一種無土栽培裝置的制造方法
【專利摘要】一種無土栽培裝置，涉及農作物種植。設有固定板、機架、人機界面、pH檢測儀、電導儀、用電檢測儀表、濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、二氧化碳發(fā)生器、燈管、定植板、液位傳感器、培養(yǎng)液儲存箱、管道、水泵、流利條、溢流口與二分開關快接球閥、培養(yǎng)床、溫度傳感器、風扇、主機、AD轉換模塊、溫控模塊、變頻器、管道壓力傳感器、電磁閥、三通管。通過人機界面設置植物在不同生長周期的環(huán)境參數值，結合多種傳感器執(zhí)行器實現對植物生長過程中的光照度、溫濕度、CO2和管道壓力值智能監(jiān)控與實時調節(jié)，實現不同類型植物在生命周期內高效無土培育，為植物生長提供最適生長條件，充分節(jié)約人力與物力，顯著提高作物質量與生長效率。
【專利說明】
一種無土栽培裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及農作物種植，特別是涉及一種無土栽培裝置。
【背景技術】
[0002]隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷加劇，中國的人均耕地面積日益減少，因此利用無土栽培節(jié)約耕地、防止病蟲害。但目前的無土栽培還需要投入較多人力實現栽培和監(jiān)控，且植物生長周期較長，故開發(fā)設計無土栽培裝置，實現環(huán)境的自動調節(jié)，為植物提供最適生長條件，并通過全天光照和溫度調節(jié)實現農作物不間斷生長，顯著提高種植效率和農作物質量。
[0003]中國專利200720063611公開一種蔬菜植物觀賞培養(yǎng)箱，可以一定程度上實現植物生長環(huán)境的調節(jié)，但缺少人機界面難以實現手動調節(jié)與環(huán)境檢測功能。
[0004]中國專利90222902公開一種植物組織分化和生長培養(yǎng)箱，通過箱內產生不同強度的電場、磁場和多種光譜促進生物的組織分化和生長，但該專利專門用于生物組織培養(yǎng)，限制廣品適用范圍。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的在于為了克服上述現有技術的不足，提供一種無土栽培裝置。
[0006]本實用新型設有固定板、機架、人機界面、pH檢測儀、電導儀、用電檢測儀表、濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、二氧化碳發(fā)生器、燈管、定植板、液位傳感器、培養(yǎng)液儲存箱、管道、水栗、流利條、溢流口與二分開關快接球閥、培養(yǎng)床、溫度傳感器、風扇、主機、AD轉換模塊、溫控模塊、變頻器、管道壓力傳感器、電磁閥、三通管；
[0007]所述固定板設于機架頂部，人機界面、pH檢測儀、電導儀、用電檢測儀表安裝在固定板上，濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器和溫度傳感器設于機架內上部，用于對系統環(huán)境的實時監(jiān)測與反饋;二氧化碳發(fā)生器、燈管和風扇設于機架內上部，用于實現對系統環(huán)境的實時調節(jié);定植板設于培養(yǎng)床上，培養(yǎng)床設于機架內上部，用于植物的無土栽培；流利條設于培養(yǎng)床下部，用于培養(yǎng)床的移動;水栗設于機架底部，設于水栗開關處的電磁閥控制水栗運轉使培養(yǎng)液通過管道流入培養(yǎng)床中；培養(yǎng)液儲存箱設于機架內底部，液位傳感器設于培養(yǎng)液儲存箱內，用于對液位的檢測;在水栗與培養(yǎng)液儲存箱之間設有三通管，在管道中設有管道壓力傳感器用于檢測管道壓力值，在培養(yǎng)床側壁設有溢流口，溢流口通過溢流口與二分開關快接球閥與培養(yǎng)液儲存箱連接，用于將多余的培養(yǎng)液回流至培養(yǎng)液儲存箱，實現培養(yǎng)液循環(huán);在機架頂部設有主機、AD轉換模塊、溫控模塊和變頻器，用于對整個系統的控制。
[0008]在機架的底部可設有底輪。
[0009]所述溫度傳感器可采用PT100溫度傳感器。
[0010]所述主機可采用臺達SS2主機。
[0011]本實用新型的機械結構主要包括制作材料為亞克力板的頂板和鋁型材搭建的整個外觀結構。在裝置中部放置定植板與培養(yǎng)床，用于植物的無土栽培;通過在培養(yǎng)床下部裝設流利條，便于培養(yǎng)床的移動;并在裝置底部設置培養(yǎng)液儲存箱，水栗運轉使培養(yǎng)液通過管道流入培養(yǎng)床中，在水栗與培養(yǎng)液儲藏箱之間架設三通管，防止管道壓力過大導致破損;并在培養(yǎng)床側壁開溢流口，通過二分開關快接球閥使多余培養(yǎng)液回流至培養(yǎng)液儲存箱中，實現整個培養(yǎng)液循環(huán);在裝置頂部設置AD轉換模塊、臺達SS2主機、變頻器和溫控模塊實現對整個系統的控制;在頂部亞克力板上部裝設人機界面，便于操作人員對裝置進行操作;并在人機界面旁設置PH計及電導率儀，實時檢測系統環(huán)境;通過在系統內裝設溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、光照傳感器實現對系統環(huán)境的實時監(jiān)測與反饋;液位傳感器裝設于培養(yǎng)液儲存箱內部，實現對液位的檢測;通過在系統內安裝風扇、燈管和二氧化碳發(fā)生器，可以實現對環(huán)境的實時調節(jié)。
[0012]電氣控制部分主要基于臺達SS2主機核心控制，主控制部分包括:臺達SS2主機、臺達4路輸入溫控模塊、臺達M系列變頻器、DOP系列控制頻和用電檢測儀表，各個控制器之間相互連接，相互通訊;傳感器主要包括PT100溫度傳感器、濕度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器、在線PH檢測儀、在線電導儀、液位傳感器、管道壓力傳感器等;執(zhí)行器包含風扇、燈管和二氧化碳發(fā)生器。各類傳感器將檢測到的模擬信號傳輸給主機，通過主機的AD轉換模塊將模擬量轉化為數字量，進而通過PLC編程控制各類執(zhí)行器的啟停;管道壓力傳感器將檢測到的壓力模擬量信號通過AD轉化模塊轉化為數字量，從而使變頻器通過模糊算法和PID閉環(huán)控制來控制水栗電機的運轉速度，調節(jié)管道壓力值。
[0013]本實用新型可以通過水栗將培養(yǎng)液儲存箱中液體供給培養(yǎng)床，并在培養(yǎng)床側壁設置溢流口實現培養(yǎng)液循環(huán)。各類傳感器等將檢測到的環(huán)境參數反饋至臺達SS2主機和變頻器中，通過PID閉環(huán)控制、模糊控制等理論編程控制風扇等執(zhí)行機構進行全自動化智能培植。并通過人機界面設置并顯示當前環(huán)境參數值，實現實時監(jiān)測。
[0014]本實用新型具有如下有益技術效果:
[0015]溫濕度控制單元主要由濕度傳感器，四路PT100溫度傳感器、臺達溫控器、24V風扇，白熾燈組成。濕度傳感器將檢測到的濕度通過模擬數據量傳給主機，當室內濕度較大時，將自動啟動風扇，根據主機內部內置PID參數調節(jié)來進行排濕功能;PT100溫度傳感器將檢測到的溫度回饋給溫控器，溫控器同時將檢測到的溫度模擬量給主機，通過溫控器和PLC編程PID參數控制程序來控制白熾燈和風扇的啟停:溫度過高時風扇運行降溫，溫度過低時白熾燈發(fā)光進行升溫。
[0016]光照強度控制單元由光照度傳感器、并列的LED燈組成。光照度傳感器將采集到的光照度信息傳給主機，主機根據所設定的不同時間段植物生長所需的光照強度范圍來控制LED亮滅的個數，從而達到預設的光照強度，使得溫室的光照度達到植物生長的所需的最佳水平。
[0017]二氧化碳濃度控制單元由二氧化碳傳感器、二氧化碳發(fā)生器組成。二氧化碳傳感器將采集到的二氧化碳濃度信息傳給主機，主機根據所設定的不同時間段植物生長所需的二氧化碳強度來控制二氧化碳發(fā)生器的啟停:當溫室內二氧化碳濃度較低時，主機根據內部設定的程序自動打開二氧化碳發(fā)生器電磁閥，室內二氧化碳濃度逐漸增高到某一設定范圍，以達到植物生長所需的最佳二氧化碳濃度。
[0018]培養(yǎng)液循環(huán)控制單元由培養(yǎng)液儲存箱、水栗、變頻器、培養(yǎng)床和各種管道組成，在水栗出水口安裝壓力傳感器，將壓力值反饋給變頻器，通過變頻器PID閉環(huán)調節(jié)水栗的轉速和流量，使得水管內的壓力穩(wěn)定在某一特定值。同時在培養(yǎng)液儲存箱出水口設計旁路回流設計，以保證整個培養(yǎng)液循環(huán)系統的安全。液位傳感器檢測當前液位，并反饋給主機，通過變頻器PID調節(jié)水栗流量控制液位在合理范圍內。
[0019]系統控制單元包括主機(PLC控制器)、人機界面、用電檢測儀表。PLC控制器是該無土栽培裝置的核心，通過采集各個監(jiān)控點的數據進行處理之后在人機界面上顯示，讓用戶更加直觀地監(jiān)測整個溫室系統的各個環(huán)境參數;另一方面，PLC控制器根據植物生長不同時段所需的最佳環(huán)境中設定的參數來控制各個執(zhí)行器，維持植物生長最適環(huán)境。用電檢測儀表將當前用電量傳輸至人機界面中，便于用戶了解當前用電狀況。人機界面主要起監(jiān)控作用，可以監(jiān)測到該溫室系統內部的環(huán)境狀況，并智能地根據植物當前生長狀況來預估植物生長曲線與健康狀態(tài)。當系統出現例如培養(yǎng)液液位過高、輸出電壓輸出電流異常、水管壓力異常、溫室溫度過高等異常情況時會有報警提示。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型實施例的結構組成示意圖。
[0021 ]圖2為本實用新型實施例的培養(yǎng)液循環(huán)機構機械結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下實施例將結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0023]參見圖1和2，本實用新型實施例設有固定板A、機架B、人機界面1、ρΗ檢測儀2、電導儀3、用電檢測儀表4、濕度傳感器51、光照傳感器52、二氧化碳傳感器53、二氧化碳發(fā)生器6、燈管7、定植板8、液位傳感器9、培養(yǎng)液儲存箱1、管道11、水栗12、流利條14、溢流口與二分開關快接球閥15、培養(yǎng)床16、溫度傳感器17、風扇18、主機19、AD轉換模塊20、溫控模塊21、變頻器22、管道壓力傳感器23、電磁閥24、三通管25和供電電源；
[0024]所述固定板A設于機架B頂部，人機界面1、ρΗ檢測儀2、電導儀3、用電檢測儀表4安裝在固定板A上，濕度傳感器51、光照傳感器52、二氧化碳傳感器53和溫度傳感器17設于機架B內上部，用于對系統環(huán)境的實時監(jiān)測與反饋;二氧化碳發(fā)生器6、燈管7和風扇18設于機架B內上部，用于實現對系統環(huán)境的實時調節(jié);定植板8設于培養(yǎng)床16上，培養(yǎng)床16設于機架B內上部，用于植物的無土栽培;流利條14設于培養(yǎng)床16下部，用于培養(yǎng)床16的移動;水栗12設于機架B底部，設于水栗12開關處的電磁閥24控制水栗12運轉使培養(yǎng)液通過管道11流入培養(yǎng)床16中；培養(yǎng)液儲存箱10設于機架B內底部，液位傳感器9設于培養(yǎng)液儲存箱10內，用于對液位的檢測;在水栗12與培養(yǎng)液儲存箱10之間設有三通管25，在管道11中設有管道壓力傳感器23用于檢測管道壓力值，在培養(yǎng)床16側壁設有溢流口，溢流口通過溢流口與二分開關快接球閥15與培養(yǎng)液儲存箱1連接，用于將多余的培養(yǎng)液回流至培養(yǎng)液儲存箱1，實現培養(yǎng)液循環(huán);在機架B頂部設有主機19、AD轉換模塊20、溫控模塊21和變頻器22，用于對整個系統的控制。
[0025]在機架B的底部設有底輪13。
[0026]所述溫度傳感器17采用PT100溫度傳感器。
[0027]所述主機19采用臺達SS2主機。
[0028]本實用新型實施例的機械結構主要包括制作材料為亞克力板的頂板和鋁型材搭建的整個外觀結構，底部設置底輪13，便于裝置的移動。在裝置中部放置定植板8與培養(yǎng)床16，用于植物的無土栽培;通過在培養(yǎng)床16下部裝設流利條14，便于培養(yǎng)床的移動;并在裝置底部設置培養(yǎng)液儲存箱10，設置于水栗12開關處的電磁閥24控制水栗12運轉從而使培養(yǎng)液通過管道11流入培養(yǎng)床16中，在水栗12與培養(yǎng)液儲藏箱10之間架設三通管25，防止管道11壓力過大導致破損，同時在管道11中裝設管道壓力傳感器23，可檢測當前管道壓力值;并在培養(yǎng)床16側壁開溢流口，通過二分開關快接球閥15使多余培養(yǎng)液回流至培養(yǎng)液儲存箱1中，實現整個培養(yǎng)液循環(huán);在裝置頂部設置AD轉換模塊20、主機19、變頻器22和溫控模塊21實現對整個系統的控制;在頂部亞克力板上部裝設人機界面I，便于操作人員對裝置進行操作;并在人機界面旁設置用電檢測儀表4、pH檢測儀2及電導儀3，實時檢測用電量與系統環(huán)境;通過在系統內裝設溫度傳感器17、濕度傳感器51、二氧化碳傳感器52、光照傳感器53實現對系統環(huán)境的實時監(jiān)測與反饋;液位傳感器9裝設于培養(yǎng)液儲存箱10內部，實現對液位的檢測;通過在系統內安裝風扇18、燈管7和二氧化碳發(fā)生器6，可以實現對環(huán)境的實時調節(jié)。
[0029]電氣控制主要基于主機19核心控制，主控制部分包括:主機19、4路輸入溫控模塊21、變頻器22、用電檢測儀表4，各個控制器之間相互連接，相互通訊；傳感器主要包括，PT100溫度傳感器17、濕度傳感器51、光照度傳感器52、二氧化碳傳感器53、pH檢測儀2、電導儀3、液位傳感器9、管道壓力傳感器23等;執(zhí)行器包含風扇18、燈管7和二氧化碳發(fā)生器6。各類傳感器將檢測到的模擬信號傳輸給主機19，通過主機的AD轉換模塊20將模擬量轉化為數字量，進而通過PLC編程控制各類執(zhí)行器(二氧化碳發(fā)生器6、燈管7和風扇18)的啟停;管道壓力傳感器23將檢測到的壓力模擬量信號通過AD轉化模塊20轉化為數字量，從而使變頻器22通過模糊算法和PID閉環(huán)控制來控制水栗12電機的運轉速度，調節(jié)管道壓力值。
[0030]本實用新型的具體工作原理和工作過程如下:
[0031]操作模式:
[0032]通過人機界面I為系統設置環(huán)境最適值范圍。此模式下分為常見蔬菜與其他植物，常見蔬菜模式下，系統已根據植物實際生長狀況設置好參數，選擇此模式開始植物種植;其他植物模式下，需為該種類植物手動設置在不同生長周期的最適環(huán)境參數，如溫濕度、光照、二氧化碳含量、管道壓力。
[0033]為系統設置好參數，啟動系統，濕度傳感器51檢測到當前濕度通過AD轉換模塊20將模擬量反饋至主機19，當室內濕度較大時，將自動啟動風扇18，根據主機內部內置PID參數調節(jié)來進行排濕功能；當室內濕度較低時，將通過變頻器22通過PID閉環(huán)調節(jié)水栗12轉速和流量，增大室內濕度。四路溫度傳感器17通過溫控器21分別將檢測到的溫度模擬量給主機19，通過溫控器21和PLC編程PID參數控制程序來控制燈管7和風扇18的啟停，溫度過高時風扇18運行降溫，溫度過低時燈管7發(fā)光進行升溫。光照度傳感器5將采集到的光照度信息傳給主機19，主機根據所設定的不同時間段植物生長所需的光照強度范圍來控制燈管7亮滅的個數，使得溫室的光照度達到植物生長的所需的最佳水平。二氧化碳傳感器5將采集到的二氧化碳濃度信息傳給主機19，主機根據所設定的不同時間段植物生長所需的二氧化碳強度來控制二氧化碳發(fā)生器6的啟停，當溫室內二氧化碳濃度較低時，主機根據內部設定的程序自動打開二氧化碳發(fā)生器6電磁閥，使室內二氧化碳濃度逐漸增高以達到植物生長所需的最佳二氧化碳濃度;二氧化碳濃度較高時，通過程序控制風扇18打開，使當前環(huán)境內二氧化碳含量恢復正常值。培養(yǎng)液循環(huán)控制單元通過在水栗12出水口安裝壓力傳感器23，將壓力值反饋給變頻器22，通過變頻器22PID閉環(huán)調節(jié)電磁閥24的開關程度與水栗12的轉速和流量，使得水管11內的壓力穩(wěn)定在某一特定值。從而維持系統內環(huán)境的恒定，為植物提供最適生長環(huán)境保證其不間斷生長，提高作物質量和生長效率。
[0034]正常模式:
[0035]用電檢測儀表4可將當前電壓、電流和用電量傳輸至人機界面I中，便于用戶了解當前用電狀況。
[0036]為人機界面設置監(jiān)控界面，通過各個傳感器將檢測到的當前環(huán)境值通過主機19傳輸給人機界面I，便于用戶及時查看當前環(huán)境指標。同時人機界面I通過歷史記錄功能，將檢測到的環(huán)境參數值儲存并以曲線圖的形式呈現在界面中，用戶通過觀察曲線變化趨勢判斷當前植物健康狀況并對生長情況進行預估。
[0037]維護模式:
[0038]用戶可根據需要，自己備份系統當前狀態(tài)的數據。當系統還原時，可在人機界面I中選擇恢復到用戶自定義狀態(tài)。
[0039]系統故障報警后，若用戶無法將系統恢復正常狀態(tài)，通過選擇恢復出廠設置系統即自動復原。一旦恢復出廠設置，系統將自動刪除所有用戶備份的數據。
[0040]當系統通過各個傳感器監(jiān)測例如培養(yǎng)液液位過高、輸出電壓輸出電流異常、水管壓力異常、溫室溫度過高等異常情況時會有報警提示并在人機界面I中呈現紅燈報警，直至自動調節(jié)至正常值。在報警模式下，用戶可以自行設置報警聲音、報警情況及復位按鈕的使用習慣。
[0041]本實用新型由PLC集成控制，通過人機界面設置植物在不同生長周期的環(huán)境參數值，結合多種傳感器執(zhí)行器實現對植物生長過程中的光照度、溫濕度、CO2和管道壓力值智能監(jiān)控與實時調節(jié)。真正意義上實現了不同類型植物在生命周期內高效無土培育，為植物生長提供最適生長條件，充分節(jié)約人力與物力，顯著提高作物質量與生長效率。
【主權項】
1.一種無土栽培裝置，其特征在于設有固定板、機架、人機界面、pH檢測儀、電導儀、用電檢測儀表、濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器、二氧化碳發(fā)生器、燈管、定植板、液位傳感器、培養(yǎng)液儲存箱、管道、水栗、流利條、溢流口與二分開關快接球閥、培養(yǎng)床、溫度傳感器、風扇、主機、AD轉換模塊、溫控模塊、變頻器、管道壓力傳感器、電磁閥、三通管； 所述固定板設于機架頂部，人機界面、PH檢測儀、電導儀、用電檢測儀表安裝在固定板上，濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器和溫度傳感器設于機架內上部，用于對系統環(huán)境的實時監(jiān)測與反饋;二氧化碳發(fā)生器、燈管和風扇設于機架內上部，用于實現對系統環(huán)境的實時調節(jié);定植板設于培養(yǎng)床上，培養(yǎng)床設于機架內上部，用于植物的無土栽培;流利條設于培養(yǎng)床下部，用于培養(yǎng)床的移動;水栗設于機架底部，設于水栗開關處的電磁閥控制水栗運轉使培養(yǎng)液通過管道流入培養(yǎng)床中；培養(yǎng)液儲存箱設于機架內底部，液位傳感器設于培養(yǎng)液儲存箱內，用于對液位的檢測;在水栗與培養(yǎng)液儲存箱之間設有三通管，在管道中設有管道壓力傳感器用于檢測管道壓力值，在培養(yǎng)床側壁設有溢流口，溢流口通過溢流口與二分開關快接球閥與培養(yǎng)液儲存箱連接，用于將多余的培養(yǎng)液回流至培養(yǎng)液儲存箱，實現培養(yǎng)液循環(huán);在機架頂部設有主機、AD轉換模塊、溫控模塊和變頻器，用于對整個系統的控制。2.如權利要求1所述一種無土栽培裝置，其特征在于在機架的底部設有底輪。3.如權利要求1所述一種無土栽培裝置，其特征在于所述溫度傳感器采用PTlOO溫度傳感器。4.如權利要求1所述一種無土栽培裝置，其特征在于所述主機采用臺達SS2主機。
【文檔編號】A01G31/02GK205623656SQ201620483239
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】許英杰, 馬思遠, 李文卓, 黃景山, 吉瑩, 黃文廣, 劉俊良
【申請人】廈門大學