一种小型温室灌溉及环境控制实验平台

1.本实用新型属于农业技术领域，具体涉及一种小型温室灌溉及环境控制实验平台。


背景技术：

2.随着我国农村人口不断向城市中转移和城市中可用耕地的不断减少，设施农业比例日益增长。在设施温室栽培过程中，水肥的供给和温室光照强度、空气温度湿度、土壤温度湿度、co2浓度的控制对于作物的生长都至关重要。现在的大棚基本采用传统的控制方式，费时费力、成本高影响作物产量，无法满足对环境要求严格的作物。因此，采用先进的控制技术对水肥的供给和温室光照、空气温度湿度、土壤温度湿度、co2浓度进行自动化控制，对于减少因肥分流失而引起的农业面源污染和保障作物经济效益有重要意义。
3.目前设施农业中普遍采用环境控制与水肥灌溉分离的形式实现作物水肥分的供给和环境控制。在环境控制方面技术较为缺乏，环境控制对作物的生长至关重要，在温室大棚内常常无法控制自然的最适宜生长环境。通常需要人为的去调控环境参数，且不一定最适合作物生长，因为最适合当地作物生长的环境参数工作人员并不一定明确，对当地各个季节的环境参数进行比较分析可得出较为适宜的自然环境参数，因此，将环境监测控制与水肥灌溉整合于一体，且能模拟自然环境下的环境参数变化。同时能采集当地最适宜作物生长的环境参数并进行学习控制，对于减少温室生产投入和提高温室自动化生产水平均有重要意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了小型温室灌溉及环境控制实验平台。
5.根据本实用新型的小型温室灌溉及环境控制实验平台，包括机架，机架分为上下两层，上层为温室系统，下层为施肥灌溉系统；
6.温室系统包括相对封闭空间，相对封闭空间底部设置基质槽，用于种植植物；相对封闭空间的上部设置有空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、co2浓度传感器、全光谱补光灯、光照强度传感器、滴灌头和喷灌头；
7.施肥灌溉系统包括主水泵、水箱、回水箱、水肥溶液容器以及相应的连接管路。
8.优选情况下，相对封闭空间的左侧壁上设置有轴流通风风机，右侧壁为可打开的挡风板，挡风板与基质槽之间设置有湿帘墙。
9.优选情况下，基质槽底部还设置有加热块。
10.优选情况下，温室系统顶部设置有遮阳网，遮阳网由支架支撑，遮阳网通过旋转机构能够收纳和展开。
11.优选情况下，旋转机构包括同步带轮、减速电机、同步带以及遮阳网卷帘轴；同步带轮与减速电机连接，减速电机与支架固定连接，同步带由同步带轮带动运动，同步带轮由
减速电机带动运动，同步带轮带动遮阳网卷帘轴旋转，从而完成遮阳网的收纳和展开。
12.优选情况下，主水泵的进水口通过主水路进水管与水箱连接；主水泵的出水口通过管接头一分为三，分为1、2、3三路水肥配比通道，三路水肥配比通道分别对应三个水肥溶液容器，用于配置不同成分的水肥溶液。
13.优选情况下，水肥溶液容器中的水肥溶液通过连接管被吸入蠕动泵中，随后水肥溶液通过软管流经悬浮流量计后，通过施肥管路被文丘里吸肥器吸入进入三合一管接头，三路水肥溶液混合后进入到一分三管接头中进入到各路施肥分路中。
14.优选情况下，施肥分路包括滴灌管路、喷灌管路和漫灌管路。
15.本实用新型的优点是将环境监测控制与水肥灌溉整合于一体，且能学习记录模拟当地自然环境下的环境参数变化。找到较优的环境参数，同时能采集当地最适宜作物生长的环境参数并进行学习控制，对于减少温室生产投入和提高温室自动化生产水平均有重要意义。
附图说明
16.本实用新型有如下附图：
17.图1为本实用新型的主视结构示意图；
18.图2为本实用新型的左视结构示意图；
19.图3为本实用新型的俯视结构示意图；
20.图4为本实用新型的轴测结构示意图。
21.图5为本实用新型中的施肥灌溉系统管路连接示意图。
22.图6为本实用新型中的施肥灌溉系统管路另一管路连接示意图。
23.图中：1.同步带轮，2.同步带，3.显示器，4.空气温湿度传感器，5.控制箱，6.主水泵，7.机架，8.文丘里吸肥器，9.水肥溶液容器，10.回水箱，11.水箱，12.湿帘回水管，13.加热块，14.土壤温湿度传感器，15.co2浓度传感器，16.全光谱补光灯，17.光照强度传感器，20.支架，21.遮阳网卷帘轴，22.亚克力板，23.轴流通风风机，24.喷灌管路，25.滴灌管路，26.漫灌管路，27.主水路手动开关，28.滤清器，29.蠕动泵，30.悬浮流量计，31.喷灌管路电磁阀，32.喷灌管路手动开关，33.滴灌管路电磁阀，34.滴灌管路手动开关，35.漫灌管路电磁阀，36.漫灌管路手动开关，37.基质槽，38.滴灌头，39.遮阳网，40.水压表，41.泄压阀，42.安装板，43.连接管，44.水肥箱承重板，45.水箱承重板，46.湿帘墙，47.喷灌头，48.挡风板，49.减速电机，50.一分三管接头，51.三合一管接头，52.一号施肥管路，53.二号施肥管路，54.三号施肥管路，59.主水路进水管。
具体实施方式
24.以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
25.根据本实用新型的小型温室灌溉及环境控制实验平台主要包括温室系统和施肥灌溉系统。
26.具体参见图1
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4，机架7分为上下两层，上层为温室系统，下层为施肥灌溉系统。温室系统包括由亚克力板22围成的相对封闭空间，相对封闭空间底部设置基质槽37，用于种植植物。相对封闭空间的上部设置有空气温湿度传感器4、土壤温湿度传感器14、co2浓度传
感器15、全光谱补光灯16、光照强度传感器17、滴灌头38和喷灌头47。相对封闭空间的左侧壁上设置有轴流通风风机23，右侧壁为可打开的挡风板48，挡风板48与基质槽37之间设置有湿帘墙46。基质槽37底部还设置有加热块13。
27.温室系统顶部设置有遮阳网39，遮阳网39由支架20支撑，遮阳网39通过旋转机构可以收纳和展开，起到遮挡强烈阳光的作用。旋转机构包括同步带轮1、减速电机49、同步带2以及遮阳网卷帘轴21。同步带轮1与减速电机49连接，减速电机49通过钣金件与支架固定连接，同步带2由同步带轮1带动运动，同步带轮1由减速电机49带动运动，同步带轮1带动遮阳网卷帘轴21旋转，从而完成遮阳网39的收纳和展开。
28.空气温湿度传感器4通过螺栓固定在机架上，土壤温湿度传感器14通过螺栓固定在机架上，但其检测探头位于基质槽37的基质内。co2浓度传感器15通过螺栓固定在机架上，全光谱补光灯16、光照强度传感器17均通过螺栓固定在机架上。全光谱补光灯16可以模拟自然光变化给温室作物补光。湿帘墙46通过螺栓固定于机架上，湿帘墙46的水通过湿帘回水管12进行回收。轴流通风风机23通过螺栓连接在亚克力板22上。打开挡风板48，轴流通风风机23和湿帘墙46同时工作时即可形成空气对流，最大限度的降低温室内的温度和提高空气湿度。当温室内温度较低时可以通过加热块13给温室进行缓慢升温，达到目标温度。
29.施肥灌溉系统包括主水泵6、水箱11、回水箱10、水肥溶液容器9以及相应的连接管路。
30.具体参见图4
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6，水箱11和回水箱10由水箱称重板45支撑，水肥溶液容器9由水肥箱承重板44支撑。主水泵6通过螺栓固定于机架7上，主水泵6的进水口通过主水路进水管59与水箱11连接。主水泵6的出水口通过管接头一分为三，分为1、2、3三路水肥配比通道，三路水肥配比通道分别对应三个水肥溶液容器9，用于配置不同成分的水肥溶液。三路水肥配比通道的连接管路相同。以1路水肥配比通道为例，一号水肥溶液通过连接管43被吸入蠕动泵29中，随后水肥溶液通过软管流经悬浮流量计30后，通过一号施肥管路52被文丘里吸肥器8吸入进入三合一管接头51。二号施肥管路53和三号施肥管路54也以相同的方式连接三合一管接头51。三路水肥溶液混合后进入到一分三管接头50中进入到各路施肥分路中。
31.在主水泵6进水前水流需要经过滤清器28进行过滤。蠕动泵29、悬浮流量计30通过螺栓固定于安装板42。通过设定pwm频率实现蠕动泵29对1、2、3三路水肥溶液的精准吸取，蠕动泵29对水肥溶液吸取后经过悬浮流量计30后由文丘里吸肥器8注入到管路中进行混合。三路溶液混合后再由管接头将其汇聚成一路，再由一分三管接头将其分为喷灌管路24、滴灌管路25、漫灌管路26。喷灌管路电磁阀31、喷灌管路手动开关32通过管接头密封连接。滴灌管路电磁阀33、滴灌管路手动开关34通过管接头密封连接。漫灌管路电磁阀35、漫灌管路手动开关36通过管接头密封连接。多余压力可以由回路中泄压阀41进行泄压，从而达到所需压力。水压表40通过管接头密封连接于泄压阀41前，用来监测水压。最后达到合适水压的水肥混合溶液经过喷灌管路24、滴灌管路25、漫灌管路26送到温室内。通过喷灌头47对作物进行喷灌，通过滴灌头38和漫灌带(未画出)对作物进行精准滴灌漫灌。
32.本实用新型的小型温室灌溉及环境控制实验平台还包括控制箱5和显示器3。控制箱5中设置有微处理器，微处理器连接数据采集卡。光照强度传感器17、空气温湿度传感器4、土壤温湿度传感器14、co2浓度传感器15通过线缆与数据采集卡连接，数据采集卡通过数据线与微处理器连接，控制箱5内还含有开关电源、步进电机驱动器、散热风扇、io控制卡、
空气开关等。
33.数据采集卡通过采集传感器的模拟信号，经过程序处理标定和转换得到实际的温度值。可以学习并记录传感器采集到的信息，并实现对作物的环境参数最优控制，光照强度传感器、空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、co2浓度传感器分别安装在温室内的上方型材架的四个角上，湿帘墙安装在温室的右侧，散热风扇安装在温室的左侧，湿帘与风扇的联合控制可以实现温室内的温度调控、co2浓度和湿度调控，数据采集卡同时通过线缆与蠕动泵连接，通过软件给蠕动泵设置不同的脉冲频率可以实现三路不同的水肥进行精准配比。加热器位于温室内壁上，温室内全光谱补光灯实现类自然光的无级变化给作物最为自然的补光。
34.本实用新型的工作过程是：施肥之前人工配制好高浓度的母肥溶液，并将其置于水肥溶液容器中，再控制装置接通电源并开机，通过控制箱上的触摸屏设置施肥的种类、水肥的浓度、施肥的时间段、灌溉模式、温室的环境的温度和作物生长需要的光照强度等参数；当采集到的环境参数低于或高于设定值时，微处理器会控制采集卡做出相应的控制，例如正值烈日时，通过光照强度传感器检测到的光强过强时会发出指令使得遮阳网展开，避免太阳直接照射时造成的烧苗现象。所有的操作都可以通过显示器来进行触摸设定。简单便捷直观，补光灯可以根据不同作物做出不同的补光策略，补光灯可以对育苗花卉、叶菜、瓜果类食虫植物、水草等等做出不同的灯光模式，也可以模拟一天内自然光的变化，让植物仿佛生长在自然界里一样。施肥时微处理器给主泵控制继电器发送信号，主泵开启工作，水箱中的水经过滤清器过滤后送到1、2、3三路管路中去，微处理器控制数据采集卡，根据设定的施肥浓度给驱动器发送相应频率的pwm频率，驱动器通过接收pwm信号后驱动高精度蠕动泵以特定转速旋转作业。按照上述操作过程，即可完成温室作物水肥自动灌施、水肥的高效回收再利用和温室环境的自动调控作业等。
35.当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。