本發(fā)明涉及無土栽培設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種水培裝置的控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

隨著人們的健康意識逐步提高，家庭無土栽培蔬菜也越來越廣泛，水培裝置方便了人們利用陽臺、室內(nèi)等空間進(jìn)行蔬菜的無土種植。然而，現(xiàn)有的水培裝置還存在安裝復(fù)雜、空間利用率低、容易漏水、不美觀等問題。

可見，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種水培裝置的控制系統(tǒng)和控制方法，使得水培裝置能夠自動運行、并滿足植株的正常生長要求。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種水培裝置的控制系統(tǒng)，包括用于將營養(yǎng)液池中的營養(yǎng)液輸送至水池中的補液泵、用于將水池中的水與營養(yǎng)液的混合液輸送至所述水培裝置的各個種植槽中的循環(huán)泵、用于檢測水池中混合液的EC值的EC檢測儀、以及單片機(jī)；所述補液泵、循環(huán)泵和EC檢測儀分別與所述單片機(jī)連接。

所述的水培裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述補液泵包括第一補液泵和第二補液泵，所述第一補液泵分別與單片機(jī)連接。

所述的水培裝置的控制系統(tǒng)，還包括用于檢測所述水池液位的液位計、以及設(shè)置于水池進(jìn)水管道上的電磁閥，該液位計與電磁閥分別與所述單片機(jī)連接。

所述的水培裝置的控制系統(tǒng)，還包括設(shè)置于水池中的加熱棒、以及用于檢測水池中混合液溫度的第一溫度傳感器；所述電加熱棒和第一溫度傳感器分別與所述單片機(jī)連接。

所述的水培裝置的控制系統(tǒng)，還包括設(shè)置于水培裝置上用于的若干個風(fēng)扇、以及用于檢測環(huán)境溫度的第二溫度傳感器；所述第二溫度傳感器連接與單片機(jī)連接，所述若干個風(fēng)扇并聯(lián)地連接單片機(jī)。

本發(fā)明提供一種水培裝置的控制方法，該方法包括以下步驟：

S100、在單片機(jī)中預(yù)設(shè)所述混合液EC值的上限S1和下限S2、以及補液泵每次運行時間N秒；

S200、通過按鍵或遙控輸入啟動信號，所述單片機(jī)接收到啟動信號后控制循環(huán)泵啟動；

S300、所述EC檢測儀檢測水池中混合液的實際EC值S3并將檢測結(jié)果反饋至單片機(jī)；所述單片機(jī)將接收到的實際EC值S3與S1和S2作比較，如果S3＜S2，單片機(jī)控制補液泵啟動并運行N秒。

所述的水培裝置的控制方法中，所述步驟100還包括：在單片機(jī)中預(yù)設(shè)第一補液泵每次運行N秒，第二補液泵每次運行M秒；所述步驟S300還包括：所述單片機(jī)將接收到的實際EC值S3與S1和S2作比較，如果S3＜S2，單片機(jī)控制第一補液泵啟動并運行N秒，控制第二補液泵運行M秒。

所述的水培裝置的控制方法中，所述步驟100還包括：在單片機(jī)中預(yù)設(shè)水池液位的上限L1和下限L2,；所述步驟S200還包括：所述液位計檢測水池的實際液位L3并將檢測結(jié)果反饋至單片機(jī)，所述單片機(jī)將接收的實際液位L3與L1和L2作比較，如果L3＜L2，單片機(jī)控制電磁閥打開；如果L3＞L1，單片機(jī)控制電磁閥關(guān)閉。

所述的水培裝置的控制方法中，所述步驟100還包括：在單片機(jī)中預(yù)設(shè)水池中混合液溫度的上限T1和下限T2；所述步驟S300還包括：所述第一溫度傳感器檢測水池中混合液實際溫度T3并將檢測結(jié)果反饋至單片機(jī)，所述單片機(jī)將接收的混合液實際溫度T3與T1和T2作比較，如果T3＜T2，單片機(jī)控制加熱棒啟動；如果T3＞T1，單片機(jī)控制加熱棒停止運行。

所述的水培裝置的控制方法，所述步驟100還包括：在單片機(jī)中預(yù)設(shè)環(huán)境溫度上限T4和下限T5；所述步驟S300還包括：所述第二溫度傳感器檢測當(dāng)前實際環(huán)境溫度T6并將檢測結(jié)果反饋至單片機(jī)，所述單片機(jī)將接收的實際環(huán)境溫度T6與T4和T5作比較，如果T6＞T4，單片機(jī)控制各個風(fēng)扇運行；如果T6＜T5，單片機(jī)控制各個風(fēng)扇停止運行。

有益效果：

本發(fā)明提供了一種水培裝置的控制系統(tǒng)及控制方法，通過EC檢測儀檢測水池中混合液的EC值并反饋至單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過處理后當(dāng)判定EC值過低時控制補液泵運行一定時間，使得混合液EC值達(dá)到正常范圍，保證水培裝置上的蔬菜正常生長。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的水培裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明提供的水培裝置中，定植杯的排列示意圖。

圖3為本發(fā)明提供的水培裝置中，定植板和定植杯的立體圖。

圖4為本發(fā)明提供的水培裝置中，定植杯在弧形板橫斷面上投影示意圖。

圖5為本發(fā)明提供的水培裝置中，植物燈與定植杯的位置關(guān)系示意圖。

圖6為本發(fā)明提供的水培裝置中，種植槽、支撐架以及連接套的立體圖。

圖7為本發(fā)明提供的水培裝置中，第一連接套的立體圖。

圖8為本發(fā)明提供的水培裝置中，底架外殼結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明提供的水培裝置的控制系統(tǒng)的原理框圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種水培裝置，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

首先請參閱圖1、圖2、圖3和圖6，本發(fā)明提供一種水培裝置。

所述水培裝置包括豎直設(shè)置的框架10、設(shè)置于該框架底部的水池50和營養(yǎng)液池60、水平設(shè)置于該框架上的若干層種植槽20、設(shè)置于每層種植槽上的至少一塊定植板30、設(shè)置于各層種植槽上方的植物燈70、用于將營養(yǎng)液輸送至水池的補液泵、以及用于將營養(yǎng)液和水的混合液（以下簡稱混合液）輸送至向各層種植槽輸?shù)难h(huán)泵；如圖2和圖3所示，所述每一塊定植板30上平行地設(shè)置有兩列定植杯40；任意相鄰兩列定植杯40沿定植板長度方向錯位排列。其中，所述循環(huán)泵與補液泵均設(shè)置于框架的底部，每一層的植物燈設(shè)置于上一層種植槽的底板下方，最頂層種植槽上方設(shè)置有一塊頂板，頂層的植物燈則設(shè)置于該頂板的下方。

工作時，在循環(huán)泵的作用下，所述混合液從水池抽出經(jīng)過進(jìn)水管（圖中未示出）輸送至各層種植槽向固定于種植杯中的蔬菜提供養(yǎng)份、各層種植槽中的混合液進(jìn)一步經(jīng)過回水管（圖中未示出）返回至水池，從而形成循環(huán)。當(dāng)檢測到水池中EC過低時，則啟動補液泵將營養(yǎng)液池中的營養(yǎng)液按一定量補入水池中。由于每一層種植槽上方均設(shè)置有植物燈，使得該水培裝置在室內(nèi)沒有自然光照射的情況下也能正常使用，滿足蔬菜的正常生長。該水培裝置通過設(shè)置多層種植槽，在豎直方向上充分利用空間，同時，由于任意相鄰兩列定植杯沿定植板長度方向錯位排列，即在水平方向上充分利用了空間，因此使得該水培裝置的空間利用率得到提高。

優(yōu)選地，所述每一列定植杯包括按相同間距設(shè)置的若干個定植杯，任意相鄰兩列定植杯按半個所述間距錯位排列。如圖2所示（圖中僅示出6列定植杯，每列僅示出3個定植杯），每一列中相鄰兩個種植杯的中心距為L，相鄰兩列中的相鄰兩個種植杯的中心沿種植板長度方向相差0.5L。

請參閱圖3和圖4，為了進(jìn)一步提高該水培裝置在豎直方向上的空間利用率，每一層定植板30為弧形板，每塊弧形板的兩側(cè)按相同角度斜向上分別設(shè)置有兩列定植杯，該兩列定植杯相互平行，且在定植板橫斷面的投影上相互對稱。由于定植杯傾斜地設(shè)置，使得固定于定植杯中的蔬菜也會斜向上生長，使得相鄰兩層種植槽的豎直間距減小，即，提高了所述水培裝置在相同高度的框架上可以設(shè)置更多層種植槽，提高了水培裝置的產(chǎn)量。

請查閱圖2，為了避免定植杯中的蔬菜在斜向上生長時發(fā)生相互干涉，每一層種植槽上的定植杯按以下優(yōu)選的方式布置：在每一層定植杯的豎直投影中，每一列中相鄰兩個種植杯的中心距為L，則相鄰兩列中的相鄰兩個種植杯的中心沿種植板長度方向相差0.5L，此外，同一弧形板上的兩列定植杯的中心線間距為0.5L，相鄰兩塊弧形板上相鄰兩列定植杯的中心線間距為1.5L通過上述設(shè)置，既提高了所述水培裝置在水平方向的空間利用率，也避免了蔬菜斜向上生長過程中發(fā)生干涉。

優(yōu)選地，所述各個種植杯以其軸線與水平面呈45°夾角傾斜地設(shè)置于弧形板的兩側(cè)。

優(yōu)選地，每一層種植槽上設(shè)置有3塊弧形板，即，每一層種植槽上共有6列種植杯，既保證了所述水培裝置的產(chǎn)量，同時也使得處于中間幾列種植杯中的蔬菜易于護(hù)理和采摘。

考慮到植物的向光性，為了引導(dǎo)定植杯中的蔬菜斜向上生長，所述每一列定植杯對應(yīng)設(shè)置有一個長條形植物燈70，所述每個植物燈的照射角度與其對應(yīng)的定植杯的傾斜角度相同，如圖4所示，為避免贅述，圖中僅示出一個植物燈和定植杯。優(yōu)選地，所述植物燈為LED植物燈。

進(jìn)一步的，每個長條形植物燈對應(yīng)地設(shè)置有一個弧形燈罩701，該弧形燈罩起到聚光作用，使得各個植物燈發(fā)出的光線充分地照射到每一列蔬菜的上，提高了對蔬菜斜向上生長的引導(dǎo)作用。

為了便于所述水培裝置的拆裝和運輸，所述框架包括一個底架110、以及依次設(shè)置于該底架上的若干層用于固定種植槽的支撐架120；所述支撐架120的數(shù)量與種植槽20的層數(shù)相同，每一層的支撐架和種植槽固定連接，任意相鄰兩層支撐架可拆卸式連接。水池和營養(yǎng)液池均設(shè)置在所述底架的下方。通過上述設(shè)置，即保證了種植槽能夠穩(wěn)定地固定于框架上，同時又方便將底架、各層支撐架和種植槽拆卸、運輸、以及重裝。

所述每一層支撐架120分別包括設(shè)置于種植槽20兩端的四個中空的立柱，即，種植槽每一端固定連接有兩個立柱，所述四個立柱中的一個立柱1201的中部設(shè)置有一水平隔板（圖中未畫出）且其側(cè)壁以及對應(yīng)的種植槽側(cè)壁開設(shè)有一個進(jìn)水口21，優(yōu)選地，該水平隔板與種植槽底板平齊；另一個立柱1202的側(cè)壁以及對應(yīng)的種植槽側(cè)壁開設(shè)有一個排水口22，開設(shè)排水口22時通過設(shè)定排水口的底部邊緣與種植槽底部的距離來確定種植槽的液面，以保證蔬菜生長所需的正常液位。每一層支撐架開設(shè)有排水口的中空立柱（以下簡稱排水立柱，即標(biāo)號為1202的立柱）與其下一層支撐架開設(shè)有進(jìn)水口的立柱（以下簡稱進(jìn)水立柱，即標(biāo)號為1201的立柱）連通；所述循環(huán)泵將營養(yǎng)液和水的混合液輸送至頂層支撐架中的進(jìn)水立柱中，由于水平隔板的阻擋，所述混合液通過進(jìn)水口進(jìn)入頂層種植槽。當(dāng)所述混合液進(jìn)入頂層種植槽中，通過排水孔進(jìn)入排水立柱，并豎直流向豎直向下的第二層種植槽的進(jìn)水立柱中，同理，所述混合液繼續(xù)往下流過各層種植槽，并從底層種植槽中返回至水池，形成循環(huán)。通過上述設(shè)置，支撐架進(jìn)行充分利用，不僅起到了支撐作用，同時還起到混合液的循環(huán)通道，使得裝置結(jié)構(gòu)更加簡單和美觀，避免了在各層種植槽設(shè)置進(jìn)水管和出水管，也避免了因為進(jìn)水管和出水管過多而導(dǎo)致漏水。

優(yōu)選地，種植槽20為矩形槽，該矩形槽的兩端分別設(shè)置有兩個立柱，且進(jìn)水立柱1201與排水立柱1202對角設(shè)置。如此設(shè)置使得種植槽中的混合液得到充分流動，避免種植槽中的出現(xiàn)“死水區(qū)”，為蔬菜的生產(chǎn)提供了養(yǎng)分和氧氣。

優(yōu)選地，所述中空立柱的橫截面為矩形，使得立柱容易加工，且方便立柱與矩形的種植槽的端部連接。

如圖6所示，為了進(jìn)一步方便每一層支撐架之間的連接，所述任意相鄰兩層支撐架120通過兩個連接套130連接；所述兩個連接套包括位于排水立柱下方個的第一連接套1301、以及與第一連接套相對設(shè)置的第二連接套1302。所述兩個連接套具有與對應(yīng)的立柱外形相適應(yīng)的內(nèi)腔。每個連接套的寬度與立柱的寬度相當(dāng)，連接套的長度與種植槽同一端的兩個立柱背對的兩個側(cè)面的間距相當(dāng)，從而使得立柱能夠直接插入連接套實現(xiàn)相鄰兩層支撐架之間可拆卸式連接，不僅拆裝方便而且美觀。所述第一連接套1301上設(shè)置有一個隔離槽131，該隔離槽的底部設(shè)置有一管道132向下插入下層支撐架的進(jìn)水立柱。每一層種植槽中的混合液經(jīng)排水口進(jìn)入排水立柱，然后進(jìn)入隔離槽，再通過隔離槽底部的管道排入下一層支撐架上的進(jìn)水立柱中。由于上述管道設(shè)置于連接套內(nèi)部，不僅方便排水，還有效避免了混合液泄露至框架外。

實際應(yīng)用中，水培蔬菜時會用到兩種配方的營養(yǎng)液，為了便于添加兩種營養(yǎng)液，所述營養(yǎng)液池60包括第一營養(yǎng)液池610和第二營養(yǎng)液池620，所述補液泵包括將第一營養(yǎng)液池的營養(yǎng)液輸送至水池的第一補液泵（圖中未示出）、以及將第二營養(yǎng)液池的營養(yǎng)液輸送至水池的第二補液泵（圖中未示出）。即，第一營養(yǎng)液池和第二營養(yǎng)液池中分別存儲有兩種配方的營養(yǎng)液，當(dāng)檢測到水池中混合液的EC值過低時，則啟動第一補液泵和第二補液泵，向水池中補充一定量的兩種營養(yǎng)液。

實際應(yīng)用中，所述底架的外圍通常設(shè)置有一個外殼111，該外殼的正面設(shè)置有一個可轉(zhuǎn)動打開的前門112，所述水池、第一營養(yǎng)液池和第二營養(yǎng)液池分別通過連接有一根進(jìn)料管113，所述三根進(jìn)料管113斜向上延伸至所述前門112處。當(dāng)需要補液時，只需打開前門便可以向進(jìn)料管補充水或營養(yǎng)液。為了方便監(jiān)測水池液位，所述水池設(shè)置有一個液位計，所述外殼對應(yīng)該液位計處開設(shè)有一個觀察口（圖中未示出）。

進(jìn)一步的，所述每一層支撐架分別設(shè)置有一個風(fēng)扇926，所述各個風(fēng)扇用于沿所述種植槽長度方向水平吹動氣流，增強(qiáng)所述水培裝置所處空間的空氣流動，以利于蔬菜的生長。優(yōu)選地，如圖1所示，相鄰兩層支撐架上設(shè)置的風(fēng)扇吹動氣流的方向相反。

進(jìn)一步的，所述水池中設(shè)置有一個加熱棒，當(dāng)環(huán)境溫度較低時，通過啟動加熱棒將水池中的混合液加熱到所需溫度，保證蔬菜正常生長。

綜上所述，本發(fā)所述水培裝置在豎直方向上設(shè)置若干層種植槽，每一層種植槽上設(shè)置若干列定植杯，且任意相鄰兩列定植杯錯位排列，提高了水培裝置的在豎直方向上和水平方向上的空間利用率，提高了產(chǎn)量。通過在每一層種植槽上方設(shè)置植物燈，使得該水培裝置可以在沒有自然光照的室內(nèi)也能正常培育蔬菜。通過設(shè)置弧形的種植板以及傾斜設(shè)置的定植杯引導(dǎo)輸出斜向上生產(chǎn)，提高了所述水培裝置的空間利用率。通過設(shè)置進(jìn)水立柱、排水立柱以及連接套，使得每一層支撐架之間的拆裝更為方便，同時避免發(fā)生漏水。

為了實現(xiàn)上述水培裝置自動運行，本發(fā)明還提供該水培裝置相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

如圖9所示，所述水培裝置的控制系統(tǒng)包括用于將營養(yǎng)液池中的營養(yǎng)液輸送至水池中的補液泵、用于將水池中的水與營養(yǎng)液的混合液輸送至所述水培裝置的各個種植槽中的循環(huán)泵921、用于檢測水池中混合液的EC（電導(dǎo)率）值的EC檢測儀911、以及單片機(jī)90；所述補液泵、循環(huán)泵和EC檢測儀分別與所述單片機(jī)連接。具體地，通過按鍵或遙控輸送氣動指令至單片機(jī)，該單片機(jī)進(jìn)一步控制循環(huán)泵啟動。EC檢測儀將獲取的混合液的EC值反饋至單片機(jī)，該單片機(jī)判定EC值過低時則控制補液泵運行一定時間向水池中補充營養(yǎng)液。從而實現(xiàn)該水培裝置自動運行，并滿足蔬菜、植株的正常生長。

進(jìn)一步的，所述的水培裝置的控制系統(tǒng)中，所述補液泵包括第一補液泵922和第二補液泵923，所述第一補液泵分別與單片機(jī)連接。

進(jìn)一步的，所述的水培裝置的控制系統(tǒng)，還包括用于檢測所述水池液位的液位計912、以及設(shè)置于水池進(jìn)水管道（圖中未示出）上的電磁閥924，該液位計與電磁閥分別與所述單片機(jī)連接。

進(jìn)一步的，所述的水培裝置的控制系統(tǒng)，還包括設(shè)置于水池中的加熱棒925、以及用于檢測水池中混合液溫度的第一溫度傳感器913；所述電加熱棒和第一溫度傳感器分別與所述單片機(jī)連接。

進(jìn)一步的，所述的水培裝置的控制系統(tǒng)，還包括設(shè)置于水培裝置上用于的若干個風(fēng)扇926、以及用于檢測環(huán)境溫度的第二溫度傳感器914；所述第二溫度傳感器連接與單片機(jī)連接，所述若干個風(fēng)扇并聯(lián)地連接單片機(jī)。

進(jìn)一步的，所述的水培裝置的控制系統(tǒng)，還包括一塊與單片機(jī)連接的液晶顯示器927，用于顯示環(huán)境溫度、混合液溫度、以及混合液的EC值。

在上述水培裝置及控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種水培裝置的控制方法。該方法包括以下步驟：

S100、在單片機(jī)中預(yù)設(shè)所述混合液EC值的上限S1和下限S2、以及補液泵每次運行時間N秒；

S200、通過按鍵或遙控輸入啟動信號，所述單片機(jī)接收到啟動信號后控制循環(huán)泵啟動；

S300、所述EC檢測儀檢測水池中混合液的實際EC值S3并將檢測結(jié)果反饋至單片機(jī)；所述單片機(jī)將接收到的實際EC值S3與S1和S2作比較，如果S3＜S2，單片機(jī)控制補液泵啟動并運行N秒。

進(jìn)一步的，當(dāng)補液泵包括第一補液泵和第二補液泵時，所述步驟100還包括：在單片機(jī)中預(yù)設(shè)第一補液泵每次運行N秒，第二補液泵每次運行M秒；所述步驟S300還包括：所述單片機(jī)將接收到的實際EC值S3與S1和S2作比較，如果S3＜S2，單片機(jī)控制第一補液泵啟動并運行N秒，控制第二補液泵運行M秒。上述N秒和M秒由第一補液泵和第二補液泵的出口流量以及每次需要向水池中補充不同的營養(yǎng)液的量決定。

進(jìn)一步的，所述步驟100還包括：在單片機(jī)中預(yù)設(shè)水池液位的上限L1和下限L2,；所述步驟S200還包括：所述液位計檢測水池的實際液位L3并將檢測結(jié)果反饋至單片機(jī)，所述單片機(jī)將接收的實際液位L3與L1和L2作比較，如果L3＜L2，單片機(jī)控制電磁閥打開；如果L3＞L1，單片機(jī)控制電磁閥關(guān)閉。

進(jìn)一步的，所述步驟100還包括：在單片機(jī)中預(yù)設(shè)水池中混合液溫度的上限T1和下限T2；所述步驟S300還包括：所述第一溫度傳感器檢測水池中混合液實際溫度T3并將檢測結(jié)果反饋至單片機(jī)，所述單片機(jī)將接收的混合液實際溫度T3與T1和T2作比較，如果T3＜T2，單片機(jī)控制加熱棒啟動；如果T3＞T1，單片機(jī)控制加熱棒停止運行。

進(jìn)一步的，所述的水培裝置的控制方法，其特征在于，所述步驟100還包括：在單片機(jī)中預(yù)設(shè)環(huán)境溫度上限T4和下限T5；所述步驟S300還包括：所述第二溫度傳感器檢測當(dāng)前實際環(huán)境溫度T6并將檢測結(jié)果反饋至單片機(jī)，所述單片機(jī)將接收的實際環(huán)境溫度T6與T4和T5作比較，如果T6＞T4，單片機(jī)控制各個風(fēng)扇運行；如果T6＜T5，單片機(jī)控制各個風(fēng)扇停止運行。

可以理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。