刘欣

摘要：本文介绍植物工厂数据系统特点，在此基础上，研制一种截面为正多边形或对称的智能生态箱，以仿植物工厂数据为基础，设计出具有正多边形对称结构的智能生态箱，生态箱可自动管控植物生长，美化环境，可根据不同作物量身定制，满足不同需要。

Abstract： This paper introduces the characteristics of plant factory data system， and on this basis， an intelligent eco-box with regular polygon or symmetry cross-section is developed. Based on plant factory data， an intelligent eco-box with regular polygon and symmetry structure is designed. The eco-box can automatically control plant growth and beautify the environment. Tailored to the needs of different crops.

关键词：植物工厂；智能生态箱

Key words： plant factory；intelligent ecological box

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）33-0149-02

1 植物工厂数据系统简介

2016年中国科学院植物研究所在福建建立全球最大的植物工厂。植物工厂数据系统的主要特点如下：在植物工厂里的植物，不需要太阳照射，处于无尘无菌净化空间，根据不同植物生长的曲线数据，利用LED光谱技术及电子自动化设备，通过温度、湿度、光照、二氧化碳浓度及营养液等传感器获得数据，计算机对植物生长多因素配比实施智能控制，克服植物对季节、气候、土地等自然条件依赖，实现正常生长，甚至多周期生长，提高蔬菜的营养价值和产量。每层开启的LED光源包含蓝光、红光等不同光谱，对于栽培的生菜、小白菜、冰菜等10余种水培叶菜，浸在专门配比的营养液里。因为植物的生物量90%源于光合作用，人为设计LED光源的光合作用比自然光更加可控，直接影响植物生长和产量。在栽培架上生长的蔬菜如图1-图2所示。

植物工厂系统主要是做到配比制成光源，以及对温度、湿度、二氧化碳浓度以及营养液等影响植物生长环境的高精度控制，使植物工厂内种植的生菜类蔬菜缩短生长的周期，实现反季节和多周期的销售，使利润稳步增加。植物工厂多层栽培架立体栽培的模式，直接成倍扩大种植面积，真实节约了土地利用。因此，植物工厂模块化的栽培系统，还可以为沙漠、海岛、寒冷地带等特殊环境提供蔬菜、水果种植的最佳解决方式。目前植物工厂系统推广受限主要是高成本、耗能大的发展桎梏。对光谱研究的更加深入、开发更实惠的营养液，降低植物工厂的电能耗都是面临的问题。

2 生态箱技术背景

①传统立体景观多数采用露天土壤种植，对绿化环境和种植者要求很高，比较容易出现植株发育不良、病虫害严重等多种问题。②传统的植物栽培箱多为露天栽种，受室内环境影响较大，其结构不合理，观赏性不足，无法根据植物的情况，及时进行补水补光，不能实现自动化控制，丧失种植意义。③对于现有的植物栽培箱，其结构过于单一，缺少动态效果，虽然可提供一定生长环境，但是过程简单，作物生长状况不佳，作用不大明显。小型植物栽培箱模型如图3。

3 现有相似产品的缺点

缺点1：无土但不封闭：一种立体花架，不采用传统土壤种植，直接利用种植管道进行基质栽培。传统的多为露天栽种，受环境影响较大，其结构不简单，动态效果差，植物容易发生病虫害观赏性不足。缺点2：封闭箱体内部环境参数统一，无法实现分区，种植品种单一，一般包括箱体、通风系统、喷淋系统、灯光系统、温湿度控制系统和智能控制系统，本设计仿照植物工厂特点，拟封闭透明结构，将喷淋系统、灯光系统、温湿度控制系统和智能控制系统整合设置在顶端，以箱体截面形状设计传送路径。本品以三角形截面为例，在同一个箱体内达到分区种植的效果，更加节能减耗，使室内种植更具观赏性。依据相同原理，对称结构可多组组合放置。

4 智能生态箱的设计理念

首先，温度湿度等传感器对生态箱内数据进行采集处理，湿度与湿度数据被送入微控制器，根据专家系统自动控制外部设备来调节温度、湿度、光照、通风，为芽苗菜提供最适宜的生长环境。微控制器将传感器采集的湿度、湿度数据分别通过WIFI无线模块和串口传送给远程软件与本地触控屏。远程监控软件与本地触控屏人工发送指令控制生态箱内的电器负载，根据栽培芽苗菜品种的不同写入芽苗菜专家系统。系统实现了本地触控屏监控与远程网络监控的有化结合，必然成为今后设施农业的发展方向。使生态箱系统设计科学可靠，具有进一步推广的价值。

5 生态箱两大控制系统简介

①适宜的温度是植物生长必须的基本环境，植物的所有新陈代谢都在特定环境温度下才能进行。过低温度会抑制或终止种植的生长。过高的温度导致营养消耗多，生长周期过快，最终导致无观赏性和植物口味欠佳。不同植物所需最适生长温度不同，使用时控制器会自动根据品种选择，生态箱内的温度调控主要通过LED光源温和喷淋通风降温来实现。在生态箱的顶部安装带有微喷淋孔的管道，起到加湿和降温的物理效果。半封闭生态箱顶部开一排的圆孔，和风扇形成循环风道，实现内部与外部环境的大气对流。生态箱内湿度超过温度上限时，控制器发出降温指令，自动进行微喷淋和风扇降温。生态箱内湿度低于湿度下限值时，控制器开启加热器，傳感器检测到环境温度适宜时，自动关闭加热。

②生态箱内湿度控制与温度控制方式相似，生态箱内增加湿度通过箱体内顶部微喷淋孔实现，降低湿度通过风扇的空气对流实现。由植物工厂数据表明，植物种子发育初期新陈代谢最旺盛，需要的水量在全部生长周期所占比例最多。原有的喷淋达不到最有效果，需要进行大水量喷淋，所以在生态箱内顶部安装大喷淋孔管道，可使喷淋化管道交替排列的方案。

6 智能生态箱的创新点

本设计一种正多边形智能植物生态箱，涉及生态箱领域，包括箱体，所述箱体内设置有传动装置、栽培槽和设备仓，所述传动装置包括两个链条传送带、电机和若干个链轮，所述箱体的截面为正多边形，所述链条传送带的传送路径的形状与所述箱体截面形状一致；所述设备仓设置于所述箱体顶部，所述喷淋系统、灯光系统、温湿度控制系统、通风系统和电机分别与所述智能控制系统连接。本实用新型的正多边形智能植物生态箱，按照所栽植物生长的不同需求，将栽培槽轮流置顶，在同一个箱体内达到分区种植的效果，增强动态效果，更加节能减耗，使室内种植更具观赏性。

参考文献：

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