一种智能化植物工厂的制作方法

本发明涉及农业智能化装备技术领域，特别是涉及一种智能化植物工厂。

背景技术

目前的农业普遍是依靠拼资源消耗、拼农资投入、拼生态环境的粗放经营，严重影响农业的可持续发展，制约了现代农业的健康发展。为了解决上述问题，人们提出了各种方案，提出了植物工厂的概念。植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是利用智能计算机和电子传感系统对植物生长的温度、湿度、光照、co2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。但是现有的植物工厂还存在一些不足，例如设施内各处的温湿度和二氧化碳浓度的一致性差，温湿度和二氧化碳浓度的调节不够全面、准确，部分资源的利用还不够充分等。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能化植物工厂，通过第一隔板将箱体分隔为种植区和调节区，并在第一隔板上设置排风机和吸风机，利用排风机和吸风机实现箱体内的空气循环，提高各处空气的一致性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种智能化植物工厂，包括箱体和监控系统，所述箱体通过第一隔板分隔为种植区和调节区，所述种植区设置有苗盘和传感装置，所述调节区设置有调节装置，所述第一隔板上设置有用于连通种植区和调节区的第一排风口、以及用于连通种植区和调节区的第一进风口，所述第一排风口内安装有用于将调节区的空气送至种植区的第一排风机和/或所述第一进风口内安装有用于将种植区的空气送至调节区的第一吸风机，所述监控系统分别与传感装置、调节装置、第一排风机和第一吸风机通信连接。

优选的，所述箱体内还设置有固定光源、移动光源、光源驱动装置、用于检测固定光源是否故障的光源检测装置、第一安装架和第二安装架，所述固定光源安装在第一安装架上，所述光源驱动装置滑动安装在第二安装架上，所述移动光源安装在光源驱动装置上，所述固定光源、移动光源、光源驱动装置和光源检测装置均与监控系统通信连接。

优选的，所述第二安装架包括至少一组导轨，所述导轨上设置有齿条，所述光源驱动装置上设置有与所述齿条匹配的齿轮，所述光源驱动装置通过齿轮和齿条的配合安装在导轨上。

优选的，所述智能化植物工厂还包括配液系统，所述配液系统包括原料存储装置、搅拌装置和配液池，所述原料存储装置位于所述配液池的上方，所述原料存储装置的底部设有原料导向结构，所述原料导向结构的底部设有出料口，所述出料口经原料管连通至配液池，所述原料管上设有原料控制阀，所述搅拌装置设置在配液池的底部，所述配液池的上方设有水源管，所述水源管上设置有水源控制阀，所述搅拌装置、原料控制阀和水源控制阀均与监控系统通信连接。

优选的，所述配液系统还包括用于检测配液池内液体配比的配比传感器和用于检测配液池内液位的第一液位传感器，所述配比传感器和第一液位传感器均与监控系统通信连接。

优选的，所述智能化植物工厂还包括输液系统，所述输液系统包括输液泵、输液主管路和输液支管路，所述输液泵的进液端经抽液管连通至配液池，所述输液泵的出液端与输液主管路的一端连通，所述输液主管路的另一端与多个输液支管路连通，所述输液支管路延伸至苗盘内，所述输液泵与监控系统通信连接。

优选的，所述种植区内设置有多个首尾错开、间隔排列的第二隔板，多个第二隔板形成弯折延伸的种植通道，所述种植通道的一端与第一排风口连通，所述种植通道的另一端与第一吸风口连通，所述传感装置设置在种植通道内。

优选的，所述传感装置包括用于检测空气温度的第一温度传感器、湿度传感器和二氧化碳浓度传感器中的至少一种，所述调节装置包括用于调节空气温度的第一温度调节装置、湿度调节装置和二氧化碳发生器中的至少一种，所述第一温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、第一温度调节装置、湿度调节装置和二氧化碳发生器均与监控系统通信连接。

优选的，所述智能化植物工厂还包括用于检测苗盘中营养液温度的温度传感器和用于调节苗盘中营养液温度的第二温度调节装置，所述温度传感器和第二温度调节装置均与监控系统通信连接。

优选的，所述箱体上设置有第二排风口和第二排风口，所述第二排风口内安装有用于将箱体内的空气送至箱体外的第二排风机和/或用于将箱体外的空气送至箱体内的第二吸风机，所述第二排风口和第二进风口处均安装有遮挡组件，所述遮挡组件包括门窗和用于驱动门窗开闭的门窗驱动器，所述门窗用于打开或关闭第二排风口和/或第二进风口，所述第二排风机、第二吸风机和门窗驱动器均与监控系统通信连接。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中通过第一隔板将箱体分隔为种植区和调节区，并在第一隔板上设置排风机和吸风机，通过排风机和吸风机在箱体内形成空气循环，从而提高了种植区各处空气温湿度的一致性，有利于种植区内各处作物的同等生长；

（2）本发明中通过第二隔板将种植区分隔为种植通道，改善了空气循环的效果；

（3）本发明中，在固定光源故障时，光源驱动装置可以带动移动光源前往相应位置进行补光，提高了植物工厂内光照的连续性，避免了对作物生长的影响；

（4）光源驱动装置通过齿轮和导轨配合，提高了驱动装置在导轨上运动的稳定性；

（5）本发明中，在原料储存装置的底部设置原料导向结构，在原料导向结构底部设置出料口，可以将原料储存装置中的原料排尽，减少了浪费，避免了底部原料长期存放引起的失效等问题；

（6）本发明中通过第一液位传感器检测注入配液池中的水，添加原料时通过配比传感器检测营养液成分的配比，实现了营养液成分配比的精准控制；

（7）本发明通过设置第二温度调节装置来单独对苗盘中营养液的温度进行调节，有利于加速作物的生长；

（8）本发明通过第二排风机和第二吸风机可以实现箱体内外两侧的空气循环，可以用箱体外的空气来为箱体内的空气补充二氧化碳等。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明设置种植通道时的结构示意图；

图3为本发明中实现补光功能的结构示意图；

图4为本发明中导轨与光源驱动装置的配合示意图；

图5为本发明中配液系统的结构示意图；

图中，1-箱体，2-第一隔板，3-苗盘，4-传感装置，5-调节装置，6-第一排风机，7-第一吸风机，8-第二隔板，9-固定光源，10-移动光源，11-光源驱动装置，12-光源检测装置，13-第一安装架，14-第二安装架，15-导轨，16-齿条，17-双轴伸电机，18-齿轮，19-原料存储装置，20-搅拌装置，21-配液池，22-原料导向结构，23-原料管，24-原料控制阀，25-水源管，26-水源控制阀，27-输液泵，28-输液主管路，29-输液支管路，30-抽液管。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1-5，本发明提供一种智能化植物工厂：

实施例一

如图1所示，一种智能化植物工厂，包括箱体1和监控系统，所述箱体1通过第一隔板2分隔为种植区和调节区，所述种植区设置有苗盘3和传感装置4，所述调节区设置有调节装置5，所述第一隔板2上设置有用于连通种植区和调节区的第一排风口、以及用于连通种植区和调节区的第一进风口，所述第一排风口内安装有用于将调节区的空气送至种植区的第一排风机6和/或所述第一进风口内安装有用于将种植区的空气送至调节区的第一吸风机7，所述监控系统分别与传感装置4、调节装置5、第一排风机6和第一吸风机7通信连接。

本实施例中，启动第一排风机6和第一吸风机7后，在第一排风机6和第一吸风机7的作用下可以实现箱体1内的空气循环，改善了箱体1内各处空气的一致性，有利于保证箱体1内各处作物具有相同的生长速度。

优选的，如图2所示，所述种植区内设置有多个首尾错开、间隔排列的第二隔板8，多个第二隔板8形成弯折延伸的种植通道，所述种植通道的一端与第一排风口连通，所述种植通道的另一端与第一吸风口连通，所述传感装置4设置在种植通道内。种植通道的设置改善了种植区的空气循环效果，使得种植区各处空气更加一致。

优选的，所述传感装置4包括用于检测空气温度的第一温度传感器、湿度传感器和二氧化碳浓度传感器中的至少一种，所述调节装置5包括用于调节空气温度的第一温度调节装置、湿度调节装置和二氧化碳发生器中的至少一种，所述第一温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、第一温度调节装置、湿度调节装置和二氧化碳发生器均与监控系统通信连接。第一温度传感器检测空气的温度，湿度传感器检测空气的湿度、二氧化碳浓度传感器检测空气中二氧化碳气体的含量，这几种传感器将检测到的数据传输给监控系统，监控系统将接收到的这些检测数据与相应的预设值进行比较，当这些检测数据超过预设值时，监控系统向第一温度调节装置、湿度调节装置和二氧化碳发生器中相应的设备发送控制信号，启动相应的设备，对空气的温度、湿度或二氧化碳浓度进行调节，使得空气的温度、湿度和二氧化碳浓度处于最适合作物生长的范围内。

所述第一温度调节装置包括空调，空调与监控系统通信连接，监控系统根据第一温度传感器的检测结果控制空调的启停、制冷和制热等，以实现对空气的加热或降温。

所述湿度调节装置包括除湿器和加湿器，所述除湿器和加湿器均与监控系统通信连接，监控系统根据湿度传感器的检测结果控制除湿器和加湿器的启停等，以实现对空气的加湿或除湿。

所述智能化植物工厂还包括集水箱，所述集水箱用于收集除湿器和空调等的排水、以及为加湿器等供水，从而实现了水资源的循环利用，降低了植物工厂的耗水量，降低了成本。

所述二氧化碳发生器包括二氧化碳存储罐、排液阀、气化器和第三温度调节装置，所述二氧化碳存储罐上设有排液阀，所述二氧化碳存储罐的出口经第一管道与气化器的入口连通，所述气化器的出口经第二管道与第二温度调节装置的入口连通，所述排液阀和第三温度调节装置均与监控系统通信连接。在需要向空气中补充二氧化碳时，监控系统控制排液阀打开，并启动气化器和第三温度调节装置，二氧化碳存储罐将液态二氧化碳排至气化器中，气化器将液态二氧化碳进行气化产生二氧化碳气体，然后将二氧化碳气体送至第三温度调节装置，第三温度调节装置将二氧化碳气体的温度调节至与空气温度一致，然后将二氧化碳气体排放至空气中；在不需要向空气中补充二氧化碳时，监控系统控制排液阀、气化器和第二温度调节装置关闭。通过对要补充至空气中的二氧化碳气体进行温度调节，避免了因向空气中补充二氧化碳影响空气的温度。此外，为了防止二氧化碳气体快速释放到空气中、提高二氧化碳补充的可控性，可以在第二管道上设置气体减压阀。所述第一管道和第二管道均由隔热材料制成或在其管道壁中设有隔热层，避免调温前的二氧化碳对外界空气的温度造成影响。所述二氧化碳存储罐上还设有用于检测液态二氧化碳余量的液位计，液位计将检测结果发送给监控系统，以便在液态二氧化碳余量过低时报警提醒用户补充液态二氧化碳。

优选的，所述箱体1的侧壁上设有隔热层，阻隔箱体内外的热交换，避免外界温度对箱内温度造成影响；所述第一隔板2上设有隔热层，所述第二隔板8由导热材料制成。

优选的，所述智能化植物工厂还包括用于检测苗盘3中营养液温度的温度传感器和用于调节苗盘3中营养液温度的第二温度调节装置，所述温度传感器和第二温度调节装置均与监控系统通信连接。由于作物对空气温度和营养液温度的需求存在一定差异，例如对空气温度的需求在15℃-35℃，对营养液温度的需求在15℃-25℃，本实施例中通过设置第二温度调节装置来对苗盘3中营养液的温度进行单独调节，可以实现更精细化、更准确的温度控制，进而为作物提供更好的生长环境。所述第二温度调节装置包括用于为营养液加温的电热丝和用于为营养液降温的半导体制冷片。

优选的，所述箱体1上设置有第二排风口和第二排风口，所述第二排风口内安装有用于将箱体1内的空气送至箱体1外的第二排风机和/或用于将箱体1外的空气送至箱体1内的第二吸风机，所述第二排风口和第二进风口处均安装有遮挡组件，所述遮挡组件包括门窗和用于驱动门窗开闭的门窗驱动器，所述门窗用于打开或关闭第二排风口和/或第二进风口，所述第二排风机、第二吸风机和门窗驱动器均与监控系统通信连接。在二氧化碳发生器无法向空气中补充二氧化碳时，可以通过门窗驱动器打开相应的门窗，然后启动第二排风机和第二吸风机，实现箱体1内外两侧的空气的快速流通，利用箱体1外的空气为箱体1内的空气补充二氧化碳。

优选的，所述监控系统包括控制器、存储设备、通信模块、输入设备、显示设备和报警设备等，所述控制器分别与存储设备、输入设备、显示设备和报警设备等连接，所述控制器经通信模块分别与传感装置4、调节装置5、第一排风机6、第一吸风机7等通信连接，所述通信模块优选采用wifi模块、3g/4g模块等，所述输入设备采用键盘、触摸屏等，所述报警设备采用声光报警器。

实施例二

本实施例的技术方案为在实施例一的技术方案的基础上还包括：如图3所示，所述箱体1内还设置有固定光源9、移动光源10、光源驱动装置11、用于检测光源是否故障的光源检测装置12、第一安装架13和第二安装架14，所述固定光源9安装在第一安装架13上，所述光源驱动装置11滑动安装在第二安装架14上，所述移动光源10安装在光源驱动装置11上，所述固定光源9、移动光源10、光源驱动装置11和光源检测装置12均与监控系统通信连接。

本实施例中，光源检测装置12检测相应的光源是否故障，并将检测结果发送给监控系统，当检测到某一固定光源9故障时，监控系统向相应的光源驱动装置11发送信号，控制该光源驱动装置11带动相应的移动光源10运动至故障的固定光源9处进行补光，避免了固定光源9故障后引起的长时间光照缺失，保证了植物工厂内光照的连续性，有利于植物工厂内作物的生长。

所述光源检测装置12可以采用光照强度传感器，将光照强度传感器安装在相应的固定光源9或移动光源10上，当检测到的光照强度小于设定值时认为该固定光源9或移动光源10故障。

优选的，所述第一安装架13位于第二安装架14的上方或下方，将第一安装架13和第二安装架14设置在不同的平面内，有利于驱动装置11的移动。在第一安装架13位于第二安装架14的上方时，第二安装架14优选采用透光材料制成，例如亚克力、聚碳酸酯、玻璃等，大幅减少第二安装架14对固定光源9产生的光的阻挡。

优选的，如图4所示，所述第二安装架14包括至少一组导轨15，每组导轨15包括两根位于同一平面的相互平行的导轨15，所述导轨15上设置有齿条16，所述光源驱动装置11上设置有与所述齿条16匹配的齿轮18，所述光源驱动装置11通过齿轮18和齿条16的配合安装在导轨15上，提高了光源驱动装置11运动时的稳定性。所述光源驱动装置11可以采用双轴伸电机17，所述双轴伸电机17的每个输出轴上均安装有所述齿轮18，所述双轴伸电机17的两个输出轴分别安装在两根导轨15上，这种结构使得双轴伸电机17在运动时十分平稳，避免了运动过程中移动光源10发生晃动导致碰撞等。所述导轨15的横截面呈勾状，所述齿条16安装在底部，且导轨15的截面两端均高于齿条16，使得齿轮18即使左右移动也不会让双轴伸电机17从导轨15上掉落，提高了安全性。

所述移动光源10的结构与固定光源9的结构相同，既保证了移动光源10进行补光时光照的一致性，又减少了光源的种类，提高了维护的便捷性。

实施例三

本实施例的技术方案为在实施例一的技术方案的基础上还包括：如图5所示，所述智能化植物工厂还包括配液系统，所述配液系统包括原料存储装置19、搅拌装置20和配液池21，所述原料存储装置19位于所述配液池21的上方，所述原料存储装置19的底部设有原料导向结构22，所述原料导向结构22的底部设有出料口，所述出料口经原料管23连通至配液池21，所述原料管23上设有原料控制阀24，所述搅拌装置20设置在配液池21的底部，所述配液池21的上方设有水源管25，所述水源管25还与水源装置的供水口连通，所述水源管25上设置有水源控制阀26，所述搅拌装置20、原料控制阀24和水源控制阀26均与监控系统通信连接。本实施例中，原料导向结构22对原料存储装置19中的原料进行导向，并在原料导向结构22的底部设置出料口，使得原料存储装置19中的原料可以全部排尽，避免了底部原料无法排尽长期存储引起的各种问题；所述原料导向结构22为漏斗状结构。

优选的，所述配液系统还包括用于检测配液池21内液体配比的配比传感器和用于检测配液池21内液位的第一液位传感器，所述配比传感器和第一液位传感器均与监控系统通信连接。在配制营养液时，通过第一液位传感器检测配液池21内的液位，以控制配液总量；然后通过配比传感器检测配液池21中液体成分，从而可以实现配制的营养液成分的精准控制，保证了营养液的肥效等。需要说明的是配比传感器的型号根据实际要配制的营养液的成分进行选择，配比传感器可以由一种或多种传感器构成。

所述配液系统还包括用于检测配液池21内液体温度的第三温度传感器和用于调节配液池21内液体温度的第四温度调节装置，所述第三温度传感器和第四温度调节装置设置在配液池21的底部。第四温度调节装置根据第三温度传感器的检测结果对配液池21中液体的温度进行调节，使得液体的温度处于设定的温度区间内。

优选的，所述智能化植物工厂还包括输液系统，所述输液系统包括输液泵27、输液主管路28和输液支管路29，所述输液泵27的进液端经抽液管30连通至配液池21，所述输液泵27的出液端与输液主管路28的一端连通，所述输液主管路28的另一端与多个输液支管路29连通，所述输液支管路29延伸至苗盘3内，所述输液主管路28上设置有用于调节输液主管路28的流量的主管流量阀，所述输液支管路29上设置有用于调节输液支管路29的流量的支管流量阀，所述输液泵27、主管流量阀和支管流量阀均与监控系统通信连接。由于输液支管路29有多条，可以同时为多个苗盘3输送营养液。

优选的，智能化植物工厂还包括营养液回收系统。所述营养液回收系统包括液体回收存储装置和过滤器，所述液体回收存储装置的出液端与过滤器的进液端连通，所述过滤器的出液端经回液管连通至配液池21，所述回收存储装置的出液端、过滤器的进液端、过滤器的出液端和配液池21的高度依次降低，所述回液管上设置有回液阀。所述液体回收存储装置用于进行营养液的回收，并将回收的营养液进行存储，在需要使用回收的营养液时，打开回液阀，液体回收存储装置中的营养液在重力的作用下自动流入配液池21中，实现了循环重复利用，减少了资源消耗、降低了成本。或者，所述回收子系统包括顺次连通的液体回收存储装置、回液泵和过滤器，所述过滤器的出液端经回液管连通至配液池21。在需要使用回收的营养液时，利用回液泵从液体回收存储装置中抽取营养液，并将营养液送至过滤器进行过滤，滤除相应的杂质等，然后将过滤后的营养液送至配液池21中，实现了循环重复利用，减少了资源消耗、降低了成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。