一种多功能农作物种植培养系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多功能农作物种植培养系统，将空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳浓度、新风空气流、农作物根系环境温度、农作物根系环境湿度、灌溉水、臭氧、负离子和农作物各生长阶段所需求营养液中营养素配比等生态因子，使用优选法，获得农作物各生长阶段更适宜生态因子数据；智能控制器具有MCU微控制单元、农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型数据库、实时各生态因子数据单元、净化回流液化学成分数据单元，并连接农作物监控系统、温控系统、气液系统和光照系统，控制农作物各生长阶段生态因子，使农作物在更适宜生态因子环境中生长；获得优质农产品；对回流液净化并循环利用；提供了一种避免生长灯对人体造成伤害的管理系统。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能农作物种植培养系统
本专利技术涉及农业设施
，尤其涉及一种多功能农作物种植培养系统。
技术介绍
在农业种植培养设施中，依靠人的经验与能力进行的综合环境调节与管理，已无法满足现代农业智能化发展的需要；目前急需用于边防种植方舱、舰船种植方舱、地下种植方舱、城市种植方舱和建筑内种植方舱等现代立体农业智能种植培养系统。伴随着人工智能时代的到来，在现代科技农业发展中，适用于不同农作物的多功能农作物种植培养系统，对环境保护、减少碳排放具有重要的意义。目前，水资源紧缺日益加剧，农业高效用水、节约用水是当务之急；目前在农作物种植培养方面，缺少可靠的水肥回收利用方面的农作物种植培养系统；缺少多功能、多用途、节省人工的农作物种植培养系统，在农业生产中需要多维度运用传感器、互联网、大数据等技术，在人工智能控制光照、温度、湿度、营养液各营养素配比等生态因子方面，需要利用计算机及AI芯片提供的强大的边缘计算能力，进行系统智能控制与分析，控制农作物各生长阶段各生长因子参数，进行农作物种植和培养的智能系统。在农作物生长使用后的营养液废液的利用上，受到技术和成本等因素限制，只能将利用一次后的营养液废液直接排入环境，这种方式造成大量未被农作物吸收利用的氮磷钾等元素的浪费，同时也造成河流等水体的富营养化问题；因此，如何科学循环利用营养液废液是目前农作物种植培养中的重要问题，对废营养液循环利用可降低成本和减少对环境的污染,对提高经济和环境效益具有重要意义。另外，在农作物种植培养过程中使用生长灯已经很普遍，但目前还没有避免生长灯对人体造成伤害的管理系统。
技术实现思路
针对技术背景中叙述的现有问题和现有技术缺陷，本专利技术实施例的目的在于提供一种多功能农作物种植培养系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种多功能农作物种植培养系统，所述种植培养系统技术方案，包括以下步骤：步骤1)：我们从农作物生长与环境种植培养条件的辩证统一中可以看出，农作物种植培养技术是综合多个学科及技能的自然科学技术；各类农作物由于世世代代长期受原产地的气候、地形、土壤等自然环境条件等多方面的影响，形成了各自的外貌形态和内在的习性，农作物之间因原自然生长地区的地理纬度和海拔高度不同，并在漫长的自然生物进化过程中各自适应了各自的自然生态环境，生成了其固有的生态习性和形态特征的个性，并作为遗传被农作物的后代固定下来，各农作物具有了在各生长阶段中所需要的更适宜生态因子，在农作物进入密闭环境后，人们对农作物不断地改良、优化、培养新品种，随着农作物品种、发育阶段及生理活动中心的变化而不断变化；因此，农作物对生态因子的要求，是由彼此关联的生态因子组成的综合环境动态模型决定的；研究密闭环境中生态因子及所包括的营养素耦合对各农作物产品综合营养品质的影响，为农作物高品质生产中生态因子及营养素配比数据模型构建提供依据；通过研究实践，发现并得到农作物在各生长阶段中更适宜生态因子的动态数据后，在密闭环境中对农作物进行种植培养时，对农作物生长过程进行更适宜生态因子控制，使各生态因子处于最适当的配合状态，从而达到农作物产量高、质量好、生长周期短的更佳要求；在密闭或半密闭环境中，将空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳浓度、新风空气流、农作物根系环境温度、农作物根系环境湿度、灌溉水、臭氧、负离子和农作物各生长阶段所需求营养液中营养素配比等生态因子，各生态因子相互配合、相互影响，综合作用于农作物的各生长阶段，对此，使用优选法，进行间接选优或直接选优，以最小因子定律(LawofMinimum)、耐受性定律(LawofTolerance)及各农作物的生态幅(EcologicalAmplitude)为依据，对农作物各生长阶段生态因子进行科学试验，找到单一指标权重大于之顺序；分析各生态因子耦合作用，在各生态因子及所包含的营养素耦合配比对农作物产品综合营养品质具有最适性显著影响时，获得农作物各生长阶段更适宜生态因子数据；遵循农作物营养素之间的拮抗作用、协同作用、促进作用、交互作用，对农作物各生长阶段需要的营养液中营养素配比进行科学试验，采用AHP层次分析法、熵权法和基于博弈论的组合赋权法对各项指标赋权，并基于TOPSIS法构建农作物产品综合营养品质评价体系，在此基础上进行分析，获得农作物产品综合营养品质对生态因子及营养素因子耦合响应的数学模型，从而得到农作物生长阶段短、产量高、质量优的更适合生态因子数据；在进行农作物各生长阶段更适宜生态因子试验中，使用优选法，以数学原理为指导，合理安排试验，以尽可能少的试验次数找到农作物各生长阶段更适宜生态因子的最优方法，选取农作物各生长阶段更适宜生态因子方案，得出各周期最合理数据；步骤2)：将步骤1)中获得的数据，用计算机构建为农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型，为农作物各生长阶段的种植培养提供智能控制模型，其中，包括农作物各生长阶段营养液中更适宜营养素配比数学模型；将数学模型发送到服务器；步骤3)：设置有智能控制器，智能控制器设置无线通讯模块和/或有线通讯接口，并连接服务器，用于步骤2)中的农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型的数据传输；步骤4)：智能控制器具有MCU微控制单元、农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型数据库、实时各生态因子数据单元和净化回流液化学成分数据单元；智能控制器通过农作物监控系统、传感器、检测仪，对实时各生态因子数据进行采集，与数据库中农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型，进行比对和运算，设定更适宜各生态因子阈值，生成控制指令，控制指令对各生态因子调整执行装置分别控制，进行打开/关闭操作；步骤5)：在有净化回流液时，智能控制器通过净化回流液化学成分检测系统，对净化回流液的化学成分进行检测和数据分析，与数据库中农作物各生长阶段营养液中更适宜营养素配比数学模型，进行比对和运算，设定营养液中更适宜营养素配比阈值，生成控制指令，控制指令对各营养素容器的执行装置泵或阀门分别控制，进行打开/关闭操作；在没有净化回流液时，智能控制器根据数据库中农作物各生长阶段更适宜的营养液中营养素配比数学模型，设定更适宜的营养液中营养素配比数学模型为阈值，生成控制指令，控制指令对各营养素容器的执行装置泵或阀门分别控制，进行打开/关闭操作。作为本专利技术实施例进一步的方案：所述智能控制器连接有农作物监控系统、温控系统、气液系统和光照系统中的至少一种；农作物监控系统中，包括至少一个摄像头；摄像头用于采集农作物各生长阶段的实时图像，所采集图像与农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型中图像数据进行比对，对当下农作物所处于的生长阶段进行确定，并对图像中农作物的茎、叶、花和果实图像特征，与对应农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型图像数据进行比对，进行农作物健康分析和生成控制指令；温控系统中，包括空气温度传感器、空气恒温器、空气恒温机、农作物根系环境温度传感器、恒温管、恒温箱、农作物根系环境恒温器、恒温介质、恒温循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能农作物种植培养系统，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1)：在密闭或半密闭环境中，将空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳浓度、新风空气流、农作物根系环境温度、农作物根系环境湿度、灌溉水、臭氧、负离子和农作物各生长阶段所需求营养液中营养素配比生态因子，使用优选法，进行间接选优或直接选优，以最小因子定律、耐受性定律及各农作物的生态幅为依据，分析各生态因子耦合作用，在各生态因子及所包含的营养素耦合配比对农作物产品综合营养品质具有最适性显著影响时，获得农作物各生长阶段更适宜生态因子数据；采用AHP层次分析法、熵权法和基于博弈论的组合赋权法对各项指标赋权，并基于TOPSIS法构建农作物产品综合营养品质评价体系，在此基础上，获得农作物产品综合营养品质对生态因子及营养素因子耦合响应的更适合生态因子数据；/n步骤2)：将步骤1)中获得的数据，用计算机构建为农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型，其中，包含农作物各生长阶段营养液中更适宜营养素配比数学模型；/n步骤3)：设置有智能控制器，智能控制器设置无线通讯模块和/或有线通讯接口，用于步骤2)中的农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型的数据传输；/n步骤4)：智能控制器具有MCU微控制单元、农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型数据库、实时各生态因子数据单元和净化回流液化学成分数据单元；/n智能控制器通过农作物监控系统、传感器、检测仪，对实时各生态因子数据进行采集，与数据库中农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型，进行比对和运算，设定更适宜各生态因子阈值，生成控制指令，控制指令对各生态因子调整执行装置分别控制，进行打开/关闭操作；/n步骤5)：在有净化回流液时，智能控制器通过净化回流液化学成分检测系统，对净化回流液的化学成分进行检测和数据分析，与数据库中农作物各生长阶段营养液中更适宜营养素配比数学模型，进行比对和运算，设定营养液中更适宜营养素配比阈值，生成控制指令，控制指令对各营养素容器的执行装置泵或阀门分别控制，进行打开/关闭操作；/n在没有净化回流液时，智能控制器根据数据库中农作物各生长阶段更适宜的营养液中营养素配比数学模型，设定更适宜的营养液中营养素配比数学模型为阈值，生成控制指令，控制指令对各营养素容器的执行装置泵或阀门分别控制，进行打开/关闭操作。/n...

【技术特征摘要】
20200713 CN 20201066636871.一种多功能农作物种植培养系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：在密闭或半密闭环境中，将空气温度、空气湿度、光照、二氧化碳浓度、新风空气流、农作物根系环境温度、农作物根系环境湿度、灌溉水、臭氧、负离子和农作物各生长阶段所需求营养液中营养素配比生态因子，使用优选法，进行间接选优或直接选优，以最小因子定律、耐受性定律及各农作物的生态幅为依据，分析各生态因子耦合作用，在各生态因子及所包含的营养素耦合配比对农作物产品综合营养品质具有最适性显著影响时，获得农作物各生长阶段更适宜生态因子数据；采用AHP层次分析法、熵权法和基于博弈论的组合赋权法对各项指标赋权，并基于TOPSIS法构建农作物产品综合营养品质评价体系，在此基础上，获得农作物产品综合营养品质对生态因子及营养素因子耦合响应的更适合生态因子数据；
步骤2)：将步骤1)中获得的数据，用计算机构建为农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型，其中，包含农作物各生长阶段营养液中更适宜营养素配比数学模型；
步骤3)：设置有智能控制器，智能控制器设置无线通讯模块和/或有线通讯接口，用于步骤2)中的农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型的数据传输；
步骤4)：智能控制器具有MCU微控制单元、农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型数据库、实时各生态因子数据单元和净化回流液化学成分数据单元；
智能控制器通过农作物监控系统、传感器、检测仪，对实时各生态因子数据进行采集，与数据库中农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型，进行比对和运算，设定更适宜各生态因子阈值，生成控制指令，控制指令对各生态因子调整执行装置分别控制，进行打开/关闭操作；
步骤5)：在有净化回流液时，智能控制器通过净化回流液化学成分检测系统，对净化回流液的化学成分进行检测和数据分析，与数据库中农作物各生长阶段营养液中更适宜营养素配比数学模型，进行比对和运算，设定营养液中更适宜营养素配比阈值，生成控制指令，控制指令对各营养素容器的执行装置泵或阀门分别控制，进行打开/关闭操作；
在没有净化回流液时，智能控制器根据数据库中农作物各生长阶段更适宜的营养液中营养素配比数学模型，设定更适宜的营养液中营养素配比数学模型为阈值，生成控制指令，控制指令对各营养素容器的执行装置泵或阀门分别控制，进行打开/关闭操作。


2.根据权利要求1所述的一种多功能农作物种植培养系统，其特征在于：
所述智能控制器连接农作物监控系统、温控系统、气液系统和光照系统中的至少一种；
农作物监控系统中，包括至少一个摄像头；
温控系统中，包括空气温度传感器、空气恒温器、空气恒温机、农作物根系环境温度传感器、恒温管、恒温箱、农作物根系环境恒温器、恒温介质、恒温循环泵、加热装置和冷却装置中的至少一种；恒温管与恒温箱连接，农作物根系环境恒温器设置在恒温箱中；农作物根系环境恒温器与加热装置和/或冷却装置连接；恒温介质通过恒温循环泵在恒温箱和恒温管中循环流动；恒温管设置在培养箱、培养槽、功能架、支柱或混合器上；
气液系统中，包括空气湿度传感器、农作物根系环境湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、臭氧浓度传感器、二氧化碳供给装置、加湿装置、除湿装置、臭氧发生器、水雾发生器、负离子发生器、液泵、阀门、灌溉水容器、净化回流液容器、PH值调节酸液容器、PH值调节碱液容器、A营养素容器、B营养素容器、C营养素容器、N营养素容器、风机、进气管、空气过滤器、吹气管、总管、主液管、主液多通、吹气/回液管、吹气/回液孔、吹气/液位器、分液管、分液多通、多通孔、微液管、喷淋器、滴灌器、混合器、输液泵、净化液泵、回液阀和回液池中的至少一种；空气过滤器与进气管连接，进气管通过风机与吹气管连接，吹气管与总管连接；主液管与总管连接并进入总管，主液管经过主液多通进入吹气/回液管；主液管在吹气/回液管中设有分液多通，分液多通通过吹气/回液管上设置的多通孔与分液管连接，分液管与微液管连接，微液管连接喷淋器和/或滴灌器；吹气/回液管上设有吹气/回液孔，吹气/回液孔可连接吹气/液位器，用于液位控制；总管与回液池连接，总管上设置有回液阀；回液池中的回流液体，通过过滤净化器净化，成为净化回流液，回液池中设有过滤净化器；回液池与净化液泵连接；
所述智能控制器连接空气温度传感器、农作物根系环境温度传感器、空气湿度传感器、农作物根系环境湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、臭氧浓度传感器、空气恒温机、空气恒温器、农作物根系环境恒温器、加热装置、冷却装置、恒温循环泵、二氧化碳供给装置、臭氧发生器、负离子发生器、水雾发生器、液泵、阀门、风机和回液阀中的至少一种。


3.根据权利要求1或2所述的一种多功能农作物种植培养系统，其特征在于:
所述智能控制器通过农作物监控系统、空气温度传感器、农作物根系环境温度传感器、空气湿度传感器、农作物根系环境湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和臭氧浓度传感器，采集农作物生长状态实时图像和各生态因子实时数据；智能控制器将实时图像及各生态因子实时数据，与数据库农作物各生长阶段更适宜生态因子数学模型，进行比对和运算，在各实时数据超出数学模型阈值时，生成各生态因子控制指令，分别发送到空气恒温机、空气恒温器、恒温循环泵、二氧化碳供给装置、臭氧发生器、负离子发生器、水雾发生器、风机和回液阀中的至少一种执行装置，进行打开/关闭操作。


4.根据权利要求1或2所述的一种多功能农作物种植培养系统，其特征在于:
所述智能控制器连接灌溉水检测仪、PH值检测仪、EC值检测仪和净化回流液检测系统；智能控制器连接并控制灌溉水容器、净化回流液容器、PH值调节酸液容器、PH值调节碱液容器、A营养素容器、B营养素容器、C营养素容器和/或N营养素容器上的各液泵和/或阀门；
所述智能控制器通过农作物监控系统、灌溉水检测仪、PH值检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：史顺海，
申请(专利权)人：史顺海，
类型：发明
国别省市：北京;11