智能化ETFE气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置的制作方法

智能化etfe气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种可以促进植物在较短时间内实现生长发育的环境调节装置，特别是涉及智能化etfe气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置。


背景技术：

2.在现代农业植物种植方式中，一般采用无土栽培方式，其中营养液培是其中的主要栽培方式之一，其核心是将植物的根茎固定在定植块内，根系自然长入植物营养液中。营养液代替自然土壤向植物体提供水分、营养成分等生长因子，使植物能够正常生长并完成其整个生命周期。由于土地耕种受天气、季节和人力因素影响大，且近年来污染严重，土壤中存在的重金属离子、细菌以及寄生虫都可能通过土壤上种植的蔬果进入人体，危害人体健康。而营养液培能够有效控制植物所需养分，满足人们对植物蔬果新鲜、营养、健康、绿色以及环保的要求。
3.在营养液培植物种植过程中，营养液培植物的培养基需要运输至专用的营养液培植物培养区进行统一种植和管理，而现有的运输包括两种方式:第一，通过人工运输，能够将水培植物培养基安全、有效和准确地输送至水培植物培养区，但人工运输增加了工作时间，降低了工作效率；第二，通过机械运输，但在运输过程中，由于存在水平方向和竖直方向上的运输，且培养基是与空气连通的开放式结构，因此，培养基容易受到颠簸致使培养基内的营养液洒出，甚至会使培养基掉落破损，无法完好地将培养基输送至水培植物培养区。
4.因此，对于营养液培植物种植而言，目前急需提供一种实现营养液培植物的安全、准确和有效地运输的装置或方法，以节省工作时间，提高工作效率。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提出一种基于太阳能发电的智能化etfe 气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置，其通过集自适应培养与实时监控功能于一体，以实现营养液培植物的安全、准确和有效地运输，节省工作时间，提高工作效率。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了智能化etfe气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置，包括etfe气枕式膜结构壳体、设置在所述etfe气枕式膜结构壳体上的太阳能供电单元、至少一层设置在所述etfe气枕式膜结构壳体内的培养区单元、设置在所述etfe气枕式膜结构壳体内下部的循环箱单元、设置在所述etfe气枕式膜结构壳体上的控制单元以及与所述控制单元通讯连接的数据库主机单元；
7.所述培养区单元包括设置在底部的营养液管槽、设置在所述营养液管槽内的定植块、设置在营养液管槽上方的喷雾器、设置在上部的 led补光灯带、设置在所述led补光灯带下侧的柔性遮光层以及安装所述柔性遮光层的可滑动联动滑槽结构；
8.所述循环箱单元包括设置在所述培养区单元下侧的混合箱、设置在所述混合箱下侧的回收循环箱、设置在所述回收循环箱上部的进水口、设置在所述回收循环箱底部的排水口，所述混合箱、回收循环箱以及营养液管槽之间通过两路弯管连接，所述回收循环箱内
设有营养液处理输配机构，两路弯管上分别分路设有出水电磁阀和进水电磁阀；
9.所述控制单元包括设置在所述etfe气枕式膜结构壳体外侧的控制器、设置在所述营养液管槽上的温湿度传感器、设置在所述etfe 气枕式膜结构壳体上的空调机组、设置在所述etfe气枕式膜结构壳体内上部的光照强度传感器、设置在所述回收循环箱内的水质监测仪和ph测控仪、以及设置在所述营养液管槽内的超声波液位计。
10.优选地，所述etfe气枕式膜结构壳体包括钢结构框架以及设置在所述钢结构框架上的etfe气枕式膜。
11.优选地，所述太阳能供电单元包括自etfe气枕式膜结构壳体内向上延伸而出的第一支杆、设置在所述第一支杆上部的太阳能电池板组件以及设置在所述太阳能电池板组件下部的蓄电池。
12.优选地，所述营养液管槽由隔热材料制成，内部设有不锈钢材质内胆。
13.优选地，所述控制单元包括还包括自etfe气枕式膜结构壳体内向上延伸而出的第二支杆，所述控制器设置在所述第二支杆上部。
14.优选地，所述混合箱包括大量营养元素模块箱、中量营养元素模块箱以及微量营养元素模块箱三个区域。
15.优选地，所述营养液处理输配机构包括沿营养液流向依次设置的 ph值测控箱、一级过滤层、紫外线灭菌灯、二级过滤层、恒温箱、气液混合泵。
16.优选地，所述出水电磁阀包括设置在两层营养液管槽上的第一出水电控阀和第二出水电控阀、设置在所述回收循环箱上的第三出水电控阀、设置在所述ph值测控箱上的第四出水电控阀，所述进水电磁阀包括设置在两层营养液管槽上的第三进水电控阀和第二进水电控阀、设置在所述混合箱上的第一进水电控阀。
17.优选地，所述etfe气枕式膜结构壳体底部设有万向轮。
18.优选地，所述可滑动联动滑槽结构包括伸缩滑轨以及多层相互嵌套的结构，所述可滑动联动滑槽结构设置在所述led补光灯带的下侧。
19.基于上述技术方案，本实用新型的优点是：
20.本实用新型的智能化etfe气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置，主要是以etfe气枕式膜结构材料为主体，由环保材料制成，其透光率高达95％，密闭性、自洁性好；根据植物自身生长发育期的各种生理生化需求，通过本装置的控制系统设定的参数持续不断的实时监测、控制植物生长所需的适宜温度、湿度、光照条件、营养物质，进行一体化实时监测、生长控制，以实现可以随时监测蔬果生长状况，同时能够实现植物的快速生长，及时向系统发送植物生长的相关数据。
21.本实用新型的智能化etfe气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置通过集自适应培养与实时监控功能于一体，实现了营养液培植物的安全、准确和有效地运输，节省工作时间，提高工作效率。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
23.图1为智能化etfe气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置示意图；
24.图2为etfe气枕式膜示意图；
25.图3为混合箱结构示意图；
26.图4为可滑动联动滑槽结构伸缩状态示意图。
具体实施方式
27.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
28.本实用新型提供了一种智能化etfe气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置，主要包括etfe气枕式膜结构壳体、太阳能供电单元、培养区单元、中心控制单元、数据库主机单元、循环箱单元。如图1～图4所示，其中示出了本实用新型的一种优选实施方式。
29.如图1所示，所述植物快速生长环境调节装置包括etfe气枕式膜结构壳体1、设置在所述etfe气枕式膜结构壳体1上的太阳能供电单元、至少一层设置在所述etfe气枕式膜结构壳体1内的培养区单元、设置在所述etfe气枕式膜结构壳体1内下部的循环箱单元、设置在所述etfe气枕式膜结构壳体1上的控制单元以及与所述控制单元通讯连接的数据库主机单元38。
30.所述循环箱单元包括设置在所述培养区单元下侧的混合箱36、设置在所述混合箱36下侧的回收循环箱37、设置在所述回收循环箱37 上部的进水口33、设置在所述回收循环箱37底部的排水口34，所述混合箱36、回收循环箱37以及营养液管槽5之间通过两路弯管25连接，所述回收循环箱37内设有营养液处理输配机构，两路弯管25上分别分路设有出水电磁阀和进水电磁阀。
31.具体地，所述etfe气枕式膜结构壳体1包括钢结构框架以及设置在所述钢结构框架上的etfe气枕式膜。etfe气枕式膜是乙烯－四氟乙烯共聚物etfe，由乙烯和四氟乙烯共聚而成，是一种非织物类膜材，相比织物类膜材其单张膜的抗拉强度较低，常采用气枕的形式多张共同受力，并通过内压使其具有合适的刚度，由此产生的气枕式膜结构具有较好的力学性能和使用性能。etfe气枕式膜结构相比于其它膜结构独有的可调节特性，在使用过程中通过内压改变对受力性能、透光率、隔热性能等的自动调节能力。
32.优选地，所述太阳能供电单元包括自etfe气枕式膜结构壳体1 内向上延伸而出的第一支杆4、设置在所述第一支杆4上部的太阳能电池板组件2以及设置在所述太阳能电池板组件2下部的蓄电池3。太阳能电池板组件2是该装置供电系统中的核心部分，为整个装置提供能源动力，并且将多余的电量存储在蓄电池3中；蓄电池3由第一支杆4支撑，在光照时可以将太阳能电池板组件2满足装置基本运行后多余的电能储存起来，在需要的时候将电能释放出来继续提供能源动力。
33.进一步，所述培养区单元包括设置在底部的营养液管槽5、设置在所述营养液管槽5内的定植块6、设置在营养液管槽5上方的喷雾器10、设置在上部的led补光灯带12、设置在所述led补光灯带 12下侧的柔性遮光层8以及安装所述柔性遮光层8的可滑动联动滑槽结构9。
34.如图4所示，可滑动联动滑槽结构9包括伸缩滑轨、多层相互嵌套的结构，如图为伸缩滑轨伸长状态以及收缩状态，位于植物7上方， led补光灯带12的下方。可滑动联动滑槽结构9用于柔性遮光层8 的打开或关闭，柔性遮光层8可以收藏进伸缩滑轨的凹槽中，也可
以折叠放置，折叠方式类似于窗帘的折叠方式，也可以是其它方式，具体根据实际情况确定。当光照强度传感器17监测到光照强度高于设定值时，控制器14启动可滑动联动滑槽结构9打开柔性遮光层8，进行适当遮光。反之，则关闭。
35.植物7种植在定植块6上，用以固定植株，中间等间隔开孔，植物根部穿过孔洞进行栽培种植。植物7根部穿过定植块6的孔洞放入装有营养液的营养液管槽5中，营养液管槽5由隔热材料制成，内部设有不锈钢材质内胆。超声波液位计11的探头通过向营养液液面发射超声波脉冲信号，反射回来的超声波信号通过电子模块检测，可以精确计算出超声波传播的路程，进而可以反映出液位的情况，当低于营养液液面预先设定的高度参数时，会将信号传导至气液混合泵24，及时将营养液补充至设定的高度的参数
36.在每层培养区上端安装有可调节led补光灯带12，根据预先设定的波长调节适合植物生长的波长。在培养区植物上端安装有柔性材料的柔性遮光层8，柔性遮光层8可以产生褶皱或进行折叠，光照强度高于各个时间段设定的参数时，会打开进行适当遮光。
37.所述控制单元包括设置在所述etfe气枕式膜结构壳体1外侧的控制器14、设置在所述营养液管槽5上的温湿度传感器13、设置在所述etfe气枕式膜结构壳体1上的空调机组16、设置在所述etfe气枕式膜结构壳体1内上部的光照强度传感器17、设置在所述回收循环箱37内的水质监测仪和ph测控仪19、以及设置在所述营养液管槽5 内的超声波液位计11。优选地，所述控制单元包括还包括自etfe气枕式膜结构壳体1内向上延伸而出的第二支杆15，所述控制器14设置在所述第二支杆15上部。
38.进一步，所述控制单元主要包括温度控制、湿度控制、光照控制、 ph值控制、生长周期控制及营养液循环添加控制。温度控制分为环境温度控制和营养液温度控制，整个装置位于etfe气枕式膜结构壳体1内。温湿度传感器13触头以热敏电阻制成。温度控制模式采用自动调节，系统根据数据库主机单元38中提供的植物调节适宜生长温度。etfe气枕式膜结构壳体1内温度若高于最适温度，控制器14由第二支杆15支撑启动空调16进行通风散热，若低于最适温度，再次启动空调16加热升高温度。
39.回收循环箱37中溶液若温度低于最适温度，将启用恒温箱23对营养液加热进行温度提高，如温度高于最适温度则进行冷却。温湿度传感器13将输出信号传送至控制器14内，将电信号转化为数字信号，通过公式可计算出湿度值。系统将测定的湿度值与设定的最适温度值相比较，若湿度较低，系统控制开启喷雾器10进行喷雾加湿，若适度过高，启动空调16进行通风除湿。湿度控制模块维持etfe气枕式膜结构壳体1内湿度适宜，为植物生长提供适宜条件。利用光照强度传感器17对光照进行测量，将测得的数据进行处理后返回给主控制芯片，进行自动化控制。光照强度传感器17对于可见光频段光谱吸收后转换成电信号，根据电信号的大小对应光照度的强弱。
40.利用ph测控仪19检测营养液ph值，自动化控制调节营养液 ph值。ph测控仪19通过检测营养液中氢离子浓度，将化学信号转换为电信号输出，电信号经过处理转化为数字信号，再通过公式计算 ph值。根据数据库主机单元38建立的数据库中植物最适生长ph值，对营养液ph值进行控制。若溶液ph高于正常生长ph值，则通过 ph值测控仪19加入磷酸、硫酸铝、硫酸亚铁等酸性物质进行ph调节，若溶液ph低于正常生长ph值，则加入碳酸氢铵等碱性物质调节ph值。生长周期控制：查找植物生长周期的相关资料，将植物生长的相关信息录入主控制系统单片机，单片机中有时钟模块，系统根据设定的时间进行不同生长期的环境调
整。
41.根据现有的资料文献查找待种植物不同生长阶段所需的营养成分及其浓度，预先在实验室配制营养液，根据数据库主机单元38设定的周期控制，定时定量添加到循环液中，整个营养液循环利用。控制器14通过无线通信模块与数据库主机单元38进行无线通讯，数据库主机单元38与远程监控终端通信连接。装置底部安装有万向轮35，可以根据实际需求进行平整地面的移动操作。
42.如图3所示，所述混合箱36包括大量营养元素模块箱、中量营养元素模块箱以及微量营养元素模块箱三个区域。混合箱36位于培养区下方，其连接装有不同种元素的小模块箱，小模块箱主要分为3个区域，分别为大量营养元素(碳(c)、氢(h)、氧(o)、氮(n)、磷(p)、钾(k))模块箱、中量营养元素(钙(ca)、镁(mg)、硫(s))模块箱和微量营养元素(铁(fe)、锰(mn)、锌(zn)、铜(cu)、钼(mo)、硼(b)、氯(cl))模块箱。
43.优选地，所述出水电磁阀包括设置在两层营养液管槽5上的第一出水电控阀29和第二出水电控阀30、设置在所述回收循环箱37上的第三出水电控阀31、设置在所述ph值测控箱18上的第四出水电控阀32，所述进水电磁阀包括设置在两层营养液管槽5上的第三进水电控阀28和第二进水电控阀27、设置在所述混合箱36上的第一进水电控阀26。
44.控制单元分别控制各自模块箱的开关阀门控制是否需要这种营养元素，以开关阀门开启的时间长短控制营养液各种元素的含量，当超声波液位计11检测到营养液管槽5中液位低于设定值时，控制器 14启动第一进水电控阀26、第二进水电控阀27、第三进水电控阀28 向营养液管槽5中输入营养液，混合箱36以弯管25连接，将水分以及营养液输送到营养液管槽5中，多余的营养液将流出，储存在回收循环箱37中，设定时间周期，循环装置启动，液体进行循环利用，多余溶液流入回收循环箱37。
45.回收循环箱37中装有水质监测仪，水质监测仪监测到营养液水质超出设定值，控制器14启动第三出水电控阀31、第四出水电控阀 32，营养液经过一级过滤层20、二级过滤层22后水质达到正常设定值。ph值测控箱18位于回收循环箱37下部，当ph测控仪19检测到营养液ph值超过设定值时，通过ph测控仪19加入磷酸、硫酸铝、硫酸亚铁等酸性物质进行ph调节，若溶液ph低于正常生长ph值，则加入碳酸氢铵等碱性物质调节ph值。
46.紫外线灭菌灯21用来杀灭营养液中细菌繁殖体、芽胞、分支杆菌、冠状病毒、真菌、立克次体和衣原体等，被污染的营养液可采用紫外线消毒的方法来达到效果。回收循环箱37中溶液若温度低于最适温度，将启用恒温箱23对营养液加热进行温度提高，如温度高于最适温度则进行冷却。气液混合泵24可将植物生长所需氧气和营养液吸引、混合、溶解并直接将高度溶解液送至营养液管槽中。
47.数据库主机单元38包括原始数据库和实时监测数据库。数据库主机单元38连接db2关系数据库。原始数据库通过网络查阅资料得到不同植物的生长参数，包括温度、湿度、ph值、光照、所需营养成分、生长周期等，录入系统中，通过控制器系统进行相关控制操作。根据原始数据库的相关数据调节各项参数进行相关植物的种植，对植物生长数据进行实时记录，反馈给云端数据库，然后对数据进行分析，并对植物的营养成分以及经济价值等方面进行改进。同时改进系统，提升品质，同时也为新品种研发提供可能。通过单片微控制器收集相关数据(光照强度、温度、湿度、ph值)，主控型单片微控制器通过串口将数据传输到51单片机，使用51单片机将数据传输到sd存储卡中，将sd卡中的数据上传至mysql云数据库，
以建立起植物生长全周期追踪的数据库。
48.本实用新型的智能化etfe气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置，主要是以etfe气枕式膜结构材料为主体，由环保材料制成，其透光率高达95％，密闭性、自洁性好；根据植物自身生长发育期的各种生理生化需求，通过本装置的控制系统设定的参数持续不断的实时监测、控制植物生长所需的适宜温度、湿度、光照条件、营养物质，进行一体化实时监测、生长控制，以实现可以随时监测蔬果生长状况，同时能够实现植物的快速生长，及时向系统发送植物生长的相关数据。
49.本实用新型的植物生长环境调节装置至少实现了以下功能：
50.一体化功能：
51.根据植物自身生长发育期的各种生理生化需求，通过本装置的识别模块设定的参数持续不断的实时监测、控制植物生长所需的适宜温度、湿度、光照条件、营养物质，进行一体化实时监测、生长控制，以实现可以随时检测蔬果生长状况，及时向系统发送植物生长的相关数据。
52.植物快速生长调节的功能：
53.该装置以etfe膜材料为主体，由环保材料制成，其透光率高达 95％，密闭性、自洁性好，其可根据外部环境，通过感应装置设定的参数持续不断的实时监测、控制植物生长所需的适宜温度、湿度和光照条件，实现智能化控制，因此能够实现植物的快速生长。以“紫斑三叶草”为例,在每天保持12小时连续光照，每小时10分钟喷淋水分，生长温度保持在20℃的条件下，5天左右即可达到营养峰值。
54.本实用新型的智能化etfe气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置通过集自适应培养与实时监控功能于一体，实现了营养液培植物的安全、准确和有效地运输，节省工作时间，提高工作效率。
55.实施例1
56.在北京星河园林景观工程有限公司抗逆植物园内，选取园区地面较平整区域，将本实用新型装置设定在12/12h光周期，光强300μmol m
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2s
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1的光环境下，选用“紫斑三叶草”6周龄苗(冠幅6cm，高4cm) 水培，每层定植24株，定植孔2cm，定植间距10
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10cm。使用霍格兰营养液水培，水培开始前24h将循环箱系统、营养液管槽装满营养液，预设温度为5℃，同时开启控制器单元、数据库主机单元和太阳能供电单元，然后将紫斑三叶草幼苗移栽到定植孔内开始进行处理。以紫斑三叶草为例,在每天保持12小时连续光照，每小时10分钟喷淋水分，生长温度保持在20℃的条件下，5天左右即可达到营养峰值。通过对比，采用etfe气枕式膜结构植物快速生长环境调节装置的植物生长量成熟速度提高约30％。
57.通过平均15d定期测定etfe气枕式膜结构植物生长环境调节装置中植物生长量(叶片大小、茎长、冠幅和高度)和成活率情况，与传统温室相比较，发现etfe气枕式膜结构植物生长环境调节装置中植物成活率显著提高20％。
58.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。