一種植物生長箱控制系統及其控制方法
2023-05-23 06:15:26 1
一種植物生長箱控制系統及其控制方法
【專利摘要】本發明屬於植物生長箱控制【技術領域】，公開了一種植物生長箱控制系統及其控制方法。該植物生長箱控制系統包括栽培室和環境控制室；所述栽培室設置有栽培架，所述栽培架的每層底部設置有水槽，每層水槽內定植板；栽培室內設置有箱內溫溼度傳感器和二氧化碳濃度傳感器；環境控制室內安裝有恆溫恆溼機和二氧化碳鋼瓶；二氧化碳鋼瓶的供應管路上設置有二氧化碳電磁閥；栽培架的每一層的頂部設置有LED燈；栽培室的底部放置有營養液水箱和循環泵；環境控制室內設置有總控單元，總控單元分別電連接箱內溫溼度傳感器和二氧化碳濃度傳感器；總控單元電連接二氧化碳電磁閥的控制端，總控單元用於控制恆溫恆溼機、LED燈和循環泵的運行狀態。
【專利說明】一種植物生長箱控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於植物生長箱控制【技術領域】，特別涉及一種植物生長箱控制系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]目前，植物工廠作為一種能夠精細控制植物生長的系統，具有很高的市場價值和應用前景。植物生長箱是植物工廠的一種具體形式，在植物生長箱內，溼度、溫度等環境因素均可以根據植物生長需要進行控制，但是，現有的植物生長箱缺乏綜合的控制方法，而且不能實現溫度/溼度的均勻控制。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提出一種植物生長箱控制系統及其控制方法。本發明的植物生長箱控制系統能夠實現溫度、溼度、營養液、二氧化碳濃度和光照的綜合控制。
[0004]為實現上述技術目的，本發明採用如下技術方案予以實現。
[0005]技術方案一:
[0006]一種植物生長箱控制系統，包括:箱體，所述箱體包括栽培室、以及與栽培室相鄰的環境控制室；所述栽培室設置有至少一個栽培架，每個栽培架由低到高呈多層結構，所述栽培架的每一層的底部設置有用於存儲營養液的水槽，每層水槽內設置有用於培育植物的定植板；
[0007]所述栽培室在靠近環境控制室的側壁上設置有箱內溫溼度傳感器和二氧化碳濃度傳感器，所述箱體外部的側壁上設置有箱外溫溼度傳感器；所述環境控制室內安裝有用於控制栽培室內溫度和溼度的恆溫恆溼機、以及用於向栽培室內提供二氧化碳的二氧化碳鋼瓶，所述栽培室在靠近環境控制室的側壁頂端設置有恆溫恆溼機送風口，所述恆溫恆溼機通過管路連接恆溫恆溼機送風口 ；所述二氧化碳鋼瓶的供應管路上設置有二氧化碳電磁閥；所述栽培架的每一層的頂部設置有燈板，所述燈板上均勻排列有若干燈條，每個燈條上均勻設置有多個用於向植物提供光源的LED燈；所述栽培室的底部放置有營養液水箱和循環泵，所述營養液水箱、循環泵和所有水槽通過管路形成營養液循環系統；
[0008]所述環境控制室內設置有總控單元，所述總控單元的信號輸入端分別電連接箱內溫溼度傳感器、二氧化碳濃度傳感器和箱外溫溼度傳感器；所述總控單元電連接二氧化碳電磁閥的控制端，所述總控單元用於控制恆溫恆溼機的運行狀態，用於控制開啟或關閉LED燈，用於控制開啟或關閉循環泵。
[0009]本技術方案的特點和進一步改進在於:
[0010]所述環境控制室內固定安裝有金屬箱，所述總控單元固定安裝在所述金屬箱內部；所述總控單元的I/o接口還電連接有觸控螢幕；
[0011]所述箱體的外部還設置有外循環風機，所述栽培室在靠近環境控制室的側壁頂端設置有應急送風口，所述外循環風機通過管路連接所述應急送風口 ；所述外循環風機包括外循環風機迴風口，所述外循環風機迴風口伸入至所述栽培室內部；所述栽培室內的側壁上設置有應急按鈕；
[0012]所述外循環風機的供電線路上設置有第二常開型繼電器，所述總控單元電連接第二常開型繼電器的控制端；所述應急按鈕的一端接入報警觸發信號，另一端電連接總控單
J Li ο
[0013]所述恆溫恆溼機包括內循環風機、壓縮機、冷凝器、儲液器、膨脹閥、以及蒸發器，所述壓縮機、冷凝器、儲液器、膨脹閥、以及蒸發器通過管路依次連接，形成循環迴路；所述儲液器和膨脹閥之間的管路上設置有系統電磁閥，所述蒸發器上設置有分液器，分液後的一個管路上安裝有除溼電磁閥；所述蒸發器上設置有內循環風機，所述內循環風機的出風口為恆溫恆溼機送風口，所述內循環風機的迴風口伸入至所述栽培室內部；所述冷凝器上設置有冷凝風機；
[0014]所述二氧化碳鋼瓶的供應管路具有二氧化碳釋放口，所述二氧化碳釋放口與內循環風機的距離不超過IOcm ；
[0015]所述總控單元分別電連接除溼電磁閥和系統電磁閥，所述總控單元用於控制壓縮機的運行狀態、冷凝風機的運行狀態、以及內循環風機的運行狀態。
[0016]所述循環泵的供電線路上設置有循環泵繼電器，所述總控單元電連接所述循環泵繼電器的控制端。
[0017]所述恆溫恆溼機內部設置有電加熱器，所述栽培室內部還設置有加溼器，所述電加熱器的供電線路上設置有第一 常開型繼電器，所述總控單元電連接所述第一常開型繼電器的控制端；
[0018]所述加溼器的供電線路上設置有轉換型繼電器，所述總控單元電連接所述轉換型繼電器的控制端。
[0019]技術方案二:
[0020]一種植物生長箱控制方法，基於上述植物生長箱控制系統，包括以下步驟:
[0021]總控單元按照預設光周期和預設暗周期向LED燈發送開關信號，控制LED燈的通斷；
[0022]當待培育植物受光照射時，總控單元按照預設循環泵開啟時間和預設循環泵關閉時間，控制循環泵的開啟和關閉，營養液在循環泵開啟時被送至水槽；當待培育植物受光照射時，總控單元通過二氧化碳濃度傳感器採集栽培室的二氧化碳濃度數據，當栽培室的二氧化碳濃度小於預設二氧化碳濃度下限時，總控單元控制開啟二氧化碳電磁閥；當栽培室的二氧化碳濃度大於預設二氧化碳濃度上限時，總控單元控制關閉二氧化碳電磁閥；
[0023]當待培育植物受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溫度數據，當栽培室內的環境溫度大於預設光周期溫度上限時，總控單元控制恆溫恆溼機進入製冷模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溫度；當栽培室內的環境溫度小於預設光周期溫度下限時，總控單元控制電加熱器開啟，栽培室內的環境溫度開始升高；
[0024]當待培育植物受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溼度數據，當栽培室內的環境溼度小於預設光周期溼度下限時，總控單元控制加溼器開啟，栽培室內的環境溼度開始提高；當栽培室內的環境溼度大於預設光周期溼度上限時，總控單元控制恆溫恆溼機進入除溼模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溼度；[0025]當待培育植物不受光照射時，總控單元按照預設循環泵開啟時間和預設循環泵關閉時間，控制循環泵的開啟和關閉，營養液在循環泵開啟時被送至水槽；當待培育植物不受光照射時，總控單元控制關閉二氧化碳電磁閥；[0026]當待培育植物不受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溫度數據，當栽培室內的環境溫度大於預設暗周期溫度上限時，總控單元控制恆溫恆溼機進入製冷模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溫度；當栽培室內的環境溫度小於預設暗周期溫度下限時，總控單元控制電加熱器開啟，栽培室內的環境溫度開始升高；
[0027]當待培育植物不受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溼度數據，當栽培室內的環境溼度小於預設暗周期溼度下限時，總控單元控制加溼器開啟，栽培室內的環境溼度開始提高；當栽培室內的環境溼度大於預設暗周期溼度上限時，總控單元控制恆溫恆溼機進入除溼模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溼度。
[0028]本技術方案的特點和進一步改進在於:
[0029]在所述環境控制室內固定安裝金屬箱，將所述總控單元固定安裝在所述金屬箱內部；將所述總控單元的I/o接口電連接觸控螢幕；
[0030]在所述箱體的外部設置一個外循環風機，在所述栽培室在靠近環境控制室的側壁頂端設置應急送風口，將所述外循環風機通過管路連接所述應急送風口 ；所述外循環風機包括外循環風機迴風口，所述外循環風機迴風口伸入至所述栽培室內部；在所述栽培室內的側壁上設置應急按鈕；
[0031]在所述外循環風機的供電線路上設置第二常開型繼電器，將所述總控單元電連接第二常開型繼電器的控制端；將所述應急按鈕的一端接入報警觸發信號，另一端電連接總控單元；
[0032]當按下應急按鈕時，總控單元會接收到報警觸發信號；然後，總控單元控制觸控螢幕顯示報警信息，總控單元控制二氧化碳電磁閥關閉，總控單元控制恆溫恆溼機、加溼器和電加熱器停止運行，並控制開啟外循環風機。
[0033]本發明的有益效果為:本發明的植物生長箱控制系統能夠實現溫度、溼度、營養液、二氧化碳濃度和光照的綜合控制，並能夠根據植物的種類靈活進行參數設置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明的植物生長箱的第一結構示意圖；
[0035]圖2為本發明的植物生長箱的第二結構示意圖；
[0036]圖3為本發明的植物生長箱營養液循環迴路示意圖；
[0037]圖4為本發明的植物生長箱的剖視示意圖；
[0038]圖5為本發明的恆溫恆溼機工作原理示意圖；
[0039]圖6為本發明的二氧化碳供應原理示意圖；
[0040]圖7為本發明的恆溫恆溼機和二氧化碳供應的綜合工作原理示意圖；
[0041]圖8為本發明的水分綜合利用系統示意圖；
[0042]圖9為本發明的燈板的仰視示意圖；
[0043]圖10為本發明的LED燈照明效果第一示意圖；
[0044]圖11，為本發明的LED燈照明效果第二示意圖；[0045]圖12為本發明的一種植物生長箱控制系統的電路連接示意圖；
[0046]圖13為本發明的一種植物生長箱控制系統的電加熱器控制原理示意圖；
[0047]圖14為本發明的一種植物生長箱控制系統的加溼器控制原理示意圖；
[0048]圖15為本發明的外循環風機控制原理示意圖。
[0049]附圖標記:1_箱體，2-加溼器，3-觸控螢幕，4-箱外溫溼度傳感器，5-電加熱器，6-盤管溫度傳感器，7-栽培架，10-水槽，11-照明燈，12-紫外線滅蟲燈，13-箱內溫溼度傳感器，14-二氧化碳濃度傳感器，15-恆溫恆溼機送風口，16-二氧化碳流量控制閥，17-二氧化碳電磁閥，18-金屬箱，19- 二氧化碳鋼瓶，21-恆溫恆溼機，22-恆溫恆溼機支架，23-定植板，24-營養液水箱，28-燈板，29-燈條，30-LED燈，31-內循環風機，32-冷凝風機，33-第二常開型繼電器，35-循環泵，36-恆溫恆溼機水盤，37-中間水箱，38-冷凝器，39-壓縮機，40-蒸發器,41-除溼電磁閥,42-分液器,43-膨脹閥,44-系統電磁閥,45-儲液器,46- 二氧化碳釋放口。
【具體實施方式】
[0050]下面結合附圖對本發明作進一步說明:
[0051]參照圖1，為本發明的植物生長箱的第一結構示意圖；參照圖2，為本發明的植物生長箱的第二結構示意圖。該植物生長箱包括呈長方體形狀的箱體1，箱體I包括栽培室和環境控制室，栽培室和環境控制室相鄰，並均為長方體形狀。在栽培室縱向中心線的兩側各設置有一個栽培架7,兩個栽培 架7之間為供人行走的走廊,走廊的寬度設置在60cm至SOcm0為了便於人行走，栽培室的內部高度設為2m至2.3m。每個栽培架7由低到高呈多層結構，栽培架7的每一層的底部設置有用於存儲營養液的水槽10，每層水槽10內設置有用於培育植物的定植板23。定植板23也可以替換為定植杯或定植海綿，採用定植海綿可以提高植物的移栽成功率，因為在進行植物移栽時，只需要將對應的定植海綿剪下即可。水槽10內的營養液的高度可以根據植物的生長需要或植物的種類進行設置，例如，在可以在水槽的側面設置多個高度不同的限流孔，通過將對應大小的軟塞塞進限流孔，即可限制水槽10內的營養液高度，這樣，在植物生長的不同階段，就可以將水槽10內的營養液限制在合理的高度。
[0052]本發明實施例中，栽培室內部還設置有加溼器2，其中加溼器2位於栽培室頂部，而加溼器用於提高栽培室內部的環境溼度。本發明實施例中，每個栽培架7的頂端均設置有兩個照明燈，箱體I外設置有控制照明燈的手動開關。每個栽培架7的頂端還設置紫外線滅蟲燈12，用於殺滅害蟲。在箱體I外設置有控制紫外線滅蟲燈12的手動開關。
[0053]箱體I的外部還設置有一個外循環風機，栽培室在靠近環境控制室的側壁頂端設置有應急送風口，外循環風機通過管路連接應急送風口 ；外循環風機包括外循環風機迴風口，外循環風機迴風口伸入至栽培室內部；栽培室內的側壁上設置有應急按鈕。外循環風機主要用於在緊急狀態下進行栽培室通風。
[0054]參照圖3，為本發明的植物生長箱營養液循環迴路示意圖。在栽培室7的底部(SP最下面一層水槽10的下方)設置有營養液水箱24，營養液水箱的體積可以根據水槽的層數以及每層水槽的容積進行確定。在營養液水箱24中設置有循環泵35，循環泵35用於提供營養液循環的動力。循環泵35、營養液水箱24、水槽10通過管路連接形成營養液循環系統。當循環泵35啟動時，營養液水箱24中的營養液被泵入至最上層的水槽10，通過每層水槽10之間的管路，營養液被運送至各層水槽10中，從而能夠滿足植物生長的需要，最下層的水槽中的營養液通過管路被送至營養液水箱24 (在重力的作用下)，進而形成了營養液循環系統。當循環泵35關閉時，各層水槽10中的營養液高度會逐漸降低，因此，通過設置循環泵35的啟動時間和關閉時間，就可以有效控制待培育植物的灌溉時間。
[0055]結合圖1和圖2，在栽培室在靠近環境控制室的側壁上設置有箱內溫溼度傳感器13和二氧化碳濃度傳感器14，箱體I外部的側壁上設置有箱外溫溼度傳感器4 ;環境控制室內設置有恆溫恆溼機支架22，在恆溫恆溼機支架22上固定安裝有用於控制栽培室內溫度和溼度的恆溫恆溼機21，在環境控制室內還設置有用於向栽培室內提供二氧化碳的二氧化碳鋼瓶19，栽培室在靠近環境控制室的側壁頂端設置有恆溫恆溼機送風口 15，恆溫恆溼機21通過管路連接恆溫恆溼機送風口 15。本發明實施例中，箱內溫溼度傳感器13用於檢測栽培室的環境溫度和環境溼度，為進行溫溼度控制提供依據。而二氧化碳濃度傳感器用於檢測栽培室的二氧化碳濃度，為進行二氧化碳濃度控制提供依據。二氧化碳鋼瓶19的出口處設置有二氧化碳流量控制閥16，在二氧化碳鋼瓶19的供應管路上設置有二氧化碳電磁閥17，二氧化碳流量控制閥16用於手動調節二氧化碳的供應速度，二氧化碳電磁閥17用於切斷或開啟二氧化碳供應。例如，二氧化碳電磁閥17為一進二出的三通電磁閥，當二氧化碳電磁閥17關閉時，可以將管路中的二氧化碳向外排除，避免管路中的壓力增大。
[0056]參照圖4，為本發明的植物生長箱的剖視示意圖。參照圖5，為本發明的恆溫恆溼機工作原理示意圖。參照圖6，為本發明的二氧化碳供應原理示意圖。參照圖7，為本發明的恆溫恆溼機和二氧化碳供應的綜合工作原理示意圖。恆溫恆溼機21包括電加熱器5、內循環風機31、壓縮機39、冷凝器38、儲液器45、膨脹閥43、以及蒸發器40，壓縮機39、冷凝器38、儲液器45、膨脹閥43、以及蒸發器40通過管路依次連接，形成循環迴路。利用該循環迴路，能夠用於對栽培室進行除溼 或降溫。其中，降溫的工作原理如下:在壓縮機中，壓力較低的蒸汽壓縮成壓力較高的蒸汽， 使蒸汽的體積減小，壓力升高。壓縮機吸入從蒸發器出來的較低壓力的工質蒸汽，使之壓力升高後送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成壓力較高的液體，經膨脹閥進行節流後，成為壓力較低的液體後，送入蒸發器，在蒸發器中吸熱蒸發而成為壓力較低的蒸汽，再送入壓縮機的入口，從而完成製冷循環。
[0057]本發明實施例中，儲液器45和膨脹閥43之間的管路上設置有系統電磁閥44，蒸發器40的盤管上設置有盤管溫度傳感器6，蒸發器40上設置有分液器42，分液器將一個管路為多個管路(例如兩個管路)，然後兩個管路接入蒸發器，分液後的一個管路上安裝有除溼電磁閥41。蒸發器40上設置有內循環風機31，內循環風機31的出風口為恆溫恆溼機送風口 15,電加熱器5與內循環風機的距離為30cm至80cm。恆溼機送風口 15位於栽培室的一個側壁上，它與栽培室的走廊位於同一平面內，恆溼機送風口 15朝向栽培室頂部，恆溼機送風口 15與栽培室頂部的距離為20cm至40cm。這樣，通過恆溼機送風口 15輸送的氣體會朝栽培室頂部運動。內循環風機31的迴風口伸入至栽培室內部(恆溼機送風口 15和內循環風機31的迴風口位於栽培室的同一側壁上)，栽培室內部的氣體流動過程如下:氣體從栽培室頂部靠經內循環風機31的一端沿著縱向中心線(與走廊處在同一平面)向與之相對的另一端流動，在本發明實施例中，另一端與栽培架之間具有一定空隙(IOcm至30cm)，所以，在此時，氣體在該空隙處下沉，然後從各層水槽的上方返回至內循環風機31的迴風口。由此可以看出，氣體在各層水槽上方基本上保持均勻流動，各個種植板上的待培育植物的氣體流動保持在均勻狀態。[0058]二氧化碳鋼瓶19的供應管路具有二氧化碳釋放口 46，二氧化碳釋放口 46與內循環風機31的距離不超過10cm，這樣釋放的二氧化碳就很容易被內循環風機31送至栽培室內部，從而提高了二氧化碳的吸收效率。
[0059]本發明實施例中，冷凝器38採用風冷工作方式，即在冷凝器上設置有冷凝風機32。冷凝風機32的轉速可調，例如，冷凝風機32可以提供兩級可調的風速，這樣就可以改變冷凝器的工作效率。
[0060]恆溫恆溼機21的除溼工作原理如下:當除溼電磁閥41關閉時，輸送至其餘管路(不是安裝除溼電磁閥41的管路)的工質流量就會增大，蒸發器40的局部蒸發量就會增大，這時，空氣中的水蒸氣就更容易冷凝成液態水。顯而易見的是，越靠近蒸發器40，形成的液態水越多。因此，在本發明實施例中，在蒸發器40的下方設置有恆溫恆溼機水盤36。
[0061]參照圖8，為本發明的水分綜合利用系統示意圖。該水分綜合利用系統包括恆溫恆溼機水盤36和中間水箱37，其中，中間水箱37低於恆溫恆溼機水盤36，並高於加溼機2和營養液水箱24。恆溫恆溼機水盤36通過管路連接中間水箱37，中間水箱37分別通過管路連接加溼機2和營養液水箱24。這樣，在重力的作用下，恆溫恆溼機水盤36中的水通過管路和中間水箱37之後，被運送至加溼機2和營養液水箱24，從而能夠提高了水分利用效率。
[0062]參照圖9，為本發明的燈板的仰視示意圖。栽培架7的每一層的頂部設置有燈板28，燈板上均勻排列有若干燈條29，每個燈條29上均勻設置有多個用於向植物提供光源的LED燈3。例如，LED燈3為紅光LED燈、藍光LED燈、白光LED燈或遠紅光LED燈，每個燈條上的LED燈的種類相同，裝有4中LED燈的不同燈條29混合排列在燈板28上。在本發明實施例中，在每個燈條29上的LED燈的供電線路上設置電磁繼電器，通過控制該電磁繼電器，即可以控制每個燈條29上的LED燈的通斷。每個燈條29上的LED燈的直流電源具有可調的電壓，通過控制該直流電源的電壓，就可以控制每個燈條29上的LED燈的發光亮度。這樣，每種LED燈的開啟比例以及每種LED燈的發光亮度均可進行控制。例如，控制所有白光LED燈和所有遠紅光LED燈關閉，將開啟的紅光LED燈和藍光LED燈的比例設置為8:1。
[0063]參照圖10，為本發明的LED燈照明效果第一示意圖。參照圖11，為本發明的LED燈照明效果第二示意圖。每個燈條29上均勻設置有4個LED燈3，相鄰的兩個LED燈3的距離為170mm。每個LED燈3的照射角度為60度，本發明實施例中，每個LED燈3在種植板23的照射直徑為260mm。4個LED燈3在種植板23的理論照射直徑為770mm，光照能夠完全覆蓋種植板23。
[0064]參照圖12，為本發明的一種植物生長箱控制系統的電路連接示意圖。結合圖2，環境控制室內固定安裝有金屬箱18，金屬箱18內設置有總控單元，總控單元為CPU、微處理器、工控機等數據處理裝置，總控單元通過導線與外部的電子器件連接，金屬箱18保證總控單元能夠不受外界信號幹擾。
[0065]總控單元的信號輸入端分別電連接盤管溫度傳感器6、箱內溫溼度傳感器13、二氧化碳濃度傳感器14和箱外溫溼度傳感器4 ;總控單元電連接二氧化碳電磁閥17的控制端，總控單元用於控制恆溫恆溼機21的運行狀態，用於控制開啟或關閉LED燈3，用於控制開啟或關閉循環泵35。例如，總控單元分別電連接除溼電磁閥41和系統電磁閥44，總控單元用於控制壓縮機39的運行狀態、冷凝風機32的運行狀態、以及內循環風機31的運行狀態。
[0066]總控單元的I/O接口還電連接有觸控螢幕3，可以通過觸控螢幕進行參數設定，向總控單元發送預設的數據，也可以通過觸控螢幕查看栽培室內的環境溫度、環境溼度、二氧化碳濃度，也可以通過觸控螢幕查看報警信息和各種參數。
[0067]參照圖13，為本發明的一種植物生長箱控制系統的電加熱器控制原理示意圖。參照圖14，為本發明的一種植物生長箱控制系統的加溼器控制原理示意圖。電加熱器的供電線路上設置有第一常開型繼電器，總控單元電連接第一常開型繼電器的控制端。當需要提高栽培室內的環境溫度時，總控單元控制第一常開型繼電器閉合，電加熱器開始工作，通過內循環風機將熱空氣送至栽培室內部，栽培室內的環境溫度開始升高。加溼器的供電線路上設置有轉換型繼電器，總控單元電連接轉換型繼電器的控制端。當需要提高栽培室內的環境溼度時，總控單元控制轉換型繼電器的工作狀態，使加溼器開始工作，栽培室內的環境溼度開始升高。同樣的，也可以將總控單元電連接循環泵繼電器的控制端，這時，總控單元也可以控制循環泵繼電器的斷開或閉合，從而循環泵會隨之停止運行或開始運行。
[0068]參照圖15，為本發明的一種植物生長箱控制系統的外循環風機控制原理示意圖。外循環風機5的供電線路上設置有第二常開型繼電器，總控單元電連接第二常開型繼電器的控制端；應急按鈕的一端接入報警觸發信號，另一端電連接總控單元。當工作人員發現緊急情況時(如栽培室內的環境溫度過高、栽培室內的環境溼度過高或二氧化碳濃度過高)，按下緊急按鈕，總控單元會接收到報警觸發信號；然後，總控單元控制觸控螢幕顯示報警信息，總控單元控制二氧化碳電磁閥關閉，總控單元通過繼電器控制恆溫恆溼機、加溼器和電加熱器停止運行，並控制開啟外循環風機，栽培室和外界環境進行緊急通風。
[0069]以下是本發明的一 個 具體實施例:
[0070]以葉菜類植物為例，總控單元按照預設光周期和預設暗周期向LED燈發送開關信號，控制LED燈的通斷；例如，預設光周期設為16小時，預設暗周期設為8小時。
[0071]當待培育植物受光照射時(即處於光周期時)，總控單元按照預設循環泵開啟時間和預設循環泵關閉時間，控制循環泵的開啟和關閉，營養液在循環泵開啟時被送至水槽；例如，預設循環泵開啟時間為20分，預設循環泵關閉時間為10分鐘。
[0072]當待培育植物受光照射時，總控單元通過二氧化碳濃度傳感器採集栽培室的二氧化碳濃度數據，當栽培室的二氧化碳濃度小於預設二氧化碳濃度下限時，總控單元控制開啟二氧化碳電磁閥，此時，二氧化碳鋼瓶中的二氧化碳通過管路和二氧化碳釋放口排出，位於二氧化碳釋放口附近的內循環風機將含有二氧化碳的氣體送至栽培室內，由於二氧化碳釋放口距離內循環風機較近，內循環風機抽取的氣體中二氧化碳濃度較高，因此，可以較快地提升栽培室內的二氧化碳濃度。當栽培室的二氧化碳濃度大於預設二氧化碳濃度上限時，總控單元控制關閉二氧化碳電磁閥；例如，預設二氧化碳濃度下限為700ppm，預設二氧化碳濃度上限為900ppm。
[0073]當待培育植物受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溫度數據，當栽培室內的環境溫度大於預設光周期溫度上限(例如為22°C)時，總控單元控制恆溫恆溼機進入製冷模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溫度；此時，總控單元通過繼電器控制開啟壓縮機，通過繼電器控制開啟內循環風機，通過繼電器控制開啟冷凝風機，控制開啟系統電磁閥。總控單元控制電加熱器(例如通過繼電器控制)和除溼電磁閥處於關閉狀態。根據前述製冷工作原理，此時，蒸發器附近的空氣變冷，然後通過內循環風機即可將冷空氣送入至栽培室內部。
[0074]在上述製冷過程中，總控單元通過盤管溫度傳感器實時採集蒸發器的盤管溫度；如果蒸發器的盤管溫度小於或等於_2°C，總控單元通過繼電器控制壓縮機、加溼器和冷凝風機關閉，並控制關閉系統電磁閥。
[0075]在上述製冷過程中，總控單元通過箱外溫溼度傳感器實時採集箱體外的環境溫度數據，如果箱體外環境溫度大於或等於15°C，則總控單元通過繼電器控制冷凝器風機進行高速風模式，否則總控單元通過繼電器控制冷凝器風機進行低速風模式。
[0076]當栽培室內的環境溫度小於預設光周期溫度下限(例如為18°C)時，總控單元控制電加熱器開啟，栽培室內的環境溫度開始升高。在上述制熱過程中，總控單元通過繼電器控制壓縮機、冷凝風機和外循環風機關閉，並控制關閉除溼電磁閥。在上述制熱過程中，在電加熱器迴路上設置有過熱保護功能，當電加熱器表面溫度超過85°C時，電加熱器關閉。當電加熱器表面溫度超過105°C，電加熱器迴路上的熔斷器斷開，從而切斷電源供應。在上述制熱過程中，總控單元通過箱外溫溼度傳感器實時採集箱體外的環境溫度數據，如果箱體外環境溫度大於或等於15°C，則總控單元控制系統電磁閥開啟，如果箱體外環境溫度小於15°C，則總控單元控制系統電磁閥關閉。
[0077]當栽培室內的環境溫度在預設光周期溫度上限和預設光周期溫度下限之間時，說明栽培室內的環境溫度達到合適的溫度範圍，需要進行保溫。此時，總控單元通過繼電器控制壓縮機、電加熱器、外循環風機和冷凝風機關閉，並控制除溼電磁閥關閉，並通過繼電器控制內循環風機開啟。在該保溫過程中，總控單元通過箱外溫溼度傳感器實時採集箱體外的環境溫度數據，如果箱體外環境溫度大於或等於15°C，則總控單元控制系統電磁閥開啟，如果箱體外環境溫度小於15°C，則總控單元控制系統電磁閥關閉。
[0078]當待培育植物受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溼度數據，當栽培室內的環境溼度小於預設光周期溼度下限(例如為55%RH)時，總控單元控制加溼器開啟，栽培室內的環境溼度開始提高。在上述加溼過程中，總控單元通過繼電器控制外循環風機和冷凝風機關閉，並控制關閉除溼電磁閥。在加溼過程中，總控單元通過箱外溫溼度傳感器實時採集箱體外的環境溫度數據，如果箱體外環境溫度大於或等於15°C，則總控單元控制系統電磁閥開啟，如果箱體外環境溫度小於15°C，則總控單元使系統電磁閥和壓縮機同步開停(如果壓縮機開啟，則控制系統電磁閥開啟；反之則控制系統電磁閥關閉)。
[0079]當栽培室內的環境溼度大於預設光周期溼度上限(例如為90%RH)時，總控單元控制恆溫恆溼機進入除溼模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溼度。此時，總控單元通過繼電器控制電加熱器、加溼器和外循環風機處於關閉狀態，通過繼電器控制壓縮機、內循環風機和冷凝風機開啟，控制開啟系統電磁閥和除溼電磁閥。此時，根據前述除溼原理，蒸發器附近的環境溼度降低，通過內循環風機就可以將低溼度的空氣送入至栽培室內部，從而降低栽培室內部的環境溼度。[0080]在上述除溼過程中，總控單元通過箱外溫溼度傳感器實時採集箱體外的環境溫度數據，如果箱體外環境溫度大於或等於15°C，則總控單元通過繼電器控制冷凝器風機進行高速風模式，否則總控單元通過繼電器控制冷凝器風機進行低速風模式。
[0081]在上述除溼過程中，總控單元通過盤管溫度傳感器實時採集蒸發器的盤管溫度；如果蒸發器的盤管溫度小於或等於_2°C，總控單元通過繼電器控制壓縮機、加溼器和冷凝風機關閉，並控制關閉系統電磁閥。
[0082]當栽培室內的環境溫度在預設光周期溼度上限和預設光周期溼度下限之間時，說明栽培室內的環境溼度達到合適的溼度範圍，需要進行保溼。此時，總控單元通過繼電器控制加溼器、外循環風機和冷凝風機關閉，通過繼電器控制內循環風機開啟，控制關閉除溼電磁閥。在該保溼過程中，總控單元通過箱外溫溼度傳感器實時採集箱體外的環境溫度數據，如果箱體外環境溫度大於或等於15°C，則總控單元控制系統電磁閥開啟，如果箱體外環境溫度小於15°C，則總控單元使系統電磁閥和壓縮機同步開停(如果壓縮機開啟，則控制系統電磁閥開啟；反之則控制系統電磁閥關閉)。
[0083]綜上所述，恆溫恆溼機的工作過程可分為調節溫度和調節溼度，如果壓縮機在調節溼度的過程中的開啟條件與在調節溫度的過程中的開啟條件相衝突，則以在調節溫度的過程中的開啟條件為準。
[0084]當待培育植物不受光照射時(即處於暗周期時)，總控單元按照預設循環泵開啟時間和預設循環泵關閉時間，控制循環泵的開啟和關閉，營養液在循環泵開啟時被送至水槽；例如，預設循環泵開啟時間為20分，預設循環泵關閉時間為10分鐘。此時，循環泵的工作過程與光周期時循環泵的工作過程類似，在此不再重複。當待培育植物不受光照射時，總控單元控制關閉二氧化碳電磁閥。
[0085]當待培育植物不受光照 射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溫度數據，當栽培室內的環境溫度大於預設暗周期溫度上限時，總控單元控制恆溫恆溼機進入製冷模式，恆溫恆溼機控 制降低栽培室內的環境溫度；當栽培室內的環境溫度小於預設暗周期溫度下限時，總控單元控制電加熱器開啟，栽培室內的環境溫度開始升高；例如，預設暗周期溫度上限為17°C，預設暗周期溫度下限為13°C。
[0086]當待培育植物不受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溼度數據，當栽培室內的環境溼度小於預設暗周期溼度下限時，總控單元控制加溼器開啟，栽培室內的環境溼度開始提高；當栽培室內的環境溼度大於預設暗周期溼度上限時，總控單元控制恆溫恆溼機進入除溼模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溼度。例如，例如，預設暗周期溼度上限為85%RH，預設暗周期溼度下限為55%RH。
[0087]在待培育植物不受光照射時，栽培室內環境溫度/環境溼度的控制過程類似於植物受光照射時栽培室內環境溫度/環境溼度的控制過程，在此不再重複。
[0088]另外，當待培育植物受光照射且恆溫恆溼機進入製冷模式時，如果在壓縮機開啟20分後，栽培室內的環境溫度大於預設異常溫度上限(例如為24°C )，則判斷栽培室內的環境溫度是否大於箱體外環境溫度，並判斷栽培室內的環境溫度是否大於預設報警溫度閾值(例如為30°C )，如果栽培室內的環境溫度大於箱體外環境溫度，總控單元通過繼電器控制加溼器關閉，控制關閉二氧化碳電磁閥，並通過繼電器控制外循環風機開啟，並控制觸控螢幕顯示溫度報警信息。當栽培室內的環境溫度大於預設報警溫度閾值時，總控單元通過繼電器控制關閉所有LED燈，減少LED燈的燈光發熱。採用上述措施可以有效地降低栽培室內的環境溫度。
[0089]本發明實施例還提供了傳感器檢測及報警功能。如果盤管溫度傳感器沒有將對應的信號發送至總控單元，或者盤管傳感器溫度傳感器將異常的信號發送至總控單元，則總控單元控制顯示屏顯示對應的錯誤信息。如果箱內溫溼度傳感器沒有將對應的信號發送至總控單元，或者箱內溫溼度傳感器將異常的信號發送至總控單元，則總控單元控制顯示屏顯示對應的錯誤信息。如果箱外溫溼度傳感器沒有將對應的信號發送至總控單元，或者箱外溫溼度傳感器將異常的信號發送至總控單元，則總控單元控制顯示屏顯示對應的錯誤信息。如果二氧化碳濃度傳感器沒有將對應的信號發送至總控單元，或者二氧化碳濃度傳感器將異常的信號發送至總控單元，則總控單元控制顯示屏顯示對應的錯誤信息。
[0090]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些 改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種植物生長箱控制系統，其特徵在於，包括:箱體(1)，所述箱體(1)包括栽培室、以及與栽培室相鄰的環境控制室；所述栽培室設置有至少一個栽培架(7)，每個栽培架(7)由低到高呈多層結構，所述栽培架(7)的每一層的底部設置有用於存儲營養液的水槽(10)，每層水槽(10)內設置有用於培育植物的定植板(23)； 所述栽培室在靠近環境控制室的側壁上設置有箱內溫溼度傳感器(13)和二氧化碳濃度傳感器(14)，所述箱體(1)外部的側壁上設置有箱外溫溼度傳感器(4);所述環境控制室內安裝有用於控制栽培室內溫度和溼度的恆溫恆溼機(21)、以及用於向栽培室內提供二氧化碳的二氧化碳鋼瓶(19)，所述栽培室在靠近環境控制室的側壁頂端設置有恆溫恆溼機送風口(15)，所述恆溫恆溼機(21)通過管路連接恆溫恆溼機送風口(15);所述二氧化碳鋼瓶(19)的供應管路上設置有二氧化碳電磁閥(17);所述栽培架(7)的每一層的頂部設置有燈板(28)，所述燈板上均勻排列有若干燈條(29)，每個燈條(29)上均勻設置有多個用於向植物提供光源的LED燈(3);所述栽培室的底部放置有營養液水箱(24)和循環泵(35)，所述營養液水箱(24 )、循 環泵(35 )和所有水槽(10 )通過管路形成營養液循環系統； 所述環境控制室內設置有總控單元，所述總控單元的信號輸入端分別電連接箱內溫溼度傳感器(13)、二氧化碳濃度傳感器(14)和箱外溫溼度傳感器(4);所述總控單元電連接二氧化碳電磁閥(17)的控制端，所述總控單元用於控制恆溫恆溼機(21)的運行狀態，用於控制開啟或關閉LED燈(3)，用於控制開啟或關閉循環泵(35)。
2.如權利要求1所述的一種植物生長箱控制系統，其特徵在於，所述環境控制室內固定安裝有金屬箱(18)，所述總控單元固定安裝在所述金屬箱(18)內部；所述總控單元的I/O接口還電連接有觸控螢幕(3)； 所述箱體(1)的外部還設置有外循環風機，所述栽培室在靠近環境控制室的側壁頂端設置有應急送風口，所述外循環風機通過管路連接所述應急送風口 ；所述外循環風機包括外循環風機迴風口，所述外循環風機迴風口伸入至所述栽培室內部；所述栽培室內的側壁上設置有應急按鈕； 所述外循環風機的供電線路上設置有第二常開型繼電器，所述總控單元電連接第二常開型繼電器的控制端；所述應急按鈕的一端接入報警觸發信號，另一端電連接總控單元。
3.如權利要求1所述的一種植物生長箱控制系統，其特徵在於，所述恆溫恆溼機(21)包括內循環風機(31)、壓縮機(39)、冷凝器(38)、儲液器(45)、膨脹閥(43)、以及蒸發器(40)，所述壓縮機(39)、冷凝器(38)、儲液器(45)、膨脹閥(43)、以及蒸發器(40)通過管路依次連接，形成循環迴路；所述儲液器(45)和膨脹閥(43)之間的管路上設置有系統電磁閥(44)，所述蒸發器(40)上設置有分液器(42)，分液後的一個管路上安裝有除溼電磁閥(41);所述蒸發器(40)上設置有內循環風機(31)，所述內循環風機(31)的出風口為恆溫恆溼機送風口(15)，所述內循環風機(31)的迴風口伸入至所述栽培室內部；所述冷凝器上設置有冷凝風機(32)； 所述二氧化碳鋼瓶(19)的供應管路具有二氧化碳釋放口(46)，所述二氧化碳釋放口(46)與內循環風機(31)的距離不超過IOcm ； 所述總控單元分別電連接除溼電磁閥(41)和系統電磁閥(44)，所述總控單元用於控制壓縮機(39)的運行狀態、冷凝風機(32)的運行狀態、以及內循環風機(31)的運行狀態。
4.如權利要求1所述的一種植物生長箱控制系統，其特徵在於，所述循環泵的供電線路上設置有循環泵繼電器，所述總控單元電連接所述循環泵繼電器的控制端。
5.如權利要求1所述的一種植物生長箱控制系統，其特徵在於，所述恆溫恆溼機內部設置有電加熱器，所述栽培室內部還設置有加溼器(2 )，所述電加熱器的供電線路上設置有第一常開型繼電器，所述總控單元電連接所述第一常開型繼電器的控制端； 所述加溼器的供電線路上設置有轉換型繼電器，所述總控單元電連接所述轉換型繼電器的控制端。
6.一種植物生長箱控制方法，基於權利要求1所述的一種植物生長箱控制系統，其特徵在於，包括以下步驟: 總控單元按照預設光周期和預設暗周期向LED燈發送開關信號，控制LED燈的通斷；當待培育植物受光照射時，總控單元按照預設循環泵開啟時間和預設循環泵關閉時間，控制循環泵的開啟和關閉，營養液在循環泵開啟時被送至水槽；當待培育植物受光照射時，總控單元通過二氧化碳濃度傳感器採集栽培室的二氧化碳濃度數據，當栽培室的二氧化碳濃度小於預設二氧化碳濃度下限時，總控單元控制開啟二氧化碳電磁閥；當栽培室的二氧化碳濃度大於預設二氧化碳濃度上限時，總控單元控制關閉二氧化碳電磁閥； 當待培育植物受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溫度數據，當栽培室內的環境溫度大於預設光周期溫度上限時，總控單元控制恆溫恆溼機進入製冷模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溫度；當栽培室內的環境溫度小於預設光周期溫度下限時，總控單元控制電加熱器開啟，栽培室內的環境溫度開始升高； 當待培育植物受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溼度數據，當栽培室內的環境溼度小於預設光周期溼度下限時，總控單元控制加溼器開啟，栽培室內的環境溼度開始提高；當栽培室內的環境溼度大於預設光周期溼度上限時，總控單元控制恆溫恆溼機進入除溼模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溼度； 當待培育植物不受光照射時`，總控單元按照預設循環泵開啟時間和預設循環泵關閉時間，控制循環泵的開啟和關閉，營養液在循環泵開啟時被送至水槽；當待培育植物不受光照射時，總控單元控制關閉二氧化碳電磁閥； 當待培育植物不受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溫度數據，當栽培室內的環境溫度大於預設暗周期溫度上限時，總控單元控制恆溫恆溼機進入製冷模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溫度；當栽培室內的環境溫度小於預設暗周期溫度下限時，總控單元控制電加熱器開啟，栽培室內的環境溫度開始升高； 當待培育植物不受光照射時，總控單元通過箱內溫溼度傳感器採集栽培室內的環境溼度數據，當栽培室內的環境溼度小於預設暗周期溼度下限時，總控單元控制加溼器開啟，栽培室內的環境溼度開始提高；當栽培室內的環境溼度大於預設暗周期溼度上限時，總控單元控制恆溫恆溼機進入除溼模式，恆溫恆溼機控制降低栽培室內的環境溼度。
7.如權利要求6所述的一種植物生長箱控制方法，其特徵在於，在所述環境控制室內固定安裝金屬箱，將所述總控單元固定安裝在所述金屬箱內部；將所述總控單元的I/O接口電連接觸控螢幕； 在所述箱體的外部設置一個外循環風機，在所述栽培室在靠近環境控制室的側壁頂端設置應急送風口，將所述外循環風機通過管路連接所述應急送風口 ；所述外循環風機包括外循環風機迴風口，所述外循環風機迴風口伸入至所述栽培室內部；在所述栽培室內的側壁上設置應急按鈕； 在所述外循環風機的供電線路上設置第二常開型繼電器，將所述總控單元電連接第二常開型繼電器的控制端；將所述應急按鈕的一端接入報警觸發信號，另一端電連接總控單元; 當按下應急按鈕時，總控單元會接收到報警觸發信號；然後，總控單元控制觸控螢幕顯示報警信息，總控單元控制二氧化碳電磁閥關閉，總控單元控制恆溫恆溼機、加溼器和電加熱器停止運行，並控制開啟外`循環風機。
【文檔編號】A01G31/02GK103503763SQ201310468423
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】王 琦, 陳哲華, 廖洪源, 韓京生, 李春濤, 王展 申請人:陝西旭田光電農業科技有限公司