本发明涉及农业设施技术领域，更具体的是涉及一种半封闭植物工厂。
背景技术：
国家对农业的投入力度越来越大，全国各地建立的标准钢架大棚越来越多。由于采用传统的耕作，农业经营企业受人工工资、农资、土壤、气候等不可控的因素影响，导致经营成本大、利润低、甚至出现亏本的情况。农民由于缺乏技术、市场，传统的蔬菜作物受到市场和季节的影响导致价格波动大，收入减少等问题。栽种市场销量好的作物对栽种技术和设施要求比较高，农民难以实现，造成全国各地大量的钢架大棚闲置，此外传统耕作模式的不可控是造成钢架大棚不适应现代农业发展的主要原因。
此外，目前的标准钢架大棚内部种植的农作物较为单一，且无法在满足光照、通风等条件下充分有效的利用其内部空间，因此针对目前闲置大棚的重新改造以及运用是非常重要的。除此之外，不同作物或者同种作物在不同时期所需要的营养物质和光照强度均不同，传统大棚通过土壤种植作物，然而土壤中的营养物质难以控制，加上后续的种植、施肥、除草、收割需要占用大量的劳动力且效率低下。
技术实现要素：
本发明为了解决目前传统大棚种植作物单一、土壤种植不便于对植物所需的营养物质进行控制以及后续人工成本较大等问题，提供一种半封闭植物工厂。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种半封闭植物工厂，包括钢架大棚本体、远程智能控制器、用于提供营养物质的营养液循环系统、光照系统、弥雾降温系统，所述营养液循环系统、光照系统以及弥雾降温系统均与远程智能控制器电连，所述钢架大棚本体内部的地面上的两侧均设有瓜果种植区，所述瓜果种植区处设有基质种植袋，所述瓜果种植区之间设有两个栽培种植区，所述栽培种植区设有立体栽培架，所述瓜果种植区与栽培种植区之间、所述两个栽培种植区之间设有供人员或机械专用的过道，所述营养液循环系统依次连接的供水系统、营养液池、营养液处理系统、供液管路系统，所述供液管路系统包括主供液管和多个供液支管，所述多个供液支管均与主供液管连接，且所述多个供液支管之间呈并联分布，所述供液支管位于所述立体栽培架内部。
在本发明较佳的实施例中，营养液池与供液管路系统之间通过第一回液管形成循环回路。
在本发明较佳的实施例中，所述营养液处理系统与供液管路系统之间的输液管道上设有止回阀和控制系统开关状态的电磁阀，所述供液支管上设有雾化喷头套组，所述雾化喷头套组处设有防滴器。
在本发明较佳的实施例中，所述输液管道位于止回阀与电磁阀之间的管道上连通有第二回液管，且所述第二回液管与输液管道之间通过三通开关组ⅰ连接。
在本发明较佳的实施例中，所述立体栽培架包括支撑平台、多个支架、营养液喷施机构以及定植板；所述支架间隔均匀地固定设置在支撑平台顶部，所述定植板搭放在支架两侧；所述定植板与支撑平台和支架共同围成一个营养液雾化空间，且所述供液支管位于所述营养液雾化空间内。
在本发明较佳的实施例中，所述营养液处理系统包括过滤器、紫外线杀菌装置、强磁处理器，所述过滤器、紫外线杀菌装置、强磁处理器由输液管道依次连通。
在本发明较佳的实施例中，所述光照系统包括多个用于促进植物生长的led补光灯和用于监测光照强度的光照传感器，所述多个led补光灯均固定于钢架大棚本体顶部的钢轨上，所述光照传感器、led补光灯均与控制器电连。
在本发明较佳的实施例中，所述弥雾降温系统，所述弥雾降温系统包括高压水泵以及与其连通的水管，所述水管位于立体栽培架上方，且所述水管上设有若干个高压喷头。
在本发明较佳的实施例中，所述钢架大棚本体内部设有遮阳网，所述瓜果种植区与栽培种植区均为槽状结构，所述槽状结构上均铺设有黑白膜，所述基质种植袋、立体栽培架均位于黑白膜上方。
本发明的有益效果如下：一种半封闭植物工厂中通过利用钢架大棚的内部设置瓜果种植区和栽培种植区，通过在瓜果种植区处种植低矮的作物，栽培种植区的立体栽培架上种植其它作物，立体栽培架的定植板上可种植的大量的作物，作物的根部位于立体栽培架的内部可吸收营养液循环系统提供的雾化的营养液，从而是实现不同作物或同一作物在不同时期的种植过程中对营养物质的精确控制。除此之外，本发明充分利用钢架大棚的空间和结构，构建了一种高效的立体种植方式，其利用控制器对营养液循环系统、光照系统、弥雾降温系统等进行远程、智能化、自动化控制，其中营养液循环系统为立体栽培架上种植的作物提供营养物质的同时，又能保证各个位置的作物具有相同的生长条件，此外营养液的循环利用，可有效减少作物种植的成本；可从而实现了零排放、能耗低、耕作自动化的可持续农业耕作模式。
附图说明
为了更清楚地说明本使用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
图1是本发明提供的一种半封闭植物工厂的透视图；
图2是本发明提供的营养液循环系统的分布图；
图3是本发明提供的营养液循环系统的示意图；
图4是本发明提供的立体栽培支架的结构示意图；
图5是本发明提供的定植板的结构示意图。
附图标记：1-钢架大棚本体，11-卷膜器，13-瓜果种植区，14-过道，15-栽培种植区15，17-遮阳网，2-营养液循环系统，21-供水系统，211-水源，212-清水池，213-阀门，220、2120-凹槽，2121-第二潜水泵，22-营养液池，221-第一潜水泵，223-加温热交换器，23-输液管道，231-快速接头，233-止回阀，24-营养液处理系统，241-过滤器，242-紫外线杀菌装置，243-强磁处理器，2420-杀菌装置检修旁通开关，26-电磁阀，260-电磁阀检修旁通开关，27-供液管路系统，271-主供液管，272-供液支管，273-回液过滤检修口，2720-雾化喷头套组，2721-管道排污开关，28-第一回液管，281-三通开关组ⅰ，29-第二回液管，291-三通开关组ⅱ，31-水管，33-高压喷头，4-立体栽培架，41-支撑平台，43-支架，45-定植板，410-回流孔，450-定植孔，51-led补光灯，53-光照传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
请结合图1和图2，本实施例提供一种半封闭植物工厂，其主要包括钢架大棚本体1、控制器(图未示)、用于提供营养物物质的营养液循环系统2、光照系统、弥雾降温系统，营养液循环系统2，光照系统以及弥雾降温系统均与控制器电连。需要说明的是，此处的控制器为远程智能控制器，将单个大棚作为一个独立的控制单元通过远程智能控制器进行控制，需要的硬件设备减少，投入成本降低；此外，控制单个大棚的环境因素，能耗小，更能实现短时间达到控制效果，其能够根据不同的作物和生长时间对环境控制和营养液浓度控制。
一般情况下标准钢架大棚的宽度为8m，高度为3m，本实施例中的钢架大棚本体1的尺寸与标准钢架大棚的尺寸相同。钢架大棚本体1外部铺设有由卷膜器11控制的塑料薄膜，以便于其内部进行通风、降温等操作。
钢架大棚本体1内部的两侧均设有瓜果种植区13，其中瓜果种植区13的宽度为1.2m。瓜果种植区13处设有基质种植袋(图未示)，基质种植袋内可种植过瓜果类农作物。
瓜果种植区13之间设有两个植物栽培区15，植物栽培区15的宽度为1.2m。此外，瓜果种植区13与栽培种植区15之间、两个栽培种植区15之间均设有供人员或机械专用的过道14，瓜果种植区13、栽培种植区15以及过道14均沿钢架大棚本体1的长度方向设置。栽培种植区15与瓜果种植区13之间设置过道14，一方面便于人员和机械设备对作物进行处理，另一方面各个区域之间留有一定距离的过道14可加强大棚内部的通风效果。
具体地，瓜果种植区13与栽培种植区15均为槽状结构，槽状结构上均铺设有黑白膜，基质种植袋、立体栽培架4均位于黑白膜上方。此处的槽状结构是在建设或者改造大棚阶段沿大棚长度方向开挖形成的条形分布的种植槽，在种植槽内铺设防水黑白膜，黑白膜的黑色面朝上，能够防止在种植过程中施加的营养液回流不受外界物理因素影响，而且能防止草、种子生长，从而保护土壤。需要说明的是，瓜果种植区13、栽培种植区15可根据大棚的长度进行分段，以便后续作物的种植和收集；另外基质种植袋为现有技术，在此不做赘述。
进一步地，植物栽培区15设有立体栽培架4。立体栽培架4的宽度为1.2m，高度为1.72-1.80m，在充分利用钢架大棚本体1内部空间的同时，使立体栽培架4的上的农作物具有充足的光照，亦便于种植人员的操作。
请结合图4和图5，立体栽培架4包括支撑平台41、多个支架43、营养液喷施机构以及定植板45，支架43间隔均匀地固定设置在支撑平台41顶部，定植板45搭放在支架43两侧。具体地，具体地，支撑平台41和支架43均由大棚镀锌管螺丝连接而成，且相邻两个支架43的顶端分别通过横杆连接，支架两侧固定的供液支管作为定植板45的支撑，便于安放定植板45，便于安放定植板45。此外支撑平台41的下面设有一个具有液体收集功能的收集槽。收集槽的一端设置有回流孔410，用于将收集槽内积聚的营养液排至营养液循环系统2中，实现循环利用，节约营养液。
进一步地，定植板45包括根系生长面和定植面两个面。定植面上倾斜设置有多排贯穿根系生长面的定植孔450。定植孔450的中心线与定植面或根系生长面之间的夹角不超过45度。
具体地，当将定植板45用于搭建不同结构的种植架时，保证所栽培的植物的根系与水平地面之间的夹角接近90度。将定植板45向上倾斜搭建种植架时，搭建成所述定植孔450垂直于水平地面的种植架，从而避免无土栽培时营养液溢出，造成营养液浪费以及增加清洁负担的问题。
较佳地，相邻的两排定植孔450之间的行距设置为12-15cm，给两排相邻的蔬菜之间提供合适的行距供其生长，并同时保证每块定植板45能种植更多的蔬菜。此外，不同排之间的定植孔450交错排列。具体为上排的一个定植孔450设置在下排两定植孔450之间的间隙的正上方，以充分利用行距空间。
更为较佳地，定植孔450为喇叭状的结构，孔径从定植面到根系生长面依次增大，其中定植面的孔径为2.5厘米，根系生长面的孔径为3.5厘米。定植孔450设置为喇叭状的结构，一方面用定植板4525搭建种植架时，容易区分根系生长面和定植面，避免将定植板4525的根系生长面和定植面装反或者上下颠倒，而导致营养液溢出；另一方面，根系生长面较大的孔径为种苗的根系发育提供更大的空间，利于根系吸收营养物质。
需要说明的是，定植板45不限本实施例中的直板，其亦可为弧形板，可根据种植不同的农作物和栽培环境而定。定植板45的材质可以是挤塑板，泡沫板，pvc板、铝塑板和木板，还可以是其他容易打孔的材质制成的板，其中优选为造价低廉、质量轻的泡沫板。
进一步地，定植板45与支撑平台41和支架43共同围成一个营养液雾化空间。为了模拟土壤栽培根系生长环境，并为种苗提供良好的营养环境，营养液雾化空间的顶部及两端设置有黑白膜(图未示)。黑白膜由pvc材料制成，且黑色的一面朝向营养液雾化空间，将营养液雾化空间围成一个黑暗或弱光环境。
请参照图3，营养液循环系统2位于钢架大棚本体1内部，其主要包括依次连接的供水系统21、营养液池22、营养液处理系统24、供液管路系统27，且营养液池22与供液管路系统27之间通过第一回液管28形成循环回路，其中第一回液管28的两端分别与收集槽处的回流孔410和营养液池22连接。营养液池22的底部设有用于提供动力的第一潜水泵221。
具体地，营养液池22建设于大棚的地下，可达到节约土地，增加土地利用率的目的。营养液池22位于地下，营养液受环境温变化小，起到夏天降温，冬天增温的效果；另外，营养液池22到供液管路系统27的距离短，可节约材料和成本的投入。
具体地，供水系统21包括清水池212以及阀门213，清水池212的底部第二潜水泵2121，第二潜水泵2121的出水口104与营养液池22之间通过管道连通。
通过配备清水池212是满足不同生产地区水源211的情况，满足利用河水和自来水的情况下，也能进行水培和气雾培无土栽培的要求。此处需要说明的是，自来水需放在清水池212，以减少待漂白粉中的次氯酸钙对作物的损害；河水利用清水池212的沉淀作用起到净化水质的效果。配备清水池212起到应急水源211的作用，在停水的情况下起应急作用。
此外，营养液池22以及清水池212的底部均设有凹槽220，营养液池22处的凹槽220用于放置第一潜水泵221，清水池212的凹槽2120用于放置第二潜水泵2121。第一潜水泵221位于凹槽2120中，其低于营养液池22底部以便第一潜水泵221在清洗营养液池22时将污水抽干净。其中，第二潜水泵2121与第一潜水泵221的作用机理相同。
过滤器241与第二潜水泵2121之间的输液管道23上设有快速接头231。第二潜水泵2121在长期的工作状态中容易损坏，通过设置快速接头231可实现第二潜水泵2121的快速更换。此处的快速接头231具体可为卡套式接头。
具体地，营养液处理系统24包括过滤器241、紫外线杀菌装置242、强磁处理器243，其中过滤器241、紫外线杀菌装置242、强磁处理器243由输液管道23依次连通。需要说明的是，本实施例中的过滤器241、紫外线杀菌装置242、强磁处理器243均为现有技术，在此不做赘述。过滤器241可将营养液中的杂质和颗粒物进行截留，有效防止后续工作组件的堵塞。营养液中存在较多的细菌和病毒，紫外线杀菌装置242能够破坏细菌病毒中的脱氧核糖核酸(dna)或核糖核酸(rna)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。强磁处理器243利用磁场对水进行处理，在不改变水的化学成份的前提下改变水的物理结构，达到活化离子、防垢、除垢、杀菌、灭藻、防腐蚀、防锈水的目的，从而进一步加强营养液的预处理效果，利于农作物的吸收。
进一步地，营养液池22、营养液处理系统24、供液管路系统27通过输液管道23依次连接，营养液处理系统24与供液管路系统27之间的输液管道23上设有止回阀233和控制系统开关状态的电磁阀26，且止回阀233和电磁阀26沿液体流动方向依次设置。
较佳地，输液管道23位于止回阀233与电磁阀26之间的管道上连通有第二回液管29，且第二回液管29与输液管道23之间通过三通开关组ⅰ281连接。营养液在配制完成后被输送至经过营养液处理系统24进行过滤、杀菌等处理，但是由于输液管道23中的营养液流速过快，营养液处理系统24无法对流动状态的营养液进行充分处理。通过设置第二回液管29，并通过三通开关组ⅰ281与输液管道23进行连接，可实现对刚配置完成的营养液进行充分处理。三通开关组ⅰ281可控制输液管道23与第二回液管29之间的开关状态以及输液管道23与供液管路系统27之间的开关状态。当需要对刚配置的营养液进行预处理时，关闭三通开关组ⅰ281与供液管路系统27连接处的开关，同时打开三通开关组ⅰ281与第二输液管道23连接处的开关，此时营养液池22、营养液处理系统24通过第二回液管29形成循环回路，营养液在此循环回路中不断流动，其一方面能够使营养元素在营养池中快速溶解，另一方面能对营养液池22中的营养液进行持续、充分地过滤、杀菌处理。
较佳地，紫外线杀菌装置242处设有杀菌装置检修旁通开关2420，电磁阀26处设有电磁阀检修旁通开关260。当紫外线杀菌装置242或者电磁阀26出现问题导致营养液不能正常流通，影响营养液的供给。此处通过设置杀菌装置检修旁通开关2420和电磁阀检修旁通开关260可在紫外线杀菌装置242或者电磁阀26发生故障时，仍可保证营养液的输送。
具体地，供液管路系统27包括与输液管道23连通的主供液管271和多个供液支管272，供液支管272的一端与主供液管271连通，另一端的端部设有管道排污开关2721，供液支管272与第一回液管28连通，且多个供液支管272之间呈并联分布，供液支管272上设有雾化喷头套组2720，雾化喷头套组2720处设有防滴器(图未示)。除此之外，供液支管272位于立体栽培架4的内部，为作物根部提供营养液，以满足作物的生长。
营养液池22中的营养液依次经过过滤器241、紫外线杀菌装置242、强磁处理器243进行过滤杀菌处理后，再依次通过止回阀233、电磁阀26进入主供液管271并分流至多个供液支管272中，营养液由雾化喷头套组2720喷出至外界由农作物进行吸收。当第一潜水泵221关闭时，通过设置在输液管道23上设置止回阀233可防止供液管路系统27中各供液支管272发生回流，此外通过在雾化喷头套组2720处设置的防滴器可防止供液支管272内部的营养液通过喷头向外滴落，保证各供液支管272内部的液体量和压强相同，当再次启动第一潜水泵221时，各供液支管272各个位置的喷头能够同时提供营养液，从而保证不同位置的农作物处于相同的生长环境中，便于后期的统一管理。
进一步地，供液支管272与第一回液管28的连通处设有回液过滤检修口273，供液支管272与第一回液管28的连通处设有回液过滤检修口273，回液过滤检修口273以及第一回液管28与营养液池22的连接均处设有过滤网。营养液由雾化喷头套组2720喷射至外部，而营养液中未完全过滤的杂质会在供液支管272中堆积，长此以往回造成雾化喷头的堵塞，影响农作物的正常生长。本实施例通过在供液支管272的端部设置管道排污开关2721，可便于对供液支管272进行定期清洗，另外通过设置过滤网可防止杂质回流至营养液池22中，减少营养液池22的清洗次数。
较佳地，第一回液管28上设有用于清洗排污的三通开关组ⅱ291。三通开关组ⅱ291的一个出口用于连接第一回液管28，另一个出口作为排污口。当需要对第一回液管28进行清洗时关闭与第一回液管28连接处的开关，同时打开排污口处的开关，将含有较多杂质的营养液进行排放，保证营养液池22内部的清洁。
较佳地，营养液池22内部设有加温热交换器223。在冬季的时候，加温热交换器223通过电加热的方式对营养液进行加热，使营养液的温度适于农作物的生长需求，便于农作物根部对营养液进行吸收。此外，营养液池22内部还设有用于检测营养液温度的温度传感器，温度传感器(图未示)与控制器连接，可便于控制营养液的温度。营养液池22位于地面以下，一方面不占地，可充分利用土地资源，减少管道的铺设；另一方面，营养液在地下密闭环境下运行，受外界温度影响较小，从而减少营养液在输送过程中的损耗。
请参照图1，钢架大棚本体1内部设有弥雾降温系统，弥雾降温系统包括高压水泵(图未示)以及与其连通的水管31，水管31位于立体栽培架4上方，且水管31上设有若干高压喷头33。高压水泵与外界水源211连通并可提供较高的压力，配合高压喷头33可对大棚内部进行弥雾降温。
进一步地，钢架大棚本体1内部设有遮阳网17，遮阳网17与钢架大棚的钢轨连接，且遮阳网17位于立体栽培支架43和高压喷头33之间。具体地，遮阳网17可通过人工的方式与大棚的钢轨连接或拆卸，以减少投入成本。遮阳网17对棚内的作物起到遮阴作用，防止大棚内部温度过高
钢架大棚本体1内部的光照系统包括多个用于促进植物生长的led补光灯51和用于监测光照强度的光照传感器53，多个led补光灯51均固定于钢架大棚本体1顶部的钢轨上，光照传感器53、led补光灯51均与远程智能控制器电连。其中，远程智能控制器可根据不同作物的特性或者同一作物不同生长时期的需求进行精细控制补光灯的开关，既能实现能源的合理利用，又能满足对电力资源的要求，即使是220v电源亦能实现。另外，led补光灯51具有功率小、能耗少的特点，可节约能源。
本发明提供的半封闭植物工厂能够通过远程智能控制器进行单个棚控制，集中管理，其对电源要求不高，即使在偏远农村没有三相电的地方，也能实现利用民用电进行单个棚依次轮换控制；此外上述的光照传感器和温度传感器等终端设备的传输距离短，受干扰程度小，参数更准确，能够实现对大棚内部环境参数进行精确调控；另外，其亦可利用软件和后台服务器，实现整个基地的多棚集中管理，甚至实现全国不同基地的集中管理，其对网络要求不高，可利用数据卡实现远程控制，即使在没有网络的地方，也能实现。
综上所述，本发明提供的半封闭植物工厂成本低，能在不同地区推广的实用技术。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。