专利名称：一种微型蔬菜工厂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微型蔬菜工厂，具体为一种家庭用的微型蔬菜生产工厂，属于农 业机械领域的蔬菜生产装置。
背景技术：
随着人们生活水平的逐步提高及对食物需求的改变，健康、绿色、环保、便捷的生 活方式越来越受重视，卫生、营养、健康的食物愈来愈受到人们的喜爱，其中绿色无公害、新 鲜洁净的蔬菜产品对人们的现代生活尤为重要。而如何快捷的生产这种蔬菜成为人们关注 的重要话题。植物工厂是植物栽培的最高境界，它为植物提供了生长发育的最佳环境，集成了 全自动、全智能的环境模拟技术为植物的生长与发育创造出最佳的人工环境，是完全可控 可调、按照人的意志进行管理的一种生产模式。它是集约化最高的一种农业生产方式，采用 完全工厂化流程式作业的生产模式，规避了外界气候因子的一切干扰，实现了栽培环境的 精确模拟，所生产的蔬菜品质高、产量好，具有传统栽培模式无法比拟的优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种微型蔬菜工厂，本发明的微型蔬菜工厂是针对家庭开发 的一种微型植物工厂，采用全封闭式智能环境控制系统，精巧美观，便捷实用，智能操控、管 理方便。既可很好的满足人们日常生活对蔬菜产品的基本需要，还可以作为家庭生活的绿 色装饰品、空气净化器、天然氧吧，实现低碳、智能、环保、健康的生活。另外，这种家庭蔬菜 工厂可以广泛应用于气候环境恶劣，不适合植物生长的区域，如沙漠化地域、海洋舰艇、南 北极地等特殊地带，从而满足特殊群体的需求，为解决非可耕地人类生存问题做出贡献。为实现本发明的目的，采取以下技术方案一种微型蔬菜工厂，其特征在于包括柜体，柜体内设置水耕栽培装置、营养液自 动循环系统、空气循环系统、人工补光系统和智能控制系统。—种优选的技术方案，其特征在于所述柜体的正面由上、中、下三部分组成，柜体 的背面具有一个夹层，柜体的最底部设有轮子。所述柜体的正面的上部，内部安装PLC (可编程逻辑控制器)，表面一侧设置人机 交互界面，另一侧设有维修口，维修口用钢板以螺丝固定封闭。所述柜体的正面的中部为栽培室，具有三扇向外拉的门。栽培室内设置水耕栽培 装置和人工补光系统。所述柜体的正面的下部安装空调系统、营养液箱和水泵，具有三扇向外拉的门。所述柜体的夹层内设置回风道、进风道、散热风道、供液管和回液管，夹层顶部设 有出气孔，夹层厚度为10cm。一种优选的技术方案，其特征在于所述的水耕栽培装置包括水耕栽培槽和定植 盖板，所述的水耕栽培槽在侧面分别设有供液孔和回液孔，在底面上设有排液孔，所述定植盖板上设有定植孔，纵向放置在水耕栽培槽上。所述的水耕栽培槽深10cm，纵向长度为50cm，横向长度为180cm，所述的供液孔和 回液孔的孔径为3-8cm，排液孔的孔径为3-6cm。所述定植盖板纵向长度为51cm，横向长度为20cm，纵向每间隔IOcm设有直径为 2. 5cm的定植孔，每个水耕栽培槽上放置9个定植盖板。所述的水耕栽培槽为不锈钢或PVC材料制成，所述的定植盖板为高密度泡沫材料 制成。一种优选的技术方案，其特征在于所述的营养液自动循环系统包括水耕栽培槽、 营养液箱、水泵、供液管、回液管、检测器、PLC、自动配液系统和营养液强排管线，水泵置于 营养液箱内，供液管底端与水泵连接，营养液通过供液管流入水耕栽培槽中，再通过回液管 流回营养液箱，自动配液系统通过管线与营养液箱相连，强排管线与供液管相连，其上安装 强排阀门。所述的自动配液系统包括配液箱和计量泵，配液箱通过管线与计量泵相连，剂量 泵通过管线与营养液箱相连。营养液可以实现自动配制。所述的供液管上安装供液阀门。可以对供液流速进行调节。所述的营养液自动循环系统还包括搅拌管线，所述的搅拌管线一端连接在靠近营 养液箱的供液管上，另一端与营养液箱相连，搅拌管线上安装搅拌阀门。所述的营养液自动循环系统还包括给水管线，所述给水管线与营养液箱相连，其 上安装给水阀门。检测器可实时监测箱体内营养液的pH、EC、溶氧、液位等各项指标，并将各种监测 数据传送到PLC，通过PLC对自动配液系统进行控制，实现各项参数的调节，保证各项参数 适应蔬菜生长发育需求。一种优选的技术方案，其特征在于所述的空气循环系统包括栽培室内部气体循 环系统和栽培室与外界气体循环系统，内部气体循环系统包括风道和空调系统，风道与空 调系统相连通，栽培室与外界气体循环系统包括进气孔、出气孔和散热风道。所述的风道分布于微型蔬菜工厂柜体的背面夹层中，设有三个风道，中间的风道 为进风道，两侧的风道为回风道。所述的进风道上安装过滤网，进风道顶端与风机相连。所述的空调系统包括风机和压缩机组，位于微型蔬菜工厂柜体的下部。所述的进气孔分布于微型蔬菜工厂柜体侧面，出气孔分布于微型蔬菜工厂柜体顶 部，出气孔和进气孔直径为3-6cm。—种优选的技术方案，其特征在于所述的人工补光系统包括植物生长光源、光照 检测器和PLC，所述的植物生长光源安装在微型蔬菜工厂每层栽培室的顶部，植物生长光源 均勻地间隔排列。所述的植物生长光源为LED植物生长灯和荧光灯，LED植物生长灯和荧光灯横向 或纵向交替排列，灯管间距为8-12cm。在所述栽培室两侧面的上部，与植物生长光源同一高度处，设置光源散热孔。所述散热孔的间距为6-lOcm，散热孔直径为4cm-6cm。在植物生长光源下方设置光源热量隔离板。
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所述的光源热量隔离板位于植物生长光源下方l-2cm处，采用透明亚克力板制 成。在微型蔬菜工厂供蔬菜生长的栽培室内设有光照检测器，光照检测器在为植物补 光过程中，可以收集光源的光照强度、光照频率、光照周期等信息，并将这些信息传输到微 型蔬菜工厂顶部的PLC内，PLC可按照预先根据植物生长特性设定的最佳光照参数实时对 光源各项指标进行调控，使各项光照指标适合植物生长发育要求。一种微型蔬菜工厂的智能控制系统，其特征在于包括传感器、PLC(可编程逻辑 控制器)、人机交互界面和执行机构，传感器、人机交互界面和执行机构分别与PLC相连。所述的传感器包括pH传感器、EC(电导率)传感器、液位传感器、液温传感器、湿 度传感器、温度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器等。所述的人机交互界面为HMI (人机界面)显示屏。所述的执行机构包括补光装置、供回液和给排水装置及环境控制装置等。智能控制系统还包括摄像头和监控器，摄像头通过网络与监控器相连。摄像头安 装在微型蔬菜工厂的栽培室内，通过监视器实现远端监控。有益效果本微型蔬菜生产工厂可以在封闭的环境中，通过各个环境控制系统对 各个环境因子的调控，使植物在最适宜的环境条件下生长，光照、温度、湿度、水分、营养、 CO2等环境条件都达到植物生长最适合状态，生产的蔬菜茁壮，产量高、品质好。此外，在密 闭的空间中生长的蔬菜，植物在生长的过程中与外界完全隔离，有效防止了病菌，大大减小 了病虫害的发生几率，因此可以实现蔬菜无农药的生产，从而达到无污染、无公害绿色蔬菜 生产的标准。此外，这种密闭的环境，使蔬菜不受外界环境的影响，不管季节和气候导致的 光照、温度、湿度、CO2等外部环境条件的改变都不会改变蔬菜工厂内部的环境条件，植物生 长发育不会受到丝毫影响，可实现周期性连续工厂化生产。此外，这种系统实现了智能化控制、自动化管理，极大减少了劳动力，极大降低了 劳动强度和劳动时间，是未来家庭生活的健康营养饮食的保证，是现代家庭舒适便捷生活 的必备品，还可以作为家庭生活的绿色装饰品、空气净化器、天然氧吧等。综合上述因素，本家庭蔬菜工厂可以为蔬菜满足最适生长发育环境要求，通过便 捷操作，智能的控制，可以生产出新鲜、绿色无公害蔬菜，满足家庭日常生活饮食对蔬菜的 需求。下面通过附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保 护范围的限制。
图1为微型蔬菜工厂柜体的结构示意图。图2为微型蔬菜工厂柜体内部结构示意图。图3为微型蔬菜工厂柜体夹层结构示意图。
具体实施例方式家庭蔬菜工厂，其主要结构包括柜体，柜体内设置水耕栽培装置、营养液自动循环 系统、空气循环系统、人工补光系统和智能控制系统。
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微型蔬菜工厂柜体，长度180cm，宽70cm，高225cm，基本材料为不锈钢材料。微型 蔬菜工厂柜体的结构如图1所示，其中1为栽培室，2为玻璃门，3为轮子，4为人机交互界 面，5为玻璃门把手。柜体最底部设有四个自由滑动的轮子3，移动方便。柜体的正面由上、 中、下三部分组成，柜体的背面具有一个夹层。从柜体200cm处到柜体顶部边缘处为柜体正 面的上部，该部分高度为150mm，为不锈钢结构，内部安装PLC (可编程逻辑控制器)，一侧设 置人机交互界面4，另一侧设有维修口，维修口用钢板以螺丝固定、封闭，可以拆卸，便于维 修。从柜体50cm处往上至200cm处的区域为柜体正面的中部，该部分为蔬菜栽培室1，内部 设置上下两个隔板，将栽培室1分成上、中、下三层。具有三扇向外拉的玻璃门2，每扇门周 边5cm为不锈钢结构，剩余部分为玻璃结构，透过玻璃可直接观察到栽培室内植物生长情 况。左侧门可以往左侧拉开，中间门与右侧门左右对开。每扇玻璃门上包含一玻璃门把手 5。从轮子顶部柜体底边缘向上至柜体50cm处为柜体正面的下部，该部分包括三扇向外拉 的门，每扇门都为不锈钢材料，左侧门可以往左侧拉开，中间门与右侧门左右对开，每扇门 上包含一把手。内部安装空调系统、营养液箱和水泵，打开门，可以检查空调系统及营养液 箱状况及水泵运转情况。每层栽培室内设置水耕栽培装置和营养液供、回液管道。水耕栽培装置包括水耕 栽培槽和定植盖板，水耕栽培槽通过供液管和回液管与营养液箱相连接，实现营养液的自 动供应。水耕栽培槽深10cm，纵向长度为53cm，横向长度为176cm ；每层水耕栽培槽在右侧 设有孔径为3cm的供液孔和回液孔，供液孔直接与供液管连接，回液孔直接与回液管相连， 从而实现营养液的供给与排放。此外，水耕栽培槽底部一侧，设有排液孔，孔径为6cm，在 植物栽培过程中，排液孔用塞子堵住，为进行栽培槽营养液的更换与栽培槽的清洗，打开塞 子，可实现液体强行排放。定植盖板纵向长度为51cm，横向长度为20cm，每个定植盖板上纵 向每间隔IOcm设有直径为2. 5cm的定植孔，每层水耕栽培槽上可纵向放置9个定植盖板， 可将植物直接定植在定植孔内。水耕栽培槽材料为不锈钢或PVC材料，定植盖板材料为高 密度泡沫材料。微型蔬菜工厂的营养液自动循环系统包括水耕栽培槽、营养液箱、水泵、供液管、 回液管、检测器、PLC、自动配液系统和营养液强排管线等。可实现营养液的自动循环供液、 营养液自动配制及液位自动调控等功能。营养液箱位于微型蔬菜工厂最下层，水泵置于营 养液箱内，供液管和回液管并排纵向布置于栽培室夹层一侧。供液管底端与水泵连接，另一 端与每层栽培室水耕栽培槽上的供液孔连接，营养液通过供液管直接流通到植物栽培室水 耕栽培槽内，实现植物营养的供给。回液管一端与每层栽培室水耕栽培槽上的回液孔连通， 底端与营养液箱相连，液位超过一定高度时，多余营养液通过回液管直接流回营养液箱，从 而实现营养液自动回液、循环。每根供液管上安有供液阀门，可以对供液流速进行调节。供 液管和回液管采用UPVC管。自动配液系统通过管线与营养液箱相连，自动配液系统包括配 液箱和计量泵，配液箱通过管线与计量泵相连，剂量泵通过管线与营养液箱相连。营养液可 以实现自动配制。配液箱分别装有A液、B液、C液，每个配液箱与计量泵相连，剂量泵通过 管线直接与营养液箱相连，根据系统设定的营养液配制比例，剂量泵将每种组分溶液直接 流入营养液箱，实现营养液自动配制。该系统设置有营养液强排管线，与供液管相连，其上 安装强排阀门。可实现营养液的强行排放。当营养液需要更换时，开启强排阀门，实现营养 液强行排放。营养液箱设有最高液位与最低液位，当营养液液位高于最高液位时，系统将对营养液进行强行排放，当液位低于最低液位时，系统将进行营养液的自动补给。此外，该系 统还设置搅拌管线，搅拌管线一端连接在靠近营养液箱的供液管上，另一端与营养液箱相 连，搅拌管线上安装搅拌阀门。开通搅拌阀门，可对配制的营养液进行搅拌，使各种养分配 制均勻。该系统还设置给水管线，给水管线与营养液箱相连，其上安装给水阀门。给水管线 设置在营养液箱一端，通过控制给水阀门，可以直接将水流入营养液内，实现对高浓度营养 液的稀释。微型蔬菜工厂的空气循环系统包括栽培室内部气体循环系统和栽培室与外界气 体循环系统，内部气体循环系统包括风道和空调系统，风道与空调系统相连通，栽培室与外 界气体循环系统包括进气孔、出气孔和散热风道。进气孔分布于微型蔬菜工厂柜体侧面，出 气孔分布于微型蔬菜工厂柜体顶部，进气孔和出气孔直径为3-6cm，散热风道宽为5cm。设 有三个风道，中间的风道为进风道，两侧的风道为回风道，每个进风道与回风道的大小为 高31cm，宽15cm。空调系统包括风机和压缩机组，位于微型蔬菜工厂柜体的底部。进风道 上安装过滤网，进风道顶端与风机相连，带动栽培室内气体流通，最后室内气体通过蔬菜工 厂顶部出气孔实现与室外气体的交换流通与热量排放。柜体的背面下部设有空调进风口和 空调回风口。每层栽培室放置温度检测器，根据植物生长特征，设定合适的植物生长温度， 当栽培室温度不适合植物生长发育时，空调自动启动加热或制冷机组，将热气或冷气从柜 体底部直接通入进风道，进入柜体顶部，通过风机带动，热风或冷风通过柜体两侧风道进行 流通，从而提高或降低栽培室温度，使栽培室温度适合植物生长发育。同时，气体通过进气 口流入栽培室，通过出气孔流出，实现室外与室内气体交换，保障了植物生长的良好气体条 件。如图2所示，为微型蔬菜工厂柜体内部结构示意图。其中11为柜体，12为出气孔， 13为人机交互界面，14为水耕栽培槽，15为风道，16为营养液箱，17为空调系统。如图3所示，为微型蔬菜工厂柜体夹层结构示意图。其中21为柜体背面不锈钢板， 22为回风道，23为进风道，24为进气孔，25为光源散热风道，26为空调系统，27为供液管， 28为回液管，29为营养液箱。人工补光系统包括植物生长光源、光照检测器和PLC，植物生长光源安装在微型蔬 菜工厂每层栽培室的顶部，植物生长光源均勻地间隔排列。植物生长光源包括LED植物生 长灯和荧光灯，横向排列，共设有6支灯管，包括红色LED植物生长灯管、蓝色LED植物生长 灯管和普通荧光灯管，各两支，交替错开均勻分布，每根灯管长170cm，灯管间距为10cm，在 栽培室左右两个侧面的上部，与LED植物生长灯和荧光灯的灯管同一高度处，设置光源散 热孔，共6个，孔间距一般为10cm，孔直径为6cm，光源为植物补光的过程中，产生的一部分 热量，可通过此孔排出，避免栽培室内温度过高。在距离LED植物生长灯和荧光灯的下面 Icm处，装有一光源热量隔离板，长1. 8cm,宽60cm，热量隔离板材料采用透明亚克力板，可 以很好的避免光源产生的热量向下面蔬菜的传导，使植物生长的环境温度维持在相对恒定 的范围。光照检测器置于栽培室内，根据植物光照需求特性通过智能控制系统设定合适光 强、光质、光周期等参数。光照检测器可以收集在为植物补光过程中，光源的光照强度、光照 频率、光照周期等信息，并将这些信息传输到微型蔬菜工厂顶部的PLC内，当光照信息参数 不符合植物生长特性设定的最佳光照参数实时，PLC对光源各项指标进行调控，使各项光照 指标适合植物生长发育要求。
微型蔬菜工厂的智能控制系统包括传感器、PLC(可编程逻辑控制器)、人机交互 界面和执行机构，传感器、人机交互界面和执行机构，分别与PLC相连。传感器包括pH传感 器、EC(电导率)传感器、液位传感器、湿度传感器、温度传感器、二氧化碳传感器、光照传感 器等。执行机构包括补光装置、供回液和给排水装置及环境控制装置等。智能控制系统可 对微型蔬菜工厂内各类环境因子进行智能控制。各项环境因子的传感器可对微型蔬菜工厂 内的PH、EC、液位、湿度、温度、二氧化碳、光照等进行实时监测，采集的数据转换成PLC读取 的模拟信号，再实时地显示到人机交互界面上。HMI显示屏为触摸屏，在触摸屏上显示实时 数据及历史数据。可在触摸屏上设定适宜植物生长发育的系统参数，PLC根据设定的系统 参数对采集的数据进行合理处理，对补光装置、供回液和给排水装置及环境控制装置等进 行调整和控制，使各项环境参数达到植物生长发育要求，实现系统灵活可调整性。此外，在 微型蔬菜工厂每层栽培室的顶角安装一台360度摄像探头，拍摄的图像通过网络传输到PC 机上，可以实现远程图像传输，通过远端PC机实时监控微型蔬菜工厂内的蔬菜生长情况， 实时地掌握植物的生长进度。
权利要求
一种微型蔬菜工厂，其特征在于包括柜体，柜体内设置水耕栽培装置、营养液自动循环系统、空气循环系统、人工补光系统和智能控制系统。
2.根据权利要求1所述的微型蔬菜工厂，其特征在于所述柜体的正面由上、中、下三 部分组成，柜体的背面具有一个夹层，柜体的最底部设有轮子。
3.根据权利要求1所述的微型蔬菜工厂，其特征在于所述的水耕栽培装置包括水耕 栽培槽和定植盖板，所述的水耕栽培槽在侧面分别设有供液孔和回液孔，在底面上设有排 液孔，所述定植盖板上设有定植孔，纵向放置在水耕栽培槽上。
4.根据权利要求1所述的微型蔬菜工厂，其特征在于所述的营养液自动循环系统包 括水耕栽培槽、营养液箱、水泵、供液管、回液管、检测器、PLC、自动配液系统和营养液强排 管线，水泵置于营养液箱内，供液管底端与水泵连接，营养液通过供液管流入水耕栽培槽 中，再通过回液管流回营养液箱，自动配液系统通过管线与营养液箱相连，强排管线与供液 管相连，其上安装强排阀门。
5.根据权利要求4所述的微型蔬菜工厂，其特征在于所述的营养液自动循环系统还 包括搅拌管线，所述的搅拌管线一端连接在靠近营养液箱的供液管上，另一端与营养液箱 相连，搅拌管线上安装搅拌阀门。
6.根据权利要求4所述的微型蔬菜工厂，其特征在于所述的营养液自动循环系统还 包括给水管线，所述给水管线与营养液箱相连，其上安装给水阀门。
7.根据权利要求1所述的微型蔬菜工厂，其特征在于所述的空气循环系统包括栽培 室内部气体循环系统和栽培室与外界气体循环系统，内部气体循环系统包括风道和空调系 统，风道与空调系统相连通，栽培室与外界气体循环系统包括进气孔、出气孔和散热风道。
8.根据权利要求1所述的微型蔬菜工厂，其特征在于所述的人工补光系统包括植物 生长光源、光照检测器和PLC，所述的植物生长光源安装在微型蔬菜工厂每层栽培室的顶 部，植物生长光源均勻地间隔排列。
9.根据权利要求1所述的微型蔬菜工厂，其特征在于所述的智能控制系统包括传感 器、PLC、人机交互界面和执行机构，传感器、人机交互界面和执行机构分别与PLC相连。
10.根据权利要求1所述的微型蔬菜工厂，其特征在于所述的智能控制系统还包括摄 像头和监控器，摄像头通过网络与监控器相连。
全文摘要
本发明涉及一种微型蔬菜工厂，属于农业机械领域的蔬菜生产装置。包括柜体，柜体内设置水耕栽培装置、营养液自动循环系统、空气循环系统、人工补光系统和智能控制系统。本微型蔬菜生产工厂可以在封闭的环境中，通过各个环境控制系统对各个环境因子的调控，使植物在最适宜的环境条件下生长，光照、温度、湿度、水分、营养、CO2等环境条件都达到植物生长最适合状态，生产的蔬菜茁壮，产量高、品质好。此外，本系统实现了智能化控制、自动化管理，极大降低了劳动强度和劳动时间，是未来家庭生活的健康营养饮食的保证，是现代家庭舒适便捷生活的必备品，还可以作为家庭生活的绿色装饰品、空气净化器、天然氧吧等。
文档编号A01G31/02GK101940154SQ20101022579
公开日2011年1月12日 申请日期2010年7月5日 优先权日2010年7月5日
发明者李群, 杨其长, 段发民, 王利斌, 田利静, 葛一峰, 魏灵玲 申请人:北京中环易达设施园艺科技有限公司