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1、(10)申请公布号 CN 103034210 A (43)申请公布日 2013.04.10 C N 1 0 3 0 3 4 2 1 0 A *CN103034210A* (21)申请号 201210552400.4 (22)申请日 2012.12.19 G05B 19/418(2006.01) G05D 27/02(2006.01) A01G 9/24(2006.01) (71)申请人江苏农林职业技术学院 地址 212400 江苏省镇江市句容句蜀路3号 (72)发明人吴玉娟 刘永华 赵霞 魏祥帅 史德林 戴有华 谢文 (74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人。
2、柏尚春 (54) 发明名称 一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节 系统 (57) 摘要 本发明公开一种微型封闭式植物种植环境因 子智能调节系统，包括种植箱体和智能控制结构； 种植箱体内有多层用于种植植物的隔层；智能控 制结构包括人机界面、工控板和采集执行机构； 用户通过所述人机界面向工控板发出操作指令； 采集执行机构包括采集机构和执行机构；采集机 构包括温度传感器、湿度传感器、CO 2 浓度传感器 和光照传感器；所述执行机构包括压缩机、加热 器、风扇、光补装置、CO 2 发生器和营养液自动循环 补给装置；采集机构的输出端连接工控板的输入 端；所述工控板的输出端分别连接人机界面和执 行机构。通。
3、过自动控制和传感器技术，集自动补 光、温湿度自动调节、CO 2 浓度及营养液自动循环 补给等多种功能于一体,可满足家庭式蔬菜种植 需要。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/2页 2 1.一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于：包括种植箱体和智 能控制结构；所述种植箱体内有多层用于种植植物的隔层，隔层的底部一侧设有出水口，且 相邻两个隔层的出水口分别位于相对的两侧，出水口处连接有短水管，上一层隔层出水口 连接的短水管的出口设在下一层隔层的上。
4、端，使上一层隔层中的营养液通过短水管流入下 一层隔层, 此种不连续浸入营养液中栽培的智能控制模式可以使作物生长过程快，品质 好，节省肥料，节省用水；所述智能控制结构包括人机界面、工控板和采集执行机构；用户 通过所述人机界面向工控板发出操作指令；所述工控板包括处理器、复位芯片、看门狗芯 片、继电器和电源；所述采集执行机构包括采集机构和执行机构；所述采集机构包括温度 传感器、湿度传感器、CO 2 浓度传感器和光照传感器；所述执行机构包括压缩机、加热器、风 扇、光补装置、CO 2 发生器和营养液自动循环补给装置；所述工控板、人机界面、CO 2 发生器和 压缩机设在种植箱体的外部；所述温度传感器、湿度。
5、传感器、CO 2 浓度传感器和光照传感器 设在种植箱体的内部； CO 2 发生器设置在箱体背面；压缩机设在种植箱体下端；加热器设在种植箱体内部的下 端的侧壁上，每个隔层的侧壁上都设有风扇，种植箱体内的底部设有营养液自动循环补给 装置，营养液装置通过水泵抽出营养液，水泵通过一根出水口设在最高隔层上的长水管将 营养液从装置的底部抽到最高隔层的一侧上端，最高隔层的出水口设在与长水管出口相对 的另一侧底部；最下一层隔层的底部出水口所连接的短水管与营养液装置联通，从而实现 营养液的有效循环, 此种不连续浸入营养液中栽培的智能控制模式可以使作物生长过程 快，品质好，节省肥料，节省用水； 所述采集机构的输出。
6、端连接工控板的输入端；所述工控板的输出端分别连接人机界面 和执行机构； 所述温度传感器、湿度传感器、CO 2 浓度传感器和光照传感器将采集到的温湿度、CO 2 浓 度和光照的模拟量信号转换成数字信号发给工控板，工控板将接收到的温湿度、CO 2 浓度和 光照数据通过人机界面显示；同时工控板根据接收到的温湿度、CO 2 浓度和光照数据控制执 行机构工作。 2.如权利要求1所述的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于：所 述工控板根据接收到的温湿度和光照数据控制执行机构工作的方式有两种，一种是手工控 制，一种是自动控制； 所述手工控制的具体过程为：用户通过人机界面输入需控制的温度、湿度、。
7、CO 2 浓度和 光照数据，人机界面将输入数据发送给工控板，工控板将人机界面发送的温度、湿度、CO 2 浓 度和光照数据与采集机构发送的温度、湿度、CO 2 浓度和光照数据进行比较，确定驱动压缩 机、加热器、风扇、光补装置、CO 2 发生器和营养液自动循环补给装置是否工作及工作的时 间； 所述自动控制的具体过程为：工控板根据预设植物（例如生菜）的生长条件，将各个时 间段育苗所需的各类环境因子分成若干个模糊子集，确定模糊规则，建立对植物生长环境 的控制，工控板将采集机构发送的温度、湿度、CO 2 浓度和光照数据和预设的相应植物需要 的温湿度、CO 2 浓度和光照值范围进行比较，确定驱动压缩机、加。
8、热器、风扇、光补装置、CO 2 发生器或营养液自动循环补给装置是否工作及工作的时间。 3.如权利要求1所述的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于：所 权 利 要 求 书CN 103034210 A 2/2页 3 述工控板通过RS485接口与人机界面连接；所述人机界面为触摸显示器。 4.如权利要求1所述的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于：所 述工控板选用ULN2803做为继电器驱动，工控板还包括存储器。 5.如权利要求1所述的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于：所 述每层隔层的上方设有光补装置，用于给每个隔层的植物补光；营养液自动循环补给装置 通过。
9、水泵实现每层隔层上的植物不连续浸入营养液中栽培的控制模式。 6.如权利要求1所述的微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，其特征在于：所 述工控板分层控制执行机构，具体为：用户根据每层隔层所种植的植物，通过人机界面预设 置温湿度、CO 2 浓度和光照值范围，工控板收到采集机构发送的温度、湿度、CO 2 浓度和光照 数据后，与预设的各类数据范围进行比较，确定是否启动每层驱动压缩机、加热器、风扇、光 补装置、CO 2 发生器或营养液自动循环补给装置是否工作及工作的时间。 权 利 要 求 书CN 103034210 A 1/4页 4 一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统 技术领域 0001 本。
10、发明涉及一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，属于农业设施自动 化控制技术领域。 背景技术 0002 通过对现有的相关文献进行分析、对比，得出如下结论： 0003 文献1“室内植物LED补光循环水培系统, 专利类型：发明专利，申报时间：2010 年9月，公开时间2011年5月”，它主要适用于大规模蔬菜种植，能够利用LED进行自动补 光，能够进行补水；文献2“室内设施园艺自控装置”，主要解决工作、公共场所及居室等室内 环境条件下很难长期培育植物的世界性技术难题。该系统通过夹层花盆组合,巧妙地实现 为植物补光、加湿、送风、调温及无土栽培营养液定时供给等多种功能的自动控制。 0004 综上所述。
11、，“室内植物LED补光循环水培系统”主要适用于大规模室内植物栽培，无 法满足家庭式蔬菜种植需要，不具有家庭室内观赏和空气净化作用；“室内设施园艺自控装 置”能够为植物补光、加湿、送风、调温及无土栽培营养液定时供给，但它体积庞大、功耗高， 无法满足家庭室内蔬菜种植需要，均与本专利属不同范畴。 发明内容 0005 发明专利目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种微型封闭式 植物种植环境因子智能调节系统，采用立式箱体结构，通过自动控制和传感器技术，集自动 补光、CO 2 浓度调节控制、温湿度自动调节系统及营养液自动循环等多种功能于一体的新型 封闭式植物种植环境因子智能调节管理系统，该系统。
12、可以作为新型室内植物种植智能控制 系统，可自动调节适合植物生长的环境因子，只需将植物幼苗放入到孔穴中即可，不连续浸 入营养液中栽培的智能控制模式可以使作物生长过程快，品质好，节省肥料，节省用水，适 合各类叶菜及苗菜的种植； 0006 技术方案：一种微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，包括种植箱体和智 能控制结构；所述种植箱体内有多层用于种植植物的隔层，隔层的底部一侧设有出水口，且 相邻两个隔层的出水口分别位于相对的两侧，出水口处连接有短水管，上一层隔层出水口 连接的短水管的出口设在下一层隔层的上端，使上一层隔层中的营养液通过短水管流入下 一层隔层；所述智能控制结构包括人机界面、工控板和采集。
13、执行机构；用户通过所述人机 界面向工控板发出操作指令；所述工控板包括处理器、复位芯片、看门狗芯片、继电器和电 源；所述采集执行机构包括采集机构和执行机构；所述采集机构包括温度传感器、湿度传 感器、CO 2 浓度传感器和光照传感器；所述执行机构包括压缩机、加热器、风扇、光补装置、 CO 2 发生器和营养液自动循环补给装置；所述工控板、人机界面、CO 2 发生器和压缩机设在种 植箱体的外部；所述温度传感器、湿度传感器、CO 2 浓度传感器和光照传感器设在种植箱体 的内部； 0007 CO 2 发生器设置在箱体背面；压缩机设在种植箱体下端；加热器设在种植箱体内部 说 明 书CN 103034210 。
14、A 2/4页 5 的下端的侧壁上，每个隔层的侧壁上都设有风扇，种植箱体内的底部设有营养液自动循环 装置，营养液装置通过水泵抽出营养液，水泵通过一根出水口设在最高隔层上的长水管将 营养液从装置的底部抽到最高隔层的一侧上端，最高隔层的出水口设在与长水管出口相对 的另一侧底部；最下一层隔层的底部出水口所连接的短水管与营养液装置联通，从而实现 营养液的有效循环, 此种不连续浸入营养液中栽培的智能控制模式可以使作物生长过程 快，品质好，节省肥料，节省用水； 0008 所述采集机构的输出端连接工控板的输入端；所述工控板的输出端分别连接人机 界面和执行机构； 0009 所述温度传感器、湿度传感器、CO 2 。
15、浓度传感器和光照传感器将采集到的温湿度、 CO 2 浓度和光照的模拟量信号转换成数字信号发给工控板，工控板将接收到的温湿度、CO 2 浓度和光照数据通过人机界面显示；同时工控板根据接收到的温湿度、CO 2 浓度和光照数据 控制执行机构工作。 0010 所述工控板根据接收到的温湿度和光照数据控制执行机构工作的方式有两种，一 种是手工控制，一种是自动控制； 0011 所述手工控制的具体过程为：用户通过人机界面输入需控制的温度、湿度、CO 2 浓 度和光照数据，人机界面将输入数据发送给工控板，工控板将人机界面发送的温度、湿度、 CO 2 浓度和光照数据与采集机构发送的温度、湿度和光照数据进行比较，确。
16、定驱动压缩机、 加热器、风扇、CO 2 发生器、光补装置或营养液自动循环补给装置是否工作及工作的时间； 0012 所述自动控制的具体过程为：工控板根据预设植物（例如生菜）的生长条件，将各 个时间段育苗所需的各类环境因子分成若干个模糊子集，确定模糊规则，建立对植物生长 环境的控制，工控板将采集机构发送的温度、湿度、CO 2 浓度和光照数据和预设的相应植物 需要的温湿度和光照值范围进行比较，确定驱动压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO 2 发生 器或营养液自动循环补给装置是否工作及工作的时间。 0013 所述工控板通过RS485接口与人机界面连接；所述人机界面为触摸显示器。 0014 所述工控板选。
17、用ULN2803做为继电器驱动，工控板还包括存储器。 0015 所述每层隔层的上方设有光补装置-LED光源（蓝光和红光），用于给每个隔层的植 物补光；营养液自动循环补给装置通过水管实现对每层隔层上的植物进行不连续浸入营养 液方式循环补给。 0016 所述工控板分层控制执行机构，具体为：用户根据每层隔层所种植的植物，通过人 机界面预设置温湿度、CO 2 浓度和光照值范围，工控板收到采集机构发送的温度、湿度、CO 2 浓度和光照数据后，与预设的各层温湿度、CO 2 浓度和光照值范围比较，确定是否启动每层 驱动压缩机、加热器、风扇、光补装置、CO 2 发生器或营养液循环补给装置是否工作及工作的 时间。
18、。 0017 有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的微型封闭式植物种植环境因子智能 调节系统，具有如下优点： 0018 1.采用立式箱体结构，可自动调节适合植物生长的环境因子，适合各类叶菜及苗 菜的种植； 0019 2.采用自动控制和传感器技术，设计开发了集自动补光、CO 2 浓度调节控制、温湿 度自动调节系统及营养液自动循环等多种功能于一体的新型菜园管理系统； 说 明 书CN 103034210 A 3/4页 6 0020 3.在种植箱体中，隔层与隔层之间的营养液通过短水管实现流通和循环，只需将 幼苗放入到隔层的孔穴中即可,此种不连续浸入营养液中栽培的智能控制模式可以使作 物生长过程快，品。
19、质好，节省肥料，节省用水。 附图说明 0021 图1为本发明专利实施例的结构示意图； 0022 图2为本发明专利实施例的内部结构示意图； 0023 图3为本发明专利实施例的智能控制结构原理图； 0024 图4为本发明专利实施例的工控板原理图。 具体实施方式 0025 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。 0026 如图1-4所示，微型封闭式植物种植环境因子智能调节系统，包括种植箱体1和智 能控制结构；种植箱体1内设有多层用于种植植物的隔层2，每个隔层2内设有三根LED光 源（蓝光和红光）6、水管7、温度传感器8、湿度传感器9、CO 2 传感器10和光照传感器11； 0027 智能控制结。
20、构包括人机界面3、工控板4和采集执行机构；用户通过所述人机界面 3向工控板4发出操作指令；工控板4包括处理器、复位芯片、看门狗芯片、继电器和电源； 采集执行机构包括采集机构和执行机构；采集机构包括温度传感器8、湿度传感器9、CO 2 传 感器10和光照传感器11；执行机构包括压缩机5、加热器12、风扇13（风扇13实现装置内 空气换气）、LED光源（蓝光和红光）6和水泵14；工控板设置种植箱体1的上方，人机界面 设置在种植箱体1的外侧壁, CO 2 发生器15设置在箱体背面；压缩机5设在种植箱体1下 端；加热器12设在种植箱体1内部的下端的侧壁上，每个隔层的侧壁上都设有风扇13，种 植箱体1内。
21、的底部设有营养液自动循环装置，营养液装置通过水泵14抽出营养液，水泵14 通过一根出水口设在最高隔层上的长水管7将营养液从装置的底部抽到最高隔层2的一 侧上端，该隔层2相对的另一侧底部设有出水口，出水口处接有短水管进水口，短水管的出 口设置在与其进水口相同侧的下一层隔层2（称其为第二隔层）上端，与短水管的出口相对 一侧的第二隔层底部设有出水口，出水口处接短水管进水口，短水管的出口设置在与其进 水口相同一侧的下一层隔层2（称其为第三隔层）上端，以此类推，直到最下一层隔层2，隔 层2之间通过短水管传递营养液，最下一层隔层2的底部设有出水口，并通过短水管与营养 液装置联通，从而实现营养液的有效自动循。
22、环，减少营养液的浪费。如图2所示，营养液从 最高隔层2的左上部流入，从其右下部流至第二层种植箱中的右上部，再从第二层种植箱 中的左侧出水口流至第三层的左上部，最后从第三层的右侧出水口回流至底部营养液装置 中，采用此种不连续浸入营养液中栽培的方法可以使植物生长过程快，品质好，节省肥料， 节省用水。 0028 采集机构的输出端连接工控板4的输入端；工控板4的输出端分别连接人机界面 3和执行机构； 0029 温度传感器8、湿度传感器9、 CO 2 传感器10和光照传感器11将采集到的温湿度、 CO 2 浓度和光照的模拟量信号发给工控板4，工控板4将接收到的温湿度和光照数据通过人 机界面3显示；同时工。
23、控板4根据接收到的温湿度和光照数据控制执行机构工作。 说 明 书CN 103034210 A 4/4页 7 0030 工控板4通过RS485接口与人机界面3连接；人机界面3为触摸显示器。 0031 工控板4选用ULN2803做为继电器驱动，工控板4还包括存储器。 0032 工控板4根据接收到的温湿度和光照数据控制执行机构工作的方式有两种，一种 是手工控制，一种是自动控制； 0033 手工控制的具体过程为：用户根据每层隔层所种植的植物，通过人机界面3预设 置温湿度、CO 2 浓度和光照值范围，工控板4收到采集机构发送的温度、湿度、CO 2 浓度和光照 数据后，与预设的各层温湿度CO 2 浓度和光。
24、照值范围比较，确定是否启动驱动压缩机5、加热 器、风扇、光补装置（LED光源、蓝光和红光）或营养液自动循环装置、CO 2 发生器是否工作及 工作的时间；如果采集机构发送的温度、湿度、CO 2 浓度和光照数据不在输入的温湿度、CO 2 浓度和光照值范围，则驱动压缩机5、加热器、风扇、光补装置、CO 2 发生器或营养液自动循环 装置工作，直到满足各层的植物所需要的温湿度、CO 2 浓度和光照值范围，才使执行机构停 止工作； 0034 自动控制的具体过程为：工控板将采集机构发送的温度、湿度和光照数据和预设 的相应植物(例如生菜)需要的温湿度、CO 2 浓度和光照值范围进行比较，确定驱动压缩机、 加热器、风扇、光补装置、CO 2 发生器或营养液自动循环装置是否工作及工作的时间。 0035 以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护 范围。 说 明 书CN 103034210 A 1/3页 8 图1 说 明 书 附 图CN 103034210 A 2/3页 9 图2 图3 说 明 书 附 图CN 103034210 A 3/3页 10 图4 说 明 书 附 图CN 103034210 A 10 。