无土栽培柜和无土栽培系统的制作方法

本发明涉及无土栽培技术领域，具体而言，涉及一种无土栽培柜和无土栽培系统。

背景技术：

农作物在自然环境下的生长通常受着土地、阳光、温度、病虫害、降水等因素影响，故而，现有很多农耕者或者其他职业者将农作物进行无土化栽培，从而能够克服在自然环境的种种制约因素，以人工方式为农作物创造良好的生长环境及空间。

现有的无土栽培技术中，对植物生长条件的控制很粗放，不能精确主动地控制植物的生长条件，且灵活性不高。

有鉴于此，设计制造出一种无土栽培柜，能够灵活控制植物的生长条件，并且充分循环利用能源，节能环保，是目前无土栽培技术领域中急需改善的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的包括提供一种无土栽培柜，对不同生长阶段的植物进行分区，采用空调精确控制柜体内的温度，营养液的供给通过第一超声雾化器，将营养液雾化后在闭合的风路通道内循环提供，不会造成营养液的浪费。其次，将冷凝水接水盘收集的冷凝水，经雾化后沿空调风路移动，为柜体内补充湿度，湿度补充和温度调节共用一个空调风路，结构紧凑，并且能重复循环利用水资源，提高能源利用率。

本发明的目的还包括提供一种无土栽培系统，包括控制器、传感器和上述的无土栽培柜，有利于柜体内植物生长环境的实时监测和调整，控制更方便。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的无土栽培柜，包括具有容置空间的封闭柜体，所述容置空间分为上层区域和下层区域。所述上层区域包括多个种植空间，每个所述种植空间内设有至少一个栽培槽和至少一个灯盘。

所述下层区域设有营养液槽、空调、第一超声雾化器。所述第一超声雾化器安装在所述营养液槽内，所述营养液槽的两侧分别设有与所述营养液槽连通的第一连接管和第二连接管。所述第一连接管与每个所述种植空间对应的地方，开设有至少一个第一连通孔，所述第二连接管与每个所述种植空间对应的地方，开设有至少一个第二连通孔；每个所述种植空间均连通至少一个闭合风路通道。

所述柜体内设有闭合的空调风路，所述空调包括冷凝水接水盘，所述冷凝水接水盘内设有第二超声雾化器，所述冷凝水接水盘设于所述空调风路上。

进一步地，所述下层区域还设有送风风机，所述第一连接管和所述第二连接管中，其中一个位于所述送风风机的进风侧，另一个设于所述送风风机的出风侧。

进一步地，所述空调采用室内机和室外机一体化结构。所述柜体内还设有第三连接管和第四连接管，所述第三连接管与所述空调的出风口连通，所述第四连接管与所述空调的进风口连通。

进一步地，所述第三连接管和所述第四连接管相对设置，所述第三连接管与各个所述种植空间对应的地方，开设有至少一个第三连通孔，所述第四连接管与各个所述种植空间对应的地方，开设有至少一个第四连通孔。

进一步地，所述柜体上开设与外界连通的新风口，所述新风口靠近所述空调的蒸发器设置；所述新风口处安装调节阀，用于调节所述新风口的进风量。

进一步地，所述第一超声雾化器至少为两个，其中至少一个作为备用；或者，多个所述第一超声雾化器交替使用。

进一步地，所述下层区域还设有第一增氧泵和二氧化碳供给器；所述第一增氧泵设置在所述闭合风路通道上，所述二氧化碳供给器设在所述空调风路上。

进一步地，还包括第二增氧泵，所述第二增氧泵与所述第一增氧泵邻近设置，所述第二增氧泵与所述空调风路连通。

进一步地，所述灯盘采用人工光灯盘，所述人工光灯盘包括盘体和安装在所述盘体上的灯珠；所述灯珠至少包括白光灯珠、红光灯珠和蓝光灯珠，以便调整光照强度和光谱调节。所述盘体连接有排热管，所述排热管与所述空调风路连通，或与所述柜体外部连通。

进一步地，所述柜体上设有柜门，所述柜门采用双层玻璃或透明材料制成，包括内层和外层；所述外层的外侧贴设防爆膜，所述内层与所述外层之间设置真彩触摸屏，所述内层的内侧贴覆调光膜。

本发明提供的一种无土栽培系统，包括控制器、传感器和上述的无土栽培柜，所述控制器与所述传感器通信连接，所述传感器安装在所述柜体上，所述控制器分别与所述灯盘、所述第一超声雾化器、所述第二超声雾化器和所述空调信号连接。本发明提供的无土栽培柜和无土栽培系统具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的无土栽培柜，柜体内的上层区域设置多个种植区域，对不同生长阶段的植物进行分区，植物的各生长阶段衔接灵活，能实现家庭日常健康蔬菜的不间断供应。柜体内形成闭合的风路通道和空调风路。营养液的供给通过第一超声雾化器将营养液雾化后，在闭合的风路通道内循环提供，不会造成营养液的浪费。空调出风沿空调风路循环，能精确控制柜体内的温度。通过设置冷凝水接水盘，将冷凝水接水盘收集的冷凝水，经第二超声雾化器雾化后，沿空调风路移动，为柜体内补充湿度。湿度补充和温度调节共用一个空调风路，结构紧凑，并且能重复循环利用水资源，提高能源利用率。

本发明提供的无土栽培系统，包括控制器、传感器和上述的无土栽培柜，有利于柜体内植物生长环境的实时监测和调整，控制更方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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为本发明具体实施例提供的无土栽培柜的一种视角的结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的无土栽培柜的另一种视角的结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的无土栽培柜的营养液的循环流向示意图；

图4为本发明具体实施例提供的无土栽培柜的空调风路的循环示意图；

图5为本发明具体实施例提供的无土栽培柜的人工光灯盘的热量利用路径示意图。

图标：1-柜体；2-钣金外壳；3-保温层；4-白色塑料内胆；5-柜门；6-防爆膜；7-触摸屏；8-调光膜；9-营养液槽；9a-第一超声雾化器；9b-送风风机；9c-第一连接管；9d-第二连接管；10-空调；10a-空调风路；10f-新风口；11-冷凝水接水盘；11a-第二超声雾化器；12-电控盒；13a-第一增氧泵；13b-第二增氧泵；14-二氧化碳供给器；15-催芽区；16-育苗区；17-生长区；18-种植空间；19-栽培槽；20-人工光灯盘；20a-灯珠；20b-盘体；20e-摄像头；20d-控制阀；21-生长空间；21b-第三连接管；21c-第四连接管；22-音箱。

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。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明具体实施例提供的无土栽培柜的一种视角的结构示意图，图2为本发明具体实施例提供的无土栽培柜的另一种视角的结构示意图，请参照图1和图2。其中，为了展现柜体1内的结构，图1中隐藏了柜体1的一侧盖板，图2为无土栽培柜的俯视图。

本发明提供的无土栽培柜，旨在给家庭提供一种高效的无土栽培装置，以实现日常健康蔬菜持续供应。当然，该无土栽培柜并不仅限于家庭种植，也可以应用于餐厅、酒吧、酒店、商场、办公室和船舶等场合，灵活性高，适用范围广。

该无土栽培柜包括封闭式柜体1，具有容纳植物生长架的容置空间。柜体1采用钣金外壳2，厚度优选为1.5mm至3mm。柜体1的内侧壁或外侧壁设置保温层3，保温层3的厚度优选为10mm至20mm。柜体1的内侧壁还设有食品级耐腐蚀白色塑料内胆4，采用白色内胆有利于提高柜体1内植物的受光率，有效提高光的利用率。柜体1大致呈长方体结构，整体高度1.5m至2.2m，深度60cm至80cm，宽度60cm至85cm，当然，并不仅限于此，也可以设置成圆柱型、棱柱形或椭圆柱等其它任意形状。

容置空间分为上层区域和下层区域，上层区域包括多个种植空间18，下层区域设置营养液槽9、空调10、空调10冷凝水接水盘11、电控盒12、第一增氧泵13a、第二增氧泵13b和二氧化碳供给器14。按照植物生长阶段，将多个种植空间18从下往上依次分为：催芽区15、育苗区16和生长区17。其中，催芽区15共1层，层高5cm至15cm；育苗区16共1层，层高10cm至20cm；生长区17可设置多层，每层层高25cm至35cm，本实施例中，以家庭种植为例，按家庭人数多少，分别配置1层至3层。每层种植空间18包括一个栽培槽19，即催芽区15、育苗区16和生长区17内均设置有至少一个栽培槽19。在结构上对种植空间18进行催芽、培育幼苗和生长的功能区别，种植各个阶段进行衔接，解决家庭日常健康蔬菜的持续供应问题。优选地，栽培槽19位于每层种植空间18的底部，每层种植空间18的顶部设置人工光灯盘20，优选地，人工光灯盘20与栽培槽19相对设置，且位于栽培槽19的正上方，可以理解，人工光灯盘20与栽培槽19之间为植物生长预留有足够的植物生长空间21。

柜体1的正面设置柜门5，柜门5采用双层玻璃或透明材料制成，一是美观，便于观看栽培槽19内的绿色植物；二是起到保温作用，确保植物生长温度波动变化小；三是起到隔音效果。具体的，柜门5上安装有防爆膜6、真彩触摸屏7和调光膜8。防爆膜6贴附在柜门5的外层外侧，能有效防止玻璃碎裂引起的人身伤害，起到保护作用。柜门5的外层内侧贴有真彩触摸屏7，在待机状态时呈透明状，当人靠近柜门5约1米范围内时，真彩触摸屏7自动点亮，屏幕操作画面弹出以便于进行参数设定和栽培装置状态查看。当然，真彩触摸屏7也可以设置在柜门5的内层外侧。柜门5的内层的内侧贴有调光膜8，可以有效避免夜间人工灯带来的光污染，调光膜8在通电状态下，呈透明状，当断电后，调光膜8变成磨砂状，能起到遮光作用。

图3为本发明具体实施例提供的无土栽培柜的营养液的循环流向示意图，请参照图3，即闭合的环形风路通道示意图，附图中不带标号的箭头均代表介质流向。

营养液槽9用于盛放植物生长所需的营养液，营养液槽9的材质采用食品级和耐腐蚀白色塑料，白色塑料有利于提高光的利用率。营养液槽9内安装有第一超声雾化器9a和送风风机9b，第一超声雾化器9a的数量为两个或两组，其中一个常用，另一个作为备用，即当其中一个第一超声雾化器9a工作一段时间后停下来或出现故障时，另一个第一超声雾化器9a进入工作状态。或者，两个第一超声雾化器9a按设定时间间歇轮换工作，互为备份。第一超声雾化器9a作为营养输送的核心部件，这样设置能提高整个设备的运行稳定性及可靠性，延长使用寿命。具体的，营养液槽9的两侧分别设置与营养液槽9连通的第一连接管9c和第二连接管9d，且第一连接管9c和第二连接管9d分别从柜体1的底部延伸至顶部。第一连接管9c与各层生长空间21对应的地方，开设有至少一个第一连通孔，优选地，第一连通孔与各层生长空间21内的栽培槽19连通。同样地，第二连接管9d与各层生长空间21对应的地方，开设有至少一个第二连通孔，优选地，第二连通孔与各层生长空间21内的栽培槽19连通，这样每层生长空间21均能形成一个闭合的环形风路通道。当第一超声雾化器9a将营养液雾化成汽雾状的小液滴，在送风风机9b的驱动力作用下，沿着第一连接管9c进入每一层的栽培槽19内，营养物质被种植在栽培槽19内的植物的根吸收利用，未被植物吸收完全的汽雾小液滴沿着栽培槽19另一侧的第二连接管9d回到营养液槽9，再随着新雾化的营养液进入栽培槽19，不断被植物吸收，满足植物营养供给需求。当然，根据送风风机9b的进风侧和出风侧的改变，雾化后的营养液也可以从第二连接管9d输送至各层的栽培槽19，供植物的根吸收，未被吸收的营养液从第一连接管9c流回至营养液槽9，这里不作具体限定。

图4为本发明具体实施例提供的无土栽培柜的空调风路10a的循环示意图，请参照图4。

空调10为室内机和室外机一体化设计，完全嵌装在柜体1内的底部且靠后部区域，与营养液槽9相邻设置。空调10配置直流变频压缩机，温度精确可控，确保植物生长所需温度。柜体1内还设有第三连接管21b和第四连接管21c，且第三连接管21b和第四连接管21c分别从柜体1的底部延伸至顶部。第三连接管21b与空调10的出风口连通，第四连接管21c与空调10的进风口连通。第三连接管21b与各层生长空间21对应的地方，开设有至少一个第三连通孔，第四连接管21c与各层生长空间21对应的地方，开设有至少一个第四连通孔，这样每层生长空间21均能形成一个闭合的环形空调风路10a，便于空调10调节柜体1内的温度。具体的，空调10出风口的气体沿第三连接管21b并经各个第三连通孔到达各层生长空间21，与各层生长空间21内的气体进行热交换，热交换后的气体经第四连通孔汇集到第四连接管21c，沿第四连接管21c回到空调10的进风口。不断循环以维持各层生长空间21内的设定温度，保证植物生长所需环境。需要说明的是，第三连接管21b与第一连接管9c可以是同一个管道，也可以是两个独立的管道。第四连接管21c与第二连接管9d可以是同一个管道，也可以是两个独立的管道。本实施例中优选地，营养液供给通道，即闭合风路通，与空调风路10a为两个独立的通道。

优选地，空调10的冷凝水接水盘11设置在空调风路10a上，与空调风路10a直接相连，内装有第二超声雾化器11a，冷凝水被第二超声雾化器11a雾化，顺着空调风路10a进入各层生长空间21，补充柜体1内的湿度，提供植物生长所需的湿度环境。湿度补充和温度调节共用一个空调风路10a，结构紧凑，并且能重复循环利用水资源，提高能源利用率。

第一增氧泵13a靠近营养液槽9设置，位于闭合风路通道上，即营养液供给通道。通过第一增氧泵13a补充的空气会随着营养液雾化气流送到植物的根部，提供根呼吸所需要的氧气。二氧化碳供给器14为小型液态二氧化碳钢瓶，液态二氧化碳钢瓶管连接到空调风路10a中，根据实际需求开启液态二氧化碳钢瓶，释放的二氧化碳沿着空调风路10a，将二氧化碳输送到各种植空间18(如图4中空心箭头所示)，补充植物光合作用需要的二氧化碳原材料。

优选地，为了更好地利用自然冷源调节柜体1内的温度，减轻空调10负荷，该柜体1内设置新风调节组件，通过新风实现柜体1内的温度调节，即优先利用自然冷源。具体的，在柜体1上开设与外界连通的新风口10f，新风口10f设于靠近空调10的蒸发器一侧的钣金结构上，并且在新风口10f处安装调节阀，用于调节所述新风口10f的进风量。比如，当柜体1内的实际温度高于柜体1内预设的期望温度，且外界大气温度较低时，可以开启调节阀，将柜体1外的冷气引入柜体1内，新风进入后沿空调风路10a进入各生长空间21，以调节柜体1内的温度，并且可以通过调节阀调整新风口10f的开度，控制新风进风量。新风口10f的开设可以提高温度控制效率，并能减轻空调10的负荷。或者，在柜体1内增设第二增氧泵13b，第二增氧泵13b与第一增氧泵13a邻近设置，第二增氧泵13b与空调风路10a连通，开启第二增氧泵13b后，也能够向柜体1内引入更多的新风，新风进入后沿空调风路10a进入各生长空间21，从而充分利用自然冷源调节柜体1内的温度。本实施例中，采用同时开设新风口10f并设置第二增氧泵13b的方式，充分利用自然冷源。当然，在其它实施例中，也可以是仅设置第二增氧泵13b，或仅开设新风口10f来引入新风冷源。

需要说明的是，当柜体1外的环境温度低于柜体1内温度时，优先利用新风冷源来实现柜体1内的温度，若直到新风阀门全部打开，或第二增氧泵13b达最大气量工作，柜体1内温度仍高于设定温度时，这时关闭新风调节组件，空调10开始工作，启动空调10制冷模式。通过引入新风、充分利用自然冷源，可以减轻空调10负荷，减少能耗。

图5为本发明具体实施例提供的无土栽培柜的人工光灯盘20的热量利用路径示意图，请参照图5。

优选地，人工光灯盘20采用led全光谱植物生长灯，包括盘体20b和灯珠20a。盘体20b上至少设有白光灯珠、红光灯珠和蓝光灯珠，通过调节白光、红光和蓝光的输入电流大小，可以实现光照强度的调节和光谱调节，更有利于植物的生长。人工光灯盘20的led灯珠20a安装在盘体20b内，灯珠20a发光时同时会伴随着热量的发散，灯珠20a的散热侧密闭在盘体20b内，盘体20b连接有排热管。每层的盘体20b的热量均汇集到同一个排热管上，排热管与空调风路10a或柜体1外部大气连通。优选的，排热管上设置有控制阀20d，控制阀20d位于柜体1的底部，控制阀20d能控制排热管与空调风路10a连通或与柜体1外部大气连通，实现灯珠20a热量的合理利用。当柜体1内需要加热时，控制阀20d切断排热管与外界环境的连接，同时连通空调风路10a，灯珠20a热量沿空调风路10a进入各生长空间21(如图5中空心箭头风路示意)，用于提高柜体1内的环境温度，保持各种植空间18内设定的温度。当柜体1内不需要加热时，控制阀20d切断排热管与空调风路10a的连接，同时连接外界环境，将多余热量排到柜体1外(如图5中不带标号的实心箭头风路示意)，减轻空调10负荷，实现节能。可选地，每个盘体20b靠近柜门5的位置均安装有摄像头20e，便于远程实时观察植物生长状态。

本发明提供的无土栽培系统，包括控制器、传感器、显示屏、告警器和上述的无土栽培柜，控制器与传感器通信连接，传感器安装在柜体1上，控制器分别与灯盘、第一超声雾化器9a、第二超声雾化器11a和空调10信号连接。显示屏与控制器信号连接，告警器与控制器信号连接。

具体的，显示屏安装在柜门5上，能够用于显示柜体1内的各项参数指标，也可以用于播放视频。优选地，柜体1的两侧安装了音箱22，用于视频播放时声音外放。电控盒12设置在柜体1的底部，告警器优选为蜂鸣告警器。传感器包括门禁传感器、ph计、电导率传感器、温度传感器、湿度传感器、光照传感器、水禁传感器等。门禁传感器用于监测柜门5是否关闭严实，ph计用于监测营养液槽9内营养液的酸碱度，电导率传感器用于监测营养液槽9内营养液的浓度变化情况，温度传感器用于监测柜体1内的各种植空间18的温度和人工光灯盘20内的温度，湿度传感器用于监测柜体1内的种植空间18的湿度，光照传感器用于监测人工光灯盘20的光照强度变化情况，水禁传感器用于监测柜体1是否漏水。

可选地，控制器可以采用通用处理器，包括但不限于中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；也可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field－programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，这里不作具体限定。

各个传感器将采集的信号传递至控制器，控制器通过接收到的信号反馈到显示屏上，如果出现告警信息时，蜂鸣告警器会同时发出蜂鸣声，提示告警。此外，无土栽培系统还开发有配套app，能通过手机等电子设备远程查看上述相关信息，熟悉无土栽培柜的运行转态，实现无土栽培柜的智能可控。

综上所述，本发明提供的无土栽培柜和无土栽培系统具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的无土栽培柜和无土栽培系统，第一，结构上按生长阶段进行分层设计和按家庭规模提供不同尺寸的产品，实现家庭日常健康蔬菜的不间断供应，解决了产品实用性问题。柜体1具有封闭的容置空间，为密闭的种植方式，有效降低了外来污染。空调10采用室外机和室内机一体化结构，控制温度波动性小，精度更高，能耗更低，并将空调10工作中产生的冷凝水回收利用，降低水分消耗，实现水资源重复循环利用，节约能源，并且能通过新风调节组件，引入新风，充分利用自然冷源，以减轻空调10负荷，减少能耗。

第二，人工光灯盘20的光谱可调、光照强度可调，能满足更多植物对光的需求，使得产品的适用范围更广，通用性更强；同时将人工光灯盘20的热量进行合理利用，节约能源。如第一超声雾化器9a等核心结构采用备份设计，提高运行稳定性和可靠性。

第三，植物种植架以及柜体1内侧壁的内胆的材质采用食品级耐腐蚀、表面白色反光材料，一是安全健康，防止了二次污染，二是提高光利用率。柜门5内侧贴有调光膜8，断电情况下成磨砂状，解决人工光污染问题。每层种植空间18内安装摄像头20e，通过手机app等可远程实时监测植物生长状态以及设备运行状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。