一种螺旋塔的培育控制系统和控制方法与流程

1.本发明属于水培装置技术领域，更具体地说，涉及一种螺旋塔的培育控制系统和控制方法。


背景技术：

2.育苗方法是在专门设置的苗床中培育秧苗以供生产田移植的栽培方法，是一种能够大规模培育幼苗的方法，水稻、地瓜以及蔬菜、果树和花卉等作物均可以采用育苗法进行培育。该法与直播法相比，其优点在于它能够根据作物苗期生长发育的特性创造所需要的环境条件，采用先进的育苗技术，进行集中管理，以培育质量好、数量充足的秧苗。育苗的作用可以在不适宜生长的季节中提前播种，延长作物生长期，使作物提早成熟。且该法便于精细管理，能够促使幼苗生长健壮、生活力强，为丰产优质打下良好基础。
3.水培是一种新型的植物无土栽培方式，又名营养液培，其核心是将植物的根系直接浸润于营养液中，这种营养液能替代土壤，向植物提供水分、养分、氧气等生长因子，使植物能够正常生长。
4.现有技术中，针对水培领域研发了一些大型水培设备，这些水培设备通常将植物幼苗或种子放置在育苗盘内，由运输装置运载在轨道上移动，并在移动过程中完成对幼苗或种子的培育。
5.如中国专利申请号为：cn201720480042.9，公开日为：2017年12月19日的专利文献，公开了一种移动式旋转栽培设施，该方案至少包括两由动力装置驱动的链轮组及套设在各链轮组上的循环移动链条，两条链条间挂有一组栽培槽即育苗盘，该组栽培槽随着链条在栽培架上进行循环往复移动。同时，栽培架上还分别设有通风装置、照明装置和营养液攻击装置等，栽培槽移动过程中该设施能够向栽培槽中添加营养液、进行光照以及保证栽培槽内的通风环境。
6.但是，现有的水培设备并不具备对育苗盘内的幼苗或种子的当前情况进行实时识别监控，并根据监控情况对育苗盘在整体培育过程中进行调节的功能。


技术实现要素：

7.1、要解决的问题
8.针对上述问题，本发明提供一种螺旋塔的培育控制系统和控制方法，能够对培育设备运行过程中的育苗盘进行实时监控，并依此判断幼苗或种子的生长情况，对培育过程进行调节。
9.2、技术方案
10.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
11.一种螺旋塔的培育控制系统，包括：
12.监控单元，所述监控单元包括用于观察植物生长情况的拍摄装置和用于感应育苗盘各项参数的感应装置；
13.中控单元，所述中控单元用于接收监控单元传递的信息，并根据接收的信息对螺旋塔的培育系统进行控制；
14.编码单元，所述编码单元用于对进入螺旋塔的育苗盘进行编号。
15.于本发明一种可能实施方式中，所述拍摄装置为设置在螺旋塔上的相机或扫描仪。
16.于本发明一种可能实施方式中，所述感应装置包括设置在螺旋塔的轨道上的重量传感器以及设置在育苗盘内的温湿度传感器和水位传感器。
17.于本发明一种可能实施方式中，所述编码单元包括贴在育苗盘上的条形码和与中控单元电连接的识别装置。
18.于本发明一种可能实施方式中，还包括警报单元；所述警报单元电连接中控单元。
19.于本发明一种可能实施方式中，所述培育系统包括控制育苗盘移动的育苗盘输送系统、向育苗盘内进行浇灌的流体供给系统、为植物提供光照的光照系统以及通风系统。
20.于本发明一种可能实施方式中，所述育苗盘的底部内侧具有多个用于卡住种子的凹槽且种子下端与凹槽的底部具有间隙；所述育苗盘的底部具有排水孔。
21.一种螺旋塔的培育控制方法，采用上述螺旋塔的培育控制系统，包括以下步骤：
22.s1、对进入螺旋塔的育苗盘进行编号，并记录在中控单元内；
23.s2、培育过程中，通过监控单元对育苗盘的重量、水分含量和植物生长情况进行监控，并将信息反馈至中控单元，中控单元根据反馈的信息控制培育系统调整对育苗盘内的植物的浇灌和光照强度；
24.s3、通过监控单元观察到达下料处的育苗盘，对生长情况不达标的育苗盘，在中控单元内记录其编号。
25.于本发明一种可能实施方式中，当采用上述育苗盘时，步骤s2中的浇灌的具体操作如下：浇灌时，中控单元根据监控单元反馈的信息分析出流体需要在育苗盘内停留的时间，并根据育苗盘和排水孔的尺寸判断出育苗盘内浇灌所需的水位高度，当感应装置感应到育苗盘内的水位达到所需高度后，停止浇灌。
26.于本发明一种可能实施方式中，步骤s2中，对育苗盘的培育过程和各项参数进行实时记录，当步骤s3检测出不达标的育苗盘后，调取该育苗盘的记录进行分析。
27.3、有益效果
28.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
29.(1)本发明螺旋塔的培育控制系统和控制方法，能够系统完整地对育苗盘在螺旋塔内的培育过程进行实时监控和调整，并根据育苗盘的独特结构设计了配套的浇灌方法，有效地提高了生产效率以及对幼苗和种子的培育效果；
30.(2)本发明结构简单，设计合理，易于制造。
附图说明
31.图1为本发明螺旋塔的结构示意图；
32.图2为本发明螺旋塔的俯视图；
33.图3为本发明螺旋塔的正视图；
34.图4为本发明育苗盘输送系统的结构示意图；
35.图5为本发明装有育苗盘的小车的俯视图；
36.图6为本发明育苗盘的背面结构示意图；
37.图中：
38.100、轨道；110、滑轮导轨；120、上料区；130、下料区；
39.200、小车；210、连接板；220、支撑板；230、定向滑轮；
40.300、小车驱动组件；310、链条导轨；320、链条；330、凸起；340、链条驱动机构；341、电机；342、主轴；
41.400、育苗盘；410、托盘；420、侧壁；430、排水孔；440、加强筋；450、凹坑；460、凹槽；
42.500、接水槽。
具体实施方式
43.下文对本发明的示例性实施例进行了详细描述。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
44.本文公开的实施例包括一种螺旋塔水培设备、螺旋塔的培育控制系统和控制方法。其中，螺旋塔包括塔体、育苗盘输送系统、流体供给系统、光照系统、通风系统以及配套的育苗盘400。育苗盘输送系统依托塔体进行安装布置，流体供给系统、光照系统和通风系统则可以根据实际需求选择性地布置在塔体上或塔体周围。
45.如图1所示，塔体为由轨道100形成的限定路径的多层螺旋结构。一些实施方式中，一个螺旋塔水培设备具有两个塔体，两个塔体的轨道100形成一整个封闭循环结构，为了增加培育时间，每层塔体由两端的半圆形部分和中间的长方形部分组成。如图2所示，轨道100从一个塔体外侧的下部延伸至一个塔体的下部，然后以相对水平面的一定倾斜角度呈螺旋状向上延伸至塔体上部，接着以一定倾斜角度或水平延伸至相邻的另一个塔体的上部，从另一个塔体的上部以一定倾斜角度呈螺旋状向下延伸至塔体下部后，与塔体外侧的轨道100连通，形成完整的循环结构。塔体外侧的轨道100上分别设有上料区120和下料区130，待培育的种植盘由工作人员或设备控制从上料区120进入轨道100，经过两个塔体的轨道100后移动至下料区130，通过下料区130处的移动设备将种植盘从轨道100上取下，转送至后续处理设备。
46.一些实施方式中，塔体的轨道100为一体结构。另一些实施方式中，轨道100由多个组件拼接安装成型，可以将每一层的轨道100制备成单独的同样结构的具有一定倾斜角度的环形组件，两个组件的端部可以卡合或对准后通过螺栓等可拆接方式固定连接，最终形成整体螺旋轨道100结构。需要注意的是，连接两个塔体之间的轨道100部分单独制备成一个或多个直条组件，同时，位于塔体外侧的轨道100部分需要单独制备。
47.本实施例中，育苗盘输送系统用于控制育苗盘400沿轨道100移动，完成育苗盘400在轨道100上的运输。流体供给系统的喷淋浇灌部件一般安装在上一侧轨道100的底面，并通过管道外接营养液源或水源，向下方的育苗盘400内进行浇灌。光照系统通过将灯管安装
在轨道100的底面，能够方便地为下一层育苗盘400的种子或幼苗提供光照。通风系统采用风管机等结构，保证螺旋塔的空气流通。
48.螺旋塔的培育控制系统包括监控单元、中控单元和编码单元。其中，监控单元包括用于观察植物生长情况的拍摄装置和用于感应育苗盘400各项参数的感应装置；中控单元用于接收监控单元传递的信息，并根据接收的信息对螺旋塔的培育系统进行控制，培育系统包括育苗盘输送系统、流体供给系统、光照系统以及通风系统；编码单元用于对进入螺旋塔的育苗盘400进行编号。
49.一些实施方式中，拍摄装置为设置在螺旋塔上的相机或扫描仪，安装在轨道100的底面，每隔一段距离就间隔设置一个拍摄装置，同时在轨道100的上料处和下料出的位置需要保证有一个拍摄装置。感应装置包括设置在螺旋塔的轨道100上的重量传感器以及设置在育苗盘400内的温湿度传感器和水位传感器，能够检测育苗盘400的重量，育苗盘400内的温湿度以及育苗盘400内的水位高度。编码单元包括贴在育苗盘400上的条形码和与中控单元电连接的识别装置，识别装置安装在上料处，条形码在上料前直接贴在育苗盘400的外侧，识别装置通过扫码即可完成对育苗盘400的编号并记录在中控单元中，同时，对于培育不达标的育苗盘400，通过扫描条形码即可调出其存储在中控单元中的各项培育参数和培育过程，方便工作人员进行分析。
50.一些实施方式中，控制系统还设置有电连接中控单元的警报单元，当中控单元监测到不达标的育苗盘400达到一定数量时，控制警报单元发出警报，提醒工作人员对该批育苗盘400和培育设备进行检查。
51.控制方法的具体步骤如下：
52.s1、对进入螺旋塔的育苗盘400进行编号，并记录在中控单元内；
53.s2、培育过程中，通过监控单元对育苗盘400的重量、水分含量和植物生长情况进行监控，并将信息反馈至中控单元进行记录保存，中控单元根据反馈的信息控制培育系统调整对育苗盘内的植物的浇灌和光照强度；
54.s3、通过监控单元观察到达下料处的育苗盘400，对生长情况不达标的育苗盘400，在中控单元内记录其编号，并调取该育苗盘400的记录进行分析。
55.一些实施方式中，针对种子的培育，对育苗盘400的结构做了独特的设计，并针对育苗盘400的独特结构对培育控制方法进行了改进。如图5和图6所示，育苗盘400的主体为托盘410，托盘410的边缘处具有沿托盘410的周向延伸并围成一圈的侧壁420。托盘410的底部内侧具有多个用于卡住种子的凹槽460，凹槽460一般为方形孔或圆形孔，半径或边长一般为0.5-1mm，其开口从上至下逐渐减小且凹槽460内侧面为圆弧结构。凹槽460的最上端的直径或宽度小于种子正常放置在凹槽460中时种子在高度方向上的最大直径，从而使种子能够顺利地卡在凹槽460内。同时，凹槽460的深度需要满足当种子卡在凹槽460中时，种子下端与凹槽460的底部之间具有一定间隙，保证种子下方的通风效果，且凹槽460中可以存储一部分营养液，使种子下部部分浸泡在营养液中，或不浸泡在营养液中但是使种子处于凹槽460内的潮湿且营养充足的环境中，保证种子的营养供给充足的同时不会出现烂芽现象。育苗盘400的底部设置有排水孔430，育苗盘400内多余的水和营养液能够通过排水孔430流出。
56.如果采用单独向每个凹槽460内添加合适分量的营养液的方式，会使得操作变得
极为繁琐，费时费力。如果采用一些高技术性的设备来实现这种营养液的自动化添加，一方面仍然避免不了在这一工序耽搁较多时间，另一方面也会导致成本大大增加。
57.而该实施方式中，通过将排水孔430与凹槽460结合起来，当培育设备向托盘410内倾倒营养液时，刚开始营养液会漫过种子上端并停留在托盘410内，并通过排水孔430缓慢排水至接水槽500中。同时，由于种子卡在凹槽460上侧且种子的外形并不会与凹槽460保持完全一致，因此种子与凹槽460之间会存在缝隙，此时，营养液能够通过种子与凹槽460之间的缝隙缓慢渗透进凹槽460内并储存在凹槽4603下侧。而通过对排水孔430的大小以及营养液的单次倾倒量进行控制，能够有效地控制单次倾倒的营养液在托盘410底部停留的时间，从而控制凹槽460内储存的营养液的量，达到种子下部部分浸泡在营养液中，或不浸泡在营养液中但是使种子处于凹槽460内的潮湿且营养充足的环境中，保证种子的营养供给充足的同时不会出现烂芽现象的效果。
58.另外，通过在托盘410内等间隔设置多个凹槽460，当凹槽460内的种子发芽生长后，其根系会围绕凹槽460的周向生长，而由于相邻凹槽460之间的间距较小，一般为0.5-1.5mm，使得大部分的根系会缠绕在一起，在收获时利于整盘取出，避免了部分成品散落等情况的发生，解决了育苗盘400内根系因缺水造成卷取上翘，不利于团聚的问题。
59.当育苗盘400采用上述结构时，步骤s2中的浇灌的具体操作如下：浇灌时，中控单元根据监控单元反馈的信息分析出流体需要在育苗盘400内停留的时间，并根据育苗盘400和排水孔430的尺寸判断出育苗盘400内浇灌所需的水位高度，当感应装置感应到育苗盘400内的水位达到所需高度后，停止浇灌。
60.通过这种培育控制方法，能够系统完整地对育苗盘在螺旋塔内的培育过程进行实时监控和调整，并根据育苗盘400的独特结构设计了配套的浇灌方法，有效地提高了生产效率以及对幼苗和种子的培育效果。
61.一些实施方式中，为了配合育苗盘400的排水设计，对育苗盘输送系统进行了改进。如图3至图5所示，育苗盘输送系统主要包括小车200和小车驱动组件300。其中，小车驱动组件300包括与轨道100延伸方向一致且布置在轨道100内侧的链条导轨310、设置在导轨内的链条320以及驱动链条320移动的链条驱动机构330。链条驱动机构330包括设置在塔体底部的电机341、传动连接电机341输出轴的主轴342以及套装在主轴342上的齿轮。具体的，链条导轨310靠近主轴342的位置具有供齿轮伸入其中与链条320啮合的缺口，即只有靠近链条一部分的齿与链条320。当电机341控制主轴342转动时，齿轮转动即可带动链条320沿轨道100移动。一些实施方式中，每个塔体设有两个链条驱动机构340，分别位于塔体的两端，且主轴342上套装的齿轮的数量和位置与塔体的层数相对应，即每层塔体的链条都有一组啮合的齿轮。
62.小车200包括支撑板220和连接板210，连接板210的一侧可拆装连接链条320，另一侧固定连接支撑板220。一些实施方式中，链条320上间隔设置有多个伸出链条导轨310上方的凸起330，连接板210上设置有相配合的通孔，凸起330穿过通孔使小车200能够随链条320同步移动。为了防止连接板210沿凸起330发生转动而影响小车200对育苗盘400的稳定输送，连接板210上具有至少两个与凸起330对应的通孔。
63.一些实施方式中，轨道100外侧装有与轨道100延伸方向一致的滑轮导轨110，支撑板220下方位于轨道100外侧的位置则装有安装在滑轮导轨110内的定向滑轮230，能够减少
小车200与轨道100之间的摩擦，降低小车200和轨道100的磨损。
64.一些实施方式中，轨道100外侧装有与轨道100延伸方向一致的接水槽500，且链条导轨310的高度高于定向滑轮230的高度。当小车200在轨道100上时，支撑板220的上端面为从轨道100内侧至轨道100外侧的高度逐渐减小的斜面，因此，放置在支撑板220上的育苗盘400也为倾斜状态。同时，排水孔430设置在育苗盘400的底部的其中一侧，当育苗盘400放置在支撑板220上时，排水孔430位于轨道100外侧。一些实施方式中，链条320轨道100上侧装有垫板，通过设置垫板厚度和数量，能够调节连接板210的高度，从而对支撑板220的倾斜度进行调节，一般情况下，支撑板220的倾斜度为1～3度。通过这种设置，使得育苗盘400内多余的水或营养液能够向轨道100外侧流动并通过排水孔430流至接水槽500中，并沿着接水槽500流至相应的回收设备中，实现水和营养液的回收，节约资源，避免了水或营养液在轨道100上四处流动，对周围环境以及输送系统的工作造成影响。
65.配合接水槽500和排水孔430的位置，为了保证营养液对各个凹槽460的渗透速度一致，且考虑到营养液在托盘410中的流动方向，流体供给单元将营养液从托盘410内远离排水孔430的一侧浇灌在托盘410内，使营养液在托盘410内流动时在托盘410内各个位置的停留时间大致相同，保持对凹槽460的渗透均匀。同时，需要对培育的种子的直径尺寸进行初步筛选，尽可能使同一批种子的大小尺寸保持一致，卡在凹槽460中时与凹槽460的缝隙较小。需要说明的是，这里的营养液包括水以及其余制备的用于培养种子的液体。
66.值得一提的是，接水槽500的设计充分考虑了塔体本身的螺旋结构，而育苗盘对水和营养液的导向，则充分利用了育苗盘输送系统的结构。尤其是凸起330和连接板210上的通孔的配合，使得调节垫块或链条导轨310的高度时，凸起330能够自由地在通孔内伸缩，实现对支撑板220斜度的调节。本实施方式的排水结构没有在育苗盘输送系统的基础上做出过多的无用配置，设计思路和结构极为巧妙，在实现功能的同时，尽可能简化了水培设备的结构和安装难度，节约了成本。
67.另外，为了提高育苗盘400的结构强度，在育苗盘400的外侧面上设置有加强筋440。加强筋440在托盘410的底部外侧形成纵横交错的网状结构，并在托盘410底部的外侧中部，形成一个固定形状的凹坑450，凹坑450的横截面为方形、三角形等具有直边的图形，支撑板220上侧具有相匹配的凸块。通过凹坑450和凸块的卡合，使育苗盘400能够稳定地放置在小车200上，不会发生移动，使得流体供给系统能够精准地向育苗盘400内进行浇灌，多余的水和营养液也可以精准地顺着支撑板220的倾斜面流至接水槽500中。同时，由于加强筋440的存在，托盘410底部距离支撑板220之间具有一定缝隙，使水和营养液能够更方便地从排水孔430中流出。一些实施方式中，排水孔430设置在托盘410底部的边缘位置，且托盘410底部的边缘处不设置加强筋440，使得多余的水和营养液能够顺利地流至接水槽500中，不会被阻挡。
68.水培设备工作时，小车200上方放有育苗盘400，连接板210直接套在链条320的凸起330上，使小车200固定在链条320上。链条驱动机构工作，带动小车200沿螺旋轨道100移动，在此过程中，流体供给系统、光照系统和通风系统工作，为育苗盘400中的种子或幼苗提供生长所需的营养液、水和光照等。对链条320的移动速度进行控制，使小车200在轨道100上移动足够的时间，完成对种子或幼苗的培育。当小车200移至下料区130时，只需将小车200通过设备向上抬起或使链条320从链条导轨310的端部向下移动即可使链条320的凸起
330与连接板210分离，即带有育苗盘400的小车200从轨道100上脱离。同理，在上料区120处只需将小车200的连接板210上的通孔套入链条320的凸起330上即可实现小车200在轨道100上的安装。
69.工作时，链条导轨310控制链条320的延伸方向，再将小车200安装在链条320上，使得通过驱动链条320即可完成对轨道100上所有小车200的同步移动控制，且小车200不会在倾斜的轨道100上发生滑落现象。而通过凸起330和通孔的可快速拆卸的安装方式，使小车200能够迅速实现在链条320上的安装和脱离，不会发生链条320因为安装部件而卡阻的现象，方便实现小车200的上下料控制。因此，该育苗盘输送系统为整体设备的培育过程的控制提供了极大的便利。
70.本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。