侧设有传感器组，所述上培养槽、中培养槽以及下培养槽中均铺设有无土栽培介质，所述传感器组与控制前端电性连接。

优选的，所述上补给顶、中补给顶和下补给顶均为中空板，所述上补给顶、中补给顶和下补给顶底端均布设有灌溉孔，所述上补给顶、中补给顶和下补给顶底端中部均设有LED光照灯，所述LED光照灯与控制前端电性连接。

优选的，所述传感器组包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、pH传感器。

优选的，所述无土栽培介质包括椰糠、腐殖质、岩棉。

优选的，所述物联网控系统包括环境控制系统、环境监测系统、预警系统、养分供应模块，所述环境控制系统用于调控培养环境条件参数调节，所述环境控制系统的硬件包括空调、光照灯以及水肥一体机，所述环境监测系统用于监测培养环境条件参数，所述环境监测系统的硬件包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器和PH传感器，所述养分供应模块用于培养柜水分和肥料的供给，所述养分供应模块的硬件包括水肥一体机，所述控制终端与环境控制系统、环境监测系统和养分供应模块的硬件无线连接。

优选的，所述物联网控系统的远程控制方法，包括以下步骤：

S1、环境监测系统中的各类传感器进行环境数值数据采集，并反馈至控制终端；

S2、构建马铃薯生长环境参数集；

S3、根据马铃薯生长环境参数集，远程控制环境控制系统，进行对应环境条件参数条件；

S4、建立并应用马铃薯生长环境预警系统。

优选的，步骤S2中，所述马铃薯生长环境参数集包括发芽期、幼苗期、结球期以及成熟期的生长环境参数。

优选的，步骤S4中，所述预警系统的建立方法包括以下步骤：

S401、确定监测指标：所述监测指标包括温度、湿度、光照强度、和土壤pH值；

S402、数据收集和记录：装配传感器组收集马铃薯生长环境参数的实时数据，并实时将数据传回控制终端；

S403、建立基准值和阈值：根据马铃薯不同生长阶段的最佳环境条件，确定不同阶段每个监测指标的基准值和阈值；

S404、建立预警通知和报警系统：当实时数据超过阈值时触发，系统及时发送预警通知给相关人员。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

基于物联网的无土栽培技术：该发明利用物联网控制系统实现对马铃薯无土栽培环境的监测和控制，通过远程连接和控制终端，实现对栽培室内空调、栽培柜和电子水泵等设备的智能管理，提高栽培环境的稳定性和生产效率。

节约资源和环境友好：无土栽培技术可以减少对传统土壤的使用，避免土壤污染和土壤传播的病虫害问题。同时，通过精确的水肥供给和环境参数调节，可以减少水和肥料的浪费，提高资源利用效率，具有节约资源和环境友好的特点。

自动化控制和监测：物联网控制系统配备了多种传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器和pH传感器等，可以实时监测环境条件参数。通过数据采集和分析，可以自动调节空调、光照灯和水肥供给等设备，确保马铃薯在不同生长阶段获得最佳的生长环境，提高产量和品质。

预警系统和远程控制：物联网控制系统还包括建立马铃薯生长环境预警系统的方法。通过设定监测指标的基准值和阈值，并实时监测环境数据，系统可以及时发出预警通知，提醒相关人员采取措施。此外，通过远程连接和控制终端，可以实现对环境控制系统的远程控制，方便管理和操作。

附图说明

图1是本发明实施例中物联网控连接示意图；

图2是本发明实施例中培养室结构示意图；

图3是本发明实施例中栽培柜结构示意图；

图4是本发明实施例中补给顶底面结构示意图；

图5是本发明实施例中物联网控制系统框架图。

图中：1、控制终端；2、培养室；201、通风口；3、栽培柜；301、上补给顶；302、上培养槽；303、传感器组；304、支管；305、控制前端；306、中补给顶；307、中培养槽；308、下补给顶；309、下培养槽；310、灌溉孔；311、LED光照灯；4、水肥一体机；401、进料口；5、电子水泵；501、总管；6、空调。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明的实施例及附图，对本发明的技术方案进行进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

实施例：

如图1-5所示，一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室2，包括培养室2和物联网控系统，培养室2室外一侧设有水肥一体机4，水肥一体机4顶端设有进料口401，水肥一体机4一侧设有电子水泵5，电子水泵5远离水肥一体机4一端连接有总管501，总管501贯穿培养室2室壁延伸至室内，培养室2内部设有栽培柜3述栽培柜3一侧设有分管，分管与总管501连接，培养室2室内顶部设有空调6，物联网控制系统包括控制终端1，控制终端1远程连接空调6、栽培室、电子水泵5。

在本实施例中，在提前预设好的土地上建立该培养室2，可根据规模建设多个培养室2，培养室2一侧连接有水肥一体机4，内部设有搅拌器(图示未画出)工作人员从进料口401依次输入水源和肥料，工作人员需要根据马铃薯的生长阶段配置适宜的水肥比养料，根据配量定期补给水肥；水肥一体机4前端设置的电子水泵5包括电子阀门以及无线传输模块，无线连接控制终端1，工作人员根据灌溉量制定施肥计划，定时进行远程控制水肥灌溉，也可设定程序，实施自动供水肥；培养室2根据室内面积布置适宜数量的栽培柜3，栽培柜3上设有分管，分管连接着电子水泵5前端的总管501；物联网控制系统包括控制终端1，控制终端1远程连接空调6、栽培室、电子水泵5；空调6，用于调节室内温度，培养室2上面设置有通风口201，保持室内空气的新鲜度。

培养柜包括上补给顶301、上培养槽302、中补给顶306、中培养槽307、下补给顶308和下培养槽309，上补给顶301顶端设有控制前端305，上培养槽302一侧设有传感器组303，上培养槽302、中培养槽307以及下培养槽309中均铺设有无土栽培介质，传感器组303与控制前端305电性连接。

在本实施例中，栽培柜3采用三层设计，提高了土地利用率，增加了出产量，上培养槽302一侧设有传感器组303，用于监测该栽培柜3的生长环境参数，控制前端305可以直接显示对应栽培柜3的环境参数，工作人员进室内检查时，能够直观的看到对应参数，十分便利，控制前端305无线连接控制终端1，控制终端1能够查看每个前端的数据，便于工作人员管理。

上补给顶301、中补给顶306和下补给顶308均为中空板，上补给顶301、中补给顶306和下补给顶308底端均布设有灌溉孔310，上补给顶301、中补给顶306和下补给顶308底端中部均设有LED光照灯311，LED光照灯311与控制前端305电性连接。

在本实施例中，补给顶内部均设有腔室，腔室底端设有灌溉孔310，工作人员可以远程操控电子水泵5，水肥依次从水肥一体机4到总管501再到分管、补给顶，最后到培养槽完成灌溉作业。

本实施例LED光照灯311采用要点：

光谱设计：马铃薯在生长过程中需要较高比例的蓝光和红光。蓝光有助于促进叶片的生长和发育，而红光则对马铃薯的块茎生长和产量增加有积极影响。因此，本实施例中的LED光照灯311的采用适当比例的蓝光和红光，如蓝光波长范围为440-460纳米，红光波长范围为640-660纳米。

光照强度：马铃薯对光照强度的需求较高。马铃薯生长阶段中的光照强度维持在5000-10000勒克斯(lux)之间，以满足马铃薯的生长需求。

传感器组303包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、pH传感器。

在本实施例中，这些传感器可以测量土壤湿度、光照强度、温度、PH值等参数，还可再加设CO2传感器丰富监测参数，这些监测数据可以通过物联网控制系统在控制终端1进行实时监控和记录。

无土栽培介质包括椰糠、腐殖质、岩棉。

椰糠：

透气性好：椰糠具有良好的透气性，能够提供植株所需的氧气，促进根系生长和发育。

保水性能强：椰糠能够保持一定的水分含量，有助于提供植物生长所需的水分，并减少水分的蒸发损失。

有机质含量高：椰糠富含有机质，可以提供植物所需的养分，并促进土壤微生物的活动，有利于马铃薯的生长和发育。

可降解性好：椰糠是一种可降解的介质，可在栽培周期结束后作为有机肥料进行回收利用，降低环境污染风险。

腐殖质：

养分丰富：腐殖质富含有机质和微量元素，可以提供马铃薯生长所需的养分，促进块茎的形成和发育。

保水能力强：腐殖质具有良好的保水性，能够保持适宜的水分含量，减少水分蒸发，提供稳定的水分供应。

良好的透气性：腐殖质通常具有疏松的结构，有助于根系的通气和氧气供应，促进植物根系健康生长。

促进土壤活性：腐殖质可以改善土壤结构和保持土壤湿度，促进土壤微生物的活动，提高土壤肥力。

岩棉：

透气性和保水性：岩棉具有良好的透气性和保水性能，能够提供植株所需的氧气和水分，并保持适宜的湿度。

轻质且易处理：岩棉是一种轻质的介质，便于搬运和处理。它可以根据需要剪裁成不同形状和大小，适用于不同的栽培容器和系统。

无菌性：岩棉通常具有无菌性，可以减少病原体和病菌的传播，提供相对清洁的栽培环境。

可重复使用：岩棉可以重复使用多次，经过适当的清洗和消毒处理后，可用于连续的栽培周期，减少资源浪费。

在本实施例中，马铃薯无土栽培步骤如下：

准备栽培介质：将选定的栽培介质充分清洗和消毒，以去除杂质和有害物质。可以用水冲洗或使用适当的消毒剂进行处理，确保栽培介质的卫生和无菌。

布设栽培介质：将清洗消毒后的栽培介质填充到容器或栽培槽中。栽培介质的填充高度应根据马铃薯品种和期望的块茎产量来确定，介质层厚度约为15-30厘米。

安置马铃薯种薯：将经过筛选和处理的马铃薯种薯均匀地放置在栽培介质表面。种薯之间的距离要保持一定的间隔，以便植株生长和块茎发育。

物联网控系统包括环境控制系统、环境监测系统、预警系统、养分供应模块，环境控制系统用于调控培养环境条件参数调节，环境控制系统的硬件包括空调6、光照灯以及水肥一体机4，环境监测系统用于监测培养环境条件参数，环境监测系统的硬件包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器和PH传感器，养分供应模块用于培养柜水分和肥料的供给，养分供应模块的硬件包括水肥一体机4，控制终端1与环境控制系统、环境监测系统和养分供应模块的硬件无线连接。

物联网控系统的远程控制方法，包括以下步骤：

S1、环境监测系统中的各类传感器进行环境数值数据采集，并反馈至控制终端1；

S2、构建马铃薯生长环境参数集；

S3、根据马铃薯生长环境参数集，远程控制环境控制系统，进行对应环境条件参数条件；

S4、建立并应用马铃薯生长环境预警系统。

步骤S2中，马铃薯生长环境参数集包括发芽期、幼苗期、结球期以及成熟期的生长环境参数。

步骤S4中，预警系统的建立方法包括以下步骤：

S401、确定监测指标：监测指标包括温度、湿度、光照强度、和土壤pH值；

S402、数据收集和记录：装配传感器组303收集马铃薯生长环境参数的实时数据，并实时将数据传回控制终端1；

S403、建立基准值和阈值：根据马铃薯不同生长阶段的最佳环境条件，确定不同阶段每个监测指标的基准值和阈值；

S404、建立预警通知和报警系统：当实时数据超过阈值时触发，系统及时发送预警通知给相关人员，不仅如此，在控制终端1显示页面也会有相应的提示，无论工作人员在管理时间，还是外出时间，都能即时了解到培养室2情况，针对突发情况，能够快速做出应对措施，避免损失。

物联网控系统实施原理：控制终端1能够远程控制培养室2的硬件设施(包括水肥一体机4、空调6、LED光照灯311、监控摄像头等等)，可远程进行马铃薯生长环境条件参数调节；每个栽培柜3都有一个控制前端305，前端能够查看对应栽培柜3的实时数据，并实时上传数据至控制终端1，工作人员在远程既能监控每个栽培柜3的马铃薯生长情况；非常便于工作人员管理，大大节省了人力物力。

以上具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室(2)，其特征在于：包括培养室(2)和物联网控系统，所述培养室(2)室外一侧设有水肥一体机(4)，所述水肥一体机(4)顶端设有进料口(401)，所述水肥一体机(4)一侧设有电子水泵(5)，所述电子水泵(5)远离水肥一体机(4)一端连接有总管(501)，所述总管(501)贯穿培养室(2)室壁延伸至室内，所述培养室(2)内部设有栽培柜(3)，所述栽培柜(3)一侧设有分管，所述分管与总管(501)连接，所述培养室(2)室内顶部设有空调(6)，所述物联网控制系统包括控制终端(1)，所述控制终端(1)远程连接空调(6)、栽培室、电子水泵(5)。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室(2)，其特征在于：所述培养柜包括上补给顶(301)、上培养槽(302)、中补给顶(306)、中培养槽(307)、下补给顶(308)和下培养槽(309)，所述上补给顶(301)顶端设有控制前端(305)，所述上培养槽(302)一侧设有传感器组(303)，所述上培养槽(302)、中培养槽(307)以及下培养槽(309)中均铺设有无土栽培介质，所述传感器组(303)与控制前端(305)电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室(2)，其特征在于：所述上补给顶(301)、中补给顶(306)和下补给顶(308)均为中空板，所述上补给顶(301)、中补给顶(306)和下补给顶(308)底端均布设有灌溉孔(310)，所述上补给顶(301)、中补给顶(306)和下补给顶(308)底端中部均设有LED光照灯(311)，所述LED光照灯(311)与控制前端(305)电性连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室(2)，其特征在于：所述传感器组(303)包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、pH传感器。

5.根据权利要求2所述的一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室(2)，其特征在于：所述无土栽培介质包括椰糠、腐殖质、岩棉。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室(2)，其特征在于：所述物联网控系统包括环境控制系统、环境监测系统、预警系统、养分供应模块，所述环境控制系统用于调控培养环境条件参数调节，所述环境控制系统的硬件包括空调(6)、光照灯以及水肥一体机(4)，所述环境监测系统用于监测培养环境条件参数，所述环境监测系统的硬件包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器和PH传感器，所述养分供应模块用于培养柜水分和肥料的供给，所述养分供应模块的硬件包括水肥一体机(4)，所述控制终端(1)与环境控制系统、环境监测系统和养分供应模块的硬件无线连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室(2)，其特征在于，所述物联网控系统的远程控制方法，包括以下步骤：

S1、环境监测系统中的各类传感器进行环境数值数据采集，并反馈至控制终端(1)；

S2、构建马铃薯生长环境参数集；

S3、根据马铃薯生长环境参数集，远程控制环境控制系统，进行对应环境条件参数条件；

S4、建立并应用马铃薯生长环境预警系统。

8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室(2)，其特征在于：步骤S2中，所述马铃薯生长环境参数集包括发芽期、幼苗期、结球期以及成熟期的生长环境参数。

9.根据权利要求7所述的一种基于物联网的马铃薯无土栽培培养室(2)，其特征在于：步骤S4中，所述预警系统的建立方法包括以下步骤：

S401、确定监测指标：所述监测指标包括温度、湿度、光照强度、和土壤pH值；

S402、数据收集和记录：装配传感器组(303)收集马铃薯生长环境参数的实时数据，并实时将数据传回控制终端(1)；

S403、建立基准值和阈值：根据马铃薯不同生长阶段的最佳环境条件，确定不同阶段每个监测指标的基准值和阈值；

S404、建立预警通知和报警系统：当实时数据超过阈值时触发，系统及时发送预警通知给相关人员。