CN206932892U - 一种无土栽培装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无土栽培装置及控制方法，该装置包括容器盖、通气孔、栽培架、容器、隔垫、第一容器隔层、供水管、注水电磁阀、第二容器隔层、水源管、施肥电磁阀、供肥管、控制器、显示触摸屏、第一电极、第二电极、第三电极、柱形支架、亲水纤维网；本实用新型所述栽培装置通过特制的栽培架，科学并低成本的解决了植物无土栽培中，水分、氧气与矿质养分供应的难题，并使得无土栽培中EC值、湿度的探测与控制简单易行，异地在线监控管理成为可能。本实用新型特别适合应用于家庭盆栽植物的智能化栽培。所述栽培装置结构简单，使用容易，易于推广。
Description
技术领域
本实用新型涉及农作物种植领域，尤其涉及一种无土栽培装置，适用于盆栽植物的智能化栽培。
背景技术
植物无土栽培，一般采用基质栽培、水培或气雾培。水培是将植物根系直接浸入营养液中生长，但是，这种方式会造成根部缺氧，要通过泵入氧气控制营养液中的氧气浓度，并且还需要通过栽培板用以固定植物，造成管理上的困难与繁琐。气雾培将营养液压缩成气雾状而直接喷到作物的根系上，直接应用空气中的氧气，这种方式，解决了水培时根部缺少氧气的问题，但是营养液雾化的设备投资与运行能耗较高，对控制管理的要求也较高，并且与水培一样，也需要通过栽培板固定植物。基质栽培是通过珍珠岩、蛭石、泥炭等介质，支持植物根系，使植株得以竖立，不用像水培、气雾培通过栽培板固定植物，并且还可以通过介质间的空隙保持根系的氧气供应。但是，基质栽培需要通过滴管等方式控制营养液的滴入，生产中，对控制管理的要求较高。另外栽培介质在生产、包装、运输过程中产生较高的成本，且很难二次循环使用，对环境也造成较大的影响。已有的栽培方式，包括基质栽培、水培和气雾培在自动控制上实现较困难，特别是很难实现小型栽培装置的自动化控制。其中，水培在氧气的检测与控制上，检测设备的成本很高；基质栽培、气雾栽培在灌溉的控制上，有较高成本的设备投入，并且对设备的稳定性要求也很高。这些因素，都造成传统的小型栽培装置很难进行自动化、智能化控制。
实用新型内容
为了克服现有无土栽培方式上的不足，本实用新型提供了一种无土栽培装置，该无土栽培装置能够通过栽培架固定植物的根系，并能通过亲水纤维形成毛细管水，无动力的供应给植物水分、矿质养分；所述控制器能够通过电极探测供应给植物的肥料浓度、根系供水量，并通过电池阀控制装置内水分与肥料的供应，满足植物的生长需要；所述无土栽培装置的控制器能够通过网络连接计算机与手机的终端，实时监控植物的生长状态。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种无土栽培装置，包括容器盖、通气孔、栽培架、容器、隔垫、第一容器隔层、供水管、注水电磁阀、第二容器隔层、水源管、施肥电磁阀、供肥管、控制器、显示触摸屏、第一电极、第二电极、第三电极、柱形支架、亲水纤维网；
所述容器盖可拆卸地安装在容器的上端，容器盖上开有通气孔；所述容器内从上至下依次设置第一容器隔层和第二容器隔层，将容器分隔成上、中、下三个腔室，所述栽培架安装在第一容器隔层的上表面；
所述上腔室底部与供水管的一端相通，供水管的另一端与注水电磁阀的出水口相连，注水电磁阀的进水口和施肥电磁阀的出水口均与水源管相连通，施肥电磁阀的进水口与供肥管的一端相通，供肥管的另一端通至在容器底部，供水管、水源管与供肥管构成文丘里混合器结构，并通过注水电磁阀和施肥电磁阀进行控制；
所述栽培架由多个同心不同直径的柱形支架组成，每个柱形支架内外表面附着亲水纤维网，最里层的柱形支架设置隔垫；
所述第一电极和第二电极设置在亲水纤维网下部，所述第三电极设置在亲水纤维网上部；
所述显示触摸屏设置在容器的外壁；
所述第一电极、第二电极、第三电极、注水电磁阀、施肥电磁阀、显示触摸屏均与控制器相连。
进一步的，所述控制器包括单片机、EC与湿度传感器检测模块、第一继电器控制模块、第二继电器控制模块、显示触摸屏模块、无线wifi路由模块和终端；EC值与湿度传感器检测模块、第一继电器控制模块、第二继电器控制模块、显示触摸屏模块以及无线wifi路由模块均与单片机相连；所述第一继电器控制模块与注水电磁阀相连，所述第二继电器控制模块与施肥电磁阀相连；第一电极、第二电极和第三电极均与EC值与湿度传感器检测模块相连，终端通过无线与无线wifi路由模块相连。
进一步的，所述终端为PC电脑终端或手机。
进一步的，所述第一容器隔层上表面具有固定槽，所述容器盖上具有与固定槽对应的凹槽，所述柱形支架固定在固定槽和凹槽之间。
进一步的，所述容器盖、容器为黑色不透光PE材料，所述通气孔为上下口面错位的通气孔。
进一步的，所述柱形支架由若干圆环和连接各圆环的侧条组成。
进一步的，所述柱形支架为PE塑料材料。
进一步的，所述亲水纤维网由脱脂棉亲水材料编织而成，编织选用的纤维直径为10～100微米，纤维纺线直径为0.1～0.6毫米，编织成的纤维网网孔径为40目～200目。
本实用新型的有益效果是：所述栽培装置通过特制的栽培架，解决了植物无土栽培中，水分、氧气与矿质养分供应的困难，与气雾培和基质栽培相比，所述栽培装置的栽培架能够无动力的供应给植物水分、矿质养分，减少了营养液雾化设备或滴管设备和相应的控制设备，在栽培的过程中，减少了营养液供应的动力能源成本。与基质栽培相比，减少了栽培介质在生产、包装、运输过程中产生较高的成本与对环境造成的影响。与水培相比，所述栽培装置的栽培架能够使得植物根系处于气相中，通过容器盖上的通气孔供应给植物充足的氧气，减少水培中氧气检测与控制设备，在栽培的过程中，减少了液氧消耗与供应的能源动力成本。与水培与气雾培相比，所述栽培装置的栽培架能够通过亲水纤维网上的网孔限制并自然固定植物的根系，避免了通过栽培板人工固定的繁琐操作工序。EC值与湿度传感器检测模块可检测第一电极、第二电极、第三电极三者间的电流信号，转变成为数字量后向单片机控制模块送入，计算容器内营养液(水)的EC值、计算亲水纤维网的湿度，以较低的成本实现营养液(水)EC值、湿度的精确检测，使得无土栽培中EC值、湿度的探测与控制简单易行。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的立面示意图；
图3为本实用新型栽培架的结构示意图；
图4为本实用新型栽培架固定植物根系示意图；
图5为本实用新型控制器示意图；
图中：容器盖1、通气孔2、栽培架3、容器4、隔垫5、第一容器隔层6、供水管7、注水电磁阀8、第二容器隔层9、水源管10、施肥电磁阀11、供肥管12、容器底13、控制器14、电源15、显示触摸屏16、第一电极17、第二电极18、第三电极19、固定槽20、柱形支架21、亲水纤维网22、营养液23、植物根系24、水溶肥25、栽培植物26、网孔27。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1-4所示，一种无土栽培装置，包括容器盖1、通气孔2、栽培架3、容器4、隔垫5、第一容器隔层6、供水管7、注水电磁阀8、第二容器隔层9、水源管10、施肥电磁阀11、供肥管12、控制器14、显示触摸屏16、第一电极17、第二电极18、第三电极19、柱形支架21、亲水纤维网22；所述容器盖1可拆卸地安装在容器4的上端，容器盖1上开有通气孔2；所述容器4内从上至下依次设置第一容器隔层6和第二容器隔层9，将容器4分隔成上、中、下三个腔室，所述栽培架3安装在第一容器隔层6的上表面；上腔室内盛有营养液23，用于栽培栽培植物26；中腔室用于防止控制器；下腔室内盛有水溶肥25，用于肥料供给。所述上腔室底部与供水管7的一端相通，供水管7的另一端与注水电磁阀8的出水口相连，注水电磁阀8的进水口和施肥电磁阀11的出水口均与水源管10相连通，施肥电磁阀11的进水口与供肥管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与供肥管12构成文丘里混合器结构，并通过注水电磁阀8和施肥电磁阀11进行控制；所述栽培架3由多个同心不同直径的柱形支架21组成，每个柱形支架21内外表面附着亲水纤维网22，最里层的柱形支架21设置隔垫5；所述第一电极17和第二电极18设置在亲水纤维网22下部，所述第三电极19设置在亲水纤维网22上部；所述显示触摸屏16设置在容器4的外壁；所述第一电极17、第二电极18、第三电极19、注水电磁阀8、施肥电磁阀11、显示触摸屏16均与控制器14相连。
如图5所示，所述控制器14采用NXP1766单片机，EC值与湿度传感器检测模块可以采用SHT10与TDS-EC模块，第一继电器控制模块和第一继电器控制模块可以采用K-8518RS485控制模块，显示触摸屏16可以采用BN－LED－KEY模块，无线wifi路由模块可以采用ZLG－WIFI模块，注水电磁阀8和施肥电磁阀11可以采用hope-57型电磁阀，但不限于这里罗列的产品型号；EC值与湿度传感器检测模块、第一继电器控制模块、第二继电器控制模块、显示触摸屏16以及无线wifi路由模块均与单片机相连；所述第一继电器控制模块与注水电磁阀8相连，所述第二继电器控制模块与施肥电磁阀11相连；第一电极17、第二电极18和第三电极19均与EC值与湿度传感器检测模块相连，终端通过无线与无线wifi路由模块相连。
进一步的，所述终端为PC电脑终端或手机。
如图1-3所示，所述第一容器隔层6上表面具有固定槽20，所述容器盖1上具有与固定槽20对应的凹槽，所述柱形支架21固定在固定槽20和凹槽之间。
进一步的，所述容器盖1、容器4为黑色不透光PE材料，所述通气孔2为上下口面错位的通气孔，可通气避光。
进一步的，所述柱形支架21由若干圆环和连接各圆环的侧条组成，其为PE塑料材料，圆柱形结构。
如图3-4所示，所述亲水纤维网6由脱脂棉亲水材料编织而成，编织选用的纤维直径为10～100微米，纤维纺线直径为0.1～0.6毫米，编织成的纤维网网孔27的网孔径为40目～200目，可根据不同植物根系24的直径，选择适合网孔直径的纤维网，使得纤维网的网孔能够使植物的根系穿过并能固定住植物的根系。
根据不同的生长时期，调控不同EC值和亲水纤维的湿度，从而自动控制植物根系供水量和肥料浓度。在无土栽培装置水分和肥料供应上，采用压力和水质稳定的自来水作为水源，控制器启动湿度控制电池阀向装置内注水。肥料的供应，采用水溶性肥料，并按1：100配置成母液储存于装置的底部。当向装置内注水时，通过文丘里原理，控制器启动施肥控制电磁阀供应肥料。本装置的工作过程如下：
步骤一、通过终端或显示触摸屏16进行湿度阈值和EC阈值的设定；
步骤二、控制器接收第一电极17和第二电极18之间的恒压条件下的电流信号，通过EC测量仪试验获得容器内栽培溶液EC值与电流强度关系数学模型，将该数学模型输入到控制器中；然后通过第一电极17和第二电极18之间的电流信号与建立的数学模型的比较，得到营养液23的EC值，控制器将采集的EC值与EC值阈值进行比较，当采集的EC值小于等于EC值阈值下限时，施肥电磁阀11开启注入水溶性肥料；
步骤三、装置工作前，通过试验，测量不同亲水纤维湿度值(含水量)、不同溶液EC值时，第一电极17分别与第二电极18和第三电极19间恒压条件下的电流强度，并建立亲水纤维湿度值、溶液EC值与电流强度关系数学模型，将获得的数学模型输入控制器中。装置运行时，控制器根据第一电极17分别与第二电极18和第三电极19间的电流强度值与建立的数学模型，计算亲水纤维的湿度值，并将计算出的湿度值与湿度阈值进行比较，当湿度值小于等于湿度阈值下限时，注水电磁阀8开启注水。
Claims (8)
1.一种无土栽培装置，其特征在于，包括容器盖（1）、通气孔（2）、栽培架（3）、容器（4）、隔垫（5）、第一容器隔层（6）、供水管（7）、注水电磁阀（8）、第二容器隔层（9）、水源管（10）、施肥电磁阀（11）、供肥管（12）、控制器（14）、显示触摸屏（16）、第一电极（17）、第二电极（18）、第三电极（19）、柱形支架（21）、亲水纤维网（22）；
所述容器盖（1）可拆卸地安装在容器（4）的上端，容器盖（1）上开有通气孔（2）；所述容器（4）内从上至下依次设置第一容器隔层（6）和第二容器隔层（9），将容器（4）分隔成上、中、下三个腔室，所述栽培架（3）安装在第一容器隔层（6）的上表面；
所述上腔室底部与供水管（7）的一端相通，供水管（7）的另一端与注水电磁阀（8）的出水口相连，注水电磁阀（8）的进水口和施肥电磁阀（11）的出水口均与水源管（10）相连通，施肥电磁阀（11）的进水口与供肥管（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）与供肥管（12）构成文丘里混合器结构；
所述栽培架（3）由多个同心不同直径的柱形支架（21）组成，每个柱形支架（21）内外表面附着亲水纤维网（22），最里层的柱形支架（21）设置隔垫（5）；
所述第一电极（17）和第二电极（18）设置在亲水纤维网（22）下部，所述第三电极（19）设置在亲水纤维网（22）上部；
所述显示触摸屏（16）设置在容器（4）的外壁；
所述第一电极（17）、第二电极（18）、第三电极（19）、注水电磁阀（8）、施肥电磁阀（11）、显示触摸屏（16）均与控制器（14）相连。
2.根据权利要求1所述的无土栽培装置，其特征在于，所述控制器包括单片机、EC与湿度传感器检测模块、第一继电器控制模块、第二继电器控制模块、显示触摸屏模块、无线wifi路由模块和终端；EC值与湿度传感器检测模块、第一继电器控制模块、第二继电器控制模块、显示触摸屏模块以及无线wifi路由模块均与单片机相连；所述第一继电器控制模块与注水电磁阀（8）相连，所述第二继电器控制模块与施肥电磁阀（11）相连；第一电极（17）、第二电极（18）和第三电极（19）均与EC值与湿度传感器检测模块相连，终端通过无线与无线wifi路由模块相连。
3.根据权利要求2所述的无土栽培装置，其特征在于，所述终端为PC电脑终端或手机。
4.根据权利要求1所述的无土栽培装置，其特征在于，所述第一容器隔层（6）上表面具有固定槽（20），所述容器盖（1）上具有与固定槽（20）对应的凹槽，所述柱形支架（21）固定在固定槽（20）和凹槽之间。
5.根据权利要求1所述的无土栽培装置，其特征在于，所述容器盖（1）、容器（4）为黑色不透光PE材料，所述通气孔（2）为上下口面错位的通气孔。
6.根据权利要求1所述的无土栽培装置，其特征在于，所述柱形支架（21）由若干圆环和连接各圆环的侧条组成。
7.根据权利要求1所述的无土栽培装置，其特征在于，所述柱形支架（21）为PE塑料材料。
8.根据权利要求1所述的无土栽培装置，其特征在于，所述亲水纤维网（22）由脱脂棉亲水材料编织而成，编织选用的纤维直径为10～100微米，纤维纺线直径为0.1～0.6毫米，编织成的纤维网网孔径为40目～200目。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN111183891A (zh) * | 2020-03-22 | 2020-05-22 | 陆军军 | 一种基于浮力调整的叶菜水培种植装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |