家用植物保存装置的制作方法

1.本实用新型属于植物保存装置领域，涉及一种可以持续产生纳米气泡化的富氢液体并自动调节富氢液体浓度的家用植物保存装置。


背景技术：

2.以鲜切花为代表的家用植物市场在过去10年的平均增长率可以达到约13％。植物保鲜剂是常用的辅助类产品之一，它使得小型花瓶内的植物的寿命可以持续5至7天。
3.过氧化胁迫是导致鲜切花衰老的头号杀手，严重损害了鲜切花的观赏价值，极大地影响鲜切花的瓶插时间以及花朵的开放程度。大量的研究发现，氢气作为一种选择性的抗氧化剂和信号分子，可有效抵抗各种氧化损伤，在生物医学方面有着广泛的应用前景。富氢水(hydrogen rich water,hrw)可以针对因环境胁迫对植物引起的氧化胁迫起到保护作用，同时参与抗氧化代谢的调节。
4.公开号为cn108990605a的中国实用新型专利公开了一种氢培家用植物生长装置，包括设置在支撑架上的制氢机，制氢机包括机架、水箱、电解系统和储水箱，储水箱中的水进入电解系统电解后产生氢气，氢气进入储水箱中形成氢浓度较高的灌溉水，将储水箱中的水对植物架中的植物进行灌溉。但是该装置多用于在大规模的植物生长期为其供应氢，提高其存活率，无法为小型的盛放鲜切花的花瓶提供可以自动地智能调节浓度的富氢水，无法实现便携化和小型化。
5.公开号为cn206494303u的中国实用新型专利公开了一种便携式富氢水喷壶，包括具有空腔的壶体，壶体的底座隔舱中设有电解装置，隔舱与壶体的腔室密封，电解装置的阴阳电极由壶体底部插入空腔的最底部。电解装置的工作电源可以采用内置电池或外置电源。喷水装置的工作原理和结构与传统喷壶没有明显区别。这种便携式富氢水喷壶是类似于氢水杯的设计，仅能在用户开启电解装置按下电源按钮时，释放氢气溶于水中，无法自动地调节富氢水的浓度。
6.因此，本技术的发明人意欲提出一种提供可以持续产生纳米气泡化的富氢液体并自动调节富氢液体浓度的家用植物保存装置，根据家用植物的种类以及用户的需求等因素调整电解反应的进行，自动监测溶解氢的浓度。尤其当供给至家用植物的富氢液体中的氢离子浓度下降时，可以自动开始进行电解反应生成氢气。同时，采用纳米曝气装置使得溶解氢为纳米气泡形式，可以保持氢的浓度及稳定性。


技术实现要素：

7.为了克服现有技术中的上述技术问题，本实用新型的主要目的在于提供一种可提供富氢液体的家用植物保存装置，实现高效地和智能地控制该保存装置中的溶解氢浓度。
8.本实用新型的第一方面公开了一种家用植物保存装置，包括：
9.容器，储存所供给的电解液；
10.电解单元，将储存在容器中的电解液进行电解，提高电解液中的溶解氢浓度；
11.多孔元件，使得电解单元产生的氢气形成纳米气泡氢，供给到容器中；
12.检测单元，包括溶解氢检测模块；和
13.控制单元，所述控制单元与检测单元和电解单元电连接，其采用多个控制模块以多种模式控制所述家用植物保存装置，所述控制模块包括溶解氢检测输入模块、启停信号输入模块和比例积分微分控制模块，所述多种模式包括使得所述容器内的溶解氢浓度持续升高的第一模式，以及维持容器内的溶解氢浓度的第二模式。
14.进一步地，所述多孔元件配置在电解单元的上方。
15.进一步地，所述多孔元件为纳米曝气盘。其中，纳米曝气盘上开设有均匀排布的小孔，所述小孔的孔径范围在1nm至20nm，较佳地为2nm至15nm，更佳地为5nm至10nm。
16.进一步地，所述检测单元还包括液位检测模块，用于检测容器内的电解液的储存量。较佳地该液位检测模块可以是液位传感器。
17.进一步地，所述家用植物保存装置还包括由用户操作的操作部，操作部具有由用户操作的开关、旋钮和/或触摸面板。
18.进一步地，所述溶解氢检测模块为水素笔或者氧化还原电位传感器。
19.进一步地，所述比例积分微分控制模块根据所述溶解氢检测输入模块输入的溶解氢参数值以及目标参数值进行pid运算。
20.进一步地，所述家用植物保存装置连接有氢气钢瓶，该氢气钢瓶通过一单向孔将钢瓶氢气通入所述多孔元件下方。
21.进一步地，所述家用植物保存装置内的纳米气泡氢的浓度为20ppb～1000ppb，较佳地为50ppb～300ppb，更佳地为100ppb～200ppb。
22.进一步地，所述控制单元还包括显示模块，用于显示溶解氢浓度的档位、电池电量、当前工作状态和/或氧化还原电位信号值。
23.与现有技术相比较，本实用新型所提供的技术方案具有以下优点：
24.1.本实用新型提供的家用植物保存装置可以以多种模式控制电解液中的氢浓度，持续保证适当量的纳米气泡的富氢水供应，维持溶解氢的浓度，延长家用植物的寿命和保鲜期。
25.2.本实用新型提供的家用植物保存装置具有便利化、家用化、小型化和生活化的优点，便于推广。
附图说明
26.关于本实用新型的优点与精神可以通过以下的实用新型详述及附图得到进一步的了解。
27.图1是本实用新型实施例中的家用植物保存装置的结构示意图；
28.图2是本实用新型实施例中的家用植物保存装置的分解图；
29.图3是本实用新型实施例中的家用植物保存装置的控制流程图；
30.图4是本实用新型实施例中的家用植物保存装置的单片机的控制模块示意图。
31.图中：1-容器，2-纳米曝气盘，3-电解单元，4-液位传感器，5-内桶，6-单片机，7-电池，10-排气单元，11-lcd显示器，12-可调旋钮，13-充电接口，14-单向孔，15-orp传感器，16-自动调节阀，17-氢气钢瓶连接端。
具体实施方式
32.下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施例。然而，应当将本实用新型理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本实用新型的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
33.术语说明
34.在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本实用新型的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“轴向”、“径向”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
35.在以下具体实施例的说明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不理解为对本实用新型的限制。
36.术语“向上”、“向下”、“上方”和“下方”是参考中心纵向轴线作出的。因此，术语“向上”和“向下”应该被理解为指远离和朝向纵向轴线的方向。此外，当第一结构被描述为定位在第二结构“上方”或“下方”时，这应该被理解为意味着第一结构定位为距离纵向轴线更远或更近。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的规定。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。
38.应当理解，在本技术中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
39.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。“固定地连接的”或“固定连接”或“非
活动地连接的”被理解为指的是在两个或更多结构构件之间的连接不是构造成提供相对运动。一个固定连接的实施例是焊接连结或螺栓连接，以及有些情况下的焊缝和螺栓连接。“活动地连接”或“活动的”或“移动连接”被理解为指的是在两个或多个结构构件之间的连接，其允许在极端的动力载荷下，在构件之间有水平和/或垂直的相对运动。这样的连接通常不允许在静载荷或一般的动力载荷(例如，来自轻度/中等的风力所施加的那样)下运动。
40.在本说明书中描述的术语“单元(unit)”、“件”、“物”和“模块(module)”表示用于处理至少一种功能和操作的单元，并且可通过硬件组件或软件组件及其组合而实施。
41.除非清楚地指出相反的，这里限定的每个方面或实施方案可以与任何其他一个或多个方面或一个或多个实施方案组合。特别地，任何指出的作为优选的或有利的特征可以与任何其他指出的作为优选的或有利的特征组合。
42.如本文所用，作为“电解液”的水性液体是指含有水的液体，该水性液体含有50质量％以上(例如60～100质量％、80～100质量％、90～100质量％)的水。代表性的水性液体是在氢离子和氢氧离子的基础上可能含有其他离子的水溶液。水性液体的典型例子包括自来水或矿泉水等。
43.如本文所用，多孔元件被用作将来自电解单元产生的氢气通过后形成纳米气泡，可以是纳米曝气盘(板)等。多孔元件上的小孔可以呈矩阵排列、或环形排列、或三角型排列。
44.下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施例。
45.图1示出了本实施例中的家用植物保存装置的结构示意图。
46.本实施例提供的家用植物保存装置包括容器1、单片机6、检测单元、电解单元和纳米曝气盘2等。检测单元置于内桶5中，可以包括溶解氢检测模块、液位检测模块和可选的温度传感器等。单片机6作为控制单元，与检测单元和电解单元分别进行电连接。单片机上设置有多个控制模块，这些控制模块包括各输入模块、各输出模块以及电源模块等。各输入模块分别与检测单元的各检测模块电连接，这些输入模块包括溶解氢检测输入模块、启停信号输入模块、溶解氢档位输入模块和可选的温度检测输入模块。这些输出模块包括比例积分微分控制模块、状态显示模块、氛围灯输出模块等。
47.通过检测单元检测容器内电解液的溶解氢含量和电解液液位等参数，单片机能够根据这些采集到的参数进行分析和处理，以多种模式控制电解单元。如果容器内的溶解氢的浓度过低，在第一模式下，单片机会控制电解单元进行持续电解使得溶解氢的浓度持续升高。如果容器内的溶解氢的浓度随着电解液的消耗发生波动，在第二模式下，单片机会持续采用比例积分微分控制电解单元进行电解维持容器内的溶解氢浓度保持稳定。因此，本实施例的家用植物保存装置能够解决无法知晓溶解氢的浓度，无法持续地、适量地补充纳米气泡氢水的技术问题。
48.单片机作为控制单元，在本装置中作为核心控制器件，通电后，接收各检测模块的信号后控制各个功能模块。单片机负责执行各种运算处理和信息处理。
49.图4显示了本实施例中使用的单片机的控制模块示意图。溶解氢检测模块可以是水素笔或者氧化还原电位(oxidation-reduction potential,orp)传感器。orp表示相关溶液的氧化还原电位，orp值则是相应的氧化还原能力的测量指标，其单位是mv。本实施例采用orp传感器15，输出orp电极信号，orp传感器的输出端电连接单片机的溶解氢检测输入模
块。经过单片机的运算，自动控制电解单元，始终保持溶解氢在设定的范围内。部分型号的氧化还原电位传感器在使用过程中需要校准温度，此时可以在检测单元中设置相应的温度传感器，输出温度信号，与单片机上的温度检测输入模块电连接，实现对氧化还原电位传感器的工作环境温度的测定和校准。
50.单片机工作电压在5v dc
±
10％左右。电解单元中电解电极的电压范围在3v～5v。
51.该家用植物保存装置还可以包括由用户操作的操作部，操作部具有由用户操作的开关、可调旋钮12或触摸面板。用户通过操作操作部，根据要培育的家用植物种类，可以选择相应的溶解氢档位，操作部将溶解氢档位选择等相应的电信号输出至控制单元的溶解氢档位输入模块。对于不同品种的家用植物尤其是鲜切花，最适宜其生长和保鲜的氢浓度也会不同，触摸面板上可显示有一定排序的氢浓度档位，或者采用无级变换可调旋钮实现氢浓度档位的选择。根据编写给用户的用户手册，用户可根据采购的鲜花种类选择最有利于鲜花保存的溶解氢的浓度档位。
52.同样地，用户可以将启停信号传输至启停信号输入模块，实现容器的开启或关闭。
53.可选地，容器中可设置氛围灯，单片机上设置氛围灯输出模块控制氛围灯的闪烁，其可以设置为与容器的控制模式相联系。
54.该家用植物保存装置还包括显示模块，显示模块与单片机电连接。本实施例中，该显示模块为lcd显示器11，可以显示溶解氢的浓度的档位、电池电量、当前工作状态、orp信号值，同时可以显示按键调试功能让人一目了然。示例性地，lcd显示器11显示的内容可以为两行，每行16个字符液晶模块。
55.本装置中可以设置报警系统，例如蜂鸣器。蜂鸣器与单片机6电连接，当液位传感器4检测到容器1内的电解液的液位低于设定值时，蜂鸣器即发出报警提醒。
56.所述家用植物保存装置还包括电池7作为电源模块，用于为整个装置供电。电池7可以为充电电池，如图2所示，13为充电接口，可为充电电池保持电量。
57.以下采用家用自来水做电解液，用普通花瓶做家用保存鲜切花的装置，来说明本实施例的工作流程。
58.向空的花瓶内首次加入自来水后，溶解氢的浓度设为零。本实用新型的示意图为了简化描述而示出，本领域技术人员可以知悉采用常见的进水装置和控制阀以满足花瓶内需水量较大或者需要频繁调节的情况。
59.如图3所示，当操作者按下开启按钮时，进行系统自检，单片机6对收集的参数进行分析或者处理，首先判断花瓶中的水位是否符合要求，如果水位过低，则发生报警。如果水位满足要求，则开始计算花瓶内的富氢量。通常在首次加自来水后，花瓶内的溶解氢浓度较低，富氢量小于设定值，此时单片机对施加于电解单元3的直流电压进行控制，容器内的溶解氢浓度持续升高，直至接近设定值。
60.花瓶内的自来水达到一定液位高度(例如2～5cm左右)后，通过纳米曝气盘2上的孔向下渗透至电解单元。电解单元3通过对自来水进行电解而产生氢气，其可以包括阳极供电体、阴极供电体和分隔件。分隔件将电解单元划分为阳极供电体一侧的阳极区和阴极供电体一侧的阴极区。阳极供电体和阴极供电体可以采用例如钛等构成的金属表面形成有铂的镀覆层的供电体。分隔件可以是隔膜的形式，例如采用树脂等固体高分子材料。通过电解，在阳极区中产生氧气，在阴极区中产生氢气。本实施例中将阴极区一侧朝向纳米曝气盘
2的方向设置，这样经过纳米曝气盘的扩散，氢气以纳米气泡的形式分散至花瓶内的自来水中。上述纳米气泡溶于水中能够得到溶解氢浓度为50ppb以上(质量基准)的氢水，较佳地可以处于100ppb～200ppb的范围。
61.当花瓶内的氢水被逐渐消耗，花瓶内的水位逐渐下降，或者单片机接收到氧化还原电位传感器输出的溶解氢浓度降低，甚至低于设定值，控制单元继续进行pid控制，以维持容器内的溶解氢浓度。
62.在阳极区的一侧配置有排气单元10，该排气单元可以是排气阀或者排气孔，用于将阳极区内产生的氧气通过排气单元排出到外部。当阴极区的一侧的电解水充足的状态下，向阳极供电体及阴极供电体施加电解电压时，电解开始，在阴极区一侧生成氢气，在阳极区一侧产生的氧气从排气单元排出到外部大气中。
63.在一种示例性的实施方式中，如果家用植物需要更多量的氢气时，可以将选择氢气钢瓶作为氢气源。如图1和图2所示，氢气钢瓶连接端17连接有氢气钢瓶；自动调节阀16调节钢瓶氢气的进气量；钢瓶氢气通过单向孔14通入到纳米曝气盘的下方，进而通过纳米曝气盘的扩散形成纳米氢气泡。
64.在单片机的比例积分微分控制模块中，pid控制算法包括比例(p)、积分(i)、微分(d)控制。其中，比例控制反映系统的基本偏差，系数大可以加快调节，减少误差，但过大的比例会使系统稳定性下降，造成系统不稳定。积分控制反映系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，只要有误差，积分调节就进行，直至无误差。微分控制反映系统偏差的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前控制作用，在偏差还没有形成前就已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。
65.单片机所包括的比例积分微分控制模块，即pid处理器，用于计算溶解氢浓度的设定值和当前溶解氢浓度的偏差，通过pid控制算法计算出控制值，生成对电解单元的控制信号。该pid控制模块的比例控制值计算单元、积分控制值计算单元、微分控制值计算单元可以根据以下算法控制：
[0066][0067]
式中
[0068]
△
μk为本次pid输出相对于上一次输出应当变化的数值，可以为正值或者负值。
[0069]kp
为比例值。
[0070]
t1为积分值。
[0071]
td为微分值。
[0072]
整个公式通过对比前后三次偏差值的变化，计算本次输出值的变化量。
[0073]
pid处理器持续地计算并确定花瓶中的溶解氢正在发生或存在的特定状况，如果判断该溶解氢的量处于预设的死区范围(例如，在允许的阈值的范围的90％至110％的死区)内，则pid控制暂停。
[0074]
本实施例中以红玫瑰作为选取的鲜切花样品，挑选四组新鲜程度相似的红玫瑰。每组的处理方式如下：
[0075]
第一组：在普通自来水中插瓶红玫瑰。
[0076]
第二组：在本实施例中的花瓶中插瓶红玫瑰，同时选择适合红玫瑰的溶解氢浓度的档位位置，例如可以为150～170ppb范围的档位。
[0077]
第三组：在本实施例中的花瓶中插瓶红玫瑰，同时选择更高的溶解氢浓度的档位位置，例如可以为300～400ppb范围的档位。
[0078]
第四组：在150μmol/l硝普纳中插瓶红玫瑰。
[0079]
第一组和第四组花瓶静置，第二组和第三组的花瓶分别打开开关，使其进入如上文所述的控制过程。一段时间后结果如下表1所示：
[0080]
表1.不同处理下红玫瑰的平均花期
[0081]
处理编号平均花期(天)花期延长(％)1
﹟
3.8-2
﹟
5.850.923
﹟
5.031.234
﹟
4.414.70
[0082]
可以看出，与普通水插瓶方式相比，本实施例的花瓶插瓶可以显著延长鲜切花的花期，高达50％左右，且效果优于商用保鲜剂硝普纳。并且可以根据花材种类选择提供更加适宜的氢浓度，最大程度延长鲜切花的花期。
[0083]
本说明书中所述的只是本实用新型的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的范围之内。