CN211861399U - 一种组培室植物生长环境因子调控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种组培室植物生长环境因子调控系统，包括设置在组培室内的智能控制中心、无线通信节点、温湿度传感器、温度控制器、湿度控制器、以及至少一个组培单元；每个组培单元主要由托盘、LED光源和组培终端节点电路组成。根据不同植物在不同阶段所需光照时间和光照强度的不同，通过分组的方式对不同植物的光照时间和强度进行自动化控制，这样不仅能够最大限度地提升植物组培苗培育的质量，而且能够降低组培室的用电成本、人力管理成本和灯具的损耗成本；此外，在对不同种类植物的光照进行分类控制的前提下，对所有植物所处环境的温湿度进行自动化调节，以使得植物能够获得更好的生长环境，以进一步提高植物的培育质量。

Description

一种组培室植物生长环境因子调控系统

技术领域

本实用新型涉及组织培养技术领域，具体涉及一种组培室植物生长环境因子调控系统。

背景技术

组织培养是对传统植物繁殖方法的突破，它能使有性繁殖成活率低和不能有性繁殖的植物繁育出新的植株，且不受季节、气候、自然灾害等因素影响；组织培养的繁殖周期短，扩繁速度快，短时间内可繁殖出大量植株。通过组织培养不但能节省常规无性繁殖所需要的大量母本植物，保持母本优良性状一致，还可以防止植物种性退化。目前，组织培养在快速繁殖、育种、保存濒危植物种质资源等工作中应用广泛。

在植物组织培养过程中，植物组培苗生长主要受到温度、湿度、光照和杂菌污染等环境因子的影响。目前，常规组培室对植物生长环境因子调控存在的问题有：采用日光灯对植物组培苗进行补光时，对组培室内的不同植物组培苗以及植物组培苗的不同生长阶段均统一采用同样的补光方式，补光亮度不能按需调节，从而无法根据不同植物生长的需光性以及植物生长不同阶段的需光性进行对应的光照调节，因而影响植物组培苗培育的质量；此外，由于采用人工调节温度、湿度和光照等环境因子的方式，使得组培室的用电成本、人力管理成本和灯具的损耗成本增加，不易获得高性价比的植物组培苗。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有组织培养对温度、湿度和光照等环境因子的调控不科学，从而难以获得高性价比的植物组培苗的问题，提供一种组培室植物生长环境因子调控系统。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种组培室植物生长环境因子调控系统，包括设置在组培室内的智能控制中心、无线通信节点、温湿度传感器、温度控制器、湿度控制器、以及至少一个组培单元；每个组培单元主要由托盘、LED光源和组培终端节点电路组成；托盘位于组培单元的底部，装有组培苗的组培瓶放置在该托盘上；LED光源位于组培单元的顶部和/或侧部，且发光方向朝向组培瓶；组培终端节点电路位于组培单元内，包括终端控制器、无线通信模块、光照检测传感器和LED调光控制电路；光照检测传感器与终端控制器连接；终端控制器的输出端与LED调光控制电路的输入端连接，LED调光控制电路的输出端与LED光源的控制端连接；终端控制器与无线通信模块相连；每个组培单元的组培终端节点电路的无线通信模块与无线通信节点相连；无线通信节点与智能控制中心相连；温湿度传感器与智能控制中心连接，智能控制中心的输出端分别连接温度控制器和湿度控制器的控制端。

上述方案中，托盘的表面还进一步设有反光板。

上述方案中，托盘的表面还进一步设有至少一个压力传感器，该压力传感器的输出端与终端控制器连接。

上述方案中，温度控制器为空调，湿度控制器为除湿机。

上述方案中，LED光源包括红蓝光谱LED光源和/或全光谱LED光源。

上述调控系统还进一步包括换气装置，智能控制中心的输出端连接该换气装置的控制端。

上述调控系统还进一步包括臭氧消毒装置，智能控制中心的输出端连接该臭氧消毒装置的控制端。

上述调控系统还进一步包括无线路由器，该无线路由器与智能控制中心相连。

上述调控系统还进一步包括上位机，该上位机通过无线路由器与智能控制中心相连。

上述调控系统还进一步包括视频监控设备；该视频监控设备与智能控制中心连接；或视频监控设备经由无线路由器与上位机相连。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1、根据不同植物在不同阶段所需光照时间和光照强度的不同，通过分组的方式对不同植物的光照时间和强度进行自动化控制，这样不仅能够最大限度地提升植物组培苗培育的质量，而且能够降低组培室的用电成本、人力管理成本和灯具的损耗成本；

2、在对不同种类植物的光照进行分类控制的前提下，对所有植物所处环境的温湿度进行自动化调节，以使得植物能够获得更好的生长环境，以进一步提高植物的培育质量；

3、通过对组培室内的空气定期进行消毒和换气，控制组培室环境中的杂菌数量，有效降低组培瓶苗污染数量，从而降低种苗生产成本。

4、整个组培苗的生长培育过程全部基于预先所获得的优化控制参数进行采用自动化控制，这不仅能够有助于组培苗的生长，以获得优质的组培苗；同时也能够减少人力成本，并使得技术人员不必亲临现场也可获知植物的生长情况。

附图说明

图1为一种组培室植物生长环境因子调控系统的原理框图。

图2为组培单元的结构示意图。

图3为组培终端节点电路的原理框图。

图中标号：1、托盘；2、LED光源；3、组培终端节点电路；3-1、压力传感器；3-2、光照检测传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

一种组培室植物生长环境因子调控系统，如图1所示，包括设置在组培室内的智能控制中心、无线通信节点、温湿度传感器、温度控制器、湿度控制器、换气装置、臭氧消毒装置、视频监控设备、无线路由器、以及至少一个组培单元。

参见图2和3，每个组培单元主要由托盘1、LED光源2和组培终端节点电路3组成。托盘1位于组培单元的底部，装有组培苗的组培瓶放置在该托盘1上。LED光源2数量为1个以上，包括红蓝光谱LED光源2和/或全光谱LED光源2，其可以根据需要通过终端控制器控制LED调光控制电路进行切换。LED光源2位于组培单元的顶部和/或侧部，且发光方向朝向组培瓶。为了让LED光源2所发出的光源能够得到充分利用且更好地照射到待组培植物上，托盘1的表面设有反光板。组培终端节点电路3位于组培单元内，包括终端控制器、无线通信模块、压力传感器3-1、光照检测传感器3-2和LED调光控制电路。压力传感器3-1和光照检测传感器3-2分别连接终端控制器。压力传感器3-1设置在托盘1的表面，并位于反光板之下，其作用是检测托盘1的压力，以判断是否安放有组培苗。光照检测传感器3-2设在组培瓶之间，其作用是检测组培苗所处组培单元的当前光照强度。终端控制器的输出端与LED调光控制电路的输入端连接，LED调光控制电路的输出端与LED光源2的控制端连接。LED调光控制电路在终端控制器的指令下，对LED光源2的发光强度和发光时间进行控制。终端控制器与无线通信模块相连，以实现组培单元内的组培终端节点电路3与组培单元外部的智能控制中心之间的通信。在本实施例中，无线通信节点为ZigBee通信模块，其通过无线网络与终端控制器相连。为了节省空间，在本实施例中，组培单元采用安放在组培室内设置的组培架上。

所述的智能控制中心上设有微控器、时钟模块、以及存储器模块。时钟模块与所述的微控器相连。存储器模块与所述的微控器相连。每个组培单元的组培终端节点电路3的无线通信模块与无线通信节点无线相连。无线通信节点与智能控制中心的微控制器相连。在本实施例中，无线通信节点和无线通信模块均为ZigBee通信模块，其通过串口与智能控制中心的微控制器相连。温湿度传感器与智能控制中心的微控制器连接。温湿度传感器的作用是检测组培室内的当前温湿度。智能控制中心的微控制器的输出端分别连接温度控制器、湿度控制器、换气装置和臭氧消毒装置的控制端。温度控制器的作用是对组培室内的温度进行调节，在本实施例中，温度控制器为空调。湿度控制器的作用是对组培室内的湿度进行调节，考虑到组培瓶内一般盛有培养液，其湿度已经足够高，因此只需要降低组培室内的湿度，而无需增加组培室内的湿度。在本实施例中，湿度控制器为除湿机。由于组培室是密闭的，因此需要通过换气装置和臭氧消毒装置，对组培室进行定期的换气和消毒。在本实施例中，智能控制中心的微控制器通过红外发射电路与温度控制器、湿度控制器和臭氧消毒装置连接；智能控制中心的微控制器通过固态继电器与换气装置连接。视频监控设备与智能控制中心的微控制器连接，或者通过无线路由器与上位机连接，视频监控设备的作用是对整个组培室内的情况进行视频监控。此外，智能控制中心的微控制器上还接有无线路由器，这样外部上位机便可以通过无线路由器与智能控制中心的微控制器相连，易实现对智能控制中心进行远程控制。其中上位机为PC机、手机和iPad等智能终端。

技术员先通过实验研究或经验数据获得不同组培植物的有效的光照时间和光照亮度等参数，以及所有植物适宜的温度和湿度等参数，然后将这些环境因子的控制参数直接存入或通过上位机输入智能控制中心的存储器模块中存储。另外，技术员还可以在组培的过程中通过上位机了解或修改环境因子的控制参数。

压力传感器3-1检测托盘1的压力并将其送入终端控制器，以判断是否安放有组培苗，即当判断托盘1上安放有组培苗时，则该组培单元的组培终端节点的调光控制电路工作，否则，该组培单元的组培终端节点的调光控制电路不工作。在实际应用中，反光板下面安装有多个压力传感器3-1，用来检测托盘1上不同区域的压力。

光照检测传感器3-2负责对所处组培单元的光照强度进行检测，并将检测的光照强度发送至终端控制器，终端控制器通过无线网络将其送至智能控制中心。在本实施例中，光照检测传感器3-2的型号为BH1750FVI，其内集成有光敏二极管、运放、16位的ADC和处理电路，可将光照强度转化为已校准的数字信号，并通过I²C总线输出。

智能控制中心接收到各个组培单元所发送来光照强度信号后，根据该组培单元内的组培苗的种类，调取对应的光照环境因子的控制参数，即光照强度和光照时间，并将组培单元所需的光照环境因子的控制参数送至终端控制器。终端控制器向LED调光控制电路发出任务指令，LED调光控制电路据此对LED光源2进行光照时间和光照强度控制，以实现对植物的补光。

温湿度传感器负责对组培室内的温湿度进行检测，并将检测的温湿度数据发送至智能控制中心。在实际应用中，可以根据组培室面积的大小来调整温湿度传感器的个数，进行多点温湿度检测，以确保组培室内的温湿度的均匀检测。

智能控制中心接收到温湿度传感器发送来温湿度信号后，智能控制中心将测量的温湿度值与预设的温湿度目标范围进行比较，然后生成温度控制指令和湿度控制指令，并分别通过红外发射电路将温度控制指令和湿度控制指令分别发送给空调和除湿机，进而控制空调和除湿机工作，使组培室的环境温湿度达到相应的设置温湿度。当采用多点温湿度检测时，智能控制中心能够根据多点温度传感器检测的温度信息，进行温度信息融合计算，然后根据计算结果设定空调的输出温度或功率，进而达到快速调节温度的目的。同理，智能控制中心也可以检测多点湿度信息，并进行湿度信息融合计算，得出组培室环境湿度控制策略，控制除湿机工作，使组培室内环境湿度满足植物组培苗生长的需求。

技术员预先将消毒和换气时间参数输入智能控制中心中存储。智能控制中心根据设定的消毒和换气时间参数定期开启臭氧消毒装置和换气装置，以实现自动控制消毒和换气。

视频监控设备实时采集组培室内的视频图像，使得技术人员不必亲临现场也可获知植物的生长情况。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种组培室植物生长环境因子调控系统，其特征在于：包括设置在组培室内的智能控制中心、无线通信节点、温湿度传感器、温度控制器、湿度控制器、以及至少一个组培单元；

每个组培单元主要由托盘(1)、LED光源(2)和组培终端节点电路(3)组成；托盘(1)位于组培单元的底部，装有组培苗的组培瓶放置在该托盘(1)上；LED光源(2)位于组培单元的顶部和/或侧部，且发光方向朝向组培瓶；组培终端节点电路(3)位于组培单元内，包括终端控制器、无线通信模块、光照检测传感器(3-2)和LED调光控制电路；光照检测传感器(3-2)与终端控制器连接；终端控制器的输出端与LED调光控制电路的输入端连接，LED调光控制电路的输出端与LED光源(2)的控制端连接；终端控制器与无线通信模块相连；

每个组培单元的组培终端节点电路(3)的无线通信模块与无线通信节点相连；无线通信节点与智能控制中心相连；温湿度传感器与智能控制中心连接，智能控制中心的输出端分别连接温度控制器和湿度控制器的控制端。

2.根据权利要求1所述的一种组培室植物生长环境因子调控系统，其特征在于：托盘(1)的表面还进一步设有反光板。

3.根据权利要求1或2所述的一种组培室植物生长环境因子调控系统，其特征在于：托盘(1)的表面还进一步设有至少一个压力传感器(3-1)，该压力传感器(3-1)的输出端与终端控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种组培室植物生长环境因子调控系统，其特征在于：温度控制器为空调，湿度控制器为除湿机。

5.根据权利要求1所述的一种组培室植物生长环境因子调控系统，其特征在于：LED光源(2)包括红蓝光谱LED光源(2)和/或全光谱LED光源(2)。

6.根据权利要求1所述的一种组培室植物生长环境因子调控系统，其特征在于：还进一步包括换气装置，智能控制中心的输出端连接该换气装置的控制端。

7.根据权利要求1所述的一种组培室植物生长环境因子调控系统，其特征在于：还进一步包括臭氧消毒装置，智能控制中心的输出端连接该臭氧消毒装置的控制端。

8.根据权利要求1所述的一种组培室植物生长环境因子调控系统，其特征在于：还进一步包括无线路由器，该无线路由器与智能控制中心相连。

9.根据权利要求8所述的一种组培室植物生长环境因子调控系统，其特征在于：还进一步包括上位机，该上位机通过无线路由器与智能控制中心相连。

10.根据权利要求9所述的一种组培室植物生长环境因子调控系统，其特征在于：还进一步包括视频监控设备；该视频监控设备与智能控制中心连接；或视频监控设备经由无线路由器与上位机相连。

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