一种自动化水培种植系统和方法与流程

本发明涉及一种水培种植系统，尤其是一种自动化水培种植系统，还涉及自动化水培种植方法。

背景技术

水培已是科学实验中常用的一种植物培养方法，被广泛应用于植物营养及植物生理研究，尤其在矿质元素的生理功能和化学肥料应用的研究方面起到了重要作用。

目前，水培技术已被广泛应用于烟草育苗技术中，漂浮育苗技术已形成成熟技术被推广。但在后期田间或实验室栽培中还没有应用水培技术进行无土栽培。

然而，目前水培装置依然需要人工配液、调节温度、湿度、更换营养液，难以准确控制，费时费力，难以实现烟草的规模化种植，并保证烟叶的优质、高产和多季种植。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种自动化水培种植系统和方法，本发明的技术方案具体如下：

一种自动化水培种植系统，包括plc控制系统，与plc控制系统连接的营养液循环系统、照明系统、温度湿度调节系统和空气循环系统，营养液循环系统与若干水培架连接，其中，营养液循环系统包括储液桶，与储液桶连通的若干营养液原料桶，储液桶中的营养液通过出水泵输送至若干水培架进口，营养液在水培架上循环后回到回水桶中，通过回水泵抽回至储液桶中，储液桶上设有供水管、搅拌装置、ec值测定仪和ph测定仪，供水管以及若干营养液桶与储液桶连接的连接管上设有计量泵，回水桶中设有液位感应器，搅拌装置、ec值测定仪、ph测定仪、计量泵、液位感应器、出水泵和回水泵均与plc控制系统连接。

进一步地，储液桶中还设有与plc控制系统连接的紫外消毒灯和液位测定仪，以便实时进行消毒和液位测定。

进一步地，供水管上还设有自来水净化器，净化供应的自来水。

进一步地，plc控制系统包括控制电箱和设于控制电箱上的操作界面，通过操作界面设置搅拌装置、ec值测定仪、ph测定仪、计量泵、液位感应器、紫外消毒灯、出水泵和回水泵的参数。

进一步地，出水泵通过出水管与若干水培架进口连接，出水管上设有若干进水阀门；回水泵与回水桶之间通过连接管连接，连接管上设有杂质过滤网。

进一步地，包括3个营养液原料桶，分别装不同的营养液原料。

进一步地，水培架上设有若干层种植槽，种植槽上设有种植板，各层种植槽上设有进液口和出液口，出液口高度可调节，种植板四周比种植槽宽，每块种植板上设置若干种植孔，种植槽中装有营养液，烟草幼苗的根穿过种植孔与营养液接触，出水管与若干水培架的最上层种植槽进液口连通，连接管与最下层种植槽出液口连通，相邻种植槽的出液口与进液口连通；每层种植槽上部设有若干led灯和微型风扇，若干led灯和微型风扇与plc控制系统连接。

进一步地，种植槽宽度为560mm左右，长度为1900mm左右，其中一边突出底板100mm左右，以便排水口可以从种植槽的底部穿孔和较离开植物根部，以防止根系堵塞下水口，营养液溢出。

进一步地，水培架也设有ec值测定仪，实时检测种植槽的ec值。

本发明还涉及的基于上述自动化水培种植系统的自动化水培种植方法，按以下进行：

通过plc控制系统设定参数，包括营养液的ec值、ph值、温度、湿度、照明时间和空气循环时间，系统控制计量泵加入水和不同的营养液原料，当混合液达到一定液位时，系统打开搅拌装置和紫外消毒灯，同时根据设定的ec值和ph值添加营养液原料或水，直至达到设定值，即得到配制好的营养液；

系统控制出水泵将配制好的营养液输送至各个水培架，以使组培烟草幼苗的根接触到营养液；调节营养液浓度在烟草幼苗期保持较低的水平，使得电导率在0.6ms/cm左右；对烟草组培幼苗进行暗期培养，暗期培养期间，使用玻璃瓶将每株烟草组培幼苗盖住；防止烟草组培幼苗水分散失；暗期培养后，移开玻璃瓶，对烟草幼苗进行短日照处理；然后进行常规化光照处理；

待烟草幼苗生长15天后，调低营养液液位高度，保持在1cm左右，调节营养液的浓度，使得电导率在0.65ms/cm左右；

从水培架流出的营养液回到回水桶中，当营养液达到一定液位时，系统控制回水泵抽取营养液，营养液经过杂质过滤网过滤，回到储液桶中，系统根据设定的ec值和ph值添加营养液原料或水，直至达到设定值，使得达到设定的ec值和ph值的营养液不断的从储液桶中输出。

暗期培养具体为2天内不使用led灯进行直接照射。短日照处理为光照6-8h，黑暗16-18h。黑暗处理是指不使用led灯进行照射。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明的系统能够根据设定的温度、湿度、空气循环时间、营养液ec值和ph值等等，自动添加达到设定标准的营养液，回收营养液进行二次调节，使得达到设定的ec值和ph值的营养液不断的从储液桶中输出，进而，准确控制营养液的添加量和浓度，保证水培植物的生长环境。

（2）本发明的水培架使得烟草根系与土壤隔离，可避免各种土传病害，也无需进行土壤消毒，烟草幼苗直接从溶液中吸取营养，植株生长较快，根系健全发达。同时水培过程中完全不使用化学农药，可生产无农药残留、优质安全的烟叶。

（3）本发明自动化程度高，可大大节约劳动力，且环保节能，基本无污染物产生，符合当前的生态环保理念。内部环境如温度、湿度、光照时间等环境参数都可人为调控。克服了田间种植烟草受光照、季节、温湿度、旱涝等自然条件的影响，可实现烟草的多季种植，传统田间种植烟草需要4-5个月的时间，而通过本发明的水培种植可缩短一个月左右的时间，提高了植株生长速率，烟草的幼苗成活率从90%左右提高到98%，保证烟叶的优质、高产。

（4）本发明方法中，按照暗期培养、短日照处理、常规日照处理依次进行，并没有直接进行照射，在暗期培养后，光照条件逐渐增强，防止烟苗水分散失，叶片萎蔫，促进了生长，有效提高了成活率。

附图说明

图1是本发明的自动化水培种植系统的结构示意图；

图2是本发明的水培架的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的自动化水培种植系统，包括plc控制系统，与plc控制系统连接的营养液循环系统、照明系统、温度湿度调节系统和空气循环系统，营养液循环系统与40个水培架18连接，其中，营养液循环系统包括储液桶6，与储液桶6连通的3个营养液原料桶12，分别装不同的营养液原料，储液桶6中的营养液通过出水泵13输送至各个水培架18进口，营养液在各个水培架18上循环后回到回水桶19中，通过回水泵14抽回至储液桶6中，储液桶6上设有供水管4、搅拌装置5、ec值测定仪9、紫外消毒灯10、液位测定仪22和ph测定仪11，供水管以及3个营养液桶12与储液桶6连接的连接管上设有计量泵15，搅拌装置包括电机和与电机相连的叶片8，回水桶19中设有液位感应器20，搅拌装置5、ec值测定仪9、ph测定仪11、计量泵15、液位感应器20、出水泵13和回水泵14均与plc控制系统连接。供水管4上还设有自来水净化器3。

plc控制系统包括控制电箱1和设于控制电箱上的操作界面2，通过操作界面2设置搅拌装置5、ec值测定仪9、ph测定仪11、计量泵15、液位感应器20、紫外消毒灯10、出水泵13和回水泵14的参数。

出水泵13通过出水管与各个水培架18进口连接，出水管上设有若干进水阀门17。回水泵14与回水桶19之间通过连接管连接，连接管上设有杂质过滤网21。

如图2所示，水培架18包括架体18.1，架体18.1上设有3层种植槽18.2，种植槽18.2上设有种植板18.3，各层种植槽18.2上设有进液口18.5和出液口18.6，种植板18.3四周比种植槽宽，每块种植板上设置若干种植孔18.4，种植槽18.2中装有营养液，烟草幼苗的根穿过种植孔18.4与营养液接触，出水管与各个水培架18的最上层种植槽进液口连通，另一端与最下层种植槽出液口连通，相邻种植槽的出液口与进液口连通；每层种植槽上部设有若干led灯18.8和微型风扇18.7，若干led灯18.8和微型风扇18.7与plc控制系统连接。水培架18上也设有ec值测定仪，实时检测种植槽的ec值。种植槽宽度为560mm左右，长度为1900mm左右，其中一边突出底板100mm左右。出液口与带螺纹的直通水管连接，可以通过旋转直通水管来调节排水口的高度，从而达到调节液位的目的。

本实施例可以采用机械式的计量泵，流量较大，流速较快，缩短了营养液调配时间。营养液原料桶12可以为黑色，减少绿藻的产生，营养液桶的容量为1m³左右。

plc控制系统ec、温湿度、水位、液位等进行数据检测并发出指令进行实施调控，控制电箱1尺寸可以是长600mm、宽450mm、前高1100mm、后高1300mm，可连接pc端或手机客户端进行远程操作。

照明系统是led灯18.8，led灯18.8可以是每层设置为0.9m-18w长条灯24支，每条灯自带小功率隔离电源，也就是电源是内置的，小功率隔离电源的工艺非常成熟，可以基本杜绝不亮灯情况发生。

温度湿度调节系统可以是恒温恒湿中央空调，或者各配2台5p带除湿功能的天花机空调+2台除湿机，实验室可以配置2台3p带除湿功能的天花机空调，1台除湿机。

空气循环系统可以使用抽风机进行空气对流。

本实施例涉及的自动化水培种植系统的自动化水培种植方法，按以下进行：

通过plc控制系统设定参数，包括营养液的ec值、ph值、温度、湿度、照明时间和空气循环时间，系统控制计量泵加入水和不同的营养液原料，当混合液达到一定液位时，系统打开搅拌装置和紫外消毒灯，同时根据设定的ec值和ph值添加营养液原料或水，直至达到设定值，即得到配制好的营养液；

系统控制出水泵将配制好的营养液输送至各个水培架，将烟草组培苗从培养瓶中取出，洗净消毒后移植于种植板上；随后将种植板放置于种植槽表面，同时种植槽中提前打入充足的营养液，控制营养液高度约3cm，温度为19±1℃，以使组培烟草幼苗的根接触到营养液；调节营养液浓度在烟草幼苗期保持较低的水平，使得电导率在0.6ms/cm左右；

对烟草组培幼苗进行暗期培养，暗期培养期间，使用玻璃瓶将每株烟草组培幼苗盖住，防止烟草组培幼苗水分散失。暗期培养具体为2天内不使用led灯进行直接照射

暗期培养后，移开玻璃瓶，对烟草幼苗进行短日照处理；然后进行常规化光照处理；短日照处理为光照8h，黑暗16h。常规化光照处理为对组培烟草幼苗进行光照14h，黑暗10h的光照处理。

待烟草幼苗生长15天后，调低营养液液位高度，保持在1cm左右，调节营养液的浓度，使得电导率在0.65ms/cm左右；

从水培架输出的营养液再次回到回水桶中，当营养液达到一定液位时，系统控制回水泵抽取营养液，营养液经过杂质过滤网过滤，回到储液桶中，系统根据设定的ec值和ph值添加营养液原料或水，直至达到设定值，使得达到设定的ec值和ph值的营养液不断的从储液桶中输出，形成循环。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。