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摘要：室内绿植工厂通过环境控制系统对设施内绿植生长环境的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度及营养液循环等进行控制，以实现绿植的正常生长，本文对该系统的设计原理、工作方法进行阐述。
关键词：绿植工厂;光照系统;温湿度控制系统;通风换气系统;营养液循环系统
近年来随着技术的进步，人们绿色环保及可持续发展理念的增强，一种受外界自然环境影响较小的室内水培技术（深液流技术）逐渐发展起来，它不仅在规模化的种植行业中得到广泛应用，也逐渐在一些科普教育基地、学校、商场等地看到它们的身影。室内绿植工厂由“软、硬件”两方面组成，“软件”指的是绿植的播种、催芽、育苗、定植、栽培管理、采收等流程;“硬件”则包括绿植生长所需的设备（管道、支架等）以及绿植生长环境控制系统。本文着重讲解绿植生长环境控制系统的设计原理及工作方法。
图1 绿植工厂外视图 图2 绿植工厂内部结构图
1 室内绿植工厂环境控制系统的构成
室内绿植工厂环境控制系统通过各种传感器对植物生长的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境参数进行监测，并将采集到的数据通过计算机进行分析、对比，对超出预设值范围的环境参数进行调控，使室内环境符合绿植生长条件。它的核心是由各种传感器及控制电路组成的温湿度控制系统、光照控制系统、通风换气系统、营养液循环等系统。
1.1 温湿度控制系统
植物的生长发育必须有适宜的温湿度环境，在绿植工厂中我们采用温湿度变送器，超声波加湿器及空调来对设施内的温湿度参数进行监测控制。
温湿度变送器是一种含有湿敏、热敏元件，用来测量温度和湿度的变送器装置，目前的温湿度变送器多以温湿度一体式探头作为测温元件，将温度和湿度信号进行采集、并经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理，转换成与温度和湿度成线性关系的电流信号或电压信号以进行输出。
超声波加湿器则采用每秒200万次的超声波高频震荡，将水雾化为大约1—10微米的超微粒子和负氧离子，通过风动装置，将水雾扩散到空气中，使空气湿润并伴有丰富的负氧离子，它能有效增加空气湿度，从而达到均匀加湿空气的目的。
在实际使用中应根据绿植工厂内的具体栽培植物，在系统中预设好相应的温湿度值，当传感器检测到当前环境的温湿度与预设值出现偏离时即启动加湿器或空调对相关参数进行补偿;当传感器检测到环境的温湿度参数达到预设值后，则关闭加湿器或空调，终止补偿操作。
1.2 光照系统
植物要正常的生长发育必须要有适宜的光照时间及光照强度，在系统设计上可以采用定时照明控制器外加适合的光源组成。
定时照明控制器是指将光源按预设的时间自动开启或关闭的仪器，它分延时照明控制、时序照明控制和程序照明控制三种。在室内绿植工厂中我们采用时序照明控制，它能按一定的时间间隔，顺序的开启和关闭光源。定时照明控制器主要由脉冲信号发生器、脉冲分配器、开关控制器等组成，其时间间隔由脉冲信号发生器决定，开关的顺序由脉冲分配器来控制。
植物生长的室内光源在选择上一般有高压钠灯、荧光灯及LED灯等三种方案，考虑到LED植物生长灯波长类型丰富、可以集中特定波长的光均衡地照射植物，不仅可以调节植物开花与结果，还能控制株高和植物的营养成分;同时还具有使用寿命长、光源防潮防水性能好，光源为冷光源可以贴近植物叶片或冠层照射等优点，当前得到广泛选用。
在实际设计使用中将定时照明控制器与LED灯结合，根据所栽培的不同绿植，设置好每天的照明时间即可。
1.3 通风换气系统
通风换气系统由二氧化碳检测仪器及换气装置组成。
二氧化碳检测仪器的原理是自然界中的各种气体都会吸收光，不同的气体可吸收不同波长的光，如二氧化碳就对红外线较为敏感。二氧化碳检测设备一般是将被测气体吸入一个测量室，测量室的一端安装有光源而另一端装有滤光镜和探測器。滤光镜的作用是只允许某一特定波长的光线通过。探测器则测量通过测量室的光通量。探测器所接收到的光通量取决于环境中被测气体的浓度。因此通过检测被测气体对光的波长和强度的影响，即可确定相应的气体浓度。
在实际设计使用中将仪器检测到的二氧化碳浓度值与控制系统中的预设值相对比，若与预设值不符即启动换气操作。
1.4 营养液循环系统
为保证水培营养液的溶氧率、浓度、养分的均衡，需定期对绿植工厂中管道内的营养液进行循环，这个在设计及应用中需配备水泵并铺设好相应的管道即可实现。
图3 营养液循环系统示意图
2 结语
室内绿植工厂环境控制系统中的各种传感器、探头种类及数量较多，在安装它们时应尽可能选取环境较为稳定的区域，避免直接光照、远离窗口及空调出风口，并与大功率设备保持一定距离、避免出现干扰造成传感器数据不准的现象。
参考文献：
[1] 徐科军，传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2016.
[2] 张自勇，王雪文，翟春雪，贠江妮.现代传感器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2014.
（作者单位：南宁市科技馆）
关键词：绿植工厂;光照系统;温湿度控制系统;通风换气系统;营养液循环系统
近年来随着技术的进步，人们绿色环保及可持续发展理念的增强，一种受外界自然环境影响较小的室内水培技术（深液流技术）逐渐发展起来，它不仅在规模化的种植行业中得到广泛应用，也逐渐在一些科普教育基地、学校、商场等地看到它们的身影。室内绿植工厂由“软、硬件”两方面组成，“软件”指的是绿植的播种、催芽、育苗、定植、栽培管理、采收等流程;“硬件”则包括绿植生长所需的设备（管道、支架等）以及绿植生长环境控制系统。本文着重讲解绿植生长环境控制系统的设计原理及工作方法。
图1 绿植工厂外视图 图2 绿植工厂内部结构图
1 室内绿植工厂环境控制系统的构成
室内绿植工厂环境控制系统通过各种传感器对植物生长的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境参数进行监测，并将采集到的数据通过计算机进行分析、对比，对超出预设值范围的环境参数进行调控，使室内环境符合绿植生长条件。它的核心是由各种传感器及控制电路组成的温湿度控制系统、光照控制系统、通风换气系统、营养液循环等系统。
1.1 温湿度控制系统
植物的生长发育必须有适宜的温湿度环境，在绿植工厂中我们采用温湿度变送器，超声波加湿器及空调来对设施内的温湿度参数进行监测控制。
温湿度变送器是一种含有湿敏、热敏元件，用来测量温度和湿度的变送器装置，目前的温湿度变送器多以温湿度一体式探头作为测温元件，将温度和湿度信号进行采集、并经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理，转换成与温度和湿度成线性关系的电流信号或电压信号以进行输出。
超声波加湿器则采用每秒200万次的超声波高频震荡，将水雾化为大约1—10微米的超微粒子和负氧离子，通过风动装置，将水雾扩散到空气中，使空气湿润并伴有丰富的负氧离子，它能有效增加空气湿度，从而达到均匀加湿空气的目的。
在实际使用中应根据绿植工厂内的具体栽培植物，在系统中预设好相应的温湿度值，当传感器检测到当前环境的温湿度与预设值出现偏离时即启动加湿器或空调对相关参数进行补偿;当传感器检测到环境的温湿度参数达到预设值后，则关闭加湿器或空调，终止补偿操作。
1.2 光照系统
植物要正常的生长发育必须要有适宜的光照时间及光照强度，在系统设计上可以采用定时照明控制器外加适合的光源组成。
定时照明控制器是指将光源按预设的时间自动开启或关闭的仪器，它分延时照明控制、时序照明控制和程序照明控制三种。在室内绿植工厂中我们采用时序照明控制，它能按一定的时间间隔，顺序的开启和关闭光源。定时照明控制器主要由脉冲信号发生器、脉冲分配器、开关控制器等组成，其时间间隔由脉冲信号发生器决定，开关的顺序由脉冲分配器来控制。
植物生长的室内光源在选择上一般有高压钠灯、荧光灯及LED灯等三种方案，考虑到LED植物生长灯波长类型丰富、可以集中特定波长的光均衡地照射植物，不仅可以调节植物开花与结果，还能控制株高和植物的营养成分;同时还具有使用寿命长、光源防潮防水性能好，光源为冷光源可以贴近植物叶片或冠层照射等优点，当前得到广泛选用。
在实际设计使用中将定时照明控制器与LED灯结合，根据所栽培的不同绿植，设置好每天的照明时间即可。
1.3 通风换气系统
通风换气系统由二氧化碳检测仪器及换气装置组成。
二氧化碳检测仪器的原理是自然界中的各种气体都会吸收光，不同的气体可吸收不同波长的光，如二氧化碳就对红外线较为敏感。二氧化碳检测设备一般是将被测气体吸入一个测量室，测量室的一端安装有光源而另一端装有滤光镜和探測器。滤光镜的作用是只允许某一特定波长的光线通过。探测器则测量通过测量室的光通量。探测器所接收到的光通量取决于环境中被测气体的浓度。因此通过检测被测气体对光的波长和强度的影响，即可确定相应的气体浓度。
在实际设计使用中将仪器检测到的二氧化碳浓度值与控制系统中的预设值相对比，若与预设值不符即启动换气操作。
1.4 营养液循环系统
为保证水培营养液的溶氧率、浓度、养分的均衡，需定期对绿植工厂中管道内的营养液进行循环，这个在设计及应用中需配备水泵并铺设好相应的管道即可实现。
图3 营养液循环系统示意图
2 结语
室内绿植工厂环境控制系统中的各种传感器、探头种类及数量较多，在安装它们时应尽可能选取环境较为稳定的区域，避免直接光照、远离窗口及空调出风口，并与大功率设备保持一定距离、避免出现干扰造成传感器数据不准的现象。
参考文献：
[1] 徐科军，传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2016.
[2] 张自勇，王雪文，翟春雪，贠江妮.现代传感器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2014.
（作者单位：南宁市科技馆）