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一種無土栽培裝置.pdf

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一種 無土栽培 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201720773413.2

申請日:

20170629

公開號:

CN206932892U

公開日:

20180130

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A01G31/02 主分類號: A01G31/02
申請人: 浙江大學
發明人: 齊振宇,周杰,聶鵬程,師愷,金蓉,劉松,胡美華,丁文雅,吳喻杰,董正中
地址: 310058 浙江省杭州市西湖區余杭塘路866號
優先權: CN201720773413U
專利代理機構: 杭州求是專利事務所有限公司 代理人: 邱啟旺
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201720773413.2

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本實用新型公開了一種無土栽培裝置及控制方法,該裝置包括容器蓋、通氣孔、栽培架、容器、隔墊、第一容器隔層、供水管、注水電磁閥、第二容器隔層、水源管、施肥電磁閥、供肥管、控制器、顯示觸摸屏、第一電極、第二電極、第三電極、柱形支架、親水纖維網;本實用新型所述栽培裝置通過特制的栽培架,科學并低成本的解決了植物無土栽培中,水分、氧氣與礦質養分供應的難題,并使得無土栽培中EC值、濕度的探測與控制簡單易行,異地在線監控管理成為可能。本實用新型特別適合應用于家庭盆栽植物的智能化栽培。所述栽培裝置結構簡單,使用容易,易于推廣。

權利要求書

1.一種無土栽培裝置,其特征在于,包括容器蓋(1)、通氣孔(2)、栽培架(3)、容器(4)、隔墊(5)、第一容器隔層(6)、供水管(7)、注水電磁閥(8)、第二容器隔層(9)、水源管(10)、施肥電磁閥(11)、供肥管(12)、控制器(14)、顯示觸摸屏(16)、第一電極(17)、第二電極(18)、第三電極(19)、柱形支架(21)、親水纖維網(22);所述容器蓋(1)可拆卸地安裝在容器(4)的上端,容器蓋(1)上開有通氣孔(2);所述容器(4)內從上至下依次設置第一容器隔層(6)和第二容器隔層(9),將容器(4)分隔成上、中、下三個腔室,所述栽培架(3)安裝在第一容器隔層(6)的上表面;所述上腔室底部與供水管(7)的一端相通,供水管(7)的另一端與注水電磁閥(8)的出水口相連,注水電磁閥(8)的進水口和施肥電磁閥(11)的出水口均與水源管(10)相連通,施肥電磁閥(11)的進水口與供肥管(12)的一端相通,供肥管(12)的另一端通至在容器(4)底部,供水管(7)、水源管(10)與供肥管(12)構成文丘里混合器結構;所述栽培架(3)由多個同心不同直徑的柱形支架(21)組成,每個柱形支架(21)內外表面附著親水纖維網(22),最里層的柱形支架(21)設置隔墊(5);所述第一電極(17)和第二電極(18)設置在親水纖維網(22)下部,所述第三電極(19)設置在親水纖維網(22)上部;所述顯示觸摸屏(16)設置在容器(4)的外壁;所述第一電極(17)、第二電極(18)、第三電極(19)、注水電磁閥(8)、施肥電磁閥(11)、顯示觸摸屏(16)均與控制器(14)相連。2.根據權利要求1所述的無土栽培裝置,其特征在于,所述控制器包括單片機、EC與濕度傳感器檢測模塊、第一繼電器控制模塊、第二繼電器控制模塊、顯示觸摸屏模塊、無線wifi路由模塊和終端;EC值與濕度傳感器檢測模塊、第一繼電器控制模塊、第二繼電器控制模塊、顯示觸摸屏模塊以及無線wifi路由模塊均與單片機相連;所述第一繼電器控制模塊與注水電磁閥(8)相連,所述第二繼電器控制模塊與施肥電磁閥(11)相連;第一電極(17)、第二電極(18)和第三電極(19)均與EC值與濕度傳感器檢測模塊相連,終端通過無線與無線wifi路由模塊相連。3.根據權利要求2所述的無土栽培裝置,其特征在于,所述終端為PC電腦終端或手機。4.根據權利要求1所述的無土栽培裝置,其特征在于,所述第一容器隔層(6)上表面具有固定槽(20),所述容器蓋(1)上具有與固定槽(20)對應的凹槽,所述柱形支架(21)固定在固定槽(20)和凹槽之間。5.根據權利要求1所述的無土栽培裝置,其特征在于,所述容器蓋(1)、容器(4)為黑色不透光PE材料,所述通氣孔(2)為上下口面錯位的通氣孔。6.根據權利要求1所述的無土栽培裝置,其特征在于,所述柱形支架(21)由若干圓環和連接各圓環的側條組成。7.根據權利要求1所述的無土栽培裝置,其特征在于,所述柱形支架(21)為PE塑料材料。8.根據權利要求1所述的無土栽培裝置,其特征在于,所述親水纖維網(22)由脫脂棉親水材料編織而成,編織選用的纖維直徑為10~100微米,纖維紡線直徑為0.1~0.6毫米,編織成的纖維網網孔徑為40目~200目。

說明書

技術領域

本實用新型涉及農作物種植領域,尤其涉及一種無土栽培裝置,適用于盆栽植物的智能化栽培。

背景技術

植物無土栽培,一般采用基質栽培、水培或氣霧培。水培是將植物根系直接浸入營養液中生長,但是,這種方式會造成根部缺氧,要通過泵入氧氣控制營養液中的氧氣濃度,并且還需要通過栽培板用以固定植物,造成管理上的困難與繁瑣。氣霧培將營養液壓縮成氣霧狀而直接噴到作物的根系上,直接應用空氣中的氧氣,這種方式,解決了水培時根部缺少氧氣的問題,但是營養液霧化的設備投資與運行能耗較高,對控制管理的要求也較高,并且與水培一樣,也需要通過栽培板固定植物。基質栽培是通過珍珠巖、蛭石、泥炭等介質,支持植物根系,使植株得以豎立,不用像水培、氣霧培通過栽培板固定植物,并且還可以通過介質間的空隙保持根系的氧氣供應。但是,基質栽培需要通過滴管等方式控制營養液的滴入,生產中,對控制管理的要求較高。另外栽培介質在生產、包裝、運輸過程中產生較高的成本,且很難二次循環使用,對環境也造成較大的影響。已有的栽培方式,包括基質栽培、水培和氣霧培在自動控制上實現較困難,特別是很難實現小型栽培裝置的自動化控制。其中,水培在氧氣的檢測與控制上,檢測設備的成本很高;基質栽培、氣霧栽培在灌溉的控制上,有較高成本的設備投入,并且對設備的穩定性要求也很高。這些因素,都造成傳統的小型栽培裝置很難進行自動化、智能化控制。

實用新型內容

為了克服現有無土栽培方式上的不足,本實用新型提供了一種無土栽培裝置,該無土栽培裝置能夠通過栽培架固定植物的根系,并能通過親水纖維形成毛細管水,無動力的供應給植物水分、礦質養分;所述控制器能夠通過電極探測供應給植物的肥料濃度、根系供水量,并通過電池閥控制裝置內水分與肥料的供應,滿足植物的生長需要;所述無土栽培裝置的控制器能夠通過網絡連接計算機與手機的終端,實時監控植物的生長狀態。

為了達到上述目的,本實用新型所采用的技術方案如下:一種無土栽培裝置,包括容器蓋、通氣孔、栽培架、容器、隔墊、第一容器隔層、供水管、注水電磁閥、第二容器隔層、水源管、施肥電磁閥、供肥管、控制器、顯示觸摸屏、第一電極、第二電極、第三電極、柱形支架、親水纖維網;

所述容器蓋可拆卸地安裝在容器的上端,容器蓋上開有通氣孔;所述容器內從上至下依次設置第一容器隔層和第二容器隔層,將容器分隔成上、中、下三個腔室,所述栽培架安裝在第一容器隔層的上表面;

所述上腔室底部與供水管的一端相通,供水管的另一端與注水電磁閥的出水口相連,注水電磁閥的進水口和施肥電磁閥的出水口均與水源管相連通,施肥電磁閥的進水口與供肥管的一端相通,供肥管的另一端通至在容器底部,供水管、水源管與供肥管構成文丘里混合器結構,并通過注水電磁閥和施肥電磁閥進行控制;

所述栽培架由多個同心不同直徑的柱形支架組成,每個柱形支架內外表面附著親水纖維網,最里層的柱形支架設置隔墊;

所述第一電極和第二電極設置在親水纖維網下部,所述第三電極設置在親水纖維網上部;

所述顯示觸摸屏設置在容器的外壁;

所述第一電極、第二電極、第三電極、注水電磁閥、施肥電磁閥、顯示觸摸屏均與控制器相連。

進一步的,所述控制器包括單片機、EC與濕度傳感器檢測模塊、第一繼電器控制模塊、第二繼電器控制模塊、顯示觸摸屏模塊、無線wifi路由模塊和終端;EC值與濕度傳感器檢測模塊、第一繼電器控制模塊、第二繼電器控制模塊、顯示觸摸屏模塊以及無線wifi路由模塊均與單片機相連;所述第一繼電器控制模塊與注水電磁閥相連,所述第二繼電器控制模塊與施肥電磁閥相連;第一電極、第二電極和第三電極均與EC值與濕度傳感器檢測模塊相連,終端通過無線與無線wifi路由模塊相連。

進一步的,所述終端為PC電腦終端或手機。

進一步的,所述第一容器隔層上表面具有固定槽,所述容器蓋上具有與固定槽對應的凹槽,所述柱形支架固定在固定槽和凹槽之間。

進一步的,所述容器蓋、容器為黑色不透光PE材料,所述通氣孔為上下口面錯位的通氣孔。

進一步的,所述柱形支架由若干圓環和連接各圓環的側條組成。

進一步的,所述柱形支架為PE塑料材料。

進一步的,所述親水纖維網由脫脂棉親水材料編織而成,編織選用的纖維直徑為10~100微米,纖維紡線直徑為0.1~0.6毫米,編織成的纖維網網孔徑為40目~200目。

本實用新型的有益效果是:所述栽培裝置通過特制的栽培架,解決了植物無土栽培中,水分、氧氣與礦質養分供應的困難,與氣霧培和基質栽培相比,所述栽培裝置的栽培架能夠無動力的供應給植物水分、礦質養分,減少了營養液霧化設備或滴管設備和相應的控制設備,在栽培的過程中,減少了營養液供應的動力能源成本。與基質栽培相比,減少了栽培介質在生產、包裝、運輸過程中產生較高的成本與對環境造成的影響。與水培相比,所述栽培裝置的栽培架能夠使得植物根系處于氣相中,通過容器蓋上的通氣孔供應給植物充足的氧氣,減少水培中氧氣檢測與控制設備,在栽培的過程中,減少了液氧消耗與供應的能源動力成本。與水培與氣霧培相比,所述栽培裝置的栽培架能夠通過親水纖維網上的網孔限制并自然固定植物的根系,避免了通過栽培板人工固定的繁瑣操作工序。EC值與濕度傳感器檢測模塊可檢測第一電極、第二電極、第三電極三者間的電流信號,轉變成為數字量后向單片機控制模塊送入,計算容器內營養液(水)的EC值、計算親水纖維網的濕度,以較低的成本實現營養液(水)EC值、濕度的精確檢測,使得無土栽培中EC值、濕度的探測與控制簡單易行。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖;

圖2為本實用新型的立面示意圖;

圖3為本實用新型栽培架的結構示意圖;

圖4為本實用新型栽培架固定植物根系示意圖;

圖5為本實用新型控制器示意圖;

圖中:容器蓋1、通氣孔2、栽培架3、容器4、隔墊5、第一容器隔層6、供水管7、注水電磁閥8、第二容器隔層9、水源管10、施肥電磁閥11、供肥管12、容器底13、控制器14、電源15、顯示觸摸屏16、第一電極17、第二電極18、第三電極19、固定槽20、柱形支架21、親水纖維網22、營養液23、植物根系24、水溶肥25、栽培植物26、網孔27。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

如圖1-4所示,一種無土栽培裝置,包括容器蓋1、通氣孔2、栽培架3、容器4、隔墊5、第一容器隔層6、供水管7、注水電磁閥8、第二容器隔層9、水源管10、施肥電磁閥11、供肥管12、控制器14、顯示觸摸屏16、第一電極17、第二電極18、第三電極19、柱形支架21、親水纖維網22;所述容器蓋1可拆卸地安裝在容器4的上端,容器蓋1上開有通氣孔2;所述容器4內從上至下依次設置第一容器隔層6和第二容器隔層9,將容器4分隔成上、中、下三個腔室,所述栽培架3安裝在第一容器隔層6的上表面;上腔室內盛有營養液23,用于栽培栽培植物26;中腔室用于防止控制器;下腔室內盛有水溶肥25,用于肥料供給。所述上腔室底部與供水管7的一端相通,供水管7的另一端與注水電磁閥8的出水口相連,注水電磁閥8的進水口和施肥電磁閥11的出水口均與水源管10相連通,施肥電磁閥11的進水口與供肥管12的一端相通,供肥管12的另一端通至在水溶肥25中,供水管7、水源管10與供肥管12構成文丘里混合器結構,并通過注水電磁閥8和施肥電磁閥11進行控制;所述栽培架3由多個同心不同直徑的柱形支架21組成,每個柱形支架21內外表面附著親水纖維網22,最里層的柱形支架21設置隔墊5;所述第一電極17和第二電極18設置在親水纖維網22下部,所述第三電極19設置在親水纖維網22上部;所述顯示觸摸屏16設置在容器4的外壁;所述第一電極17、第二電極18、第三電極19、注水電磁閥8、施肥電磁閥11、顯示觸摸屏16均與控制器14相連。

如圖5所示,所述控制器14采用NXP1766單片機,EC值與濕度傳感器檢測模塊可以采用SHT10與TDS-EC模塊,第一繼電器控制模塊和第一繼電器控制模塊可以采用K-8518RS485控制模塊,顯示觸摸屏16可以采用BN-LED-KEY模塊,無線wifi路由模塊可以采用ZLG-WIFI模塊,注水電磁閥8和施肥電磁閥11可以采用hope-57型電磁閥,但不限于這里羅列的產品型號;EC值與濕度傳感器檢測模塊、第一繼電器控制模塊、第二繼電器控制模塊、顯示觸摸屏16以及無線wifi路由模塊均與單片機相連;所述第一繼電器控制模塊與注水電磁閥8相連,所述第二繼電器控制模塊與施肥電磁閥11相連;第一電極17、第二電極18和第三電極19均與EC值與濕度傳感器檢測模塊相連,終端通過無線與無線wifi路由模塊相連。

進一步的,所述終端為PC電腦終端或手機。

如圖1-3所示,所述第一容器隔層6上表面具有固定槽20,所述容器蓋1上具有與固定槽20對應的凹槽,所述柱形支架21固定在固定槽20和凹槽之間。

進一步的,所述容器蓋1、容器4為黑色不透光PE材料,所述通氣孔2為上下口面錯位的通氣孔,可通氣避光。

進一步的,所述柱形支架21由若干圓環和連接各圓環的側條組成,其為PE塑料材料,圓柱形結構。

如圖3-4所示,所述親水纖維網6由脫脂棉親水材料編織而成,編織選用的纖維直徑為10~100微米,纖維紡線直徑為0.1~0.6毫米,編織成的纖維網網孔27的網孔徑為40目~200目,可根據不同植物根系24的直徑,選擇適合網孔直徑的纖維網,使得纖維網的網孔能夠使植物的根系穿過并能固定住植物的根系。

根據不同的生長時期,調控不同EC值和親水纖維的濕度,從而自動控制植物根系供水量和肥料濃度。在無土栽培裝置水分和肥料供應上,采用壓力和水質穩定的自來水作為水源,控制器啟動濕度控制電池閥向裝置內注水。肥料的供應,采用水溶性肥料,并按1:100配置成母液儲存于裝置的底部。當向裝置內注水時,通過文丘里原理,控制器啟動施肥控制電磁閥供應肥料。本裝置的工作過程如下:

步驟一、通過終端或顯示觸摸屏16進行濕度閾值和EC閾值的設定;

步驟二、控制器接收第一電極17和第二電極18之間的恒壓條件下的電流信號,通過EC測量儀試驗獲得容器內栽培溶液EC值與電流強度關系數學模型,將該數學模型輸入到控制器中;然后通過第一電極17和第二電極18之間的電流信號與建立的數學模型的比較,得到營養液23的EC值,控制器將采集的EC值與EC值閾值進行比較,當采集的EC值小于等于EC值閾值下限時,施肥電磁閥11開啟注入水溶性肥料;

步驟三、裝置工作前,通過試驗,測量不同親水纖維濕度值(含水量)、不同溶液EC值時,第一電極17分別與第二電極18和第三電極19間恒壓條件下的電流強度,并建立親水纖維濕度值、溶液EC值與電流強度關系數學模型,將獲得的數學模型輸入控制器中。裝置運行時,控制器根據第一電極17分別與第二電極18和第三電極19間的電流強度值與建立的數學模型,計算親水纖維的濕度值,并將計算出的濕度值與濕度閾值進行比較,當濕度值小于等于濕度閾值下限時,注水電磁閥8開啟注水。

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