專利名稱：一種微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，屬于農業設施自動化控制技術領域。
背景技術：
通過對現有的相關文獻進行分析、對比，得出如下結論文獻I “室內植物LED補光循環水培系統，專利類型發明專利，申報時間2010年9月，公開時間2011年5月”，它主要適用于大規模蔬菜種植，能夠利用LED進行自動補光，能夠進行補水；文獻2“室內設施園藝自控裝置”，主要解決工作、公共場所及居室等室內環境條件下很難長期培育植物的世界性技術難題。該系統通過夾層花盆組合，巧妙地實現為植物補光、加濕、送風、調溫及無土栽培營養液定時供給等多種功能的自動控制。綜上所述，“室內植物LED補光循環水培系統”主要適用于大規模室內植物栽培，無法滿足家庭式蔬菜種植需要，不具有家庭室內觀賞和空氣凈化作用；“室內設施園藝自控裝置”能夠為植物補光、加濕、送風、調溫及無土栽培營養液定時供給，但它體積龐大、功耗高，無法滿足家庭室內蔬菜種植需要，均與本專利屬不同范疇。

發明內容
發明專利目的針對現有技術中存在的問題與不足，本發明提供一種微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，采用立式箱體結構，通過自動控制和傳感器技術，集自動補光、CO2濃度調節控制、溫濕度自動調節系統及營養液自動循環等多種功能于一體的新型封閉式植物種植環境因子智能調節管理系統，該系統可以作為新型室內植物種植智能控制系統，可自動調節適合植物生長的環境因子，只需將植物幼苗放入到孔穴中即可，不連續浸入營養液中栽培的智能控制模式可以使作物生長過程快，品質好，節省肥料，節省用水，適合各類葉菜及苗菜的種植；技術方案一種微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，包括種植箱體和智能控制結構；所述種植箱體內有多層用于種植植物的隔層，隔層的底部一側設有出水口，且相鄰兩個隔層的出水口分別位于相對的兩側，出水口處連接有短水管，上一層隔層出水口連接的短水管的出口設在下一層隔層的上端，使上一層隔層中的營養液通過短水管流入下一層隔層；所述智能控制結構包括人機界面、工控板和采集執行機構；用戶通過所述人機界面向工控板發出操作指令；所述工控板包括處理器、復位芯片、看門狗芯片、繼電器和電源；所述采集執行機構包括采集機構和執行機構；所述采集機構包括溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器和光照傳感器；所述執行機構包括壓縮機、加熱器、風扇、光補裝置、CO2發生器和營養液自動循環補給裝置；所述工控板、人機界面、CO2發生器和壓縮機設在種植箱體的外部；所述溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器和光照傳感器設在種植箱體的內部；CO2發生器設置在箱體背面；壓縮機設在種植箱體下端；加熱器設在種植箱體內部的下端的側壁上，每個隔層的側壁上都設有風扇，種植箱體內的底部設有營養液自動循環裝置，營養液裝置通過水泵抽出營養液，水泵通過一根出水口設在最高隔層上的長水管將營養液從裝置的底部抽到最高隔層的一側上端，最高隔層的出水口設在與長水管出口相對的另一側底部；最下一層隔層的底部出水口所連接的短水管與營養液裝置聯通，從而實現營養液的有效循環，此種不連續浸入營養液中栽培的智能控制模式可以使作物生長過程快，品質好，節省肥料，節省用水；所述采集機構的輸出端連接工控板的輸入端；所述工控板的輸出端分別連接人機界面和執行機構；所述溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器和光照傳感器將采集到的溫濕度、CO2濃度和光照的模擬量信號轉換成數字信號發給工控板，工控板將接收到的溫濕度、CO2濃度和光照數據通過人機界面顯示；同時工控板根據接收到的溫濕度、CO2濃度和光照數據控制執行機構工作。所述工控板根據接收到的溫濕度和光照數據控制執行機構工作的方式有兩種，一種是手工控制，一種是自動控制；所述手工控制的具體過程為用戶通過人機界面輸入需控制的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據，人機界面將輸入數據發送給工控板，工控板將人機界面發送的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據與采集機構發送的溫度、濕度和光照數據進行比較，確定驅動壓縮機、加熱器、風扇、CO2發生器、光補裝置或營養液自動循環補給裝置是否工作及工作的時間；所述自動控制的具體過程為工控板根據預設植物(例如生菜)的生長條件，將各個時間段育苗所需的各類環境因子分成若干個模糊子集，確定模糊規則，建立對植物生長環境的控制，工控板將采集機構發送的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據和預設的相應植物需要的溫濕度和光照值范圍進行比較，確定驅動壓縮機、加熱器、風扇、光補裝置、CO2發生器或營養液自動循環補給裝置是否工作及工作的時間。所述工控板通過RS485接口與人機界面連接；所述人機界面為觸摸顯示器。所述工控板選用ULN2803做為繼電器驅動，工控板還包括存儲器。所述每層隔層的上方設有光補裝置-LED光源(藍光和紅光)，用于給每個隔層的植物補光；營養液自動循環補給裝置通過水管實現對每層隔層上的植物進行不連續浸入營養液方式循環補給。所述工控板分層控制執行機構，具體為用戶根據每層隔層所種植的植物，通過人機界面預設置溫濕度、CO2濃度和光照值范圍，工控板收到采集機構發送的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據后，與預設的各層溫濕度、CO2濃度和光照值范圍比較，確定是否啟動每層驅動壓縮機、加熱器、風扇、光補裝置、CO2發生器或營養液循環補給裝置是否工作及工作的時間。有益效果與現有技術相比，本發明所提供的微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，具有如下優點1.采用立式箱體結構，可自動調節適合植物生長的環境因子，適合各類葉菜及苗菜的種植；2.采用自動控制和傳感器技術，設計開發了集自動補光、CO2濃度調節控制、溫濕度自動調節系統及營養液自動循環等多種功能于一體的新型菜園管理系統；
3.在種植箱體中，隔層與隔層之間的營養液通過短水管實現流通和循環，只需將幼苗放入到隔層的孔穴中即可，此種不連續浸入營養液中栽培的智能控制模式可以使作物生長過程快，品質好，節省肥料，節省用水。


圖1為本發明專利實施例的結構示意圖；圖2為本發明專利實施例的內部結構示意圖；圖3為本發明專利實施例的智能控制結構原理圖；圖4為本發明專利實施例的工控板原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明。如圖1-4所示，微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，包括種植箱體I和智能控制結構；種植箱體I內設有多層用于種植植物的隔層2，每個隔層2內設有三根LED光源(藍光和紅光)6、水管7、溫度傳感器8、濕度傳感器9、CO2傳感器10和光照傳感器11 ；智能控制結構包括人機界面3、工控板4和采集執行機構；用戶通過所述人機界面3向工控板4發出操作指令；工控板4包括處理器、復位芯片、看門狗芯片、繼電器和電源；采集執行機構包括采集機構和執行機構；采集機構包括溫度傳感器8、濕度傳感器9、CO2傳感器10和光照傳感器11 ;執行機構包括壓縮機5、加熱器12、風扇13 (風扇13實現裝置內空氣換氣)、LED光源(藍光和紅光)6和水泵14 ;工控板設置種植箱體I的上方，人機界面設置在種植箱體I的外側壁，CO2發生器15設置在箱體背面；壓縮機5設在種植箱體I下端；加熱器12設在種植箱體I內部的下端的側壁上，每個隔層的側壁上都設有風扇13，種植箱體I內的底部設有營養液自動循環裝置，營養液裝置通過水泵14抽出營養液，水泵14通過一根出水口設在最高隔層上的長水管7將營養液從裝置的底部抽到最高隔層2的一側上端，該隔層2相對的另一側底部設有出水口，出水口處接有短水管進水口，短水管的出口設置在與其進水口相同側的下一層隔層2 (稱其為第二隔層)上端，與短水管的出口相對一側的第二隔層底部設有出水口，出水口處接短水管進水口，短水管的出口設置在與其進水口相同一側的下一層隔層2 (稱其為第三隔層)上端，以此類推，直到最下一層隔層2，隔層2之間通過短水管傳遞營養液，最下一層隔層2的底部設有出水口，并通過短水管與營養液裝置聯通，從而實現營養液的有效自動循環，減少營養液的浪費。如圖2所示，營養液從最高隔層2的左上部流入，從其右下部流至第二層種植箱中的右上部，再從第二層種植箱中的左側出水口流至第三層的左上部，最后從第三層的右側出水口回流至底部營養液裝置中，采用此種不連續浸入營養液中栽培的方法可以使植物生長過程快，品質好，節省肥料，節省用水。采集機構的輸出端連接工控板4的輸入端；工控板4的輸出端分別連接人機界面3和執行機構；溫度傳感器8、濕度傳感器9、CO2傳感器10和光照傳感器11將采集到的溫濕度、CO2濃度和光照的模擬量信號發給工控板4，工控板4將接收到的溫濕度和光照數據通過人機界面3顯示；同時工控板4根據接收到的溫濕度和光照數據控制執行機構工作。
工控板4通過RS485接口與人機界面3連接；人機界面3為觸摸顯示器。工控板4選用ULN2803做為繼電器驅動，工控板4還包括存儲器。工控板4根據接收到的溫濕度和光照數據控制執行機構工作的方式有兩種，一種是手工控制，一種是自動控制；手工控制的具體過程為用戶根據每層隔層所種植的植物，通過人機界面3預設置溫濕度、CO2濃度和光照值范圍，工控板4收到采集機構發送的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據后，與預設的各層溫濕度CO2濃度和光照值范圍比較，確定是否啟動驅動壓縮機5、加熱器、風扇、光補裝置(LED光源、藍光和紅光)或營養液自動循環裝置、CO2發生器是否工作及工作的時間；如果采集機構發送的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據不在輸入的溫濕度、CO2濃度和光照值范圍，則驅動壓縮機5、加熱器、風扇、光補裝置、CO2發生器或營養液自動循環裝置工作，直到滿足各層的植物所需要的溫濕度、CO2濃度和光照值范圍，才使執行機構停止工作；自動控制的具體過程為工控板將采集機構發送的溫度、濕度和光照數據和預設的相應植物(例如生菜)需要的溫濕度、CO2濃度和光照值范圍進行比較，確定驅動壓縮機、加熱器、風扇、光補裝置、CO2發生器或營養液自動循環裝置是否工作及工作的時間。以上所述僅是本發明的實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，其特征在于包括種植箱體和智能控制結構；所述種植箱體內有多層用于種植植物的隔層，隔層的底部一側設有出水口，且相鄰兩個隔層的出水口分別位于相對的兩側，出水口處連接有短水管，上一層隔層出水口連接的短水管的出口設在下一層隔層的上端，使上一層隔層中的營養液通過短水管流入下一層隔層，此種不連續浸入營養液中栽培的智能控制模式可以使作物生長過程快，品質好，節省肥料，節省用水；所述智能控制結構包括人機界面、工控板和采集執行機構；用戶通過所述人機界面向工控板發出操作指令；所述工控板包括處理器、復位芯片、看門狗芯片、繼電器和電源；所述采集執行機構包括采集機構和執行機構；所述采集機構包括溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器和光照傳感器；所述執行機構包括壓縮機、加熱器、風扇、光補裝置、CO2發生器和營養液自動循環補給裝置；所述工控板、人機界面、CO2發生器和壓縮機設在種植箱體的外部；所述溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器和光照傳感器設在種植箱體的內部；CO2發生器設置在箱體背面；壓縮機設在種植箱體下端；加熱器設在種植箱體內部的下端的側壁上，每個隔層的側壁上都設有風扇，種植箱體內的底部設有營養液自動循環補給裝置，營養液裝置通過水泵抽出營養液，水泵通過一根出水口設在最高隔層上的長水管將營養液從裝置的底部抽到最高隔層的一側上端，最高隔層的出水口設在與長水管出口相對的另一側底部；最下一層隔層的底部出水口所連接的短水管與營養液裝置聯通，從而實現營養液的有效循環，此種不連續浸入營養液中栽培的智能控制模式可以使作物生長過程快，品質好，節省肥料，節省用水；所述采集機構的輸出端連接工控板的輸入端；所述工控板的輸出端分別連接人機界面和執行機構；所述溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器和光照傳感器將采集到的溫濕度、CO2濃度和光照的模擬量信號轉換成數字信號發給工控板，工控板將接收到的溫濕度、CO2濃度和光照數據通過人機界面顯示；同時工控板根據接收到的溫濕度、CO2濃度和光照數據控制執行機構工作。
2.如權利要求1所述的微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，其特征在于所述工控板根據接收到的溫濕度和光照數據控制執行機構工作的方式有兩種，一種是手工控制，一種是自動控制；所述手工控制的具體過程為用戶通過人機界面輸入需控制的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據，人機界面將輸入數據發送給工控板，工控板將人機界面發送的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據與采集機構發送的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據進行比較，確定驅動壓縮機、加熱器、風扇、光補裝置、CO2發生器和營養液自動循環補給裝置是否工作及工作的時間；所述自動控制的具體過程為工控板根據預設植物(例如生菜)的生長條件，將各個時間段育苗所需的各類環境因子分成若干個模糊子集，確定模糊規則，建立對植物生長環境的控制，工控板將采集機構發送的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據和預設的相應植物需要的溫濕度、CO2濃度和光照值范圍進行比較，確定驅動壓縮機、加熱器、風扇、光補裝置、CO2發生器或營養液自動循環補給裝置是否工作及工作的時間。
3.如權利要求1所述的微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，其特征在于所述工控板通過RS485接口與人機界面連接；所述人機界面為觸摸顯示器。
4.如權利要求1所述的微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，其特征在于所述工控板選用ULN2803做為繼電器驅動，工控板還包括存儲器。
5.如權利要求1所述的微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，其特征在于所述每層隔層的上方設有光補裝置，用于給每個隔層的植物補光；營養液自動循環補給裝置通過水泵實現每層隔層上的植物不連續浸入營養液中栽培的控制模式。
6.如權利要求1所述的微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，其特征在于所述工控板分層控制執行機構，具體為用戶根據每層隔層所種植的植物，通過人機界面預設置溫濕度、CO2濃度和光照值范圍，工控板收到采集機構發送的溫度、濕度、CO2濃度和光照數據后，與預設的各類數據范圍進行比較，確定是否啟動每層驅動壓縮機、加熱器、風扇、光補裝置、CO2發生器或營養液自動循環補給裝置是否工作及工作的時間。
全文摘要
本發明公開一種微型封閉式植物種植環境因子智能調節系統，包括種植箱體和智能控制結構；種植箱體內有多層用于種植植物的隔層；智能控制結構包括人機界面、工控板和采集執行機構；用戶通過所述人機界面向工控板發出操作指令；采集執行機構包括采集機構和執行機構；采集機構包括溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器和光照傳感器；所述執行機構包括壓縮機、加熱器、風扇、光補裝置、CO2發生器和營養液自動循環補給裝置；采集機構的輸出端連接工控板的輸入端；所述工控板的輸出端分別連接人機界面和執行機構。通過自動控制和傳感器技術，集自動補光、溫濕度自動調節、CO2濃度及營養液自動循環補給等多種功能于一體,可滿足家庭式蔬菜種植需要。
文檔編號A01G9/24GK103034210SQ201210552400
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者吳玉娟, 劉永華, 趙霞, 魏祥帥, 史德林, 戴有華, 謝文 申請人:江蘇農林職業技術學院