CN202857423U

CN202857423U - 双室对比型智能人工环境作物生长实验箱

Info

Publication number: CN202857423U
Application number: CN2012205826391U
Authority: CN
Inventors: 廖桂平; 李建辉; 王访
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-11-07

Abstract

本实用新型是涉及一种作物生长研究实验装置—双室对比型智能人工环境作物生长实验箱。它由上、下两个培养室构成，培养室由光照调节装置、空气温.湿度调节装置、土壤温.湿度调节装置、空气交换装置、单片机智能控制器组成。主要特征是：上、下培养室分别采用三基色与全光谱半圆柱型面光源；土壤温.湿度调节装置由控温水箱、抽水泵、电磁水阀、半导体制冷、热片组成；空气温.湿度调节装置由半导体制冷制热器、超声波雾化器、带止回阀的通风管、鼓风机组成；室内、外空气交换装置由带止回阀的通风管、鼓风机组成；单片机智能控制器根据传感器的控制信号进行控制，保证培养室环境达到预定的要求，并定时将温.光.湿信号上传网络，实现远程监控。

Description

双室对比型智能人工环境作物生长实验箱

技术领域

本实用新型是一种作物生长研究实验箱————双室对比型智能人工环境作物生长实验箱。

背景技术

目前，作物生长研究实验箱有：智能人工气候培养箱、智能光照培养箱等；这几种作物生长培养箱每只箱每次只能获得一个环境的培养作物，不便于进行对比试验；这几种培养箱主要对作物生长的气候、光照进行智能控制，并用全光谱灯光单一方向照射，而对光照的方向性和不同光谱对作物作用没有考虑到；另外，这几种作物生长培养箱对土壤的湿度和温度未加控制；因此，要全面研究作物生长的条件，必须要对作物生长环境的更多因素同时进行智能控制。

发明内容

本实用新型的目的在于：1、在同一个实验箱内设置两个独立的培养室，在两个独立的培养室里可以设置各种生长环境，这样容易对两个相同培养对象进行对比试验。2、两个培养室的光源一个采用全光谱的LED灯构成的面光源，另一个培养室的光源采用红、绿、蓝LED灯组成三基色面光源，两个大小相同面光源的形状为半圆柱面，覆盖在培养作物的上方，这样培养作物受到的光照方向类似于自然界的太阳光；调整三基色面光源的红、绿、蓝光比例可以研究不同光谱对作物作用，使面光源不同位置的LED灯发光可改变光照方向，调整面光源发光面积的大小和LED灯的发光强弱可改变光照强度，用光传感器进行监测，这样就可以研究光照的方向和不同光谱对作物的作用。3、两个培养室的下部设置一个具有保温作用的圆柱形凹槽，凹槽的底部和内壁盘绕一根用来调节培养土壤温度的金属水管，水管里的流水温度用来改变土壤的温度，设计一个与凹槽内部空间能紧密配合的装培养作物土壤的金属内胆,为了隔热，应使凹槽和内胆的边口密封，移动内胆就可以方便移动培养作物；另外，圆柱形凹槽的旁边安装两个小莲蓬头，莲蓬头上的细孔面向土壤方向，当通过一定压力的水时，细孔就会向内胆里的土壤喷水，土壤湿度就变大；调温金属水管和莲蓬头的水都由控温水箱供水，控温水箱的水温用半导体制冷、制热器控制，埋在土壤里的湿度和温度传感器提供土壤的温度和湿度信息，通过控制控温水管里水的温度和莲蓬头的喷水时间，就可以调整土壤温度和湿度。4、两个培养室里的空气温度和湿度的调节也用半导体制冷、制热片来完成，半导体制冷、热片安装在一个和培养室里相邻的空气预处理室，预处理室的一侧的上下各装一个和培养室相通的且在进出口带止回阀的通风管，下面通风管装有鼓风机，通过鼓风机向培养室送气，让两空间的气体进行交换；半导体制冷、热片一面在空气预处理室里，另一面和外部环境接触，改变流过半导体工作片里的电流方向会使半导体制冷制热片的冷热面对调，改变半导体制冷制热片在预处理室里的一面的温度可以得到一定温度的气体，另外，降低湿度要通过半导体制冷制热片在预处理室里的一面的低温使水汽凝结，产生的水可通过下面的细孔及时排出，增加湿度可通过超声波雾化器产生水雾。5、为了保证空气新鲜，在培养室的一侧，穿过预处理室，上下各安装一个和外部相通的且在进出口带止回阀的通风管，通过下面通风管装的鼓风机送风，让培养室和外部进行空气交换。

本实用新型的技术方案是：两个大小相同的培养室分上、下两层安装在与外部隔热阻光的培养箱内；每个培养室由作物光照调节装置、空气温.湿度调节装置、作物土壤温.湿度调节装置、室内室外空气交换装置、单片机智能控制器组成；其特征在于：上培养室的光源采用红、绿、蓝LED灯组成三基色面光源，下培养室的光源采用全光谱的LED灯构成的面光源，两个大小相同面光源的形状为半圆柱面，覆盖在培养作物的上方；上、下两个培养室的作物土壤温.湿度调节装置结构相同，共用一个供水控温水箱和抽水泵，控温水箱的水温由水箱里的半导体制冷、热片控制，水流路径由各通道的电磁水阀控制，控温水箱和抽水泵安装在箱体的最下部；上、下两个培养室的空气温.湿度调节装置结构相同且彼此独立，空气温.湿度调节装置安装在空气预处理室里，它由半导体制冷制热器、超声波雾化器、带止回阀的通风管、鼓风机组成，半导体制冷、热片一面在预处理室，另一面和外部环境接触，带止回阀的通风管上下安装，鼓风机安装在下通风管里；室内室外空气交换装置安装在预处理室的侧面，上、下培养室和外部进行空气交换的带止回阀的通风管穿过预处理室上下安装，鼓风机安装在下通风管里；单片机智能控制器安装在培养箱的下部，通过安装在右下部的参数设置面板预设控制参数，由分布在培养室里传感器采集控制对象的温.光.湿等控制信号，根据设置的控制目标进行控制，保证培养室里作物的光照、室内空气的温.湿度和土壤的温.湿度达到预定的要求，并定时将培养室的温.光.湿等实时信号传送到网络电脑上，实现远程监控。

附图说明

图1为本实用新型—双室对比型智能人工环境作物生长实验箱正视立体示意图；

图2为本实用新型—双室对比型智能人工环境作物生长实验箱右视剖面示意图；

图3为本实用新型—双室对比型智能人工环境作物生长实验箱左视剖面示意图；

图4为本实用新型—双室对比型智能人工环境作物生长实验箱三基色LED灯面光源示意图；

图5为本实用新型—双室对比型智能人工环境作物生长实验箱全光谱LED灯面光源示意图；

图6为本实用新型—双室对比型智能人工环境作物生长实验箱上培养室土壤温、湿度控制装置示意图；

图7为本实用新型—双室对比型智能人工环境作物生长实验箱下培养室土壤温、湿度控制装置示意图；

图8为本实用新型—双室对比型智能人工环境作物生长实验箱智能控制架构示意图。

图中：

1－三基色LED灯面光源；2－上培养室对外空气交换出气管道；3－上培养室与预处理室空气交换出气管道；4－上培养室对外空气交换电动进气管道；5－上培养室与预处理室空气交换电动进气管道；6－上培养室土壤加湿小莲蓬头；7－上培养室保温凹槽调温蛇形金属水管；8－上培养室保温凹槽与内胆边缘密封橡胶垫圈；9－全光谱LED灯面光源；10－下培养室对外空气交换出气管道；11－下培养室与预处理室空气交换出气管道；12－下培养室对外空气交换电动进气管道；13－下培养室与预处理室空气交换电动进气管道；14－下培养室土壤加湿小莲蓬头；15－下培养室保温凹槽调温蛇形金属水管；16－下培养室保温凹槽与内胆边缘密封橡胶垫圈；17－上培养室装土壤的金属内胆；18－上培养室空气温、湿度调节半导体制冷、热片；19－上培养室增湿超声波雾化器；20－下培养室空气温、湿度调节半导体制冷、热片；21－下培养室增湿超声波雾化器；22－下培养室装土壤的金属内胆；23－土壤温、湿度调节控温水箱；24－土壤温、湿度调节控温水箱内的半导体制冷、热片；25－上、下培养室土壤温、湿度调节抽水泵；26－上培养室土壤温度调节水流控制电磁阀；27－上培养室土壤湿度调节水流控制电磁阀；28－三基色面光源红LED灯组；29－三基色面光源绿LED灯组；30－三基色面光源蓝LED灯组；31－全光谱面光源LED灯组；32－培养箱控制参数设置面板；33－上培养室；34－上空气预处理室；35－下培养室；36－下空气预处理室；37－下培养室土壤温度调节水流控制电磁阀；38－下培养室土壤湿度调节水流控制电磁阀。

具体实施方式

本实用新型有上、下两个培养室，每个培养室由作物光照调节装置、空气温.湿度调节装置、作物土壤温.湿度调节装置、室内室外空气交换装置、单片机智能控制器组成。如图1所示，实验箱的长、宽、高为：70cm、90cm、170cm，箱体为隔热材料，正面是一张不透光且隔热的可全开门；两个培养室的长、宽、高为：60cm、60cm、60cm 。1为上培养室33里形状为半圆柱面的三基色面光源，圆弧半径为30cm、宽度为60cm，如图4所示，红、绿、蓝三种LED灯间隔成直线排列组成三基色LED灯面光源，28为红色高亮度LED灯，29为绿色高亮度LED灯，30为蓝色高亮度LED灯，单片机智能控制器可控制每列灯的亮灭，还能控制每列灯的发光强度，这样就可使作物获得不同强度、不同光谱、多方向的光照。

如图3所示，2为上培养室33和外部进行空气交换的带止回阀的上通风管，4为上培养室33和外部进行空气交换的带止回阀的下通风管，通风管的直径均为5cm，两通风管中心的间距为40cm,当下通风管里的鼓风机启动后，上下通风管就在上培养室33和外部形成一个对流通道来完成室内、外空气交换。

如图2所示，3为上培养室33和上预处理室34进行空气交换的带止回阀的上通风管，5为上培养室33和上预处理室34进行空气交换的带止回阀的下通风管，通风管的直径均为5cm，两通风管中心的间距为40cm,当下通风管里的鼓风机启动后，上下通风管在上培养室33和上预处理室34形成了一个对流通道；18为上培养室空气温、湿度调节半导体制冷、制热片，它安装在上预处理室34里，控制系统根据上培养室33空气温、湿度的要求来控制18半导体制冷、热片在预处理室34里的一面的温度，预处理室34里合适温度的空气通过对流通道进入培养室33里；另外，如果上培养室33空气湿度大于设定值，控制系统使半导体制冷、热片在预处理室34里的一面的温度降低到能使水汽结露为止，同时启动鼓风机使上培养室33和上预处理室34形成对流；19为上培养室增湿超声波雾化器，它安装在上预处理室34里，如果上培养室33空气湿度小于设定值，控制系统就启动19上培养室增湿超声波雾化器，预处理室34里合适湿度的空气通过对流通道进入培养室33里。

如图6所示，6为上培养室土壤加湿小莲蓬头，它通过连接管和27土壤湿度调节水流控制电磁阀相连，当土壤需要增湿时，控制系统就启动25土壤温、湿度调节抽水泵，同时打开27土壤湿度调节水流控制电磁阀，莲蓬头喷水使湿度达到要求后就立即停止供水；7为上培养室保温凹槽调温蛇形金属水管，它通过连接管和26土壤温度调节水流控制电磁阀相连，当土壤需要调温时，控制系统就启动25土壤温、湿度调节抽水泵，同时打开26土壤温度调节水流控制电磁阀，通过蛇形金属水管与土壤的热交换来改变土壤的温度；土壤的温度由23土壤温、湿度调节控温水箱的水温决定，通过控制24土壤温、湿度调节控温水箱内的半导体制冷、热片的温度就可以控制水温；图1中，8为上培养室保温凹槽与内胆边缘密封橡胶垫圈，当17上培养室装土壤的金属内胆放入凹槽（详见图6），内胆边缘压紧上培养室保温凹槽边的8密封橡胶垫圈，这样可减少保温凹槽与上培养室的热交换，由于7上培养室保温凹槽调温蛇形金属水管与17上培养室装土壤的金属内胆紧密接触，经过一定时间的传热，土壤温度就与水温基本一样。

下培养室与上培养室的实施方式相似，图1中，9为下培养室里形状为半圆柱面的全光谱LED灯面光源，圆弧半径为30cm、宽度为60cm；如图5所示，全光谱LED灯间隔成直线排列组成面光源，31为全光谱高亮度LED灯，单片机智能控制器可独立控制每列灯的亮灭，还能控制每列灯的发光强度，这样就可使作物获得不同强度、多方向的光照。

如图3所示，10为下培养室35和外部进行空气交换的带止回阀的上通风管，12为下培养室35和外部进行空气交换的带止回阀的下通风管，通风管的直径均为5cm，两通风管中心的间距为40cm,当下通风管里的鼓风机启动后，上下通风管就在下培养室35和外部形成一个对流通道来完成室内、外空气交换。

如图2所示，11为下培养室35和下预处理室36进行空气交换的带止回阀的上通风管，13为下培养室35和下预处理室36进行空气交换的带止回阀的下通风管，通风管的直径均为5cm，两通风管中心的间距为40cm,当下通风管里的鼓风机启动后，上下通风管就在下培养室35和下预处理室36形成了一个对流通道；20为下培养室空气温、湿度调节半导体制冷、制热片，它安装在下预处理室里，控制系统根据下培养室空气温度的要求来控制20半导体制冷、热片在预处理室36里的一面的温度，预处理室36里合适温度的空气通过对流通道进入培养室35里；另外，如果下培养室35空气湿度大于设定值，控制系统使半导体制冷、热片在预处理室36里的一面的温度降低到能使水汽结露为止，同时启动鼓风机使下培养室35和下预处理室36形成对流；21为下培养室增湿超声波雾化器，它安装在下预处理室36里，如果下培养室35空气湿度小于设定值，控制系统就启动21下培养室增湿超声波雾化器，预处理室36里合适湿度的空气通过对流通道进入培养室35里。

如图7所示，14为下培养室土壤加湿小莲蓬头，它通过连接管和38土壤湿度调节水流控制电磁阀相连，当土壤需要增湿时，控制系统就启动25土壤温、湿度调节抽水泵，同时打开38土壤湿度调节水流控制电磁阀，莲蓬头喷水使湿度达到要求后就立即停止供水；15为下培养室保温凹槽调温蛇形金属水管，它通过连接管和37土壤温度调节水流控制电磁阀相连，当土壤需要调温时，控制系统就启动25土壤温、湿度调节抽水泵，同时打开37土壤温度调节水流控制电磁阀，通过蛇形金属水管与土壤的热交换来改变土壤的温度；土壤的温度由23土壤温、湿度调节控温水箱的水温决定，通过控制24土壤温、湿度调节控温水箱内的半导体制冷、热片的温度就可以控制水温；图1中，16为下培养室保温凹槽与内胆边缘密封橡胶垫圈，当22下培养室装土壤的金属内胆放入凹槽（详见图7），内胆边缘压紧下培养室保温凹槽边的16密封橡胶垫圈，这样可减少保温凹槽与下培养室的热交换，由于15下培养室保温凹槽调温蛇形金属水管与22下培养室装土壤的金属内胆紧密接触，经过一定时间的传热，土壤温度就与水温基本一样。

图8所示为单片机智能控制器的控制框图，单片机智能控制器由温.光.湿传感器组、作物光照控制执行器、培养室空气温.湿度控制执行器、作物培养土壤温.湿度控制执行器、温.光.湿实时信号上传网络执行模块、单片机程序等组成；单片机智能控制器安装在培养箱的下部，通过安装在左下部的参数设置面板预设控制参数，分布在培养室里的传感器采集控制对象的温.光.湿控制信号，根据设置的控制目标进行控制，保证培养室里作物的光照、室内空气的温.湿度和土壤的温.湿度达到预定的要求，并定时将培养室的温.光.湿等实时信号传送到网络电脑上，实现远程监控。

该实用新型——双室对比型智能人工环境作物生长实验箱是一种模拟自然环境中与作物生长有关的温度、湿度和光照等因素，创造局部人工气候的一种实验设备。双室对比型智能人工环境作物生长实验箱为用户同时提供两种理想的人工气候试验环境，不仅可用作植物的发芽、育苗等对比实验，还可以用作组织细胞、微生物的培养、昆虫、小动物的饲养；是生物遗传工程，医学、农林业、环境科学、畜牧、水产等生产以及科研部门理想的实验设备。

双室对比型智能人工环境作物生长实验箱操作简便，可编程多段控制方式，可模拟不同季节、不同地域的气候；风道式通风，工作室风速柔和；绝热性能好，温.湿度均匀；半圆柱面光源，光照均匀；实验箱参数如下：控温范围0-50℃，温度均匀度：±1℃；控湿范围:50%～90%RH，湿度波动度：±5%RH；光照度：0～5500LX；具有远程无线报警、本地声光报警、超欠温保护、掉电记忆、掉电时间自动补偿功能、停电后再开机可延续原来的工作状态等功能。

Claims

1.一种双室对比型智能人工环境作物生长实验箱，由上、下两个培养室构成，每个培养室由作物光照调节装置、空气温/湿度调节装置、作物土壤温/湿度调节装置、室内室外空气交换装置、单片机智能控制器组成，其特征在于：上培养室的光源采用红、绿、蓝LED灯组成三基色面光源，下培养室的光源采用全光谱的LED灯构成的面光源；上、下两个培养室的作物土壤温/湿度调节装置结构相同，共用一个控温水箱和抽水泵；上、下两个培养室的空气温/湿度调节装置结构相同且彼此独立，它由半导体制冷制热器、超声波雾化器、带止回阀的通风管、鼓风机组成；上、下两个培养室与室外空气交换装置结构相同且彼此独立，它由带止回阀的通风管、鼓风机组成；单片机智能控制器由温/光/湿传感器组、温/光/湿控制执行器、温/光/湿实时信号上传网络模块、控制参数设置面板、单片机程序等组成；分布在培养室里传感器采集控制对象的温/光/湿控制信号，控制系统根据设置的控制目标进行控制，并定时将培养室的温/光/湿实时信号传送到网络电脑上，实现远程监控。

2.根据权利要求１所述的双室对比型智能人工环境作物生长实验箱，其特征在于：上培养室的光源的红、绿、蓝三种LED灯间隔成直线排列，下培养室里的光源的全光谱LED灯成直线排列，两个面光源大小相同为半圆柱面，圆弧半径为30cm、宽度为60cm，覆盖在培养作物的上方；单片机智能控制器可控制每列灯的亮灭，还能控制每列灯的发光强度，这样就可使作物获得不同强度、不同光谱、多方向的光照。

3.根据权利要求１所述的双室对比型智能人工环境作物生长实验箱，其特征在于：上、下两个培养室的作物土壤温/湿度调节装置的装土壤的金属内胆与保温凹槽里的调温蛇形金属水管紧密接触，保温凹槽与内胆边缘通过橡胶垫圈密封；土壤加湿小莲蓬头安装在保温凹槽的旁边，莲蓬头上的细孔面向土壤；控温水箱的半导体制冷、热片的一面在水箱的底部与水接触；抽水泵的出口分为两路，一路和土壤温度调节水流控制电磁阀相连，控制调温蛇形金属水管的水流，另一路和土壤湿度调节水流控制电磁阀相连，控制土壤加湿小莲蓬头的水流；控温水箱和抽水泵安装在箱体的下部。

4.根据权利要求１所述的双室对比型智能人工环境作物生长实验箱，其特征在于：上、下两个培养室的空气温/湿度调节装置的带止回阀的通风管连通培养室和预处理室，鼓风机安装在下通风管里, 通风管的直径均为5cm，上、下通风管中心的间距为40cm, 当下通风管里的鼓风机启动后，上下通风管就在培养室和预处理室形成一个对流通道；空气温、湿度调节半导体制冷、制热片一面在预处理室里，另一面和外部接触；增湿超声波雾化器安装在预处理室里。

5.根据权利要求１所述的双室对比型智能人工环境作物生长实验箱，其特征在于：上、下两个培养室与室外空气交换装置的两个带止回阀的通风管穿过预处理室，鼓风机安装在下通风管里, 通风管的直径均为5cm，上、下通风管中心的间距为40cm,当下通风管里的鼓风机启动后，上下通风管就在培养室和外部形成一个对流通道。