CN115357064B - 一种可用于植物工厂营养液pH自动调节装置及调节方法 - Google Patents

一种可用于植物工厂营养液pH自动调节装置及调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于植物工厂营养液pH自动调节装置及调节方法，其技术方案要点是包括出水管，所述出水管用于将水培设备中的营养液送出；调节罐，所述调节罐设置有多个，所述调节罐与出水管连接并且用于对营养液进行PH值调节；回水管，所述回水管用于调节罐调节后的营养液送回水培设备；监测传感器，所述监测传感器设置在水培设备中且用于检测水培设备中营养液的PH值；调节传感器，每一个调节罐中设置一个调节传感器，所述调节传感器用于检测调节罐中营养液的PH值；以及控制器，控制器与监测传感器和调节传感器连接。通过调节传感器、监测传感器、调节罐和控制器的设置，能够自动进行PH值的调节。

Description

一种可用于植物工厂营养液pH自动调节装置及调节方法
技术领域
本发明涉及营养液PH值调节的技术领域，更具体的说，它涉及一种可用于植物工厂营养液pH自动调节装置及调节方法。
背景技术
无土栽培是指以水、草炭或森林腐叶土、蛭石等介质作植株根系的基质固定植株，植株根系能够直接接触营养液的栽培方法，无土栽培中营养液成分易于控制，且可随时调节。无土栽培中营养液成分易于控制，且可随时调节，无土栽培根据栽培介质的不同分为水培、雾培和介质栽培，水培是指植物根系直接与营养液接触，不用基质的栽培方法。
在进行水培的过程当中，植物会不断吸收营养液中的所需成分，同时会向营养液当中释放或者分泌产生的物质，因此水培的营养液的成分会随着时间变化而发生变化，从而导致营养液的酸碱度发生变化。植物的生长需要一个适合的酸碱度范围，否则会影响植物根系对营养液当中所需成分的吸收，所以在进行水培的过程当中，需要频繁的对营养液的PH值进行调整，但是现有的水培设备缺乏对营养液的自动调节功能。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可用于植物工厂营养液pH自动调节装置，通过调节传感器、监测传感器、调节罐和控制器的设置，能够自动进行PH值的调节。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种可用于植物工厂营养液pH自动调节装置，包括出水管，所述出水管用于将水培设备中的营养液送出；
调节罐，所述调节罐设置有多个，所述调节罐与出水管连接并且用于对营养液进行PH值调节；
回水管，所述回水管用于调节罐调节后的营养液送回水培设备；
监测传感器，所述监测传感器设置在水培设备中且用于检测水培设备中营养液的PH值；
调节传感器，每一个调节罐中设置一个调节传感器，所述调节传感器用于检测调节罐中营养液的PH值；
以及控制器，控制器与监测传感器和调节传感器连接。
本发明进一步设置为：所述出水管通过多个连通管分别与多个调节罐连接，连通管上设置有第一电控阀，电控阀与控制器连接以实现依次为调节罐内注入营养液。
本发明进一步设置为：所述调节罐上连通有向调节罐内注入酸液的酸液管和向调节罐内注入碱液的碱液管，调节罐内设置有用于将营养液与注入的酸液和碱液混合均匀的搅拌装置。
本发明进一步设置为：所述搅拌装置包括多个围绕一轴线转动的搅拌板，在每一个所述搅拌板上都设置有贯穿搅拌板的湍流孔。
本发明进一步设置为：还包括补氧机构，补氧机构与出水管和回水管连通并且用于对营养液进行补氧。
本发明进一步设置为：所述出水管设置在水培设备的底部，回水管设置在水培设备一侧靠近顶部的位置；
回水管位于补氧机构上方，出水管位于补氧机构下方，回水管底部设置有引导营养液流入补氧机构的上水管，补氧机构底部设置有将补氧机构补氧后的营养液送入出水管的连接管。
本发明进一步设置为：所述回水管上设置有第二电控阀，第二电控阀位于上水管远离水培设备一侧；
所述出水管上设置有第三电控阀，第三电控阀位于连接管远离水培设备一侧；
上水管和连接管上分别设置有第四电控阀和第五电控阀，第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀和第五电控阀与控制器连接。
本发明进一步设置为：所述补氧机构包括竖直设置的补氧管、引导营养液在补氧管内螺旋流动的引导板以及设置在引导板上的阻挡板，在阻挡板上设置若干贯穿引导板的通孔。
本发明进一步设置为：所述回水管上设置有用于将调节罐调节之后的营养液送入水培设备第一水泵，所述出水管上设置有用于将水培设备当中的营养液送入调节罐中的第二水泵，第一水泵和第二水泵与控制器连接。
本发明的另一目的在于提供一种PH自动调节方法，监测传感器监测到水培设备当中营养液的PH值不符合预设范围时：
控制器控制第四电控阀和第五电控阀关闭，第二电控阀和第三电控阀打开，第一水泵和第二水泵打开；
控制器控制多个第一电磁阀依次处于打开状态，控制器控制注入营养液的调节罐根据调解传感器检测到的PH值添加酸液或碱液，直至调解传感器检测到的PH值在预设范围内；
监测传感器监测到水培设备当中营养液的PH值符合预设范围时，控制器控制第四电控阀和第五电控阀打开，第二电控阀和第三电控阀打开，第一水泵打开，第二水泵关闭。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：本发明通过调节传感器、监测传感器、调节罐和控制器的设置，能够自动进行PH值的调节。
附图说明
图1为实施例的整体结构的示意图；
图2为图1的A部放大示意图；
图3为实施例的调节罐的示意图；
图4为图1的B部放大示意图；
图5为实施例的补氧机构的示意图；
图6为图5的C部放大示意图。
图中：1、出水管；11、连通管；12、连接管；2、回水管；21、上水管；3、调节罐；31、酸液管；32、碱液管；33、营养管；34、排水管；4、收纳桶；5、搅拌装置；51、搅拌轴；52、搅拌板；521、湍流孔；53、支撑板；54、连接杆；6、补氧机构；61、补氧管；62、引导板；63、阻挡板；631、通孔；64、竖杆；10、水培设备。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：一种可用于植物工厂营养液PH自动调节装置，参见附图1-附图6，包括用于将水培设备10中的营养液送出的出水管1、用于对出水管1送出的营养液进行PH值调节的调节罐3、用于将调节罐3调节后的营养液送回水培设备10的回水管2、设置在水培设备10中并且用于检测水培设备10中营养液PH值的监测传感器、设置在调节罐3当中的用于检测调节罐3中营养液PH值的调节传感器以及与检测传感器和调节传感器连接的控制器。
通过监测传感器来监测谁水培设备10当中营养液的PH值，当营养液的PH值不符合预设的PH值范围的时候，通过出水管1将水培设备10当中的营养液抽出，在调节罐3当中对营养液进行PH值调节，直至调节传感器检测到调节罐3当中的营养液的PH值在预设的PH值范围内，回水管2将调节罐3调节之后的营养液送回到水培设备10当中，由于水培设备10当中的营养液的量远大于调节罐3一次所调节的营养液的量，出水管1持续的将水培设备10当中的营养液抽出通过调节罐3进行调节，回水管2实时将调节结束的营养液送回至水培设备10，直至监测传感器监测到水培设备10当中的监测传感器所监测到的PH值符合预设的PH值范围为止。
调节罐3在对调节罐3内的营养液的PH值进行调节的时候，调节罐3无法继续接收出水管1所送出的营养液，需要将调节罐3内的营养液的PH值调节至预设PH值范围并且将调节后的营养液送出之后，才能够继续接收营养液，再次接收营养液，这使得营养液PH值的调节效率大大降低，本实施例当中设置多个调节罐3，出水管1同时只向一个调节罐3当中输入营养液，且出水管1依次向多个调节罐3当中输入营养液，多个调节罐3的设置，使得一调节罐3在注入营养液的时候，其余的调节罐3中已经调节罐3内调解完毕的调节罐3将营养液通过回水管2送回至水培设备10当中，既能够提高营养液PH值调节的效率，还能够保持水培设备10内营养液的循环流动。
具体的，在出水管1上固定连接有多个连通管11，多个连通管11分别对应多个调节罐3，连通管11固定连接在对应的调节罐3上，出水管1通过连通管11向调节罐3内注入营养液；为了控制出水管1单独向一调节罐3内注入营养液，在每一个连通管11上都设置一第一电控阀，将第一电控阀与控制器连接，通过控制器控制第一电控阀的打开和关闭。
为了控制调节罐3内注入的营养液的量，在每一个调节罐3当中都设置一个液位传感器，控制器与液位传感器连接，设置一预设液面高度，当调节罐3内的液位传感器检测到的液面高度达到预设液面高度的时候，控制器控制与该调节罐3连接的连通管11上的第一电控阀关闭。
控制器对多个第一控制阀和多个液位传感器进行编号，第一控制阀与对应的液位传感器编号相同。
在营养液的使用过程当中，不仅仅营养液的PH值会发生变化，营养液内营养物质的浓度也会发生变化，营养液内营养物质的浓度主要体现在营养液内无机盐的浓度，为了检测营养液内无机盐的浓度，在水培设备10当中设置第一EC传感器，通过第一EC传感器来监测水培设备10当中的无机盐的浓度符合预设浓度范围。
调节罐3能够对营养液内的无机盐浓度补充，在调节罐3内设置一第二EC传感器，通过第二EC传感器检测调节罐3内的营养液的无机盐浓度是否符合预设浓度范围；当水培设备10当中的无机盐浓度不符合预设浓度范围的时候，出水管1将水培设备10当中的营养液输送至调节罐3，调节罐3先进行无机盐浓度调节，直至第二EC传感器检测到调节罐3内营养液的无机盐浓度符合预设浓度范围，之后调节罐3内的调节传感器检测调节罐3内营养液的PH值，若PH值符合预设PH值范围，则直接将调节罐3内的营养液通过回水管2输送至水培设备10中，若PH值不符合要求，则调节罐3对营养液的PH值进行调节，直至调节罐3的营养液符合预设PH值范围，然后再将调节罐3内的营养液通过回水管2输送至水培设备10中。
具体的，检测传感器和调节传感器都设置为PH传感器。
在调节罐3外侧固定连接有向调节罐3内注入酸液的酸液管31、向调节罐3内注入碱液的碱液管32和向调节罐3内注入浓缩营养液的营养管33，酸液管31、碱液管32以及营养管33上都设置有注液泵，注液泵用于将酸液、碱液以及浓缩营养液注入到调节罐3内，注浆泵与控制器连接。
为了使得调节罐3内的营养液能够与酸液、碱液或浓缩营养液充分混合，在调节罐3内设置一个搅拌装置5，通过搅拌装置5对调节罐3内的营养液进行搅拌。本实施例当中，为了保证搅拌的充分性，设置搅拌装置5为多个围绕一轴线转动的搅拌板52，在每一个搅拌板52上都设置有贯穿搅拌板52的湍流孔521，通过湍流孔521的设置，能够在搅拌板52对营养液进行搅拌的时候，使得营养液在湍流孔521处被扰动，从而出现湍流，使得营养液能够与碱液、酸液或浓缩营养液混合的更加均匀。
在本实施例当中，搅拌装置5还包括设置在调节罐3内的搅拌轴51以及将搅拌轴51与搅拌板52连接的连接杆54；多个搅拌板52环绕搅拌轴51设置并且在搅拌轴51的带动下围绕搅拌轴51的轴线转动；具体的，调节罐3设置为顶部敞口并且轴线竖直的圆桶，调节罐3的顶部设置有一支撑板53，转轴的两端分别转动连接在支撑板53和调节罐3的底部，搅拌轴51与调节罐3同轴设置。支撑板53上固定连接一电机，电机与转轴传动连接，电机与控制器连接。
具体的，在多个调节罐3的下方设置有一收纳桶4，调节罐3当中调节完成的营养液都送入到收纳桶4当中，回水管2将收纳桶4当中的营养液送回至水培设备10中。具体的，每一个调节罐3的底部都固定连接有一用于将调节罐3当中的营养液送至收纳桶4当中的排水管34，排水管34上设置有第六电控阀，第六电控阀与控制器连接。
具体的，本实施例还包括补氧机构6，补氧机构6与出水管1和回水管2连通并且用于对营养液进行补氧；出水管1设置在水培设备10的底部，回水管2设置在水培设备10一侧靠近顶部的位置，设置回水管2的高度低于水培设备10内的液面高度；回水管2位于补氧机构6上方，出水管1位于补氧机构6下方，回水管2底部设置有引导营养液流入补氧机构6的上水管21，补氧机构6底部设置有将补氧机构6补氧后的营养液送入出水管1的连接管12。
回水管2上设置有第二电控阀，第二电控阀位于上水管21远离水培设备10一侧；出水管1上设置有第三电控阀，第三电控阀位于连接管12远离水培设备10一侧；上水管21和连接管12上分别设置有第四电控阀和第五电控阀，第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀和第五电控阀与控制器连接。
当水培设备10当中的营养液的PH值符合预设PH值范围，无机盐浓度符合预设浓度范围的时候，第二电控发个第三电控阀关闭，第四电控阀和第五电控阀打开，水培设备10当中的水自然通过回水管2流入到上水管21中，然后由上水管21流入到补氧机构6当中，补氧技术之后通过连接管12进入到出水管1当中，然后由出水管1送回至水培设备10当中。
具体的，补氧机构6包括竖直设置的补氧管61、引导营养液在补氧管61内螺旋流动的引导板62以及设置在引导板62上的阻挡板63，在阻挡板63上设置若干贯穿引导板62的通孔631。营养液在引导板62的作用下螺旋向下流动的过程当中，会依次经过多个阻挡板63，在阻挡板63的阻挡下，营养液会产生湍流且在湍流发生的时候会将周围的空气卷入到营养液当中，促使营养液与空气进行混合，使得营养液能够充分的吸收空气当中的氧气，实现对营养液的补氧。
具体的，补氧管61设置为竖管，补氧管61的直径大于上水管21直径的两倍，小于上水管21直径的三倍，使得补氧管61内能够充满空气而不是被营养液充满。补氧管61内设置有一竖杆64，引导板62环绕竖杆64螺旋设置。连接管12固定连接在补氧管61的底部。
回水管2上设置有用于将调节罐3调节之后的营养液送入水培设备10第一水泵，所述出水管1上设置有用于将水培设备10当中的营养液送入调节罐3中的第二水泵，第二水泵和第一水泵都位于补氧管61远离水培设备10一侧，在连接管12当中设置有一第三水泵，第三水泵能够将补氧管61内补氧之后的营养液送至回水管2内，并且能够推动回水管2内的营养液进入到水培设备10当中。第一水泵、第二水泵和第三水泵与控制器连接。
实施例二：一种PH自动调节方法，包括以下步骤：
S01，第一EC传感器实时获取水培设备10中营养液的无机盐浓度数据并且将数据传递至控制器，控制器判断获取的无机盐浓度数据是否在预设浓度范围内，若否，则执行步骤S02，若是，则执行步骤S10；
S02，控制器控制第四电控阀和第五电控阀关闭，第二电控阀和第三电控阀打开，第一水泵、第二水泵打开，第三水泵关闭，控制器控制其中一第一电控阀打开，其余第一控制阀关闭；
S03，控制器接收与打开的第一电控阀编号相同的液位传感器检测到的液面高度，当判断接收到的液面高度符合预设液面高度时，控制器控制打开的第一电控阀关闭，然后打开下一编号的第一电控阀，执行步骤S04，同时再次执行步骤S03；
S04，控制器控制S03中注浆完毕的调节罐3的营养管33上的注液泵打开，控制器控制调节罐3上的电机打开，控制器实时接收调节罐3内第二EC传感器检测到的无机盐浓度数据，控制器实时判断无机盐浓度数据是否符合预设浓度范围，当控制器判断无机盐浓度符合预设浓度范围时，控制器控制注液泵、电机关闭；
S05，控制器接收调节罐3内调节传感器检测到的PH值，判断PH,是否符合预设PH值范围，若符合，则执行步骤S06，若不符合，则执行步骤S07；
S06，控制器控制调节罐3底部的排水管34上的第六电控阀打开。
S07，控制器判断PH值高于预设PH值范围，还是低于预设PH值范围，若高于，则控制酸液管31上的注液泵打开，若低于，则控制碱液管32上的注液泵打开；
S08，控制器控制电机打开，实时接收调节传感器检测到的PH值，控制器判断PH值符合预设PH值范围时，控制器控制注液泵、电机关闭，控制器控制调节罐3底部的排水管34上的第六电控阀打开。
S09，控制器通过第一EC传感器实时检测水培设备10当中营养液的无机盐浓度，当控制器判断第一EC传感器检测到的无机盐浓度符合预设浓度范围时，停止执行步骤S03，将正在执行的步骤S04-步骤S08执行完毕后，控制器控制第四电控阀和第五电控阀打开，第二电控阀和第三电控阀关闭，第一水泵、第二水泵关闭，第三水泵打开；
S10，监测传感器获取水培设备10中的营养液PH值，控制器判断PH值符合预设PH值范围时，再次执行步骤S01，控制器判断PH值不符合预设PH值范围时，执行步骤S11；
S11，控制器控制第四电控阀和第五电控阀关闭，第二电控阀和第三电控阀打开，第一水泵、第二水泵打开，第三水泵关闭，控制器控制其中一第一电控阀打开，其余第一控制阀关闭；
S12，控制器接收与打开的第一电控阀编号相同的液位传感器检测到的液面高度，当判断接收到的液面高度符合预设液面高度时，控制器控制打开的第一电控阀关闭，然后打开下一编号的第一电控阀，执行步骤S13，同时再次执行步骤S12；
S13，控制器接收S12中注浆完毕的调节罐3内调节传感器检测到的PH值，控制器判断PH值高于预设PH值范围，还是低于预设PH值范围，若高于，则控制酸液管31上的注液泵打开，若低于，则控制碱液管32上的注液泵打开；
S14，控制器控制电机打开，实时接收调节传感器检测到的PH值，控制器判断PH值符合预设PH值范围时，控制器控制注液泵、电机关闭，控制器控制调节罐3底部的排水管34上的第六电控阀打开。
S09，控制器通过监测传感器实时检测水培设备10当中营养液的PH值，当控制器判断监测传感器检测到的PH值符合预设PH值范围时，停止执行步骤S12，将正在执行的步骤S13、步骤S14执行完毕后，控制器控制第四电控阀和第五电控阀打开，第二电控阀和第三电控阀关闭，第一水泵、第二水泵关闭，第三水泵打开。
水培设备10正常工作时，第四电控阀和第五电控阀打开，第二电控阀和第三电控阀关闭，第一水泵、第二水泵关闭，第三水泵打开，正常工作指的是水培设备10当中的PH值符合预设PH值范围，无机盐浓度符合预设浓度范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种可用于植物工厂的营养液pH自动调节装置，其特征在于：包括出水管(1)，所述出水管(1)用于将水培设备(10)中的营养液送出；
调节罐(3)，所述调节罐(3)设置有多个，所述调节罐(3)与出水管(1)连接并且用于对营养液进行PH值调节；
回水管(2)，所述回水管(2)用于将调节罐(3)调节后的营养液送回水培设备(10)；
监测传感器，所述监测传感器设置在水培设备(10)中且用于检测水培设备(10)中营养液的PH值；
调节传感器，每一个调节罐(3)中设置一个调节传感器，所述调节传感器用于检测调节罐(3)中营养液的PH值；
以及控制器，控制器与监测传感器和调节传感器连接；
所述出水管(1)通过多个连通管(11)分别与多个调节罐(3)连接，连通管(11)上设置有第一电控阀，第一电控阀与控制器连接以实现依次为调节罐(3)内注入营养液；
所述调节罐(3)上连通有向调节罐(3)内注入酸液的酸液管(31)和向调节罐(3)内注入碱液的碱液管(32)，调节罐(3)内设置有用于将营养液与注入的酸液和碱液混合均匀的搅拌装置(5)；
所述搅拌装置(5)包括多个围绕一轴线转动的搅拌板(52)，在每一个所述搅拌板(52)上都设置有贯穿搅拌板(52)的湍流孔(521)；
多个调节罐的下方设置有一收纳桶，调节罐当中调节完成的营养液都送入到收纳桶当中，回水管将收纳桶当中的营养液送回至水培设备中；
还包括补氧机构(6)，补氧机构(6)与出水管(1)和回水管(2)连通并且用于对营养液进行补氧；
所述出水管(1)设置在水培设备(10)的底部，回水管(2)设置在水培设备(10)一侧靠近顶部的位置；设置回水管(2)的高度低于水培设备(10)内的液面高度；
回水管(2)位于补氧机构(6)上方，出水管(1)位于补氧机构(6)下方，回水管(2)底部设置有引导营养液流入补氧机构(6)的上水管(21)，补氧机构(6)底部设置有将补氧机构(6)补氧后的营养液送入出水管(1)的连接管(12)；
所述补氧机构(6)包括竖直设置的补氧管(61)、引导营养液在补氧管(61)内螺旋流动的引导板(62)以及设置在引导板(62)上的阻挡板(63)，在阻挡板(63)上设置若干贯穿引导板(62)的通孔(631)；
补氧管(61)内设置有一竖杆(64)，引导板(62)环绕竖杆(64)螺旋设置；
所述回水管(2)上设置有第二电控阀，第二电控阀位于上水管(21)远离水培设备(10)一侧；
所述出水管(1)上设置有第三电控阀，第三电控阀位于连接管(12)远离水培设备(10)一侧；
上水管(21)和连接管(12)上分别设置有第四电控阀和第五电控阀，第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀和第五电控阀与控制器连接；
所述回水管(2)上设置有用于将调节罐(3)调节之后的营养液送入水培设备(10)的第一水泵，所述出水管(1)上设置有用于将水培设备(10)当中的营养液送入调节罐(3)中的第二水泵，第一水泵和第二水泵与控制器连接；
当水培设备(10)当中的营养液的PH值符合预设PH值范围，无机盐浓度符合预设浓度范围的时候，第二电控阀和第三电控阀关闭，第四电控阀和第五电控阀打开，水培设备(10)当中的水自然通过回水管(2)流入到上水管(21)中，然后由上水管(21)流入到补氧机构(6)当中，补氧之后通过连接管(12)进入到出水管(1)当中，然后由出水管(1)送回至水培设备(10)当中。
2.一种pH自动调节方法，采用权利要求1所述的可用于植物工厂的营养液pH自动调节装置，其特征在于：监测传感器监测到水培设备(10)当中营养液的PH值不符合预设范围时：
控制器控制第四电控阀和第五电控阀关闭，第二电控阀和第三电控阀打开，第一水泵和第二水泵打开；
控制器控制多个第一电磁阀依次处于打开状态，控制器控制注入营养液的调节罐(3)根据调节传感器检测到的PH值添加酸液或碱液，直至调节传感器检测到的PH值在预设范围内；
监测传感器监测到水培设备(10)当中营养液的PH值符合预设范围时，控制器控制第四电控阀和第五电控阀打开，第二电控阀和第三电控阀打开，第一水泵打开，第二水泵关闭。
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