专利名称：一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，属于农业设施自动化控制技术领域。
背景技术：
通过对现有的相关文献进行分析、对比，得出如下结论文献I “室内植物LED补光循环水培系统，专利类型发明专利，申报时间2010年9月，公开时间2011年5月”，它主要适用于大规模蔬菜种植，能够利用LED进行自动补光，能够进行补水；文献2“室内设施园艺自控装置”，主要解决工作、公共场所及居室等室内环境条件下很难长期培育植物的世界性技术难题。该系统通过夹层花盆组合，巧妙地实现为植物补光、加湿、送风、调温及无土栽培营养液定时供给等多种功能的自动控制。综上所述，“室内植物LED补光循环水培系统”主要适用于大规模室内植物栽培，无法满足家庭式蔬菜种植需要，不具有家庭室内观赏和空气净化作用；“室内设施园艺自控装置”能够为植物补光、加湿、送风、调温及无土栽培营养液定时供给，但它体积庞大、功耗高，无法满足家庭室内蔬菜种植需要，均与本专利属不同范畴。
发明内容
发明专利目的针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，采用立式箱体结构，通过自动控制和传感器技术，集自动补光、CO2浓度调节控制、温湿度自动调节系统及营养液自动循环等多种功能于一体的新型封闭式植物种植环境因子智能调节管理系统，该系统可以作为新型室内植物种植智能控制系统，可自动调节适合植物生长的环境因子，只需将植物幼苗放入到孔穴中即可，不连续浸入营养液中栽培的智能控制模式可以使作物生长过程快，品质好，节省肥料，节省用水，适合各类叶菜及苗菜的种植；技术方案一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，包括种植箱体和智能控制结构；所述种植箱体内有多层用于种植植物的隔层，隔层的底部一侧设有出水口，且相邻两个隔层的出水口分别位于相对的两侧，出水口处连接有短水管，上一层隔层出水口连接的短水管的出口设在下一层隔层的上端，使上一层隔层中的营养液通过短水管流入下一层隔层；所述智能控制结构包括人机界面、工控板和采集执行机构；用户通过所述人机界面向工控板发出操作指令；所述工控板包括处理器、复位芯片、看门狗芯片、继电器和电源；所述采集执行机构包括采集机构和执行机构；所述采集机构包括温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器和光照传感器；所述执行机构包括压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO2发生器和营养液自动循环补给装置；所述工控板、人机界面、CO2发生器和压缩机设在种植箱体的外部；所述温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器和光照传感器设在种植箱体的内部；CO2发生器设置在箱体背面；压缩机设在种植箱体下端；加热器设在种植箱体内部的下端的侧壁上，每个隔层的侧壁上都设有风扇，种植箱体内的底部设有营养液自动循环装置，营养液装置通过水泵抽出营养液，水泵通过一根出水口设在最高隔层上的长水管将营养液从装置的底部抽到最高隔层的一侧上端，最高隔层的出水口设在与长水管出口相对的另一侧底部；最下一层隔层的底部出水口所连接的短水管与营养液装置联通，从而实现营养液的有效循环，此种不连续浸入营养液中栽培的智能控制模式可以使作物生长过程快，品质好，节省肥料，节省用水；所述采集机构的输出端连接工控板的输入端；所述工控板的输出端分别连接人机界面和执行机构；所述温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器和光照传感器将采集到的温湿度、CO2浓度和光照的模拟量信号转换成数字信号发给工控板，工控板将接收到的温湿度、CO2浓度和光照数据通过人机界面显示；同时工控板根据接收到的温湿度、CO2浓度和光照数据控制执行机构工作。所述工控板根据接收到的温湿度和光照数据控制执行机构工作的方式有两种，一种是手工控制，一种是自动控制；所述手工控制的具体过程为用户通过人机界面输入需控制的温度、湿度、CO2浓度和光照数据，人机界面将输入数据发送给工控板，工控板将人机界面发送的温度、湿度、CO2浓度和光照数据与采集机构发送的温度、湿度和光照数据进行比较，确定驱动压缩机、加热器、风扇、CO2发生器、光补装置或营养液自动循环补给装置是否工作及工作的时间；所述自动控制的具体过程为工控板根据预设植物(例如生菜)的生长条件，将各个时间段育苗所需的各类环境因子分成若干个模糊子集，确定模糊规则，建立对植物生长环境的控制，工控板将采集机构发送的温度、湿度、CO2浓度和光照数据和预设的相应植物需要的温湿度和光照值范围进行比较，确定驱动压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO2发生器或营养液自动循环补给装置是否工作及工作的时间。所述工控板通过RS485接口与人机界面连接；所述人机界面为触摸显示器。所述工控板选用ULN2803做为继电器驱动，工控板还包括存储器。所述每层隔层的上方设有光补装置-LED光源(蓝光和红光)，用于给每个隔层的植物补光；营养液自动循环补给装置通过水管实现对每层隔层上的植物进行不连续浸入营养液方式循环补给。所述工控板分层控制执行机构，具体为用户根据每层隔层所种植的植物，通过人机界面预设置温湿度、CO2浓度和光照值范围，工控板收到采集机构发送的温度、湿度、CO2浓度和光照数据后，与预设的各层温湿度、CO2浓度和光照值范围比较，确定是否启动每层驱动压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO2发生器或营养液循环补给装置是否工作及工作的时间。有益效果与现有技术相比，本发明所提供的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，具有如下优点1.采用立式箱体结构，可自动调节适合植物生长的环境因子，适合各类叶菜及苗菜的种植；2.采用自动控制和传感器技术，设计开发了集自动补光、CO2浓度调节控制、温湿度自动调节系统及营养液自动循环等多种功能于一体的新型菜园管理系统；
3.在种植箱体中，隔层与隔层之间的营养液通过短水管实现流通和循环，只需将幼苗放入到隔层的孔穴中即可，此种不连续浸入营养液中栽培的智能控制模式可以使作物生长过程快，品质好，节省肥料，节省用水。
图1为本发明专利实施例的结构示意图；图2为本发明专利实施例的内部结构示意图；图3为本发明专利实施例的智能控制结构原理图；图4为本发明专利实施例的工控板原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。如图1-4所示，微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，包括种植箱体I和智能控制结构；种植箱体I内设有多层用于种植植物的隔层2，每个隔层2内设有三根LED光源(蓝光和红光)6、水管7、温度传感器8、湿度传感器9、CO2传感器10和光照传感器11 ；智能控制结构包括人机界面3、工控板4和采集执行机构；用户通过所述人机界面3向工控板4发出操作指令；工控板4包括处理器、复位芯片、看门狗芯片、继电器和电源；采集执行机构包括采集机构和执行机构；采集机构包括温度传感器8、湿度传感器9、CO2传感器10和光照传感器11 ;执行机构包括压缩机5、加热器12、风扇13 (风扇13实现装置内空气换气)、LED光源(蓝光和红光)6和水泵14 ;工控板设置种植箱体I的上方，人机界面设置在种植箱体I的外侧壁，CO2发生器15设置在箱体背面；压缩机5设在种植箱体I下端；加热器12设在种植箱体I内部的下端的侧壁上，每个隔层的侧壁上都设有风扇13，种植箱体I内的底部设有营养液自动循环装置，营养液装置通过水泵14抽出营养液，水泵14通过一根出水口设在最高隔层上的长水管7将营养液从装置的底部抽到最高隔层2的一侧上端，该隔层2相对的另一侧底部设有出水口，出水口处接有短水管进水口，短水管的出口设置在与其进水口相同侧的下一层隔层2 (称其为第二隔层)上端，与短水管的出口相对一侧的第二隔层底部设有出水口，出水口处接短水管进水口，短水管的出口设置在与其进水口相同一侧的下一层隔层2 (称其为第三隔层)上端，以此类推，直到最下一层隔层2，隔层2之间通过短水管传递营养液，最下一层隔层2的底部设有出水口，并通过短水管与营养液装置联通，从而实现营养液的有效自动循环，减少营养液的浪费。如图2所示，营养液从最高隔层2的左上部流入，从其右下部流至第二层种植箱中的右上部，再从第二层种植箱中的左侧出水口流至第三层的左上部，最后从第三层的右侧出水口回流至底部营养液装置中，采用此种不连续浸入营养液中栽培的方法可以使植物生长过程快，品质好，节省肥料，节省用水。采集机构的输出端连接工控板4的输入端；工控板4的输出端分别连接人机界面3和执行机构；温度传感器8、湿度传感器9、CO2传感器10和光照传感器11将采集到的温湿度、CO2浓度和光照的模拟量信号发给工控板4，工控板4将接收到的温湿度和光照数据通过人机界面3显示；同时工控板4根据接收到的温湿度和光照数据控制执行机构工作。
工控板4通过RS485接口与人机界面3连接；人机界面3为触摸显示器。工控板4选用ULN2803做为继电器驱动，工控板4还包括存储器。工控板4根据接收到的温湿度和光照数据控制执行机构工作的方式有两种，一种是手工控制，一种是自动控制；手工控制的具体过程为用户根据每层隔层所种植的植物，通过人机界面3预设置温湿度、CO2浓度和光照值范围，工控板4收到采集机构发送的温度、湿度、CO2浓度和光照数据后，与预设的各层温湿度CO2浓度和光照值范围比较，确定是否启动驱动压缩机5、加热器、风扇、光补装置(LED光源、蓝光和红光)或营养液自动循环装置、CO2发生器是否工作及工作的时间；如果采集机构发送的温度、湿度、CO2浓度和光照数据不在输入的温湿度、CO2浓度和光照值范围，则驱动压缩机5、加热器、风扇、光补装置、CO2发生器或营养液自动循环装置工作，直到满足各层的植物所需要的温湿度、CO2浓度和光照值范围，才使执行机构停止工作；自动控制的具体过程为工控板将采集机构发送的温度、湿度和光照数据和预设的相应植物(例如生菜)需要的温湿度、CO2浓度和光照值范围进行比较，确定驱动压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO2发生器或营养液自动循环装置是否工作及工作的时间。以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于包括种植箱体和智能控制结构；所述种植箱体内有多层用于种植植物的隔层，隔层的底部一侧设有出水口，且相邻两个隔层的出水口分别位于相对的两侧，出水口处连接有短水管，上一层隔层出水口连接的短水管的出口设在下一层隔层的上端，使上一层隔层中的营养液通过短水管流入下一层隔层，此种不连续浸入营养液中栽培的智能控制模式可以使作物生长过程快，品质好，节省肥料，节省用水；所述智能控制结构包括人机界面、工控板和采集执行机构；用户通过所述人机界面向工控板发出操作指令；所述工控板包括处理器、复位芯片、看门狗芯片、继电器和电源；所述采集执行机构包括采集机构和执行机构；所述采集机构包括温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器和光照传感器；所述执行机构包括压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO2发生器和营养液自动循环补给装置；所述工控板、人机界面、CO2发生器和压缩机设在种植箱体的外部；所述温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器和光照传感器设在种植箱体的内部；CO2发生器设置在箱体背面；压缩机设在种植箱体下端；加热器设在种植箱体内部的下端的侧壁上，每个隔层的侧壁上都设有风扇，种植箱体内的底部设有营养液自动循环补给装置，营养液装置通过水泵抽出营养液，水泵通过一根出水口设在最高隔层上的长水管将营养液从装置的底部抽到最高隔层的一侧上端，最高隔层的出水口设在与长水管出口相对的另一侧底部；最下一层隔层的底部出水口所连接的短水管与营养液装置联通，从而实现营养液的有效循环，此种不连续浸入营养液中栽培的智能控制模式可以使作物生长过程快，品质好，节省肥料，节省用水；所述采集机构的输出端连接工控板的输入端；所述工控板的输出端分别连接人机界面和执行机构；所述温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器和光照传感器将采集到的温湿度、CO2浓度和光照的模拟量信号转换成数字信号发给工控板，工控板将接收到的温湿度、CO2浓度和光照数据通过人机界面显示；同时工控板根据接收到的温湿度、CO2浓度和光照数据控制执行机构工作。
2.如权利要求1所述的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于所述工控板根据接收到的温湿度和光照数据控制执行机构工作的方式有两种，一种是手工控制，一种是自动控制；所述手工控制的具体过程为用户通过人机界面输入需控制的温度、湿度、CO2浓度和光照数据，人机界面将输入数据发送给工控板，工控板将人机界面发送的温度、湿度、CO2浓度和光照数据与采集机构发送的温度、湿度、CO2浓度和光照数据进行比较，确定驱动压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO2发生器和营养液自动循环补给装置是否工作及工作的时间；所述自动控制的具体过程为工控板根据预设植物(例如生菜)的生长条件，将各个时间段育苗所需的各类环境因子分成若干个模糊子集，确定模糊规则，建立对植物生长环境的控制，工控板将采集机构发送的温度、湿度、CO2浓度和光照数据和预设的相应植物需要的温湿度、CO2浓度和光照值范围进行比较，确定驱动压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO2发生器或营养液自动循环补给装置是否工作及工作的时间。
3.如权利要求1所述的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于所述工控板通过RS485接口与人机界面连接；所述人机界面为触摸显示器。
4.如权利要求1所述的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于所述工控板选用ULN2803做为继电器驱动，工控板还包括存储器。
5.如权利要求1所述的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于所述每层隔层的上方设有光补装置，用于给每个隔层的植物补光；营养液自动循环补给装置通过水泵实现每层隔层上的植物不连续浸入营养液中栽培的控制模式。
6.如权利要求1所述的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于所述工控板分层控制执行机构，具体为用户根据每层隔层所种植的植物，通过人机界面预设置温湿度、CO2浓度和光照值范围，工控板收到采集机构发送的温度、湿度、CO2浓度和光照数据后，与预设的各类数据范围进行比较，确定是否启动每层驱动压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO2发生器或营养液自动循环补给装置是否工作及工作的时间。
全文摘要
本发明公开一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，包括种植箱体和智能控制结构；种植箱体内有多层用于种植植物的隔层；智能控制结构包括人机界面、工控板和采集执行机构；用户通过所述人机界面向工控板发出操作指令；采集执行机构包括采集机构和执行机构；采集机构包括温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器和光照传感器；所述执行机构包括压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO2发生器和营养液自动循环补给装置；采集机构的输出端连接工控板的输入端；所述工控板的输出端分别连接人机界面和执行机构。通过自动控制和传感器技术，集自动补光、温湿度自动调节、CO2浓度及营养液自动循环补给等多种功能于一体,可满足家庭式蔬菜种植需要。
文档编号A01G9/24GK103034210SQ201210552400
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者吴玉娟, 刘永华, 赵霞, 魏祥帅, 史德林, 戴有华, 谢文 申请人:江苏农林职业技术学院