一种用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备的制作方法

本发明涉及作物培育设备领域，具体而言涉及一种用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备。

背景技术：

作物表型组学是全面解析基因型-环境-表型关系、深入认知生命遗传规律的基础，通过研究作物的表型，探索作物基因型、环境因素和作物表型特征、性状之间的关系，优化作物自身基因和外部环境，不仅可以显著提高作物产量，保障国家粮食安全，而且可以优化作物的整个生长过程。

为了培育优良的作物品种，需要在作物的生长过程中，不断调控环境条件，观测因器官生长所导致的作物表型特征和生理参数的变化，寻求最适宜作物培育的环境条件。

研究不同环境因素对作物生长状况的影响以及同一环境因素对作物不同生长阶段的影响，对于探索作物基因型-环境-表型关系具有重要意义。

在当前的农业生产中，作物的栽培主要分为土培与水培。栽培过程中，栽种人员需要定期照顾，增加水分及养分，控制光照及温度等环境因素。由于此项工作往往依赖于人工手动控制，因此其控制所依赖的数据量有限，对各环境因素进行调节控制的效率低下，难以开展多种环境变量的综合分析，且引入人为因素，极易导致环境调控于期望值之间出现偏差。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，本发明针对植物基因组学研究和分子育种研究的需求，可实现对作物生长环境的自动控制、自动调节，便于作物培育及储存，其能够满足作物生长、产量、品质对非生物胁迫的耐受性等环境变量的需求。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，其包括：栽培舱，其包括正六边形的舱门，以及正六棱柱结构的舱体，舱门与舱体的前端面密封连接；电池组，其设置为正三棱柱结构，电池组的每一个侧面分别与一个栽培舱的一个侧壁紧密贴合连接，各栽培舱之间棱边相对；其中，每一个栽培舱内均分别设置有：托盘，其包括底板以及设置在底板两侧的侧板，底板与侧板分别贴合所述栽培舱下部的三侧壁；电动推拉装置，其连接在所述托盘的底板与栽培舱的下侧壁之间，所述电动推拉装置包括沿栽培舱下侧壁的长度方向设置的导轨，所述电动推拉装置驱动所述托盘沿导轨伸出栽培舱外或返回栽培舱内；营养液供给及收集装置，其包括设置在所述托盘的底板下表面的蓄水盒，还包括由托盘的底板向上伸出至栽培舱中部的营养液喷洒装置，营养液喷洒装置与蓄水盒之间连通有营养液供给管路；混气模块，其向栽培舱内部输入按照比例配比的混合气体；光照调节模块，其包括设置在栽培舱顶部侧壁上的led灯组，用于调节栽培舱内部光线强度；根盒组及安装装置，其设置在所述栽培舱中，用于容纳作物；传感器组，其设置在栽培舱内，用于采集栽培舱内气体含量数据、光照强度数据。

可选的，上述任一的用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，其中，所述舱门上设置有显示屏，所述传感器组设置在各托盘的侧板内侧，显示屏连接所述传感器组，用于显示其所设置的舱门所对应的栽培舱内的气体含量数据、光照强度数据。

可选的，上述任一的用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，其中，所述电动推拉装置包括：导轨，其沿栽培舱下侧壁的长度方向设置在栽培舱下侧壁的上表面，所述导轨的两侧沿其长度方向设置有凸起，所述导轨的中间为沿其长度方向设置的凹坑；滑块，其设置在托盘底板的下表面，所述滑块与导轨两侧的凸起卡接，沿导轨的长度方向滑动；滚珠丝杠螺母副，其与托盘底板的下表面固定连接，设置在所述导轨中间的凹坑之上，其螺母旋转推动丝杆沿导轨的长度方向移动，驱动所述托盘沿导轨伸出栽培舱外或返回栽培舱内；电机，其设置在栽培舱下侧壁上，与滚珠丝杠螺母副连接，输出扭矩驱动滚珠丝杠螺母副的螺母旋转。

可选的，上述任一的用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，其中，所述混气模块设置在托盘后部与栽培舱舱体的后端面之间，包括：co2储存罐，其侧部与托盘后部固定连接，其内存储有co2气体；o2储存罐，其侧部与托盘后部固定连接，其内存储有o2气体；排气管，其包括两个输入端和输出端，所述两个输入端分别与co2储存罐和o2储存罐连接，其输出端设置在托盘上其向栽培舱内部输入混合气体；混气阀，其连接在排气管的输入端和输出端之间，分别调节co2气体和o2气体混合的比例，输出按照比例配比的混合气体。

可选的，上述任一的用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，其中，所述根盒组及安装装置包括：根盒，其为长方体结构，根盒的两侧具有可拆卸的遮光板；根盒架，其为水平设置的长条形结构，长条形结构中开设有与根盒底面尺寸相同的通槽，所述根盒的下部插接进入所述通槽内，所述根盒悬挂在根盒架上；根盒固定架，其垂直设置在托盘底板上，至少具有与根盒相同的高度，所述根盒架的两端搭接在所述根盒固定架上，所述根盒垂直悬挂根盒固定架之间。

可选的，上述任一的用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，其中，所述滚珠丝杠螺母副的长度至少达到所述根盒固定架之间的距离。

可选的，上述任一的用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，其中，所述营养液供给及收集装置中，所述蓄水盒包括沿所述托盘的底板下表面边缘排布的多个；所述营养液喷洒装置沿所述托盘的长度方向排列有多个，各营养液喷洒装置的高度不低于所述根盒的高度，各营养液喷洒装置分别向各根盒喷淋营养液。

可选的，上述任一的用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，其中，所述根盒包括分别设置在两个根盒架上、分别由两组根盒固定架固定在所述托盘底板上的两组，两组根盒之间相互平行排列；所述营养液喷洒装置平行于所述根盒架，均匀地排列在两组根盒之间。

可选的，上述任一的用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，其中，还包括控制单元，其分别连接各所述栽培舱的电池组、电动推拉装置、营养液供给及收集装置、混气模块、光照调节模块和传感器组，用于由所述电池组供电，控制所述电动推拉装置的电机输出扭矩驱动滚珠丝杠螺母副的螺母旋转而驱动所述滚珠丝杠螺母副带动托盘沿导轨伸出栽培舱外或返回栽培舱内，控制所述营养液供给及收集装置的营养液喷洒装置将蓄水盒内存储的营养液喷淋至栽培舱根盒内，控制所述混气模块分别调节co2气体和o2气体混合的比例从而向栽培舱内输出按照比例配比的混合气体，控制所述光照调节模块中led灯组的发光强度，所述控制单元还连接所述显示屏，向所述显示屏输出其通过传感器组所获得的气体含量数据、光照强度数据。

有益效果

本发明将栽培舱设计为相互独立的六棱柱结构，利用三棱柱结构的电池将各栽培舱连接成六棱柱形的整体结构。该结构内部具有充足空间容纳作物生长，还能够通过对电气设备的公用，节约设备所占场地资源。本发明采用推拉式的结构方便提取根盒获取作物表型数据，还可以集成对作物生长所需的光照、温度、营养液含量、c02含量等环境变量的控制功能，通过机电系统与环境传感器之间的配合作用，实现作物培育及存储时环境条件的自动控制。同时，将多个栽培舱组合在一起，可设置不同的环境变量或同一环境变量的不同值，形成对照组，便于确定作物生长过程中的最佳环境参数及后续作物表型组学的研究。

进一步的，本发明通过由导轨、滚珠丝杠螺母副、电机、滑块组成的电动推拉装置，将滑块与托盘采用螺纹连接，由电机驱动滚珠丝杆螺母副，带动滑块运动，通过电机正反转实现滑块往复运动，驱动所述托盘沿导轨伸出栽培舱外或返回栽培舱内，完成推拉动作。

本发明将根盒均匀排列为多排，由设置在栽培舱中间的各养液喷洒装置分别均匀喷淋营养液。由此，本发明能够保证作物的营养液供给，还能够方便地通过托盘内所积聚的营养液，实现对作物所获取的养分的检测以及对参与营养液的收集与回收，对作物的生长环境进行精确的监控。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备的整体外形结构示意图；

图2是本发明的电动推拉式栽培舱中一个栽培舱单元的爆炸图；

图3是本发明的电动推拉式栽培舱中一个栽培舱单元的组装方式示意图；

图4本发明的电动推拉式栽培舱中一个栽培舱单元的剖面图；

图5本发明的电动推拉式栽培舱中根盒架的结构示意图；

图6本发明的电动推拉式栽培舱推拉方式的；

图7本发明的电动推拉式栽培舱的俯视图。

图中，1表示栽培舱；11表示舱门；12表示显示屏；2表示电池组；3表示托盘；4表示电动推拉装置；41表示导轨；42表示滚珠丝杠螺母副；43表示电机；44表示滑块；5表示营养液供给及收集装置；51表示营养液喷洒装置；6表示混气模块；7表示光照调节模块；8表示根盒组及安装装置；81表示根盒架；82表示根盒固定架；9表示传感器组。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于栽培设备本身而言，由栽培设备外壳指向栽培舱内部根盒的方向为内，反之为外；而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“前、后”的含义指的是使用者正对栽培设备时，使用者所正对的舱门方向即为前，从舱门指向舱体后部混气模块的方向即为后，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本发明中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对栽培设备舱门时，使用者的上方即为上，反之即为下，而非对本发明的装置机构的特定限定。

图1为根据本发明的一种用于作物培养及储存的环境可控电动推拉式栽培设备，其包括：

栽培舱1，其包括六边形的舱门11，以及六棱柱结构的舱体，舱门11与舱体的前端面密封连接；

电池组2，其设置为正三棱柱结构，电池组2的每一个侧面分别与一个栽培舱1的一个侧壁紧密贴合连接，各栽培舱1之间棱边相对，电池组为栽培舱提供电力支持；

其中，每一个栽培舱1内均分别设置有图2所示的：

托盘3，其包括底板以及设置在底板两侧的侧板，底板与侧板分别贴合所述栽培舱1下部的侧壁；

电动推拉装置4，其连接在所述托盘3的底板与栽培舱1的下侧壁之间，所述电动推拉装置4包括沿栽培舱1下侧壁的长度方向设置的导轨41，所述电动推拉装置4驱动所述托盘3沿导轨41伸出栽培舱1外或返回栽培舱1内；

营养液供给及收集装置5，其包括设置在所述托盘3的底板下表面的蓄水盒，还包括由托盘3的底板向上伸出至栽培舱1中部的营养液喷洒装置51，营养液喷洒装置51与蓄水盒之间连通有营养液供给管路；

混气模块6，其向栽培舱1内部输入按照比例配比的混合气体；

光照调节模块7，其包括设置在栽培舱1顶部侧壁即舱体顶部上的led灯组，用于调节栽培舱1内部光线强度；

根盒组及安装装置8，其设置在所述栽培舱1中，用于容纳作物；

传感器组9，其设置在栽培舱1内，用于采集栽培舱1内气体含量数据、光照强度数据。

在更为具体的实现方式下，所述的栽培舱，包括舱外部分与舱内部分，其中舱外部分如图3以及图1所示，由舱门11、舱体、计算机及显示屏12组成。所述传感器组9设置在各托盘3的侧板内侧，显示屏连接所述传感器组9，用于显示其所设置的舱门11所对应的栽培舱1内的气体含量数据、光照强度数。

由此，本发明通过将若干栽培舱与电池组组合在一起，形成如图1所示的栽培舱组。栽培舱组由栽培舱1与电池组2组成。栽培舱实现作物的储存与培育，同时可实现作物生长环境的调控，不同栽培舱之间可形成对照组，研究不同环境变量对作物生长状况的影响。

舱内部分如图3以及图4所示，由托盘3、电动推拉装置4、营养液供给及收集装置5、混气模块6、光照调节模块7、根盒组及安装装置8、传感器组9组成。其中，传感器组9分别参照图7所示沿各托盘3的长度方向设置在侧板内侧，其能够对整个栽培舱1进行环境数据的采样，以获得各栽培舱内的不同环境参数，方便对各栽培舱分别进行环境变量的独立调控。

各栽培舱内，其根盒可参照图4及图5所示，设置在根盒组及安装装置8上，所述的根盒组及安装装置8具体可设置为包括：

根盒，其为长方体结构，根盒的两侧具有可拆卸的遮光板；

根盒架81，其为水平设置的长条形结构，长条形结构中开设有与根盒底面尺寸相同的通槽，所述根盒的下部插接进入所述通槽内，所述根盒悬挂在根盒架81上；

根盒固定架82，其垂直设置在托盘3底板上，至少具有与根盒相同的高度，所述根盒架81的两端搭接在所述根盒固定架82上，所述根盒垂直悬挂根盒固定架82之间。

根盒安装时，其根盒主体结构嵌套在根盒架上的通槽内，其飞边结构抵接在图5所示的通槽上表面，实现对根盒的固定。根盒固定架与托盘通过螺纹连接，用于放置根盒架。每个栽培舱放置两组根盒组及安装装置。

为方便提取根盒对其进行表型测量与获取，每一个栽培舱，其还可分别在下部设置电动推拉装置4。比如，所述的电动推拉装置可设置为安装在舱体底部具有：

导轨41，其沿栽培舱1下侧壁的长度方向设置在栽培舱1下侧壁的上表面，所述导轨41的两侧沿其长度方向设置有凸起；

滑块44，其设置在托盘3底板的下表面，所述滑块44与导轨41两侧的凸起卡接，沿导轨41的长度方向滑动；

滚珠丝杠螺母副42，其与托盘3底板的下表面固定连接，设置在所述导轨41中间的凹坑之上，其螺母旋转推动丝杆沿导轨41的长度方向移动，驱动所述托盘3沿导轨41伸出栽培舱1外或返回栽培舱1内；

电机43，其设置在栽培舱1下侧壁上，与滚珠丝杠螺母副42连接，输出扭矩驱动滚珠丝杠螺母副42的螺母旋转。

由此，上述电动推拉装置4通过将滑块与托盘采用螺纹连接，由电机驱动滚珠丝杆螺母副，带动滑块运动，通过电机正反转实现滑块往复运动，以图6所示的方式完成推拉动作。所述滚珠丝杠螺母副42的长度至少达到所述根盒固定架82之间的距离，以方便将整个根盒推出，供操作者提取整个根盒架81上的根盒进行表型数据的采集。

在一些实现方式下，所述的营养液供给及收集装置5，其具体可设置为由营养液喷洒装置与蓄水盒组成。为保证各根盒均能够均匀的获得相同分量的营养液，其可在相对设置的两列根盒组中间放置营养液喷洒装置；营养液喷洒装置与根盒一一对应；营养液喷洒装置上部结构设计类似于花洒结构，实现营养液的喷洒。蓄水盒共四组，分别放置在托盘底部，残余营养液通过托盘上所开的孔流进蓄水盒，完成残余营养液的收集。如图4所示。营养液供给与收集装置实现营养液含量的控制与调节。

为配合所述营养液供给及收集装置5，所述的根盒，其具体可按照如下的方式排列：将所述根盒分别设置在两个根盒架81上，分别由两组根盒固定架82将两组根盒架81及其上所设置的根盒固定在所述托盘3底板上。两组根盒之间相互平行排列；所述营养液喷洒装置51平行于所述根盒架81，均匀地排列在两组根盒之间。根盒下的蓄水盒通过开孔与托盘底板连通，沿所述托盘3底板的下表面边缘排布为多个。营养液喷洒装置51沿所述托盘3的长度方向对应每一对根盒，排列有多个，各营养液喷洒装置51的高度不低于所述根盒的高度，各营养液喷洒装置51分别向各根盒喷淋营养液。

根盒内作物光合作用所依赖的气体通过混气模块6实现配比和供给。其具体可通过图2的方式设置在托盘3后部与栽培舱1舱体的后端面之间，包括：

co2储存罐，其侧部与托盘3后部固定连接，其内存储有co2气体；

o2储存罐，其侧部与托盘3后部固定连接，其内存储有o2气体；

排气管，其包括两个输入端和输出端，所述两个输入端分别与co2储存罐和o2储存罐的底部连接，放置在蓄水盒两侧，其输出端设置在托盘3上其向栽培舱1内部输入混合气体；

混气阀，其连接在排气管的输入端和输出端之间，分别调节co2气体和o2气体混合的比例，输出按照比例配比的混合气体。

为实现对上述栽培舱内各电气设备的控制和驱动，本发明还进一步的设置有控制单元，其可以通过连接计算机或直接通过集成式的运算设备如芯片、单片机、信号处理单元实现。其分别连接各所述栽培舱的电池组2、电动推拉装置4、营养液供给及收集装置5、混气模块6、光照调节模块7和传感器组9，由所述电池组2供电，用于：

控制所述电动推拉装置4的电机43输出扭矩驱动滚珠丝杠螺母副42的螺母旋转而驱动所述滚珠丝杠螺母副42带动托盘3沿导轨41伸出栽培舱1外或返回栽培舱1内，通过电动推拉装置实现栽培舱舱门的开合；控制所述营养液供给及收集装置5的营养液喷洒装置51将蓄水盒内存储的营养液喷淋至栽培舱1根盒内，控制所述混气模块6分别调节co2气体和o2气体混合的比例从而向栽培舱1内输出按照比例配比的混合气体，控制所述光照调节模块7中led灯组的发光强度，所述控制单元还连接所述显示屏，向所述显示屏输出其通过传感器组9所检测的栽培舱内光照强度、湿度、co2与o2含量。控制单元可设置为分别调节不同栽培舱具有不同环境变量，由此在各个栽培舱之间形成对照组，研究其内部不同的环境因素对作物生长状况的影响，以便选择出最适宜作物生长的环境条件。

由此，本发明能够实现环境的自动调控，即可在多种环境因素下，培育、储存作物，也可在单一环境变量下，培育、储存作物，便于后期科研试验的开展及对作物环境-表型关系的探索。尤其，使用本发明所提供的环境可控电动推拉式栽培设备，可以再实现作物的培育与存储的基础上，进行比人工更精细的环境调控，减少人为因素带来的误差。本发明可以：

1.实现不同环境变量的对照试验，研究不同环境变量或单一环境变量的不同数值对作物生长状况的影响，便于选择最适宜作物生长的环境条件；

2.实现环境变量的自动控制与调节，减少人力及成本；

3.开展多种环境变量的综合分析，且减少人为因素导致的环境调控的误差；

4.实现不同环境变量下，作物的培育及存储。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。