CN202095336U

CN202095336U - 一种密闭式微型植物工厂

Info

Publication number: CN202095336U
Application number: CN2011201714439U
Authority: CN
Inventors: 孙刚; 郑文刚; 乔晓军; 邱权; 郭瑞; 姜凯; 冯青春; 薛绪掌
Original assignee: Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture
Current assignee: Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2021-05-26

Abstract

本实用新型涉及植物工厂技术领域，公开了一种密闭式微型植物工厂，包括：密闭的壳体及位于其内部的植物培养系统、光照系统、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统和控制系统；所述植物培养系统用于固定植株，包含植物所需的营养成分及水分；所述光照系统、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统均与所述控制系统电连接；所述内部空气循环系统包括位于壳体内部的风机；所述换气系统包括与所述壳体外界连通的排气通道。本实用新型提供的密闭式微型植物工厂占用空间小，可以自动对植物生长所需的温度、湿度、光照、CO₂浓度以及营养液等环境条件进行控制，达到使植物生长不受或很少受自然条件制约的目的，使得植物工厂适应性广泛，便于推广应用。

Description

一种密闭式微型植物工厂

技术领域

本实用新型涉及植物工厂领域，特别是涉及一种密闭式微型植物工厂。

背景技术

广义的植物工厂是指在一定生产管理下的全年无休的植物生产系统。狭义的植物工厂是指在完全人工环境下的全年无休的植物生产系统。

植物工厂(Plant Factory)的概念最早是由日本提出来的，他是一种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。植物工厂利用计算机对植物生长所需的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行控制，达到使植物生长不受或很少受自然条件制约的目的。植物工厂是现代农业的重要组成部分，是现代设施农业发展的高级阶段。他集现代生物技术、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于一体，是农业产业化进程中吸收应用高新技术成果最具活力和潜力的领域之一，代表着未来农业的发展方向。

中国工程院院士、中国农学会名誉会长卢良恕院士指出，植物工厂作为现代农业发展的高级阶段，以人工可控的环境设施和工厂化作业为主要特征，受地理、气候等自然条件的影响小，可以按计划和市场需求进行生产，作物生长周期短、速度快、污染少，同时通过多层、立体式栽培以及周年多茬次的安排，单位土地面积的利用率和作物产量可以得到成倍甚至数十倍的提高。

植物工厂真正实现了现代工程装备农业，大幅度提高了资源利用效率，为未来解决我国人口资源问题提供了有效的技术途径。但现有技术中大部分的植物工厂占地面积大，需要专业的技术人员进行操作控制，使得植物工厂适应性受到限制，对推广应用造成一定的障碍。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供一种密闭式微型植物工厂，占地面积小，且可以自动对植物生长所需的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行控制，达到使植物生长不受或很少受自然条件制约的目的。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种密闭式微型植物工厂，包括密闭的壳体及位于其内部的植物培养系统、光照系统、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统和控制系统；

所述植物培养系统用于固定植株，包含植物所需的营养成分及水分；所述光照系统、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统均与所述控制系统电连接；所述内部空气循环系统包括位于壳体内部的风机；所述换气系统包括与所述壳体外界连通的排气通道。

优选地，所述控制系统包括核心控制器及与其连接的执行器组，所述控制系统还包括温度传感器或湿度传感器的一种或多种；

所述核心控制器分别读取所述温度传感器及湿度传感器的监测数据，经过所述核心控制器的内部预设程序处理后控制执行器组动作，用于调节壳体内部温度或湿度的一种或多种。

优选地，所述执行器组包括压缩机、加热器、加湿器或风机一种或多种，所述核心控制器控制所述压缩机、加热器、加湿器或风机的启停及运行调节。

优选地，所述光照系统位于植株所处的植物培养系统的上方；

所述光照系统包括电源、调光控制器、驱动器、LED灯；

所述调光控制器与所述核心控制器电连接，用于控制所述植物工厂中的光照强度；所述LED灯均匀排布。

优选地，所述核心控制器还连接有光强度传感器。

优选地，所述二氧化碳补充系统包括液态二氧化碳气瓶、手动调节阀、连接管道及细化器；

所述液态二氧化碳气瓶通过手动调节阀经连接管道连通细化器将二氧化碳气体通入所述壳体内，所述连接管道上还设置有电磁减压阀，所述电磁减压阀控制所述液态二氧化碳气瓶的开关，所述电磁减压阀与所述核心控制器电连接。

优选地，所述核心控制器还连接有二氧化碳浓度传感器。

优选地，所述植物培养系统为多层培养架式摆放方式，所述壳体内侧设置有多个卡槽，根据植株高度固定植物培养系统。

优选地，所述植物培养系统为水培系统。

优选地，所述壳体底部至少设有一个轮子。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的一种密闭式微型植物工厂，包括：所述密闭式微型植物工厂包括密闭的壳体及位于其内部的植物培养系统、光照系统、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统和控制系统；所述植物培养系统用于固定植株，包含植物所需的营养成分及水分；所述光照系统、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统均与所述控制系统电连接；所述内部空气循环系统包括位于壳体内部的风机；所述换气系统包括与所述壳体外界连通的排气通道。本实用新型提供的密闭式微型植物工厂占用空间小，可以自动对植物生长所需的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行控制，达到使植物生长不受或很少受自然条件制约的目的，使得植物工厂适应性广泛，便于推广应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例的密闭式微型植物工厂的实物结构示意图；

图2是本实用新型实施例的密闭式微型植物工厂的系统组成的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的密闭式微型植物工厂的控制系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的密闭式微型植物工厂的光照系统的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的密闭式微型植物工厂的二氧化碳补充系统的结构示意图；

其中，1：壳体；2：植物培养系统；3：换气系统；4：光照系统；5：控制系统；6：连接管路；7：液态二氧化碳气瓶；8：电磁减压阀；9：手动调节阀；10：细化器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

结合图1及图2，图1是本实用新型实施例的密闭式微型植物工厂的实物结构示意图；图2是本实用新型实施例的密闭式微型植物工厂的系统组成的结构示意图。图2中箭头线表示空气流动方向，虚线表示控制连接线。为本实施例的密闭式微型植物工厂包括：密闭的壳体1及位于其内部的植物培养系统2、光照系统4、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统3和控制系统5；植物培养系统2用于固定植株，包含植物所需的营养成分及水分；光照系统4、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统3均与控制系统5电连接；内部空气循环系统包括位于壳体内部的风机，风机启动加速植物工厂内部的空气流通；换气系统3包括与壳体1外界连通的排气通道，还可以在排气通道上安装排气风扇等结构，实现可以控制与壳体1外的外界空气的换气。选用密封的壳体1便于对壳体1内的环境进行控制，减小外界环境对壳体1内植物工厂的影响，如温度、湿度、光照、大气空气流通，病虫害等环境因素。所述的壳体1可以选用的材质为木质、彩钢板、塑料、石灰墙体等，但不限于上述列举。本实施例中的植物培养系统2可以选择土壤栽培系统或无土栽培系统，优选无土栽培系统，由于无土培养系统2具备以下优点：1.不受土地条件限制，2.劳动强度小，水肥用量降低，3.病虫害明显减少，4.优质高产，5.便于工厂化生产。无土培养系统非常适用于本密闭式微型植物工厂。常用的无土栽培系统包括水溶液培养、砂培养、培养基培养、混合培养和营养膜培养，其中最常用的是水溶液培养和培养基培养。本实施例选取水溶液培养，由于水培系统在生长过程中并不需加营养液，可以大大减少操作的复杂程度。本实用新型中的光照系统4、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统3均与控制系统5电连接，受到控制系统5的控制，为密闭式微型植物工厂中的植株提供适合其生长的环境条件，如适宜的光照，二氧化碳含量，温度，湿度条件等。控制系统5中可以针对需要培养的植株的种类，生长需要的条件进行提前设定相应的参数。

植物工厂通常的光照方式可以为自然光照、人工光照或自然光照与人工光照相结合。由于自然光照受外界影响太大，本实用新型较适用自然光照与人工光照相结合或纯人工光照的照明方式。本实用新型优选人工光照。结合图1及图4所示，光照系统4位于植株所处的植物培养系统的上方；光照系统4包括电源、调光控制器、驱动器、LED灯；LED灯均匀排布。电源为调光控制器和驱动器提供电源，均匀分布的LED灯可以为植物培养系统2中的植株生长提供充足的光照。驱动器用于驱动多个LED灯，调光控制器可以控制LED灯的亮度。一个调光控制器可以通过串行接口控制多个驱动器，而每个驱动器可以连接多个LED灯管。LED灯管均匀排布，使发出的光均匀照射到植物上方。LED灯的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED灯的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W(2010年)。LED灯提供的光照适合植物的生长。

如图5所示，二氧化碳补充系统包括液态二氧化碳气瓶、手动调节阀、连接管道及细化器；液态二氧化碳气瓶通过手动调节阀经连接管道连通细化器将二氧化碳气体通入壳体内，连接管道上还设置有电磁减压阀，电磁减压阀控制液态二氧化碳气瓶的开关，该电磁减压阀由控制系统控制开启，当二氧化碳浓度低的时候，该电磁减压阀开启，液体二氧化碳经该减压阀变成气体。二氧化碳气体流量控制由手动调节阀来调节，最后经过细化器排出。可以根据需要设置液态二氧化碳气瓶的放置位置，液态二氧化碳气瓶可以放置于壳体1内，便于整体搬运，也可以与壳体1分离，便于对液态二氧化碳气瓶的更换。

如图3所示，本实用新型中密闭式微型植物工厂设置有控制系统5，其中控制系统5包括核心控制器及与其连接的执行器组，密闭式微型植物工厂内可以设置多个传感器，如温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器或光强传感器的一种或多种；核心控制器分别读取温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器或光强传感器的监测数据，经过核心控制器的内部预设程序处理后控制执行器组、电磁减压阀及调光控制器动作。本实用新型中执行器组包括压缩机、加热器、加湿器或风机一种或多种，核心控制器控制压缩机、加热器、加湿器、风机、电磁减压阀及调光控制器的启停及运行调节，从而调节壳体内部温度、湿度、二氧化碳含量及光照强度。

核心控制器对温度的控制，例如温度传感器监测到的壳体1内部温度超过核心控制器中预设的植株生长温度时，核心控制器启动压缩机工作，降低壳体1内温度；温度传感器监测到的壳体1内部温度低于核心控制器中预设的植株生长温度时，核心控制器启动加热器工作，升高壳体1内的温度。核心控制器对壳体1内部的气体含量的控制，例如二氧化碳浓度传感器监测到的壳体1内二氧化碳含量低于核心控制器中的预设值时，核心控制器控制换气系统启动，对壳体1内的气体与外界进行交换；同时开启电磁减压阀，向壳体1内通入二氧化碳，从而实现对壳体1内二氧化碳浓度的调节。核心控制器对植株光照强度的控制，例如，在每个植物培养系统2的上方设置光强传感器，光强传感器监测值高于或低于核心控制器中的预设的植株生长所需光强时，核心控制器通过控制调光控制器调亮或调暗植物培养系统2上方均匀分布的LED灯。

核心控制器可以选择工业用PLC、单片机等。核心控制器还可以通过网络或串行口连接到上位机，可以实现对壳体1内的温度、湿度、二氧化碳浓度的监控，实现对空气循环系统的运行情况记录等。

如图1所示，植物培养系统为多层培养架式摆放方式，壳体1内侧设置有多个卡槽，根据植株高度固定植物培养系统2。采取这种摆放方式，有效的利用箱体内的空间，提高单位面积的产出。在壳体1内侧设置卡槽，植物培养系统2有与卡槽相对应的固定结构，可以使植物培养系统2的安装更灵活，即同一个壳体，可以适用不同的植物，如植物的生长高度不同时，将植物培养系统2自由的插入卡槽内。

壳体1底部至少设有一个轮子，附图中未示出，壳体1在倾斜状态可以移动。本实施例中，优选壳体1底部的一边安装两个轮子，便于在壳体1倾斜的状态下进行移动，在一般情况下，即非倾斜状态壳体1不容易发生位移。同理，也可以在壳体1底部设置如4个轮子，如万向轮等，同时为了使在非需要移动的情况下壳体1发生位移，还可以在轮子上设定锁定装置。

由以上实施例可以看出，本实用新型实施例通过采用密闭的壳体1及位于其内部的植物培养系统2、光照系统4、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统3和控制系统5；植物培养系统2用于固定植株，包含植物所需的营养成分及水分；光照系统4、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统3均与控制系统5电连接；内部空气循环系统包括位于壳体1内部的风机；换气系统3包括与壳体外界连通的排气通道。本实用新型提供的密闭式微型植物工厂占用空间小，可以自动对植物生长所需的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行控制，达到使植物生长不受或很少受自然条件制约的目的，使得植物工厂适应性广泛，便于推广应用，具有以下优点：

1)不占用耕地，植物工厂可以建设在土地狭窄、地力贫瘠或气候条件较差的地区，可提升农业生产力协助解决粮食问题；

2)提供高品质农产品，植物在最适宜环境下栽培植物，植株体内一般的维生素及微量元素含量会增加，可提高营养价值。内能够提供无农药的新鲜作物；

3)作业环境好，易实现自动化。可吸引年轻人回归农业，在社会进入高龄化后，这个优点更有意义。可吸引具有技术背景的年轻人回归农业生产，创造就业机会。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种密闭式微型植物工厂，其特征在于，包括：所述密闭式微型植物工厂包括密闭的壳体及位于其内部的植物培养系统、光照系统、二氧化碳补充系统、内部空气循环系统、换气系统和控制系统；

2.如权利要求1所述的密闭式微型植物工厂，其特征在于，所述控制系统包括核心控制器及与其连接的执行器组，所述控制系统还包括温度传感器或湿度传感器的一种或多种；

3.如权利要求2所述的密闭式微型植物工厂，其特征在于，所述执行器组包括压缩机、加热器、加湿器或风机一种或多种，所述核心控制器控制所述压缩机、加热器、加湿器或风机的启停及运行调节。

4.如权利要求2所述的密闭式微型植物工厂，其特征在于，所述光照系统位于植株所处的植物培养系统的上方；

所述光照系统包括电源、调光控制器、驱动器、LED灯；

5.如权利要求4所述的密闭式微型植物工厂，其特征在于，所述核心控制器还连接有光强度传感器。

6.如权利要求2所述的密闭式微型植物工厂，其特征在于，所述二氧化碳补充系统包括液态二氧化碳气瓶、手动调节阀、连接管道及细化器；

7.如权利要求6所述的密闭式微型植物工厂，其特征在于，所述核心控制器还连接有二氧化碳浓度传感器。

8.如权利要求1所述的密闭式微型植物工厂，其特征在于，所述植物培养系统为多层培养架式摆放方式，所述壳体内侧设置有多个卡槽，根据植株高度固定植物培养系统。

9.如权利要求1所述的密闭式微型植物工厂，其特征在于，所述植物培养系统为水培系统。

10.如权利要求1所述的密闭式微型植物工厂，其特征在于，所述壳体底部至少设有一个轮子。