时监测控制系统9自动打开阀门V6和电机M6，在栗P5的带动下植物栽培床17中的营养液被定时取样(1-10L)输送至采样池12中，取样量通过第二液位计37读取控制，离子选择电极组11包括硝酸根离子选择电极28、磷酸根离子选择电极29、钾离子选择电极30、硫酸根离子选择电极31、饱和甘汞参比电极32同时工作，分别检测营养液中各离子浓度，同时，电导电极33、pH电极34、温度传感器35、溶氧量电极36分别测定溶液中电导率、pH值、温度以及溶氧量，各电极可将浓度信号转化成电信号，信号传输线6将其输送到信号调控模块10，经过转化后传输到实时监测控制系统9，根据实时监测控制系统9设定的限制(植物生长所需各种营养元素的上下限值)判定目前植物栽培床17中的营养液是否需要重新调配，以保证植物生长所需的最佳离子浓度、PH值和温度。如果各个参数均在限制范围内，打开阀门V7，将采样池12中的营养液经回流管输送回植物栽培床17中，从而实现实时监控营养液中各种离子浓度、pH值、电导率、温度以及溶氧量;如果营养液中某种离子浓度低于所需值，实时监测控制系统9则自动调控运行营养液自动循环利用系统24，重新配制营养液。
[0018]接下来，营养液自动循环利用系统24开始运行，具体步骤如下:实时监测控制系统9自动打开导流阀门27将植物栽培床17中的营养液导出，流经防堵塞装置18，水中有较大的悬浮物会被拦截在漏网盘15上，其上漏网16的目数可根据实际情况选择；当悬浮物堆积较多堵塞水流时，漏网盘15下方光照会减弱，受透明防水外罩19保护的感光芯片20会向控制系统9传送信号，将导流阀门27关闭，工作人员只要将螺纹状漏斗13向上旋，留出空间，伸手将漏网盘15拿出，倒掉堆积物，随后控制系统会将导流阀门27打开；同时，实时监测控制系统9打开阀门V2，将植物使用过的营养液输送入待处理营养液缓冲箱21，在栗P2的提升下，再将其导入到营养液净化箱7，营养液净化箱7中配置有生物活性炭和微滤膜装置，去除液体中漂浮的小颗粒杂质和植物根系所分泌的有机物质，再进入消毒罐8进行彻底地灭菌，流出至处理后的营养液缓冲箱22，导入一小部分水到离子监测仪23，检测水质是否达到要求并将结果传送到实时监测控制系统9，如果达标则自动打开阀门V3和电机M4，此时在栗P3的带动下，将处理之后的液体通过回流管输送至营养液池I中，即实现了营养液的净化消毒和回收利用。如果水质检测仪23对处理后的营养液缓冲箱22中的营养液检测未达标，实时监测控制系统9则自动打开阀门V5，再次将营养液输送回到未经处理的缓冲箱21，如上述流程循环进行处理，直至水质监测合格，以保证出水对植物生长的无害。
[0019]最后，营养液回收后，第一液位计2显示数据并实时传输至实时监测控制系统9，自动控制打开电磁阀Fl放出冷凝水箱F中的冷凝水至所需配制营养液的总量值后，自动关闭电磁阀Fl;自动打开搅拌器4，使营养液池中的各组分均匀分布，方便后续操作;此时实时监测控制系统9自动打开阀门V4和电机M5，通过栗P4将已经搅拌均匀的营养液池中的液体输送到采样池12中，采样池中配置的第二液位计37可以监测控制采样量，检测之后可打开阀门V8将采样池12中的液体回流到营养液池I;通过离子选择电极组11检测各个离子浓度，经过实时监测控制系统9的计算，获得营养液池I中需要补加的各营养液组分的量，反馈自动调控相应的电磁阀和流量计加入一定量的母液硝酸钙A、母液硝酸钾B、母液磷酸二氢铵C、母液硫酸镁D、酸液F或碱液H到营养液池I中，满足植物生长所需的营养要求;其中采样池12中各参数检测优先级顺序是:硝酸根离子、磷酸根离子、钾离子、硫酸根离子、PH值、电导率、溶氧量、温度;例如:首先，打开硝酸根离子选择电极28测量采样池中的硝酸根浓度后，分别单独调控电磁阀Al和B1、流量计BI和B2进行滴定，按提前预设得比例滴定一定量的母液硝酸钙A和硝酸钾B进入营养液池I中后自动关闭电磁阀Al和BI;再打开磷酸根选择29，测量采样池中的磷酸离子浓度后，调控电磁阀Cl和流量计C2进行滴定，滴定一定量的母液磷酸二氢铵C进入营养液池I中后自动关闭电磁阀Cl;同理依次调控钙离子浓度pH值和电导率，最终完成植物栽培营养液得自动循环和调控。
【主权项】
1.一种自动调控循环利用植物营养液系统，其特征在于包括营养液自动循环系统(24)和营养液离子成份在线监测调控系统(25);营养液自动循环利用系统(24)，由营养液池(1)、搅拌器(4)、处理箱(7)、消毒罐(8)、植物栽培床(17)、防堵塞装置(18)、待处理营养液缓冲箱(21)、处理后营养液缓冲箱(22)、离子监测仪(23)、母液系统(38)、供液管道(39)及回流管道(40)等组成。植物栽培床(17)中的营养液经营养液离子成份在线监测调控系统(25)监测不达标时，实时监测控制系统(9)自动打开导流阀门(27)将植物栽培床(17)中的营养液导出，流经防堵塞装置(18)，如无堵塞，实时监测控制系统(9)自动打开阀门V2，将植物使用过的营养液输送入待处理营养液缓冲箱(21)临时储存，在栗P2的提升下，再将其导入配置有生物活性炭和微滤膜装置的营养液净化箱(7)中，去除液体中漂浮的小颗粒杂质和植物根系所分泌的有机物质，再进入安装有紫外灯的消毒罐(8)进行彻底地灭菌，流出至处理后的营养液缓冲箱(22)，导入一小部分水到离子监测仪(23)，检测水质是否达到要求并将结果传送到实时监测控制系统(9)，如果达标，则自动打开阀门V3和电机M4，此时在栗P3的带动下，将处理之后的液体通过回流管(40)输送至营养液池(I)中；如果水质检测仪(23)对处理后营养液缓冲箱(22)中的营养液检测未达标，实时监测控制系统(9)则自动打开阀门V5，再次将营养液输送回到未经处理的缓冲箱(21)，进行循环处理直至水质监测合格;防堵塞装置(18)由透明螺纹状漏斗(13)、透明不带螺纹的漏斗(14)、漏网盘(15)、透明防水外罩(19)和感光芯片(20)组成，水中有较大的悬浮物会被拦截在漏网盘(15)上，当悬浮物堆积较多堵塞水流时，漏网盘(15)下方光照会减弱，受透明防水外罩(19)保护的感光芯片(20)会向实时监测控制系统(9)传送信号，关闭导流阀门(27);营养液回收后，第一液位计(2)显示数据并实时传输至实时监测控制系统(9)，自动控制打开电磁阀Fl放出冷凝水箱F中的冷凝水至所需配制营养液的总量值后，自动关闭电磁阀Fl后打开搅拌器(4)，使营养液池中的各组分均匀分布，方便后续操作;此时实时监测控制系统(9)自动打开阀门V4和电机M5，通过栗P4将已经搅拌均匀的营养液池中的液体输送到采样池(12)中，离子选择电极组(11)检测各个离子浓度，经过实时监测控制系统(9)计算，获得营养液池(I)中需要补加的各营养液组分的量，反馈自动调控相应的电磁阀和流量计加入一定量的母液硝酸I丐A、母液硝酸钾B、母液磷酸二氢铵C、母液硫酸镁D、酸液F或碱液H到营养液池I中，满足植物生长所需的营养要求;其中采样池(12)中各参数检测调控优先级顺序是:硝酸根离子、磷酸根离子、钾离子、硫酸根离子、PH值、电导率、溶氧量、温度。2.根据权利要求1所述的一种植物栽培自动循环利用营养液系统，其特征是营养液离子成份在线监测调控系统(25)，主要由实时监测控制系统(9)、信号调理模块(10)和营养液在线监测硬件系统(26)组成;在实时监测控制系统(9)的调控下，营养液离子成份在线监测调控系统(25)会间隔若干时间后对植物栽培床(17)中的营养液进行监测，实时监测控制系统(9)自动打开阀门V6和电机M6，在栗P5的带动下植物栽培床(17)中的营养液被定时取样后输送至采样池(12)中，取样量通过第二液位计(37)读取控制，离子选择电极组(11)同时工作，分别检测营养液中各离子浓度，同时，电导电极(33)、pH电极(34)、温度传感器(35)、溶氧量电极(36)分别测定溶液中电导率、pH值、温度以及溶氧量，各电极可将浓度信号转化成电信号，信号转换接头(6)将其输送到信号调控模块(10)，经过处理后信号传输到实时监测控制系统(9)，根据实时监测控制系统(9)设定的限制判定目前植物栽培床(17)中的营养液是否需要重新调配，以保证植物生长所需的最佳离子浓度、PH值和温度;如果各个参数均在限制范围内，打开阀门V7，将采样池12中的营养液经回流管输送回植物栽培床(17)中，从而实现实时监控营养液中各种离子浓度、PH值、电导率、温度以及溶氧量;如果营养液中某种离子浓度低于所需值，实时监测控制系统(9)则自动调控运行营养液自动循环利用系统(24)，重新配制营养液。3.根据权利要求2所述的一种植物栽培自动循环利用营养液系统，其特征是营养液在线监测硬件系统(26 )，由离子选择电极组(11)、电导电极(33)、pH电极(34)、溶氧量电极(36)、温度传感器(35)组成;其中离子选择电极组(11)由硝酸根离子选择电极(28)、磷酸根离子选择电极(29)、钾离子选择电极(30)、硫酸根离子选择电极(31)和饱和甘汞参比电极(32)组成；营养液在线监测全部硬件将实时采集到的信号通过信号转换接头(6)和信号调控模块(10)传输至实时监测控制系统(9)。
【专利摘要】本发明公开了一种自动调控循环利用植物营养液系统，主要由营养液自动循环系统、营养液离子成份在线监测调控系统和营养液在线监测硬件系统等组成，可用于植物工厂和长期植物栽培试验；亦可应用于高原、荒漠、冻土等缺水地带的作物栽培营养液循环利用，本发明结构简单，全自动实时监控，操作方便，净化效果好，能源利用率高，尤其是解决了在特殊环境下劳动力不足的问题。
【IPC分类】A01K31/02
【公开号】CN105638507
【申请号】
【发明人】刘红, 王敏娟, 谢倍珍, 朱国荣, 付玉明
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月11日