一种自动化雾培种植系统

本发明涉及机械化作物培育设备，涉及一种种植系统，尤其涉及一种自动化雾培种植系统。

背景技术：

1、雾培是气雾栽培的简称，是一种以雾化营养液方式满足植物根系对水肥需求的新型无土栽培模式，其基本原理是使植物的根系悬挂生长在封闭、不透光的环境内，营养液通过特殊设备形成喷雾，在控制系统的调控下间歇性喷到植物根系上，以提供植物生长所需的水分和养分。相对于传统水培来说，气雾栽培直接将雾状的营养液喷洒在蔬菜根部，所需积存的营养液少，节省了约60％的用水量和肥量，提升了营养液的运用率和精准度，并且气雾栽培技术采用间歇式气雾喷洒，无需连续运作，耗电量低。此外，雾培与传统土培及普通水培相比，植物根系直接暴露在充满雾化营养的空气中，具有充足的自由伸展空间，可以毫无机械阻力地延伸；营养液雾化过程中不断溶解空气中的氧，可以增加营养液中的氧含量，有效解决普通水培中供氧、供肥的矛盾。由于气雾栽培是直接将营养液喷淋至植物的根部，能够同时对植物根部供氧和供肥，因而植物根部的吸收效率更高。气雾栽培可提高单位面积内作物的产量，具有产量高、品质好、污染少的优点，可达到高产、优质、高效的目的，符合未来农业生产发展的方向，是实现农业现代化的重要途径。但是气雾栽培所需的管理精细，维护成本高，例如①营养液要经过气雾喷头雾化，而喷孔非常细微，营养液在喷洒前需要被过滤以防止喷头堵塞；②要安装紫外光灯灭菌器，保证所有营养液在进入气雾室前，均经过消毒，防止病害传播；③在每个生产周期收成后，能够打开定植板，晾晒定植板和气雾室大约3d，既能通过阳光杀菌，也能干燥定植板，从而破坏细菌滋生的条件。

2、公开号为cn206629667u的实用新型公开了一种具有微气泡水机的气雾培装置，包括箱体、种植板、营养液供给箱、微气泡水机、超声波雾化器、雾化管、排液管和万向轮。该实用新型能够将普通的水和/或营养液通过微气泡水机和超声波雾化器处理后以雾化的形式供应给植物，并且能够将未被利用的营养液回收以进行多次利用，在施用过程中既增加营养液中的氧气，又能节约营养液。公开号为cn215774743u的实用新型公开了一种雾培种植系统，所述雾培种植系统包括：种植单元、喷雾单元、水肥循环利用单元，水肥循环利用单元包括水肥回收元件、回收水肥储存元件、消毒元件，其中，消毒元件为紫外线消毒元件、电离辐射消毒元件、热消毒元件中的一种或多种。现有的雾培装置能够将未被利用的雾化营养液进行收集，经紫外光杀菌后再次利用，直至其导电率低于水培指标值时更换，现有技术通过测定电导率以判断营养液中的养分，但是随着植物的增长，营养液中会积累盐分，会出现电导率高而营养成分少的情况。重复利用营养液虽然能达到节约营养液的目的，但是判断营养液能够继续利用的检测指标过于单一，且不能准确判断该营养液是否适合于植物当前的生长阶段，未对回收的营养液的成分及各成分含量进行检测以做出针对性的判断，这对于植物的生长是不利的。

3、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、现有的雾培系统在植物生长过程中，通常是管理者通过观察植物的表型变化来判断植物的生长情况，例如，植物的叶片出现发黄、萎蔫或卷曲等现象时，推断植物可能是缺水、缺光照或缺少氮、磷、钾等元素，但是在植物的整个生长发育时期，其生长状态多种多样。植物的整个营养期包括植物营养关键期和植物营养效率最大化时期，这两个时期是植物生长发育的关键时期。在植物营养的关键时期，植物生长迅速，迫切需要一定的营养，而营养物质过多或过少都会影响植物的生长发育，后期难以纠正或弥补，因此在植物营养效率最高的时期，能及时满足植物对养分的需求，对提高产量具有明显的作用，植物对养分吸收具有选择性和适应性，在营养关键时期及时发现植物生长需求是十分重要的。因此，需要对植物生长中出现的问题进行有针对性的判断，此外，植物已经表现的症状说明植物已经在不适应的环境中生长一段时间了，若不能及时发现和解决植物生长过程中遇到的问题，会造成植物的死亡。现有的雾培系统通常会设置回收单元以回收未被利用的营养液，将回收的营养液进行重复利用以达到节约的目的，而管理者通常是根据自己的经验来决定重复利用营养液的次数，不能直接通过回收的营养液中的营养成分及相应含量做出有针对性的判断。

2、针对现有技术之不足，本发明提供了一种种植系统，特别是一种自动化雾培种植系统，至少包括定植单元、照明单元、供应单元、收集单元、采集模块、检测模块、数据处理模块和中控模块。定植单元用于沿着传送路径运输定植其上的植物。照明单元用于为定植单元上的植物提供光源。供应单元用于为定植单元上的植物提供营养液和/或水分。收集单元用于回收供应单元向植物提供的营养液。所述采集模块与所述中控模块通讯连接。通过中控模块设置营养液的采集周期和采集量。所述采集模块与所述供应单元和所述收集单元连接以采集所述供应单元和所述收集单元的营养液。

3、与所述采集模块连接的检测模块能够用于检测所述采集模块采集的营养液的营养成分及含量并将检测结果反馈至数据处理模块；采集周期设置为每天一次。所述数据处理模块与所述检测模块通讯连接以分析来自检测模块的检测信息并将分析结果反馈至中控模块，与所述数据处理模块通讯连接的中控模块接收所述数据处理模块的分析结果以对植物的生长状况和生长条件进行判断并给出调整指示。

4、根据一种优选实施方式，所述数据处理模块设置有第一阈值和第二阈值。第一阈值为初始配置的营养液的营养成分及含量，第二阈值为与初始配置的营养液的营养成分及含量相比，营养成分及含量能够满足植物需求的营养成分及含量的下限，即第二阈值设置为植物所需营养液的营养成分及含量的下限，以排除低于所述第二阈值的营养液的使用。所述数据处理模块设置有第一阈值和第二阈值以分析比较来自所述收集单元和所述供应单元的营养液的成分及含量。

5、优选地，所述数据处理模块将收集单元的已使用过的营养液的营养成分及含量与第一阈值和第二阈值进行比较，并将已使用过的营养液的营养成分及含量信息及比较结果反馈至中控模块，以得到植物吸收营养液的情况，进而对植物生长状况进行判断，同时，判断回收的营养液是否能够继续用于提供营养。

6、本发明的优点在于：对营养液进行雾化后以气雾方式供应于植物根部，供应的营养液并不能被植物完全吸收，因此设置了收集单元以回收供应单元向植物提供的营养液，通过采集模块、检测模块、数据处理模块和中控模块对采集的营养液进行营养成分及含量的测量，将收集单元中已使用过的营养液的营养成分及含量与初始配置的营养液的营养成分及含量进行对比，并设置第一阈值和第二阈值以判断植物对营养液的吸收情况，中控模块根据反馈的结果来判断植物是否处于正常的生长状态、回收的营养液是否能够在消毒灭菌后重复利用等。检测收集单元中已使用过的营养液的成分和/或含量的变化不仅可以作为调整营养液成分和/或含量的依据，还可以作为调整光照、温度、湿度之类植物生长条件的依据。将检测的收集单元中已使用过的营养液的成分和含量与初始配置的营养液相比，若收集单元中已使用过的营养液中包含的元素种类及含量未发生变化，说明植物根部不吸收营养液，可能出现了根部损坏的情况，中控模块给出调整提示以提示管理员及时做出补救措施；若收集单元中已使用过的营养液与初始配置的营养液相比，某些营养元素含量大量减少且低于第二阈值，说明植物对这些元素吸收较好，可能在此生长阶段植物对这些元素需求量大，回收的营养液的营养成分不适于再次利用，中控模块给出调整提示并根据植物的实际需求调整营养液中营养元素的比例以更好地适应植物生长；若收集单元中已使用过的营养液中包含的营养元素的成分和含量减少缓慢，中控模块结合各传感器返回的信息以自动分析照明、湿度、温度等条件是否适合植物现阶段的生长需求，并调整不合适的环境条件。本发明通过将收集单元中已使用过的营养液的成分和含量与第一阈值和第二阈值进行对比，对植物的生长状况和生长条件进行判断并给出调整指示以及时做出补救措施，比如针对性地调整营养液中元素种类和含量、照明时间和强度、温度、湿度等以保证植物能够正常完成其生活周期。

7、优选地，所述种植系统设置有与所述中控模块通讯连接的传感器，以使得传感器将检测到的植物生长的环境信息反馈至所述中控模块。

8、优选地，所述种植系统设置有与中控模块通讯连接的温度传感器以监测种植系统内的温度并将温度信息反馈至中控模块，所述中控模块结合返回的温度信息和营养液的营养成分及含量变化的信息对种植系统内的温度进行调整以达到适合植物生长的温度条件。

9、优选地，所述种植系统设置有与中控模块通讯连接的湿度传感器。优选地，传送带下表面的下方区域设置有与中控模块通讯连接的湿度传感器以监测种植系统内的湿度并将湿度信息反馈至中控模块，所述中控模块结合返回的湿度信息和营养液的营养成分及含量变化的信息对种植系统内的湿度进行调整以达到适合植物生长的湿度条件。

10、优选地，所述种植系统设置有与中控模块通讯连接的光传感器。光传感器监测种植系统中的照明情况并将照明信息反馈至中控模块。所述中控模块结合返回的照明信息和营养液的营养成分及含量变化的信息对植物生长照明条件进行调整以适应植物的生长。

11、优选地，所述种植系统设置有与中控模块通讯连接的氧气传感器以监测种植系统内的氧气含量并将氧气信息反馈至中控模块，所述中控模块结合返回的氧气信息和营养液的营养成分及含量变化的信息对种植系统内的氧气浓度进行调整以达到适合植物生长的氧气含量条件。

12、优选地，所述供应单元与所述中控模块通讯连接，以使得所述中控模块根据植物的营养需求对所述供应单元的营养供应周期进行调整以满足植物的生长要求。

13、优选地，所述定植单元包括传送带和设置于传送带上的定植孔。所述传送带能够将种植于所述定植孔的植物沿着传送路径以分段的方式运输至目的区域。种植于所述定植孔的植物能够以间隔时间接受照明单元提供的光照和供应单元提供的营养物质的方式沿着传送路径移动。

14、优选地，所述供应单元按照与传送带下表面分隔开的方式设置于所述传送带的下表面的下方区域。所述供应单元包括雾化组件和营养池。在传送过程中，植物至少在一段时间内与所述传送带的相对位置保持不变。植物保持于定植孔中，能够随着传送带连续移动并且至少在一段时间内沿着一个光源传送。植物的根部至少一部分延伸至传送带的下表面的下方区域，以使得植物的根部能够接受所述供应单元以气雾方式供应的营养液。植物生长叶片/果实的茎部至少一部分延伸出所述传送单元的上表面区域，使得植物在传送带上移动时其根部能够连续地或至少较长时间内接收气雾式的营养液和/或水分而不会将植物叶片打湿。植物生长所在的轴线垂直于传送带所在的平面。

15、优选地，所述传送带包含若干第一传送段和第二传送段。第一传送段和第二传送段的连接点为第一转折点。在传送期间，植物进行平行和垂直于地面的移动使得定植于传送带上的植物能够连续地发生重排，因而每一株植物经历的生长条件一样，促进植物生长。

16、优选地，所述照明单元与所述第二传送段的相对设置，以使得植物在垂直传送时能够被照明。

17、优选地，所述第二传送段包括向上传送段和向下传送段。向上传送段和向下传送段的连接点为第二转折点。

18、优选地，所述照明单元设置为人造光源。所述照明单元可以由led面板组成或荧光灯管组成。所述照明单元可根据植物的类型和/或植物生长的不同时期进行调整。可选择合适的波长的光源照明植物以匹配植物所需的生长条件。

19、优选地，所述照明单元仅与所述向上传送段或所述向下传送段相对设置以使得植物在所述向上传送段传送时接受正常光照而在所述向下传送段传送时无光照，或者植物在所述向上传送段传送时无光照而在所述向下传送段传送时接受正常光照，植物在经过转折点后能够至少一段时间处于无光照条件，所述照明单元的设置模仿植物在自然条件下生长的昼夜节律。

20、优选地，所述收集单元回收供应单元向植物提供的营养液。

21、优选地，所述照明单元包括与所述第二传送段相对设置的照明单元和其他照明单元。

22、优选地，所述种植系统包括配送单元以将待种植的植物和/或种子置于所述定植孔中。所述配送单元设置于传送路径的起点。

23、优选地，所述种植系统包括收获单元以将生长至特定阶段的植物进行收割。所述收获单元设置于传送路径的终点。

24、优选地，所述传送带设置有对传送带进行清洁和/或消毒的清洁消毒区。所述清洁消毒区设置在配送单元和收获单元之间。所述清洁消毒区设置在所述传送带的传送方向上以对配送植物前和收获植物后的传送带进行清洁和/或消毒。

25、优选地，所述清洁消毒区包括清洁和/或消毒组件。

26、优选地，所述清洁消毒区设置于邻近所述收获单元的上游。

27、优选地，定植孔中设置有能够将植物根部保持原位的栽培材料。栽培材料能够为岩棉。

28、本发明的有益效果：将营养液雾化后喷至植物根部生长空间，对已使用过的营养液进行回收，通过采集模块、检测模块、数据处理模块和中控模块对采集的营养液进行营养成分及含量的检测，同时设置有第一阈值和第二阈值以分析比较来自所述收集单元和所述供应单元的营养液的成分及含量，通过与第一阈值和第二阈值比较，可将检测回收的已使用过的营养液的成分和/或含量的变化作为调整营养液成分和/或含量的依据，还能够作为调整光照、温度、湿度之类植物生长条件的依据。例如，将检测的回收的已使用过的营养液的成分和含量与初始配置的营养液相比，若已使用过的营养液中包含的元素种类及含量未发生变化，说明植物根部不吸收营养液，可能出现了根部损坏的情况，中控模块通过数据处理模块反馈的营养液的营养成分及含量的分析结果发出调整提示，管理者及时查找原因并做补救措施；若已使用过的营养液与初始配置的营养液相比，某些营养元素含量大量减少且低于第二阈值，说明植物对这些元素吸收较好，可能在此生长阶段植物对这些元素需求量大，中控模块通过数据处理模块反馈的营养液的营养成分及含量的分析结果发出调整提示，管理者根据分析结果和实际需求调整营养液中营养元素的比例以更好地适应植物生长；若已使用过的营养液中包含的营养元素的成分和含量减少缓慢，管理者可查看照明、湿度、温度等条件是否适合植物现阶段的生长需求；若已使用过的营养液中包含的营养元素的成分和含量处于第一阈值和第二阈值之间并处于正常减少范围，说明植物能够正常吸收营养液。因此，本发明能够通过采集模块、检测模块、数据处理模块和中控模块获取的营养液的分析结果以对植物的生长状况和生长条件进行判断并给出调整指示，以及时发现植物生长阶段存在的问题并及时做出补救措施，比如针对性地调整营养液中元素种类和含量、照明时间和强度、温度、湿度等以保证植物能够正常完成其生活周期。