本發(fā)明涉及植物培養(yǎng)技術領域，具體涉及一種新型氣態(tài)植物栽培裝置及其方法。

背景技術：

目前市場上的培養(yǎng)箱成本都相對較高，而且只能控制一定條件的光照，濕度和溫度，對于培養(yǎng)的植物材料都需要栽到基質(zhì)里，然后放進培養(yǎng)箱培養(yǎng)，而且空間有限；對于植物材料的養(yǎng)分都是通過澆施方式給予，這樣不利于養(yǎng)分的充分吸收和高效利用。

中國專利(cn202095336u)公開了一種家用多功能植物栽培設備，該設備包括發(fā)面區(qū)、發(fā)豆芽區(qū)以及蔬菜種植區(qū)；發(fā)豆芽區(qū)設置有對該單元濕度進行檢測和調(diào)節(jié)的濕度傳感器、濕度調(diào)節(jié)裝置以及為發(fā)豆芽提供新鮮水源的水循環(huán)裝置；蔬菜種植區(qū)設置有對該單元濕度、co2濃度、光照進行檢測和調(diào)節(jié)的濕度傳感器、濕度調(diào)節(jié)裝置、光照傳感器、co2傳感器、co2濃度調(diào)節(jié)裝置、光照調(diào)節(jié)裝置，以及為蔬菜種植提供養(yǎng)分的營養(yǎng)液循環(huán)裝置；發(fā)面區(qū)、發(fā)豆芽區(qū)、蔬菜種植區(qū)均設置有對各自單元的溫度進行檢測和調(diào)節(jié)的溫度傳感器、溫度調(diào)節(jié)裝置；該植物栽培設備還包括一控制系統(tǒng)。

中國專利(cn204217610u)公開了一種密閉式微型植物工廠，包括：密閉的殼體及位于其內(nèi)部的植物培養(yǎng)系統(tǒng)、光照系統(tǒng)、二氧化碳補充系統(tǒng)、內(nèi)部空氣循環(huán)系統(tǒng)、換氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述植物培養(yǎng)系統(tǒng)用于固定植株，包含植物所需的營養(yǎng)成分及水分；所述光照系統(tǒng)、二氧化碳補充系統(tǒng)、內(nèi)部空氣循環(huán)系統(tǒng)、換氣系統(tǒng)均與所述控制系統(tǒng)電連接；所述內(nèi)部空氣循環(huán)系統(tǒng)包括位于殼體內(nèi)部的風機；所述換氣系統(tǒng)包括與所述殼體外界連通的排氣通道。

然而，現(xiàn)有技術中并沒有解決無光環(huán)境栽培問題、植物栽培中吸收效率低、不易清理和營養(yǎng)液浪費問題、培養(yǎng)裝置內(nèi)外空氣自然流通較差、污染物的控制問題以及解決應急供電問題以及使用者監(jiān)控栽培裝置現(xiàn)狀的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新型氣態(tài)植物栽培裝置，已解決現(xiàn)有技術中的不足，為達上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種新型氣態(tài)植物栽培裝置，包括控制中心stm32模塊、檢測模塊、進出風扇模塊、led點陣顯示模塊、鍵控模塊、植物培養(yǎng)基底、營養(yǎng)液霧化器、電源管理模塊、光照燈、透光罩模塊；其特征為：控制中心stm32模塊分別與檢測模塊、進出風扇模塊、led點陣顯示模塊、鍵控模塊、植物培養(yǎng)基底、營養(yǎng)液霧化器、電源管理模塊、光照燈、透光罩模塊相連接；所述檢測模塊可將室內(nèi)空氣質(zhì)量、溫濕度、光照強度、co2濃度的相關數(shù)據(jù)實時傳輸給控制中心stm32模塊，控制中心stm32模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)控制進出風扇模塊、光照燈部件工作，同時控制中心stm32模塊可實時將控制質(zhì)量的相關參數(shù)顯示于led點陣顯示模塊上；所述植物培養(yǎng)基底用于固定植物，其內(nèi)置入營養(yǎng)液霧化器，該營養(yǎng)液霧化器將營養(yǎng)液以霧化的方式導入植物根部，便于植物高效吸收，同時營養(yǎng)液霧化器受控制中心stm32模塊控制；

優(yōu)選地，所述檢測模塊包括：空氣質(zhì)量pm2.5檢測模塊、溫濕度檢測模塊、光照、co2濃度檢測模塊；

優(yōu)選地，所述光照燈、透光罩模塊用于為植物提供光線，其受控制中心stm32模塊控制；所述鍵控模塊用于與控制中心stm32模塊進行指令交互，方便用戶操控相關模塊和調(diào)看數(shù)據(jù)；所述電源管理模塊可以為控制中心stm32模塊、進出風扇模塊、led點陣顯示模塊、營養(yǎng)液霧化器及光照燈、透光罩模塊提供電源；

優(yōu)選地，所述進出風扇模塊由進風風扇和出風風扇組成，進風風扇位于該裝置的左下側(cè)，出風風扇位于該裝置的右上側(cè)；所述檢測模塊位于該裝置的后側(cè)，用于實時監(jiān)測室內(nèi)空氣質(zhì)量的相關數(shù)據(jù)；所述控制中心stm32模塊、led點陣顯示模塊、鍵控模塊以及電源管理模塊位于屋蓋裝置的前側(cè)，其中l(wèi)ed點陣顯示模塊以及鍵控模塊方便用戶與該裝置進行交互；所述植物培養(yǎng)基底位于該裝置內(nèi)部下側(cè)，可分割成行列陣列方便多株植物同時養(yǎng)護，其內(nèi)置有營養(yǎng)液霧化器；所述光照燈、透光罩模塊位于該裝置頂部，可以為植物提供合適的光源；

優(yōu)選地，該裝置可由市電進行供電；該裝置內(nèi)設有蓄電池，當沒有外部電源的時候，可自動切換成蓄電池供電模式；

優(yōu)選地，所述營養(yǎng)液霧化裝置包括方向轉(zhuǎn)換管、霧化器上蓋、霧化器下蓋、霧化帽、導管；霧化器下蓋內(nèi)側(cè)底部中央為一錐形體，錐形體頂端有孔與霧化器下蓋外側(cè)接口相通，霧化帽下端呈錐形并與霧化器下蓋中的錐形體套裝，霧化器下蓋外側(cè)有與導管相連的接口；霧化器下蓋中容納營養(yǎng)液；霧化器上蓋對準霧化器下蓋并通過鎖扣連接在一起；霧化器下蓋與導管連接；導管與外部高壓氣壓機連接；霧化器上蓋與萬向轉(zhuǎn)換管一端連接；萬向轉(zhuǎn)換管另一端與噴嘴連接；

優(yōu)選地，空氣質(zhì)量pm2.5檢測模塊包括激光源、空氣通道、光散射測量腔體、濾波放大電路；所述激光源通過發(fā)射激光給光散射測量腔體，同時空氣通過空氣通道穿過光散射測量腔體，將采集到的空氣參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號后經(jīng)過濾波、放大電路并經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器輸入控制中心stm32模塊中，控制中心stm32模塊根據(jù)采集的信號發(fā)出控制指令；

優(yōu)選地，透明罩上設有隔光套，所述隔光套可以將光照燈的光照隔離。

優(yōu)選地，所述電源管理模塊輸入電壓范圍：直流3.2v至40v；輸出電壓范圍：直流1.25v至35v電壓連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流為3a；所述鍵控模塊是一個基于觸摸檢測芯片ttp223b的電容式點動型觸摸開關模塊；控制中心stm32模塊采用嵌入式armcortex-m3，其內(nèi)核時鐘頻率達到72mhz。

一種包括上述新型氣態(tài)植物栽培裝置的方法。

有益效果：采用透光罩、光照燈，用于解決無光環(huán)境栽培問題；采用營養(yǎng)液霧化器，解決植物栽培中吸收效率低、不易清理和營養(yǎng)液浪費問題；采用空氣凈化裝置，解決培養(yǎng)裝置內(nèi)外空氣自然流通較差的問題；采用蓄電池，解決應急供電問題；采用led顯示裝置，方便使用者監(jiān)控栽培裝置現(xiàn)狀。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種新型氣態(tài)植物栽培裝置的系統(tǒng)結構框圖。

圖2-1為一種新型氣態(tài)植物栽培裝置中pm2.5傳感器工作流程圖。

圖2-2(a)為一種新型氣態(tài)植物栽培裝置中stm32電路圖-mcu部分原理圖。

圖2-2(b)為一種新型氣態(tài)植物栽培裝置中stm32電路圖-串口電路部分原理圖。

圖2-2(c)為一種新型氣態(tài)植物栽培裝置中stm32電路圖-iic電路部分原理圖。

圖2-2(d)為一種新型氣態(tài)植物栽培裝置中stm32電路圖-復位電路部分原理圖。

圖2-2(e)為一種新型氣態(tài)植物栽培裝置中stm32電路圖-存儲器at24cxx、spi電路部分和溫度傳感器lm75部分原理圖。

圖2-3為一種新型氣態(tài)植物栽培裝置中l(wèi)ed屏驅(qū)動電路部分原理圖。

圖2-4(a)為一種新型氣態(tài)植物栽培裝置中電容式觸摸感應原理。

圖2-4(b)為一種新型氣態(tài)植物栽培裝置中基于lpc1100觸摸按鍵原理。

圖2-5為一種新型氣態(tài)植物栽培裝置中電源管理模塊電路。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供一種新型氣態(tài)植物栽培裝置，該裝置是集植物培養(yǎng)與空氣凈化為一體的種植箱；如圖1所示，所述新型氣態(tài)植物栽培裝置裝備包括控制中心stm32模塊101，空氣質(zhì)量pm2.5102等檢測模塊，進出風扇模塊103(1031)，led點陣顯示模塊104，鍵控模塊105，植物培養(yǎng)基底106，營養(yǎng)液霧化器1061，電源管理模塊107，光照燈109、透光罩模塊；其中，控制中心stm32模塊101分別與空氣質(zhì)量pm2.5102等檢測模塊、進出風扇模塊103(1031)、led點陣顯示模塊104、鍵控模塊105、植物養(yǎng)基底106、營養(yǎng)液霧化器1061、電源管理模塊107、光照燈109、透光罩模塊相連接；

檢測模塊包括：空氣質(zhì)量pm2.5102檢測模塊、溫濕度檢測模塊、光照、co2濃度檢測模塊等，上述檢測模塊可將室內(nèi)空氣質(zhì)量、溫濕度、光照強度、co2濃度的相關數(shù)據(jù)實時傳輸給控制中心stm32模塊101，控制中心stm32101根據(jù)相關數(shù)據(jù)控制進出風扇103(1031)、光照燈等部件工作，同時控制中心stm32101可實時將控制質(zhì)量的相關參數(shù)顯示于led點陣顯示模塊104上；所述植物培養(yǎng)基底106用于固定植物，其內(nèi)置入營養(yǎng)液霧化器1061，可將營養(yǎng)液以霧化的方式導入植物根部，便于植物高效吸收，同時營養(yǎng)液霧化器1061受控制中心stm32101控制；所述光照燈109、透光罩模塊用于為植物提供光線，其可受控制中心stm32101來控制；所述鍵控模塊105用于與控制中心stm32101進行指令交互，方便用戶操控相關模塊和調(diào)看各種數(shù)據(jù)；所述電源管理模塊107可以為控制中心stm32模塊101、進出風扇模塊103(1031)、led點陣顯示模塊104、營養(yǎng)液霧化器1061及光照燈109、透光罩模塊提供電源。所述進出風扇模塊103(1031)由進風風扇103和出風風扇1031組成，進風風扇103位于該裝置的左下側(cè)，出風風扇1031位于該裝置的右上側(cè)；所述空氣質(zhì)量pm2.5102等檢測模塊位于該裝置的后側(cè)，用于實時監(jiān)測室內(nèi)空氣質(zhì)量的相關數(shù)據(jù)；所述控制中心stm32模塊101、led點陣顯示模塊104、鍵控模塊105以及電源管理模塊107整合位于屋蓋裝置的前側(cè)，其中l(wèi)ed點陣顯示模塊104以及鍵控模塊105方便用戶與該裝置進行交互；所述植物培養(yǎng)基底106位于該裝置內(nèi)部下側(cè)，可分割成行列陣列方便多株植物同時養(yǎng)護，其內(nèi)置有營養(yǎng)液霧化器1061，該營養(yǎng)液霧化器1061受控制中心stm32模塊101控制使得營養(yǎng)液以霧氣的方式導入植物根部；所述光照燈109、透光罩模塊位于該裝置頂部，可以為植物提供合適的光源；該裝置可由市電進行供電；該裝置內(nèi)設有蓄電池，當沒有外部電源的時候，可自動切換成蓄電池供電模式，以提供更大的安全保障。

進一步說明如下：

1、營養(yǎng)液霧化裝置及其原理：營養(yǎng)液霧化裝置包括方向轉(zhuǎn)換管、霧化器上蓋、霧化器下蓋、霧化帽、導管；霧化器下蓋內(nèi)側(cè)底部中央為一錐形體，錐形體頂端有孔與霧化器下蓋外側(cè)接口相通，霧化帽下端呈錐形并與霧化器下蓋中的錐形體套裝，霧化器下蓋外側(cè)有與導管相連的接口；霧化器下蓋中容納營養(yǎng)液；霧化器上蓋對準霧化器下蓋并通過鎖扣連接在一起；霧化器下蓋與導管連接；導管與外部高壓氣壓機連接；霧化器上蓋與萬向轉(zhuǎn)換管一端連接；萬向轉(zhuǎn)換管另一端與噴嘴連接。

工作過程“打開外界高壓氣壓機開關，高壓氣壓機中的高壓空氣通過導管產(chǎn)生持續(xù)壓力，空氣壓力打在霧化帽漏斗上的擋板上產(chǎn)生反作用力，將霧化器下蓋中的營養(yǎng)液液隨錐形斜坡產(chǎn)生渦旋，從而將營養(yǎng)液液再次打在漏斗上產(chǎn)生撞擊形成微小顆粒，其顆粒小于5微米，隨漏斗的氣流上升，產(chǎn)生氣霧膠，并隨方向轉(zhuǎn)換管連接的噴嘴噴出，同時營養(yǎng)液霧化顆粒大于5微米，則其由于重力流回容器底部。該頭連接至每個植物的根部，使霧化營養(yǎng)液直接作用于植物根部。

2、空氣質(zhì)量pm2.5檢測模塊：系統(tǒng)中空氣質(zhì)量pm2.5檢測模塊使用的是一款數(shù)字式通用顆粒物濃度傳感器hk-pm01，該傳感器可以用于獲得單位體積內(nèi)空氣中微米懸浮顆粒物個數(shù)，即顆粒物濃度，并以數(shù)字接口形式輸出，同時也可輸出每種粒子的質(zhì)量數(shù)據(jù)。該傳感器嵌入該新型氣態(tài)植物栽培裝置一側(cè)，為其提供及時準確的空氣懸浮顆粒濃度數(shù)據(jù)。

本傳感器采用激光散射原理。即令激光照射在空氣中的懸浮顆粒物上產(chǎn)生散射，同時在某一特定角度收集散射光，得到散射光強隨時間變化的曲線。微處理器采集數(shù)據(jù)后，通過傅立葉變換得到時域與頻域間的關系，隨后經(jīng)過一系列復雜算法得出顆粒物的等效粒徑及單位體積內(nèi)不同粒徑的顆粒物數(shù)量。該傳感器系統(tǒng)工作的流程如圖2-1所示，該傳感器工作原理如下：激光源通過發(fā)射激光給光散射測量腔體，同時空氣通過空氣通道穿過光散射測量腔體；采集到的空氣參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號后經(jīng)過濾波、放大電路后經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器輸入微處理器中，微處理器根據(jù)采集的信號發(fā)出控制指令。

3、控制中心stm32模塊101(包括外圍電路)：stm32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的armcortex-m3內(nèi)核增強型系列時鐘頻率達到72mhz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36mhz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是32位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32k到128k的閃存，不同的是sram的最大容量和外設接口的組合。時鐘頻率72mhz時，從閃存執(zhí)行代碼，stm32功耗36ma，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當于0.5ma/mhz。其結構電路如圖2-2所示：

1.主芯片選擇stm32f103zet6。

2.電源6-12v輸入，帶電源指示燈，板上ldo轉(zhuǎn)換為5v和3.3v。

3.sdio模式tf卡座，帶自彈功能。

4.lcd液晶接口與fsmc總線相連，spi接口連接觸摸芯片。

5.通過spi口擴展了eeprom芯片。

6.通過排針連接adc，dac輸入引腳。使用2.5v外部電壓基準為adc參考電壓。

7.usb接口，標準20針jtag接口。

8.boot0，boot1啟動選擇跳線。

9.rtc備份電池。

10.外部32.768khz，及12mhz晶振。

11.fsmc接口擴展16位512ksram，32kbyte鐵電存儲器。

12.2路rs232接口，1路rs485，1路can總線接口。

13.三色led指示燈，連接io口。

4、led點陣顯示模塊104：led是發(fā)光二極管lightemittingdiode的英文縮寫，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導體。led點陣是由發(fā)光二極管排列組成的顯示器件，在我們?nèi)粘Ｉ畹碾娖髦须S處可見，極為普通也廣為人知。特別是它的發(fā)光類型屬于冷光源，效率及發(fā)熱量是普通發(fā)光器件難以比擬的，它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠、規(guī)格品、可靠耐用、應用靈活、安全、響應時間短、綠色環(huán)保、控制靈活種等特點。目前l(fā)ed顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設的標志。隨著社會經(jīng)濟的不斷進步，以及l(fā)ed顯示技術的不斷完善，人們對led顯示屏的認識將越來越深入，其應用領域?qū)絹碓綇V。

本文設計一個16*64點陣模塊控制器，根據(jù)標準的08控制接口要求，可以驅(qū)動市面上常見的16掃單色顯示屏，顯示漢字、英文、阿拉伯數(shù)字及其他信息等。整個系統(tǒng)提供很寬的外部擴展，包括時鐘、溫濕度、亮度等常規(guī)點陣控制器的模塊。

如顯示10個漢字，先將這10個漢字的點陣從字庫中讀出，放到顯示緩存，如果要實現(xiàn)左移或者其它的顯示效果則將顯示緩存中的每個位進行移位或者其它處理，然后再調(diào)用掃描顯示函數(shù)就可以實現(xiàn)所規(guī)定的效果。掃描顯示函數(shù)是顯示緩存的內(nèi)容，如果要實現(xiàn)不同的內(nèi)容，比如說圖片、漢字、英文等內(nèi)容，只需要將這些內(nèi)容按掃描顯示函數(shù)對顯示緩存的協(xié)議要求就可以顯示出來。由于顯示屏中采用74hc595移位緩存器，所以需要做74hc595的驅(qū)動，這個相對簡單，只要將數(shù)據(jù)按位傳輸，一位送一個時鐘，送完一行所有的數(shù)據(jù)送一個鎖存時鐘，再通過74hc138選通該行，這樣一直循環(huán)，人眼就會看到一幅完整的內(nèi)容。對于顯示屏來說，顯示使能端是比較重要的，主要是因為送完一行后需要一個消隱的動作，所謂的消隱就是讓顯示屏黑屏一段時間，如果不做該動作，則在顯示的過程中會有拖影的現(xiàn)象。

5、鍵控模塊105：本模塊是一個基于觸摸檢測ic(ttp223b)的電容式點動型觸摸開關模塊。本模塊默認狀態(tài)輸出低電平，模式為低功耗模式；當用手指觸摸相應位置時，模塊會輸出高電平，再次觸摸又恢復低電平。模式切換為快速模式；當持續(xù)12秒沒有觸摸時，模式又切換為低功耗模式?？梢詫⒛K安裝在非金屬材料如塑料、玻璃的表面，另外將薄薄的紙片(非金屬)覆蓋在模塊的表面，只要觸摸的位置正確，即可做成隱藏在墻壁、桌面等地方的按鍵。該模塊可以讓你免除常規(guī)按壓型按鍵的煩惱。

電容式觸摸感應按鍵的基本原理如圖2-4(a)所示，當人體(手指)接觸金屬感應片的時候，由于人體相當于一個接大地的電容，因此會在感應片和大地之間形成一個電容，感應電容量通常有幾pf到幾十pf。利用這個最基本的原理，在外部搭建相關電路，就可以根據(jù)這個電容量的變化，檢測是否有人體接觸金屬感應片。

基于lpc1100系列cortex-m0微控制器電容式觸摸感應按鍵原理如圖2-4(b)所示，利用lpc1100的gpio中斷功能加上內(nèi)部定時器，可很方便的測量外部電容量變化。處理流程如下：初始化keyn為gpio口，必須關閉內(nèi)部上拉功能，配置為既不上拉也不下拉的模式；使能并配置keyn的高電平中斷；將keyn設置為輸出，并輸出低電平，此時電容放電；開啟定時器，將keyn配置為輸入，并開啟高電平中斷，此時電容開始充電，在keyn的中斷服務函數(shù)中讀取定時器的時間；根據(jù)這個充電時間的變化量就可以判斷出是否有按鍵按下。

6、電源管理模塊：該模塊可以進行直流與交流電源切換，具體要求如下：

輸入電壓范圍：直流3.2v至40v(輸入的電壓必須比要輸出的電壓高1.5v以上。不能升壓)輸出電壓范圍：直流1.25v至35v電壓連續(xù)可調(diào)，高效率(最大92％)最大輸出電流為3a。其電路圖如圖2-5所示，該電源管理模塊電路主要以芯片lm2596為核心，其輸入端接12v恒壓源，并通過電容c1接地，反饋端4通過電阻r1接地，同時通過變阻器與輸出端2連接；輸出端2通過穩(wěn)壓管in5822接地并通過電容c2濾波接地，并通過電阻r2輸出信號。

一種新型氣態(tài)植物栽培裝置的方法。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。