CN206699011U

CN206699011U - 一种新型气态植物栽培装置

Info

Publication number: CN206699011U
Application number: CN201720395520.6U
Authority: CN
Inventors: 杨浩; 杨涵; 张俊
Original assignee: Beijing Sim Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Luwei Equipment Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2017-12-05
Anticipated expiration: 2027-04-14

Abstract

一种新型气态植物栽培装置，采用了透光罩、光照灯，设有植物培养基底，营养液雾化器，可以自动将已经调制好的营养液以雾化的方式导入植物培养基底的植物根部空间，利用植物根部毛细组织来进行高效吸收，易于清理和节约营养液，同时不需要培养基质，也可以将绿化植物置于没有阳光的环境当中；本实用新型还设有空气净化装置，空气净化装置通过检外部的PM2.5等空气状态，将数据发送给系统控制中心，然后系统根据外部PM2.5的参数自动开启电机风扇，将植物产生的新鲜空气以一定的速率输送到外部；设有LED点阵进行装置内部及外部相关参数信息的显示，方便用户进行调控和设置。本实用新型还设有蓄电池，可以应用于应急照明，能够提供更大的安全保障。

Description

一种新型气态植物栽培装置

技术领域

本发明涉及植物培养技术领域，具体涉及一种新型气态植物栽培装置。

背景技术

目前市场上的培养箱成本都相对较高，而且只能控制一定条件的光照，湿度和温度，对于培养的植物材料都需要栽到基质里，然后放进培养箱培养，而且空间有限；对于植物材料的养分都是通过浇施方式给予，这样不利于养分的充分吸收和高效利用。

中国专利(CN202095336U)公开了一种家用多功能植物栽培设备，该设备包括发面区、发豆芽区以及蔬菜种植区；发豆芽区设置有对该单元湿度进行检测和调节的湿度传感器、湿度调节装置以及为发豆芽提供新鲜水源的水循环装置；蔬菜种植区设置有对该单元湿度、CO₂浓度、光照进行检测和调节的湿度传感器、湿度调节装置、光照传感器、CO₂传感器、CO₂浓度调节装置、光照调节装置，以及为蔬菜种植提供养分的营养液循环装置；发面区、发豆芽区、蔬菜种植区均设置有对各自单元的温度进行检测和调节的温度传感器、温度调节装置；该植物栽培设备还包括一控制系统。

中国专利(CN204217610U)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。

然而，现有技术中并没有解决无光环境栽培问题、植物栽培中吸收效率低、不易清理和营养液浪费问题、培养装置内外空气自然流通较差、污染物的控制问题以及解决应急供电问题以及使用者监控栽培装置现状的问题。

发明内容

本发明提供一种新型气态植物栽培装置，已解决现有技术中的不足，为达上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种新型气态植物栽培装置，包括控制中心STM32模块、检测模块、进出风扇模块、LED点阵显示模块、键控模块、植物培养基底、营养液雾化器、电源管理模块、光照灯、透光罩模块；其特征为：控制中心STM32模块分别与检测模块、进出风扇模块、LED点阵显示模块、键控模块、植物培养基底、营养液雾化器、电源管理模块、光照灯、透光罩模块相连接；所述检测模块可将室内空气质量、温湿度、光照强度、CO₂浓度的相关数据实时传输给控制中心STM32模块，控制中心STM32模块根据采集的数据控制进出风扇模块、光照灯部件工作，同时控制中心STM32模块可实时将控制质量的相关参数显示于LED点阵显示模块上；所述植物培养基底用于固定植物，其内置入营养液雾化器，该营养液雾化器将营养液以雾化的方式导入植物根部，便于植物高效吸收，同时营养液雾化器受控制中心STM32模块控制；

优选地，所述检测模块包括：空气质量PM2.5检测模块、温湿度检测模块、光照、CO₂浓度检测模块；

优选地，所述光照灯、透光罩模块用于为植物提供光线，其受控制中心STM32模块控制；所述键控模块用于与控制中心STM32模块进行指令交互，方便用户操控相关模块和调看数据；所述电源管理模块可以为控制中心STM32模块、进出风扇模块、LED点阵显示模块、营养液雾化器及光照灯、透光罩模块提供电源；

优选地，所述进出风扇模块由进风风扇和出风风扇组成，进风风扇位于该装置的左下侧，出风风扇位于该装置的右上侧；所述检测模块位于该装置的后侧，用于实时监测室内空气质量的相关数据；所述控制中心STM32模块、LED点阵显示模块、键控模块以及电源管理模块位于屋盖装置的前侧，其中LED点阵显示模块以及键控模块方便用户与该装置进行交互；所述植物培养基底位于该装置内部下侧，可分割成行列阵列方便多株植物同时养护，其内置有营养液雾化器；所述光照灯、透光罩模块位于该装置顶部，可以为植物提供合适的光源；

优选地，该装置可由市电进行供电；该装置内设有蓄电池，当没有外部电源的时候，可自动切换成蓄电池供电模式；

优选地，所述营养液雾化装置包括方向转换管、雾化器上盖、雾化器下盖、雾化帽、导管；雾化器下盖内侧底部中央为一锥形体，锥形体顶端有孔与雾化器下盖外侧接口相通，雾化帽下端呈锥形并与雾化器下盖中的锥形体套装，雾化器下盖外侧有与导管相连的接口；雾化器下盖中容纳营养液；雾化器上盖对准雾化器下盖并通过锁扣连接在一起；雾化器下盖与导管连接；导管与外部高压气压机连接；雾化器上盖与万向转换管一端连接；万向转换管另一端与喷嘴连接；

优选地，空气质量PM2.5检测模块包括激光源、空气通道、光散射测量腔体、滤波放大电路；所述激光源通过发射激光给光散射测量腔体，同时空气通过空气通道穿过光散射测量腔体，将采集到的空气参数转换为电信号后经过滤波、放大电路并经过A/D转换器输入控制中心STM32模块中，控制中心STM32模块根据采集的信号发出控制指令；

优选地，透明罩上设有隔光套，所述隔光套可以将光照灯的光照隔离。

优选地，所述电源管理模块输入电压范围：直流3.2V至40V；输出电压范围：直流1.25V至35V电压连续可调，最大输出电流为3A；所述键控模块是一个基于触摸检测芯片TTP223B的电容式点动型触摸开关模块；控制中心STM32模块采用嵌入式ARM Cortex-M3，其内核时钟频率达到72MHz。

有益效果：采用透光罩、光照灯，用于解决无光环境栽培问题；采用营养液雾化器，解决植物栽培中吸收效率低、不易清理和营养液浪费问题；采用空气净化装置，解决培养装置内外空气自然流通较差的问题；采用蓄电池，解决应急供电问题；采用LED显示装置，方便使用者监控栽培装置现状。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种新型气态植物栽培装置的系统结构框图。

图2-1为一种新型气态植物栽培装置中PM2.5传感器工作流程图。

图2-2(a)为一种新型气态植物栽培装置中STM32电路图-MCU部分原理图。

图2-2(b)为一种新型气态植物栽培装置中STM32电路图-串口电路部分原理图。

图2-2(c)为一种新型气态植物栽培装置中STM32电路图-IIC电路部分原理图。

图2-2(d)为一种新型气态植物栽培装置中STM32电路图-复位电路部分原理图。

图2-2(e)为一种新型气态植物栽培装置中STM32电路图-存储器AT24Cxx、SPI电路部分和温度传感器LM75部分原理图。

图2-3为一种新型气态植物栽培装置中LED屏驱动电路部分原理图。

图2-4(a)为一种新型气态植物栽培装置中电容式触摸感应原理。

图2-4(b)为一种新型气态植物栽培装置中基于LPC1100触摸按键原理。

图2-5为一种新型气态植物栽培装置中电源管理模块电路。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种新型气态植物栽培装置，该装置是集植物培养与空气净化为一体的种植箱；如图1所示，所述新型气态植物栽培装置装备包括控制中心STM32模块101，空气质量PM2.5102等检测模块，进出风扇模块103(1031)，LED点阵显示模块104，键控模块105，植物培养基底106，营养液雾化器1061，电源管理模块107，光照灯109、透光罩模块；其中，控制中心STM32模块101分别与空气质量PM2.5102等检测模块、进出风扇模块103(1031)、LED点阵显示模块104、键控模块105、植物养基底106、营养液雾化器1061、电源管理模块107、光照灯109、透光罩模块相连接；

检测模块包括：空气质量PM2.5102检测模块、温湿度检测模块、光照、CO₂浓度检测模块等，上述检测模块可将室内空气质量、温湿度、光照强度、CO₂浓度的相关数据实时传输给控制中心STM32模块101，控制中心STM32101根据相关数据控制进出风扇103(1031)、光照灯等部件工作，同时控制中心STM32101可实时将控制质量的相关参数显示于LED点阵显示模块104上；所述植物培养基底106用于固定植物，其内置入营养液雾化器1061，可将营养液以雾化的方式导入植物根部，便于植物高效吸收，同时营养液雾化器1061受控制中心STM32101控制；所述光照灯109、透光罩模块用于为植物提供光线，其可受控制中心STM32101来控制；所述键控模块105用于与控制中心STM32101进行指令交互，方便用户操控相关模块和调看各种数据；所述电源管理模块107可以为控制中心STM32模块101、进出风扇模块103(1031)、LED点阵显示模块104、营养液雾化器1061及光照灯109、透光罩模块提供电源。所述进出风扇模块103(1031)由进风风扇103和出风风扇1031组成，进风风扇103位于该装置的左下侧，出风风扇1031位于该装置的右上侧；所述空气质量PM2.5102等检测模块位于该装置的后侧，用于实时监测室内空气质量的相关数据；所述控制中心STM32模块101、LED点阵显示模块104、键控模块105以及电源管理模块107整合位于屋盖装置的前侧，其中LED点阵显示模块104以及键控模块105方便用户与该装置进行交互；所述植物培养基底106位于该装置内部下侧，可分割成行列阵列方便多株植物同时养护，其内置有营养液雾化器1061，该营养液雾化器1061受控制中心STM32模块101控制使得营养液以雾气的方式导入植物根部；所述光照灯109、透光罩模块位于该装置顶部，可以为植物提供合适的光源；该装置可由市电进行供电；该装置内设有蓄电池，当没有外部电源的时候，可自动切换成蓄电池供电模式，以提供更大的安全保障。

进一步说明如下：

1、营养液雾化装置及其原理：营养液雾化装置包括方向转换管、雾化器上盖、雾化器下盖、雾化帽、导管；雾化器下盖内侧底部中央为一锥形体，锥形体顶端有孔与雾化器下盖外侧接口相通，雾化帽下端呈锥形并与雾化器下盖中的锥形体套装，雾化器下盖外侧有与导管相连的接口；雾化器下盖中容纳营养液；雾化器上盖对准雾化器下盖并通过锁扣连接在一起；雾化器下盖与导管连接；导管与外部高压气压机连接；雾化器上盖与万向转换管一端连接；万向转换管另一端与喷嘴连接。

工作过程“打开外界高压气压机开关，高压气压机中的高压空气通过导管产生持续压力，空气压力打在雾化帽漏斗上的挡板上产生反作用力，将雾化器下盖中的营养液液随锥形斜坡产生涡旋，从而将营养液液再次打在漏斗上产生撞击形成微小颗粒，其颗粒小于5微米，随漏斗的气流上升，产生气雾胶，并随方向转换管连接的喷嘴喷出，同时营养液雾化颗粒大于5微米，则其由于重力流回容器底部。该头连接至每个植物的根部，使雾化营养液直接作用于植物根部。

2、空气质量PM2.5检测模块：系统中空气质量PM2.5检测模块使用的是一款数字式通用颗粒物浓度传感器HK-PM01，该传感器可以用于获得单位体积内空气中微米悬浮颗粒物个数，即颗粒物浓度，并以数字接口形式输出，同时也可输出每种粒子的质量数据。该传感器嵌入该新型气态植物栽培装置一侧，为其提供及时准确的空气悬浮颗粒浓度数据。

本传感器采用激光散射原理。即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。微处理器采集数据后，通过傅立叶变换得到时域与频域间的关系，随后经过一系列复杂算法得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量。该传感器系统工作的流程如图2-1所示，该传感器工作原理如下：激光源通过发射激光给光散射测量腔体，同时空气通过空气通道穿过光散射测量腔体；采集到的空气参数转换为电信号后经过滤波、放大电路后经过A/D转换器输入微处理器中，微处理器根据采集的信号发出控制指令。

3、控制中心STM32模块101(包括外围电路)：STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是32位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。其结构电路如图2-2所示：

1.主芯片选择STM32F103ZET6。

2.电源6-12V输入，带电源指示灯，板上LDO转换为5V和3.3V。

3.SDIO模式TF卡座，带自弹功能。

4.LCD液晶接口与FSMC总线相连，SPI接口连接触摸芯片。

5.通过SPI口扩展了EEPROM芯片。

6.通过排针连接ADC，DAC输入引脚。使用2.5V外部电压基准为ADC参考电压。

7.USB接口，标准20针JTAG接口。

8.Boot0，Boot1启动选择跳线。

9.RTC备份电池。

10.外部32.768KHz，及12MHz晶振。

11.FSMC接口扩展16位512K SRAM，32Kbyte铁电存储器。

12. 2路RS232接口，1路RS485，1路CAN总线接口。

13.三色LED指示灯，连接IO口。

4、LED点阵显示模块104：LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写，是一种能够将电能转化为可见光的半导体。LED点阵是由发光二极管排列组成的显示器件，在我们日常生活的电器中随处可见，极为普通也广为人知。特别是它的发光类型属于冷光源，效率及发热量是普通发光器件难以比拟的，它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品、可靠耐用、应用灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活种等特点。目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。随着社会经济的不断进步，以及LED显示技术的不断完善，人们对LED显示屏的认识将越来越深入，其应用领域将会越来越广。

本文设计一个16*64点阵模块控制器，根据标准的08控制接口要求，可以驱动市面上常见的16扫单色显示屏，显示汉字、英文、阿拉伯数字及其他信息等。整个系统提供很宽的外部扩展，包括时钟、温湿度、亮度等常规点阵控制器的模块。

如显示10个汉字，先将这10个汉字的点阵从字库中读出，放到显示缓存，如果要实现左移或者其它的显示效果则将显示缓存中的每个位进行移位或者其它处理，然后再调用扫描显示函数就可以实现所规定的效果。扫描显示函数是显示缓存的内容，如果要实现不同的内容，比如说图片、汉字、英文等内容，只需要将这些内容按扫描显示函数对显示缓存的协议要求就可以显示出来。由于显示屏中采用74HC595移位缓存器，所以需要做74HC595的驱动，这个相对简单，只要将数据按位传输，一位送一个时钟，送完一行所有的数据送一个锁存时钟，再通过74HC138选通该行，这样一直循环，人眼就会看到一幅完整的内容。对于显示屏来说，显示使能端是比较重要的，主要是因为送完一行后需要一个消隐的动作，所谓的消隐就是让显示屏黑屏一段时间，如果不做该动作，则在显示的过程中会有拖影的现象。

5、键控模块105：本模块是一个基于触摸检测IC(TTP223B)的电容式点动型触摸开关模块。本模块默认状态输出低电平，模式为低功耗模式；当用手指触摸相应位置时，模块会输出高电平，再次触摸又恢复低电平。模式切换为快速模式；当持续12秒没有触摸时，模式又切换为低功耗模式。可以将模块安装在非金属材料如塑料、玻璃的表面，另外将薄薄的纸片(非金属)覆盖在模块的表面，只要触摸的位置正确，即可做成隐藏在墙壁、桌面等地方的按键。该模块可以让你免除常规按压型按键的烦恼。

电容式触摸感应按键的基本原理如图2-4(a)所示，当人体(手指)接触金属感应片的时候，由于人体相当于一个接大地的电容，因此会在感应片和大地之间形成一个电容，感应电容量通常有几pF到几十pF。利用这个最基本的原理，在外部搭建相关电路，就可以根据这个电容量的变化，检测是否有人体接触金属感应片。

基于LPCI100系列Cortex-M0微控制器电容式触摸感应按键原理如图2-4(b)所示，利用LPC1100的GPIO中断功能加上内部定时器，可很方便的测量外部电容量变化。处理流程如下：初始化KEY n为GPIO口，必须关闭内部上拉功能，配置为既不上拉也不下拉的模式；使能并配置KEY n的高电平中断；将KEY n设置为输出，并输出低电平，此时电容放电；开启定时器，将KEY n配置为输入，并开启高电平中断，此时电容开始充电，在KEY n的中断服务函数中读取定时器的时间；根据这个充电时间的变化量就可以判断出是否有按键按下。

6、电源管理模块：该模块可以进行直流与交流电源切换，具体要求如下：

输入电压范围：直流3.2V至40V(输入的电压必须比要输出的电压高1.5V以上。不能升压)输出电压范围：直流1.25V至35V电压连续可调，高效率(最大92％)最大输出电流为3A。其电路图如图2-5所示，该电源管理模块电路主要以芯片LM2596为核心，其输入端接12V恒压源，并通过电容C1接地，反馈端4通过电阻R1接地，同时通过变阻器与输出端2连接；输出端2通过稳压管IN5822接地并通过电容C2滤波接地，并通过电阻R2输出信号。

以上所述，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种新型气态植物栽培装置，包括控制中心STM32模块、检测模块、进出风扇模块、LED点阵显示模块、键控模块、植物培养基底、营养液雾化器、电源管理模块、光照灯、透光罩模块；其特征为：控制中心STM32模块分别与检测模块、进出风扇模块、LED点阵显示模块、键控模块、植物培养基底、营养液雾化器、电源管理模块、光照灯、透光罩模块相连接；所述检测模块可将室内空气质量、温湿度、光照强度、CO₂浓度的相关数据实时传输给控制中心STM32模块，控制中心STM32模块根据采集的数据控制进出风扇模块、光照灯部件工作，同时控制中心STM32模块可实时将控制质量的相关参数显示于LED点阵显示模块上；所述植物培养基底用于固定植物，其内置入营养液雾化器，该营养液雾化器将营养液以雾化的方式导入植物根部，便于植物高效吸收，同时营养液雾化器受控制中心STM32模块控制。

2.根据权利要求1所述的新型气态植物栽培装置，其特征为：所述检测模块包括：空气质量PM2.5检测模块、温湿度检测模块、光照、CO₂浓度检测模块。

3.根据权利要求1所述的新型气态植物栽培装置，其特征为：所述光照灯、透光罩模块用于为植物提供光线，其受控制中心STM32模块控制；所述键控模块用于与控制中心STM32模块进行指令交互，方便用户操控、调看数据；所述电源管理模块为控制中心STM32模块、进出风扇模块、LED点阵显示模块、营养液雾化器及光照灯、透光罩模块提供电源。

4.根据权利要求1所述的新型气态植物栽培装置，其特征为：所述进出风扇模块由进风风扇和出风风扇组成，进风风扇位于该装置的左下侧，出风风扇位于该装置的右上侧；所述检测模块位于该装置的后侧，用于实时监测室内空气质量的相关数据；所述控制中心STM32模块、LED点阵显示模块、键控模块以及电源管理模块位于屋盖装置的前侧，其中LED点阵显示模块以及键控模块方便用户与该装置进行交互；所述植物培养基底位于该装置内部下侧，可分割成行列阵列方便多株植物同时养护，其内置有营养液雾化器；所述光照灯、透光罩模块位于该装置顶部，可以为植物提供合适的光源。

5.根据权利要求1所述的新型气态植物栽培装置，其特征为：该装置可由市电进行供电；该装置内设有蓄电池，当没有外部电源的时候，可自动切换成蓄电池供电模式。

6.根据权利要求1所述的新型气态植物栽培装置，其特征为：所述营养液雾化装置包括方向转换管、雾化器上盖、雾化器下盖、雾化帽、导管；雾化器下盖内侧底部中央为一锥形体，锥形体顶端有孔与雾化器下盖外侧接口相通，雾化帽下端呈锥形并与雾化器下盖中的锥形体套装，雾化器下盖外侧有与导管相连的接口；雾化器下盖中容纳营养液；雾化器上盖对准雾化器下盖并通过锁扣连接在一起；雾化器下盖与导管连接；导管与外部高压气压机连接；雾化器上盖与万向转换管一端连接；万向转换管另一端与喷嘴连接。

7.根据权利要求2所述的新型气态植物栽培装置，其特征为：空气质量PM2.5检测模块包括激光源、空气通道、光散射测量腔体、滤波放大电路；所述激光源通过发射激光给光散射测量腔体，同时空气通过空气通道穿过光散射测量腔体，将采集到的空气参数转换为电信号后经过滤波、放大电路并经过A/D转换器输入控制中心STM32模块中，控制中心STM32模块根据采集的信号发出控制指令。

8.根据权利要求1所述的新型气态植物栽培装置，其特征为：所述电源管理模块输入电压范围：直流3.2V至40V；输出电压范围：直流1.25V至35V电压连续可调，最大输出电流为3A。

9.根据权利要求1所述的新型气态植物栽培装置，其特征为：所述键控模块是一个基于触摸检测芯片TTP223B的电容式点动型触摸开关模块。

10.根据权利要求1所述的新型气态植物栽培装置，其特征为：控制中心STM32模块采用嵌入式ARM Cortex-M3，其内核时钟频率达到72MHz。