一种水培装置的制作方法

本发明涉及无土栽培设备领域，特别涉及一种水培装置。

背景技术：

随着人们的健康意识逐步提高，家庭无土栽培蔬菜也越来越广泛，水培装置方便了人们利用阳台、室内等空间进行蔬菜的无土种植。然而，现有的水培装置还存在安装复杂、空间利用率低、容易漏水、不美观等问题。

可见，现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种水培装置，该水培装置空间利用率高且安装简单。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种水培装置。

所述水培装置包括竖直设置的框架、设置于该框架底部的水池和营养液池、水平设置于该框架上的若干层种植槽、设置于每层种植槽上的至少一块定植板、设置于各层种植槽上方的植物灯、用于将营养液输送至水池的补液泵、以及用于将营养液和水的混合液输送至向各层种植槽输的循环泵；所述每一块定植板上平行地设置有两列定植杯；任意相邻两列定植杯沿定植板长度方向错位排列。

所述的水培装置中，所述每一列定植杯包括按相同间距设置的若干个定植杯，任意相邻两列定植杯按半个所述间距错位排列。

所述的水培装置中，所述定植板为弧形板，每块弧形板的两侧按相同角度斜向上分别设置有两列定植杯。

所述的水培装置中，所述每一列定植杯对应设置有一个长条形植物灯，所述每个植物灯的照射角度与其对应的定植杯的倾斜角度相同。

所述的水培装置中，所述框架包括一个底架、以及依次设置于该底架上的若干层用于固定种植槽的支撑架；所述支撑架的数量与种植槽的数量相同，任意相邻两层支撑架可拆卸式连接。

所述的水培装置中，所述每一层支撑架分别包括设置于种植槽两端的四个中空的立柱，其中一个立柱中设置有一水平隔板且其侧壁以及对应的种植槽侧壁上开设有一个进水口，另一个立柱的侧壁以及对应的种植槽侧壁上开设有一个排水口；每一层支撑架开设有排水口的中空立柱与其下一层支撑架开设有进水口的立柱连通；所述循环泵将营养液和水的混合液输送至顶层支撑架并通过进水口进入顶层种植槽。

所述的水培装置中，所述任意相邻两层支撑架通过两个连接套连接；所述连接套具有与对应的立柱外形相适应的内腔，其中位于开设有排水口的中空立柱下方的连接套上设置有一个隔离槽，该隔离槽的底部设置有一管道向下插入下层支撑架开设有进水口的立柱。

所述的水培装置中，所述营养液池包括第一营养液池和第二营养液池，所述补液泵包括将第一营养液池的营养液输送至水池的第一补液泵、以及将第二营养液池的营养液输送至水池的第二补液泵。

所述的水培装置中，所述每一层支撑架分别设置有一个风扇，所述各个风扇用于沿所述种植槽长度方向且同向地水平吹动气流。

所述的水培装置中，所述水池中设置有一个加热棒。

有益效果：

本发明提供了一种水培装置，所述水培装置在竖直方向上设置若干层种植槽，每一层种植槽上设置若干列定植杯，且任意相邻两列定植杯错位排列，提高了水培装置的在竖直方向上和水平方向上的空间利用率，提高了产量。通过在每一层种植槽上方设置植物灯，使得该水培装置可以在没有自然光照的室内也能正常培育蔬菜。

附图说明

图1为本发明提供的水培装置的结构示意图。

图2为本发明提供的水培装置中，定植杯的排列示意图。

图3为本发明提供的水培装置中，定植板和定植杯的立体图。

图4为本发明提供的水培装置中，定植杯在弧形板横断面上投影示意图。

图5为本发明提供的水培装置中，植物灯与定植杯的位置关系示意图。

图6为本发明提供的水培装置中，种植槽、支撑架以及连接套的立体图。

图7为本发明提供的水培装置中，第一连接套的立体图。

图8为本发明提供的水培装置中，底架外壳结构示意图。

图9为本发明提供的水培装置的控制系统的结构框图。

具体实施方式

本发明提供一种水培装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

首先请参阅图1、图2、图3和图6，本发明提供一种水培装置。

所述水培装置包括竖直设置的框架10、设置于该框架底部的水池50和营养液池60、水平设置于该框架上的若干层种植槽20、设置于每层种植槽上的至少一块定植板30、设置于各层种植槽上方的植物灯70、用于将营养液输送至水池的补液泵、以及用于将营养液和水的混合液（以下简称混合液）输送至向各层种植槽输的循环泵；如图2和图3所示，所述每一块定植板30上平行地设置有两列定植杯40；任意相邻两列定植杯40沿定植板长度方向错位排列。其中，所述循环泵与补液泵均设置于框架的底部，每一层的植物灯设置于上一层种植槽的底板下方，最顶层种植槽上方设置有一块顶板，顶层的植物灯则设置于该顶板的下方。

工作时，在循环泵的作用下，所述混合液从水池抽出经过进水管（图中未示出）输送至各层种植槽向固定于种植杯中的蔬菜提供养份、各层种植槽中的混合液进一步经过回水管（图中未示出）返回至水池，从而形成循环。当检测到水池中EC过低时，则启动补液泵将营养液池中的营养液按一定量补入水池中。由于每一层种植槽上方均设置有植物灯，使得该水培装置在室内没有自然光照射的情况下也能正常使用，满足蔬菜的正常生长。该水培装置通过设置多层种植槽，在竖直方向上充分利用空间，同时，由于任意相邻两列定植杯沿定植板长度方向错位排列，即在水平方向上充分利用了空间，因此使得该水培装置的空间利用率得到提高。

优选地，所述每一列定植杯包括按相同间距设置的若干个定植杯，任意相邻两列定植杯按半个所述间距错位排列。如图2所示（图中仅示出6列定植杯，每列仅示出3个定植杯），每一列中相邻两个种植杯的中心距为L，相邻两列中的相邻两个种植杯的中心沿种植板长度方向相差0.5L。

请参阅图3和图4，为了进一步提高该水培装置在竖直方向上的空间利用率，每一层定植板30为弧形板，每块弧形板的两侧按相同角度斜向上分别设置有两列定植杯，该两列定植杯相互平行，且在定植板横断面的投影上相互对称。由于定植杯倾斜地设置，使得固定于定植杯中的蔬菜也会斜向上生长，使得相邻两层种植槽的竖直间距减小，即，提高了所述水培装置在相同高度的框架上可以设置更多层种植槽，提高了水培装置的产量。

请查阅图2，为了避免定植杯中的蔬菜在斜向上生长时发生相互干涉，每一层种植槽上的定植杯按以下优选的方式布置：在每一层定植杯的竖直投影中，每一列中相邻两个种植杯的中心距为L，则相邻两列中的相邻两个种植杯的中心沿种植板长度方向相差0.5L，此外，同一弧形板上的两列定植杯的中心线间距为0.5L，相邻两块弧形板上相邻两列定植杯的中心线间距为1.5L通过上述设置，既提高了所述水培装置在水平方向的空间利用率，也避免了蔬菜斜向上生长过程中发生干涉。

优选地，所述各个种植杯以其轴线与水平面呈45°夹角倾斜地设置于弧形板的两侧。

优选地，每一层种植槽上设置有3块弧形板，即，每一层种植槽上共有6列种植杯，既保证了所述水培装置的产量，同时也使得处于中间几列种植杯中的蔬菜易于护理和采摘。

考虑到植物的向光性，为了引导定植杯中的蔬菜斜向上生长，所述每一列定植杯对应设置有一个长条形植物灯70，所述每个植物灯的照射角度与其对应的定植杯的倾斜角度相同，如图4所示，为避免赘述，图中仅示出一个植物灯和定植杯。优选地，所述植物灯为LED植物灯。

进一步的，每个长条形植物灯对应地设置有一个弧形灯罩701，该弧形灯罩起到聚光作用，使得各个植物灯发出的光线充分地照射到每一列蔬菜的上，提高了对蔬菜斜向上生长的引导作用。

为了便于所述水培装置的拆装和运输，所述框架包括一个底架110、以及依次设置于该底架上的若干层用于固定种植槽的支撑架120；所述支撑架120的数量与种植槽20的层数相同，每一层的支撑架和种植槽固定连接，任意相邻两层支撑架可拆卸式连接。水池和营养液池均设置在所述底架的下方。通过上述设置，即保证了种植槽能够稳定地固定于框架上，同时又方便将底架、各层支撑架和种植槽拆卸、运输、以及重装。

所述每一层支撑架120分别包括设置于种植槽20两端的四个中空的立柱，即，种植槽每一端固定连接有两个立柱，所述四个立柱中的一个立柱1201的中部设置有一水平隔板（图中未画出）且其侧壁以及对应的种植槽侧壁开设有一个进水口21，优选地，该水平隔板与种植槽底板平齐；另一个立柱1202的侧壁以及对应的种植槽侧壁开设有一个排水口22，开设排水口22时通过设定排水口的底部边缘与种植槽底部的距离来确定种植槽的液面，以保证蔬菜生长所需的正常液位。每一层支撑架开设有排水口的中空立柱（以下简称排水立柱，即标号为1202的立柱）与其下一层支撑架开设有进水口的立柱（以下简称进水立柱，即标号为1201的立柱）连通；所述循环泵将营养液和水的混合液输送至顶层支撑架中的进水立柱中，由于水平隔板的阻挡，所述混合液通过进水口进入顶层种植槽。当所述混合液进入顶层种植槽中，通过排水孔进入排水立柱，并竖直流向竖直向下的第二层种植槽的进水立柱中，同理，所述混合液继续往下流过各层种植槽，并从底层种植槽中返回至水池，形成循环。通过上述设置，支撑架进行充分利用，不仅起到了支撑作用，同时还起到混合液的循环通道，使得装置结构更加简单和美观，避免了在各层种植槽设置进水管和出水管，也避免了因为进水管和出水管过多而导致漏水。

优选地，种植槽20为矩形槽，该矩形槽的两端分别设置有两个立柱，且进水立柱1201与排水立柱1202对角设置。如此设置使得种植槽中的混合液得到充分流动，避免种植槽中的出现“死水区”，为蔬菜的生产提供了养分和氧气。

优选地，所述中空立柱的横截面为矩形，使得立柱容易加工，且方便立柱与矩形的种植槽的端部连接。

如图6所示，为了进一步方便每一层支撑架之间的连接，所述任意相邻两层支撑架120通过两个连接套130连接；所述两个连接套包括位于排水立柱下方个的第一连接套1301、以及与第一连接套相对设置的第二连接套1302。所述两个连接套具有与对应的立柱外形相适应的内腔。每个连接套的宽度与立柱的宽度相当，连接套的长度与种植槽同一端的两个立柱背对的两个侧面的间距相当，从而使得立柱能够直接插入连接套实现相邻两层支撑架之间可拆卸式连接，不仅拆装方便而且美观。所述第一连接套1301上设置有一个隔离槽131，该隔离槽的底部设置有一管道132向下插入下层支撑架的进水立柱。每一层种植槽中的混合液经排水口进入排水立柱，然后进入隔离槽，再通过隔离槽底部的管道排入下一层支撑架上的进水立柱中。由于上述管道设置于连接套内部，不仅方便排水，还有效避免了混合液泄露至框架外。

实际应用中，水培蔬菜时会用到两种配方的营养液，为了便于添加两种营养液，所述营养液池60包括第一营养液池610和第二营养液池620，所述补液泵包括将第一营养液池的营养液输送至水池的第一补液泵（图中未示出）、以及将第二营养液池的营养液输送至水池的第二补液泵（图中未示出）。即，第一营养液池和第二营养液池中分别存储有两种配方的营养液，当检测到水池中混合液的EC值过低时，则启动第一补液泵和第二补液泵，向水池中补充一定量的两种营养液。

实际应用中，所述底架的外围通常设置有一个外壳111，该外壳的正面设置有一个可转动打开的前门112，所述水池、第一营养液池和第二营养液池分别通过连接有一根进料管113，所述三根进料管113斜向上延伸至所述前门112处。当需要补液时，只需打开前门便可以向进料管补充水或营养液。为了方便监测水池液位，所述水池设置有一个液位计，所述外壳对应该液位计处开设有一个观察口（图中未示出）。

进一步的，所述每一层支撑架分别设置有一个风扇926，所述各个风扇用于沿所述种植槽长度方向水平吹动气流，增强所述水培装置所处空间的空气流动，以利于蔬菜的生长。优选地，如图1所示，相邻两层支撑架上设置的风扇吹动气流的方向相反。

进一步的，所述水池中设置有一个加热棒，当环境温度较低时，通过启动加热棒将水池中的混合液加热到所需温度，保证蔬菜正常生长。

综上所述，本发所述水培装置在竖直方向上设置若干层种植槽，每一层种植槽上设置若干列定植杯，且任意相邻两列定植杯错位排列，提高了水培装置的在竖直方向上和水平方向上的空间利用率，提高了产量。通过在每一层种植槽上方设置植物灯，使得该水培装置可以在没有自然光照的室内也能正常培育蔬菜。通过设置弧形的种植板以及倾斜设置的定植杯引导输出斜向上生产，提高了所述水培装置的空间利用率。通过设置进水立柱、排水立柱以及连接套，使得每一层支撑架之间的拆装更为方便，同时避免发生漏水。

为了实现上述水培装置自动运行，本发明还提供该水培装置相应的控制系统。

如图9所示，所述水培装置的控制系统包括用于将营养液池中的营养液输送至水池中的补液泵、用于将水池中的水与营养液的混合液输送至所述水培装置的各个种植槽中的循环泵921、用于检测水池中混合液的EC（电导率）值的EC检测仪911、以及单片机90；所述补液泵、循环泵和EC检测仪分别与所述单片机连接。具体地，通过按键或遥控输送气动指令至单片机，该单片机进一步控制循环泵启动。EC检测仪将获取的混合液的EC值反馈至单片机，该单片机判定EC值过低时则控制补液泵运行一定时间向水池中补充营养液。从而实现该水培装置自动运行，并满足蔬菜、植株的正常生长。

进一步的，所述的水培装置的控制系统中，所述补液泵包括第一补液泵922和第二补液泵923，所述第一补液泵分别与单片机连接。

进一步的，所述的水培装置的控制系统，还包括用于检测所述水池液位的液位计912、以及设置于水池进水管道（图中未示出）上的电磁阀924，该液位计与电磁阀分别与所述单片机连接。

进一步的，所述的水培装置的控制系统，还包括设置于水池中的加热棒925、以及用于检测水池中混合液温度的第一温度传感器913；所述电加热棒和第一温度传感器分别与所述单片机连接。

进一步的，所述的水培装置的控制系统，还包括设置于水培装置上用于的若干个风扇926、以及用于检测环境温度的第二温度传感器914；所述第二温度传感器连接与单片机连接，所述若干个风扇并联地连接单片机。

进一步的，所述的水培装置的控制系统，还包括一块与单片机连接的液晶显示器927，用于显示环境温度、混合液温度、以及混合液的EC值。

在上述水培装置及控制系统的基础上，本发明还提供一种水培装置的控制方法。该方法包括以下步骤：

S100、在单片机中预设所述混合液EC值的上限S1和下限S2、以及补液泵每次运行时间N秒；

S200、通过按键或遥控输入启动信号，所述单片机接收到启动信号后控制循环泵启动；

S300、所述EC检测仪检测水池中混合液的实际EC值S3并将检测结果反馈至单片机；所述单片机将接收到的实际EC值S3与S1和S2作比较，如果S3＜S2，单片机控制补液泵启动并运行N秒。

进一步的，当补液泵包括第一补液泵和第二补液泵时，所述步骤100还包括：在单片机中预设第一补液泵每次运行N秒，第二补液泵每次运行M秒；所述步骤S300还包括：所述单片机将接收到的实际EC值S3与S1和S2作比较，如果S3＜S2，单片机控制第一补液泵启动并运行N秒，控制第二补液泵运行M秒。上述N秒和M秒由第一补液泵和第二补液泵的出口流量以及每次需要向水池中补充不同的营养液的量决定。

进一步的，所述步骤100还包括：在单片机中预设水池液位的上限L1和下限L2,；所述步骤S200还包括：所述液位计检测水池的实际液位L3并将检测结果反馈至单片机，所述单片机将接收的实际液位L3与L1和L2作比较，如果L3＜L2，单片机控制电磁阀打开；如果L3＞L1，单片机控制电磁阀关闭。

进一步的，所述步骤100还包括：在单片机中预设水池中混合液温度的上限T1和下限T2；所述步骤S300还包括：所述第一温度传感器检测水池中混合液实际温度T3并将检测结果反馈至单片机，所述单片机将接收的混合液实际温度T3与T1和T2作比较，如果T3＜T2，单片机控制加热棒启动；如果T3＞T1，单片机控制加热棒停止运行。

进一步的，所述的水培装置的控制方法，其特征在于，所述步骤100还包括：在单片机中预设环境温度上限T4和下限T5；所述步骤S300还包括：所述第二温度传感器检测当前实际环境温度T6并将检测结果反馈至单片机，所述单片机将接收的实际环境温度T6与T4和T5作比较，如果T6＞T4，单片机控制各个风扇运行；如果T6＜T5，单片机控制各个风扇停止运行。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。