一种植物工厂及其工作方法与流程

本发明涉及植物栽培技术领域，具体涉及一种植物工厂及其工作方法。

背景技术：

植物工厂与传统的栽培模式相比具有以下几点优势：生产效率高、土地利用率高、植物生长周期短、工作环境较好等。近年来植物工厂迅速兴起，无论在数量、规模还是质量上都得到了很快的发展，但其存在以下几个主要问题：能源消耗高、智能化程度不高等。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种植物工厂及其工作方法，该植物工厂及其工作方法可以用更低的能耗达到更好的光照效果，能源利用率高，节能降耗。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种植物工厂，包括支架，所述支架下部设有植物培养座，所述支架上部设有可相对支架上下移动的光源安装架，所述光源安装架下排列安装有多个led灯，所述光源安装架上部设有用于调节各led灯照射角度的角度调节装置，所述光源安装架下部设有可相对光源安装架上下移动的灯筒固定机构，所述灯筒固定机构上设有数量、位置、大小与所述led灯相适应的聚光变焦筒，以套设于各led灯外部，并通过上下移动改变led灯照射光斑的大小和光照强度。

进一步地，所述支架经电缸驱动光源安装架上下移动，所述电缸的驱动电机固定于支架上。

进一步地，所述灯筒固定机构包括第一贯穿式直线丝杆步进电机和灯筒固定架，所述聚光变焦筒设于灯筒固定架上，所述第一贯穿式直线丝杆步进电机的步进电机固定于光源安装架上，丝杆与灯筒固定架连接，以驱动灯筒固定架相对光源安装架上下移动。

进一步地，所述光源安装架下设有数量与led灯数量相适应的光源安装套，所述光源安装套内铰接有可转动薄片，所述led灯为贴片led灯，所述贴片led灯贴设于所述可转动薄片下侧，所述角度调节装置包括第二贯穿式直线丝杆步进电机、上下运动架和中间连杆，所述第二贯穿式直线丝杆步进电机的步进电机固定于光源安装架上，丝杆与上下运动架连接，所述上下运动架下部分别经中间连杆与各可转动薄片一侧边铰接，以通过上下运动架的上下运动带动可转动薄片进行一定角度的转动。

进一步地，还包括控制装置和图像传感器，所述图像传感器与控制装置的采集信号输入端电性连接，以采集植物生长及光照情况，所述控制装置分别与用于驱动各机构工作的电机电性连接。

进一步地，所述支架顶部设有顶盖板，所述支架在光源安装架外周部设有侧盖板，所述支架底部设有可锁定万向轮。

进一步地，所述支架主要由立柱和横梁连接构成，所述立柱沿竖向排列设有多个卡口和销孔，所述横梁两端设有卡扣并对应开设有销孔，以使其两端扣设在立柱上，并通过销钉进一步固定。

本发明还提供了一种植物工厂的工作方法，包括以下步骤：

1）将待培养植物栽培在植物培养座上；

2）在植物幼苗阶段，驱动光源安装架向下运动，降低led灯的高度至距离植物培养座设定距离，并通过灯筒固定机构降低聚光变焦筒，使发散的led灯光聚光并产生圆形光斑，提高照射区域光照强度，且使植物幼苗处在光斑的照射范围内，以实现低光照强度的led经过聚光后，达到高光照强度但没有聚光的led灯的照明效果；

3）在植物生长过程中，保持led灯的高度不变，通过灯筒固定机构升高聚光变焦筒，增大照射光斑，使生长中的植物仍然处在光斑的照射范围内；

4）在植物生长到一定高度后，驱动光源安装架向上运动，升高led灯的高度，并通过灯筒固定机构升高聚光变焦筒到最大高度，照明方式从光斑照明变为普通不聚光照明；同时，通过角度调节装置调节led灯照射角度，以使更多的叶片得到光照。

进一步地，通过图像传感器采集植物生长及光照图像，在植物生长过程中，当生长中的植物即将超出光斑的照射范围时，通过控制装置控制灯筒固定机构升高聚光变焦筒，在植物生长到一定高度后，当相邻植物之间的光斑重叠时，通过控制装置驱动光源安装架向上运动，并通过灯筒固定机构升高聚光变焦筒到最大高度。

进一步地，控制装置通过角度调节装置控制led灯周期性左右转动，以使不同朝向的叶片得到光照。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：可在植物生长的不同阶段调控光源的高度、照射光斑的大小和led灯的照射角度，从而用更低的能耗达到更好的照射效果，提高了能源利用效率，节约了能源，减少了植物幼苗阶段培养座上部分没有照射植物光照的浪费。此外，该植物工厂的动作都通过电机驱动，自动化程度高，节约了劳动力，而且易于安装，移动灵活，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的植物工厂的结构示意图（去掉顶盖板和侧盖板）。

图2是图1的a向局部视图。

图3是本发明实施例中角度调节装置、灯筒固定机构与光源安装架的连接结构示意图。

图4是本发明实施例的植物工厂的整体外观示意图。

图中，1、支架，2、植物培养座，3、光源安装架，4、led灯，5、角度调节装置，6、灯筒固定机构，7、聚光变焦筒，8、电缸，9、第一贯穿式直线丝杆步进电机，10、灯筒固定架，11、光源安装套，12、可转动薄片，13、第二贯穿式直线丝杆步进电机，14、上下运动架，15、中间连杆，16、顶盖板，17、侧盖板，18、立柱，19、横梁，20、可锁定万向轮。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种植物工厂，如图1、2所示，包括支架1，支架1下部设有植物培养座2，支架1上部设有可相对支架1上下移动的光源安装架3，光源安装架3下排列安装有多个led灯4，光源安装架3上部设有用于调节各led灯4照射角度的角度调节装置5，光源安装架3下部设有可相对光源安装架3上下移动的灯筒固定机构6，灯筒固定机构6上设有数量、位置、大小与led灯4相适应的聚光变焦筒7，以套设于各led灯4外部，并通过上下移动改变led灯4照射光斑的大小和光照强度。

在本实施例中，支架1经电缸8驱动光源安装架3上下移动，电缸8的驱动电机固定于支架1上。

如图3所示，灯筒固定机构6包括第一贯穿式直线丝杆步进电机9和灯筒固定架10，聚光变焦筒7设于灯筒固定架10上，第一贯穿式直线丝杆步进电机9的步进电机固定于光源安装架3上，丝杆与灯筒固定架10连接，以驱动灯筒固定架10相对光源安装架3上下移动。如图2、3所示，光源安装架3下设有数量与led灯数量相适应的光源安装套11，光源安装套11内铰接有可转动薄片12，led灯为贴片led灯，贴片led灯贴设于可转动薄片12下侧，角度调节装置5包括第二贯穿式直线丝杆步进电机13、上下运动架14和中间连杆15，第二贯穿式直线丝杆步进电机13的步进电机固定于光源安装架3上，丝杆与上下运动架14连接，上下运动架14下部分别经中间连杆15与各可转动薄片12一侧边铰接，以通过上下运动架14的上下运动带动可转动薄片12进行一定角度的转动。

本发明还包括控制装置和图像传感器，图像传感器与控制装置的采集信号输入端电性连接，以采集植物生长及光照情况，控制装置分别与用于驱动电缸8工作的驱动电机、用于驱动灯筒固定机构6工作的步进电机、用于驱动角度调节装置5工作的步进电机电性连接。

如图4所示，支架1顶部设有顶盖板16，支架1在光源安装架3外周部设有侧盖板17。为了便于支架的搭建，支架1主要由立柱18和横梁19连接构成，立柱18沿竖向排列设有多个卡口和销孔，横梁19两端设有卡扣并对应开设有销孔，以使其两端扣设在立柱上，并通过销钉进一步固定。支架1底部设有可锁定万向轮20。

本发明还提供了上述植物工厂的工作方法，包括以下步骤：

1）将待培养植物栽培在植物培养座上。

2）在植物幼苗阶段，驱动光源安装架由初始位置（距离植物培养座45-50cm）向下运动，降低led灯的高度至距离植物培养座设定距离25-30cm，并通过灯筒固定机构降低聚光变焦筒，使发散的led灯光聚光并产生圆形光斑，提高照射区域光照强度，且使植物幼苗处在光斑的照射范围内，以实现低光照强度的led经过聚光后，达到高光照强度但没有聚光的led灯的照明效果。

3）在植物生长过程中，保持led灯的高度不变，通过灯筒固定机构升高聚光变焦筒，增大照射光斑，使生长中的植物仍然处在光斑的照射范围内。

4）在植物生长到一定高度后，驱动光源安装架向上运动至初始位置，升高led灯的高度，并通过灯筒固定机构升高聚光变焦筒到最大高度，照明方式从光斑照明变为普通不聚光照明。同时，通过角度调节装置调节led灯照射角度，以使更多的叶片得到光照。较佳地，可以通过角度调节装置控制led灯周期性左右转动，以使不同朝向的叶片得到光照。

在本实施例中，通过图像传感器采集植物生长及光照图像，在植物生长过程中，当生长中的植物即将超出光斑的照射范围时，通过控制装置控制灯筒固定机构升高聚光变焦筒，在植物生长到一定高度后，当相邻植物之间的光斑重叠时，通过控制装置驱动光源安装架向上运动，并通过灯筒固定机构升高聚光变焦筒到最大高度。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。