气雾栽培式家庭植物工厂营养液循环与管理系统设计.pdf

气 雾 栽 培 式 家 庭 植 物 工 厂 营 养 液 循 环 与 管 理 系 统 设 计 杨 学 坤 北 京 农 业 职 业 学 院 机 电 工 程 学 院 北 京 1 0 2 2 0 8 摘 要 针 对气雾栽培式 家庭植物工厂生产对营 养液循环及管理的要求 开 发了 以自 吸泵 恒温 机 紫 外线 消毒 灯 为 执 行 设 备 的 营 养 液 循 环 与管理 系统 实现了对营养液 E C 值 p H 温度的监测以 及营养液温度 控制 结 果表 明 系统 正常 运 行 状 态 下 营 养 液 温 度 调 控 平 均 响 应 速度大 于 1 4 3 h 控制偏差小于 0 4 营养液的 E C 值和 p H 均处 于控 制范 围内 系 统 动 作 准 确 性 能 稳 定 可 靠 能 够 满 足 家 庭 植物工厂 生长所需环境 要求 关键词 家庭植物工厂 营养 液 自动控制 气雾栽培 中图分类 号 S 3 1 7 文献标识码 A 文章编号 0 5 1 7 6 6 1 1 2 0 2 1 0 3 0 2 0 9 0 5 d o i 1 0 3 9 6 9 j i s s n 0 5 1 7 6 6 1 1 2 0 2 1 0 3 0 5 6 开 放科学 资源 服务 标识 码 O S I D D e s i g n o f N u t r i e n t S o l u t i o n C i r c u l a t i o n a n d M a n a g e m e n t S y s t e m f o r A e r o s o l C u l t u r e F a m i l y P l a n t F a c t o r y Y A N G X u e k u n S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g B e i j i n g V o c a t i o n a l C o l l e g e o f A g r i c u l t u r e B e i j i n g 1 0 2 2 0 8 A b s t r a c t A i m i n g a t t h e r e q u i r e m e n t s o f n u t r i e n t s o l u t i o n c i r c u l a t i o n a n d m a n a g e m e n t i n t h e p r o d u c t i o n o f a e r o s o l c u l t u r e f a m i l y p l a n t f a c t o r y a n u t r i e n t s o l u t i o n c i r c u l a t i o n a n d m a n a g e m e n t s y s t e m w i t h s e l f p r i m i n g p u m p c o n s t a n t t e m p e r a t u r e m a c h i n e a n d u l t r a v i o l e t d i s i n f e c t i o n l a m p a s t h e i m p l e m e n t a t i o n e q u i p m e n t w a s d e v e l o p e d t o m o n i t o r t h e E C v a l u e p H a n d t e m p e r a t u r e o f t h e n u t r i e n t s o l u t i o n a n d c o n t r o l t h e t e m p e r a t u r e o f t h e n u t r i e n t s o l u t i o n T h e t e s t r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e a v e r a g e r e s p o n s e s p e e d o f n u t r i e n t s o l u t i o n t e m p e r a t u r e r e g u l a t i o n w a s g r e a t e r t h a n 1 4 3 h t h e c o n t r o l d e v i a t i o n w a s l e s s t h a n 0 4 a n d t h e E C v a l u e a n d p H o f t h e n u t r i e n t s o l u t i o n w e r e w i t h i n t h e c o n t r o l r a n g e T h e s y s t e m h a d a c c u r a t e o p e r a t i o n s t a b l e a n d r e l i a b l e p e r f o r m a n c e a n d c o u l d m e e t t h e e n v i r o n m e n t a l r e q u i r e m e n t s f o r t h e g r o w t h o f f a m i l y p l a n t p l a n t s K e y w o r d s D o m e s t i c p l a n t f a c t o r i e s N u t r i e n t s o l u t i o n A u t o m a t i c c o n t r o l A e r o s o l c u l t u r e 基 金 项 目 北 京 农 业 职 业 学 院 2 0 1 9 年 度 科 研 项 目 X Y Y F 1 9 2 3 作 者 简 介 杨 学 坤 1 9 8 1 男 山 东 潍 坊 人 副 研 究 员 硕 士 从 事 设 施 农 业 装 备 研 究 收 稿 日 期 2 0 2 0 0 6 1 2 营养液 栽培 n u t r i c u l t u r e 是 一种利 用营养 液栽培 植物的 方法 是 家庭植 物 工 厂 的 主 要 栽 培 方 式 具 有 省 工 节 水 省 肥等 优点 避免 了土壤 栽培 经 常出现 的 土 传 病 害 和 盐 类 堆 积 以及 由此引 起 的 连 作 障 碍 和 各 种 病 害 1 目 前 使 用 最 普 及 的 有 D F T 深 液 流 和 气 雾栽 培 2 种栽 培模 式 这 2 种 模 式 均 可采 用封闭 式营养 液 自 动 循 环 系 统 进 行 植 物 栽 培 的 全 过 程 管 理 在 家 庭 植 物 工 厂 中 多 以 深 液 流 方 式 为 主 气 雾 栽 培 还 较为 鲜见 2 3 学者们 借鉴人 工 光型 植物工 厂 的设 计 经 验 在 家 庭 植 物 工厂 营养液 循环与 控 制 系 统 的 设 计 方 面 开 展 了 大 量 的 研 究 工作 多 以单片 机作为 核心 控 制 单 元 采 集 p H E C 值 液 温 液位 等营养 液 因 子 如 冷 凝 器 加 热 棒 泵 供 液 电 磁 阀 等 执 行设 备实现 对营养 液 液 温 p H E C 值 的 调 控 这 些 研 究 多 基 于 水 培系统 进行设 计 开发 4 7 结 合家庭 植物工 厂生 产 的 农 艺 独 特 性 在 借 鉴 前 人 经 验 的 基 础 上 笔 者 设 计 开 发 了 家 庭 营养 液循环 与管理 系 统 实 现 对家庭 植 物 工 厂 生 产 过 程 中 影 响作 物生长 的 温 度 E C 值 p H 及 液 位 等 营 养 液 因 子 的 监 测 与控 制 1 总 体 方 案设 计 1 1 控 制 系 统 总 体 结 构 根 据 家 庭 植 物 工 营 养 液 循 环 与 管 理系 统功能 需求 设计 系统 总 体 结 构 如 图 1 所 示 系 统 分 为 主 控 单元 信息 采集单 元和 执 行 控 制 单 元 组 成 营 养 液 信 息 采集 单元的 各 传 感 器 采 集 营 养 液 的 温 度 E C 值 p H 及 液 位 信 息 传 送 到 主 控 单 元 主 控 单 元 按 照 控 制 策 略 通 过 运 算 判 别 后 输 出 控 制 信 号 通 过 继 电 器 驱 动 自 吸 泵 恒 温 器 紫 外 线 消 毒 灯等 执 行设 备 对 营养 液 因子 进 行监 测 和控 制 图 1 营养液循环 与管理系统总 体结构 F i g 1 O v e r a l l s t r u c t u r e o f n u t r i e n t s o l u t i o n c i r c u l a t i o n a n d m a n a g e m e n t s y s t e m 系统 采 用 M H W 6 0 7 0 1 2 1 2 M R 6 A D 型 触摸 屏 P L C 一 体 机 作 为系 统 控 制 器 集 触 摸 屏 显 示 和 P L C 控 制 于 一 体 P L C 兼 容 三菱 F X 2 N 系 列 采 用 7 寸 触 摸 屏 具 有 光 耦 隔 离 的 1 2 路 开 关量 输 入和 1 2 路 开 关量 输 出 支 持 6 路 4 2 0 m A 模 拟 量 信 号输 入 具 有 4 8 5 通 讯 口 支 持 M O D B U R T U 通 信 协 议 为 了 避免 接 触式 液 位 传 感 器 受 到 水 垢 或 其 他 杂 物 影 响 而 造 成 动 作失 灵 系 统 选 用 X K C Y 2 6 V 型 非 接 触 式 液 位 传 感 器 安 装 于容 器 外 壁 无 需 对 容 器 开 孔 不 与 液 体 直 接 接 触 感 应 管壁 厚 度 可 达 2 0 m m 不 受 强 酸 强 碱 等 腐 蚀 性 液 体 的 腐 蚀 以及 水 垢或 其 他杂 物 影响 输 出 电流 1 1 0 0 m A 响 应 时 间 5 0 0 m s 误 差为 1 5 m m 选用 L T C G S Y 0 0 5 A 0 7 0 0 1 2 溶液 E C 盐分 温 度 二 合 一 传 感 器 输 出 2 路 4 2 0 m A 安 徽 农 业 科 学 J A n h u i A g r i c S c i 2 0 2 1 4 9 3 2 0 9 2 1 3 模拟 信 号 溶 液 温 度 为 4 0 8 0 溶 液 E C 值 为 0 1 0 m S c m 溶 液 温度 精度 控 制 在 0 5 溶 液 E C 值 精 度 控 制 在 3 选用 D 1 4 4 型溶液 p H 传 感 器 测 量 精 度 精 度 控 制 在 0 1 测量 范 围为 0 1 4 1 2 系 统 结构 家 庭 植 物 工 厂 的 栽 培 区 分 为 上 下 两 层 栽 培箱 图 2 a 所示 为 一个 9 0 0 m m 6 0 0 m m 2 0 0 m m 的 箱 体 营 养 液 循 环 与 控 制 系 统 由 营 养 液 箱 紫 外 线 消 毒 灯 自 吸 泵 液位 开关 E C 值传 感器 p H 值传 感 器 液 温 传 感 器 及 进 水 管 路 回 水 管路 雾 化 喷 头 等 辅 件 构 成 营 养 液 箱 用 于 存 储 营 养 液 自 吸泵 用 于从 营 养液 箱 内抽 取 营 养 液 并 提 供 系 统 所 需 的 水 压 进 水 管 路 连 接 自 吸 泵 与 雾 化 喷 头 并 通 过 雾 化 喷 头 将 营 养 液 进 行 雾 化 使 得 植 物 根 系 处 于 雾 气 中 而 获 取 水 肥 回 水 管路 与 栽培 单 元箱 体 相连 接 将 营 养 液 重 新 收 集 回 营 养 液 箱内 为 了避 免 营养 液 箱内 细 菌 的 滋 生 在 营 养 液 内 设 置 紫 外 线 消 毒 灯 同 时 为 了 避 免 系 统 因 营 养 液 不 足 引 发 种 植 失 败 在 营养 液 箱内 设 置 2 个 液位 传 感器 注 a 栽 培 箱示意 图 b 营 养液循环处 理系统示意 图 N o t e a C u l t i v a t i o n b o x b N u t r i e n t s o l u t i o n c i r c u l a t i n g t r e a t m e n t s y s t e m 图 2 营养液 循环处理系 统的组成 F i g 2 C o m p o s i t i o n o f n u t r i e n t s o l u t i o n c i r c u l a t i n g t r e a t m e n t s y s t e m 2 硬 件 选 型 2 1 喷 头 选型 气 雾 栽 培 系 统 中 雾 化 喷 头 是 其 中 关 键 部 件 之 一 直 接 关 系 到 设 备 运 行 效 果 其 选 型 尤 为 关 键 喷 雾 角 度 喷 雾 直 径 D 喷 嘴 距 离 被 喷 物 体 的 距 离 H 重 叠 部分 的宽度 O 喷 嘴 间 的 间 距 P 以 及 喷 雾 液 滴 大 小 主 要 指标 如图 3 所示 图 3 雾化 喷头的布置 F i g 3 A r r a n g e m e n t o f a t o m i z i n g n o z z l e 喷 嘴 按 喷 雾 形 状 分 为 空 心 锥 形 实 心 锥 形 扇 形 直 线 型 4 种 形 式 按 喷 嘴个 数 又可分 为单出 口和 多 出口等 多种形 式 如图 4 所 示 根 据 设 备 需 要 选 用 五 出 口 雾 化 喷 嘴 取 1 7 0 按 照 喷嘴 矩 阵式 排 列的 要 求 可得 O D P 1 P D 2 2 D 2 H t a n 2 3 设喷 头 个数 为 m n m 行 n 列 则 喷射 长 度 m D m 1 O 0 7 m 0 3 D 4 喷射 宽 度 n D n 1 O 0 7 n 0 3 D 5 图 4 雾化喷头 的分类 F i g 4 C l a s s i f i c a t i o n o f a t o m i z i n g n o z z l e 在该 装 置中 喷 嘴 距离 被 喷物 体 的 距 离 H 4 6 m m 喷 射 面 积 要求 覆 盖 4 2 0 m m 8 0 0 m m 的 矩 形 分 别 将 数 值 代 入 上 述 公 式中 D 5 2 1 8 m m P 3 6 9 0 m m O 1 5 2 8 m m 由 公 式 4 和 5 可得 m 0 7 2 n 1 9 8 取 m 1 n 2 即 长 度 方 向 布 置 2 个 喷 嘴 宽 度 方 向 布 置 1 个 喷 嘴 可 满 足 要 求 因 此 选 择 连 接 螺 纹 为 0 6 3 c m 的 五 出 口 雾 化 喷 头 材 质 为 P P P O M 工 作 压 力 为 1 5 3 0 k g c m 2 流 量 为 0 6 7 1 5 0 L m i n 出水 孔 径 为 0 8 m m 雾 滴 大 小 为 8 0 2 0 0 m 为 了 保 证 雾 化 效 果 系 统 设 计 时 选 择 工 作 压 力 为 2 5 k g c m 2 流量 为 1 2 L m i n 即 系 统 总 流 量 为 4 8 L m i n 0 1 2 安 徽 农 业 科 学 2 0 2 1 年 其典 型连接 方 式 见 图 5 所 示 喷 头 安 装 在 三 通 上 三 通 间 以 4 7 软 管 连 接 4 7 软管 为 P E 材 料 内 径 d 支 4 m m 外 径 D 支 7 m m 系 统所 用 4 7 软 管总长 度 L 支 1 3 m 2 2 管 道 选型 管 道 是 营 养 液 循 环 的 通 道 通 过 液 压 系 统 最高 工作压 力及最 大 通过 流量来 选 择 管 路 材 质 内 径 大 小 和 壁厚 目前 通 常采用 P V C U 管材 具有 较好的 抗 拉 和 抗 压 强 度 管 壁 光 滑 对 流 体 的 阻 力 很 小 其 输 水 能 力 可 比 同 等 管 径 的 铸铁管 提高 2 0 8 具 有很好 的耐酸 性 耐 碱 性 和 耐 腐 蚀 性 不 需 任 何 防 腐 处 理 具 有 良 好 的 水 密 性 可 直 接 采 用 粘 接或 橡胶圈 连接 使用 和维 护 都很方 便 管道内 径按公 式 6 进行计 算 d 4 q 系 统 v 6 式中 d 表 示管 的内 径 m m q 系 统 为 管内 流 量 L m i n q 系统 4 8 L m i n v 为 管 中 营 养 液 的 流 速 m s 一 般 取 0 1 0 5 m s 取 v 0 1 m s 可得 d 7 8 m m 因 此 选 用 规 格 为 2 0 的 P V C U 管 材 其 内 径 为 d 主 1 6 m m 外 径 为 D 主 2 0 m m 额 定压 力为 1 6 3 k g c m 2 2 3 自 吸 泵的 选 型 自 吸 泵 属 自 吸 式 离 心 泵 具 有 结 构 紧 凑 运 行 平稳 维 护 方 便 等 特 点 自 吸 泵 为 喷 雾 系 统 提 供 持 续且 稳定的 水压 以满 足雾 化 喷头的 工作要 求 按照特 性系数 法 可以 确 定第二 层种 植 区 最 末 端 喷 头 沿 程 压 力 损 失 局 部 压 力 损 失 和 流 量 损 失 最 大 为 最 不 利 喷 头 其工 作压力 P 0 2 4 5 k P a 流 量 q 0 1 2 L m i n 自 吸 泵 的 供 水压 力可表 示如下 P 泵 P 0 P 沿 程 P 局部 H 7 式 中 P 沿程 表示 沿 程压 力 损 失 P 局 部 表 示 沿 程 压 力 损 失 按 照 自 动 喷水 灭 火系 统 设计 规 范 G B 5 0 0 8 4 2 0 0 1 局 部压 力 损 失 取沿 程 压力 损 失的 2 0 H 表 示 最 不 利 喷 头 距 离 自 吸 泵 供 水 口的 高 程差 因 此 H 8 2 4 k P a 根据 哈 森威 廉 斯公 式 P 沿程 可 以 表示 如 下 P 沿 程 1 1 3 1 0 9 L d 4 8 7 1 q 系统 C 1 8 5 2 8 式 中 d 表 示 管道 内 径 d 支 4 m m d 主 1 6 m m L 表 示 管 道 长 度 L 支 1 3 m L 主 1 7 m C 表 示 哈 森 威 廉 姆 斯 系 数 取 C 1 5 0 q 系 统 表 示 系 统 流 量 q 系 统 4 8 L m i n 0 2 8 8 m 3 h 由 此 可 得 P 支 沿程 4 4 3 5 k P a P 支 局 部 8 6 3 k P a P 主 沿程 0 2 9 k P a P 主 局 部 0 0 6 k P a 则 泵 的 压 力 P 泵 3 0 5 7 7 k P a 因 此 选用 0 1 4 2 H D 2 4 6 0 型 微 型隔 膜 水泵 功 率为 6 0 W 工 作 压 力为 8 0 4 k P a 流量 为 5 L m i n 4 分接 口 2 4 贮 液箱 的 设 计 贮 液 箱 的 主 要 功 用 是 贮 存 营 养 液 同 时 箱 体还 具 有散 热 沉 淀污 物 消 毒 加 温 等 作 用 贮 液 箱 用 厚 度为 1 0 m m 的雪 弗板 P V C 发 泡 板 黏 接 而成 结构 如图 5 所 示 贮 液箱 中 间设 有 2 个 隔 板 用 来 将 吸 液 管 与 回 液 管 隔 离 开 以 阻 挡 沉 淀 杂 物 及 回 液 管 产 生 的 泡 沫 贮 液 箱 盖 板 也 用 1 0 m m 的 雪弗 板 制 造 用 以 安 装 吸 液 管 和 回 液 管 等 部 件 在 盖板 上 设有 注 液口 用 以 加注 营 养 液 贮 液 箱 侧 面 开 有 小 孔 与 大气 相 通 油 箱 侧 面 装 有 2 个 非 接 触 式 液 位 传 感 器 用 以 指 示贮 液 箱内 液 面的 高 度 贮液 箱 底 部 装 有 泄 液 孔 并 用 硅 胶 密 封圈 密 封 用以 在 系统 维 护时 进 行排 液 和排 污 图 5 贮液 箱 结构示意 F i g 5 T h e s t r u c t u r e o f l i q u i d s t o r a g e t a n k 贮液箱 的有效 容 积 即 液面高 度为贮 液箱高 度 8 0 时 的 容积 是 维持 系 统营 养 液 循 环 系 统 连 续 工 作 的 重 要 保 障 一 般按 自吸泵 的额定 流 量 q 泵 按照 以下公 式进行 估算 V 有效 q 泵 9 式 中 V 有效 为 贮液箱 的有效 容 积 L q 泵 为 自吸泵 的 额 定 流 量 L m i n q 泵 5 L m i n 为 与 系 统 压 力 有 关 的 经 验 数 字 低 压 系 统 2 4 中 压系 统 5 7 高压 系统 1 0 1 2 该系 统为 低 压 系 统 选 4 因 此 贮 液 箱 的 有 效 容 积 V 有 效 2 0 L 总 容 积 V 总 2 4 L 根 据 系 统 空 间 确 定 贮 液 箱 的 外 形 尺寸 为 4 0 0 m m 3 5 0 m m 3 0 0 m m 估 算 其 容 积 为 3 5 2 L 符 合设 计要求 2 5 紫 外 线 消 毒 灯 的 选 型 无 土 栽 培 的 营 养 液 要 循 环 使 用 在 使 用 过 程 中 会 受 到 腐 霉 菌 疫 霉 菌 等 菌 类 以 及 烟 草 花 叶 病 毒 的 侵 入 以 致 番 茄 枯 萎 病 黄 瓜 疫 病 的 发 生 营 养 液 的 封 闭 循 环 方 式 不 太 适 合 化 学 药 剂 的 使 用 因 此 对 于 营 养 液 的 消 毒多 采 用 紫 外 线 臭 氧 加 热 过 滤 过 氧 化 氢 氯 气 碘 等 物 理 消 毒 方 法 目 前 以 紫 外 消 毒 方 式 为 主 其 具 有 杀 菌 速 度 快 效 率 高 效 果 好 设 备 体 积 小 能 耗 低 等 特 点 9 1 0 其 工 作 原理 如 下 采 用 波 长 为 2 5 3 7 n m 的 紫 外 线 通 过 光 化 学 反 应 将细 菌 等微 小 的有 机 体的 结 构 破 坏 从 而 实 现 杀 菌 灭 毒 的 效果 在 紫外 线 消毒 过 程中 营 养 液 的 流 量 和 紫 外 线 能 量 是 主 要的 控 制 指 标 试 验 表 明 在 流 量 小 于 1 8 L h 且 紫 外 线 1 1 2 4 9 卷 3 期 杨学 坤 气雾栽 培式家庭植 物工厂营养 液循环与管理 系统设计 能量 密度大 于 4 3 0 m J c m 2 时 其 杀 菌 灭 毒 的 效 果 才 会 显 现 该设 计采用 的是 T U V 水下 潜水紫 外线杀 菌灯 图 6 其功率 为 3 0 W 能 量 密 度 为 6 1 2 m J c m 2 在 0 2 m 处 测 得 1 W c m 2 3 6 m J c m 2 可 以满足 需求 图 6 紫外线 消毒灯外观 图 F i g 6 A p p e a r a n c e o f u l t r a v i o l e t d i s i n f e c t i o n l a m p 2 6 恒 温 机选 型 研 究 表 明 营 养 液 温 度 控 制 在 一 定 范 围 内对 作物生 长和干 物 质累 积具有 明 显 的 促 进 作 用 且 不 会 影 响作 物的品 质 根 据 营 养 液 贮 液 箱 容 积 系 统 选 用 J M C 2 型恒 温机 图 7 既 可以 加 热 又可以 制冷 功率 为 1 0 8 W 温 度范 围可在 4 3 0 内 设置 可 将 营 养 液 温 度 控 制 在 设 定 温 度内 图 7 恒温机 外 观图 F i g 7 A p p e a r a n c e o f t h e r m o s t a t 3 软 件 设 计 3 1 控 制 策略 与 大 型 植 物 工 厂 不 同 的 是 家 庭 植 物 工 厂 由于 空间狭 小 无 法 布 置 A 液 罐 B 液 罐 酸 液 罐 碱 液 罐 等 母 液 罐 营 养 液 的 成 分 无 法 调 节 营 养 液 由 用 户 配 置 完 成 后 按时 注入贮 液 箱 内 系 统 监 测 到 的 E C 值 和 p H 超 过 控 制 范 围 后 系 统 通 过 触 摸 屏 和 警 报 器 向 用 户 发 出 超 限 报 警 由 用 户根 据系统 指示进 行 相应 工作 营养 液 的 循 环 由 自 吸 泵 定 时 启停 来实现 启 动频率 为 3 次 时 系 统 通 过 紫 外 线 消 毒 灯 的 定 时 开 关 对 营 养 液 进 行 消 毒 以 避 免 营 养 液 中 细 菌 的 滋 生 0 9 0 0 1 5 0 0 开 启 系 统 通 过 恒 温 机 对 营 养 液 液 温 进 行 调 控 由于采 用气雾 栽 培方 式 无需 对 营 养 液 的 溶 氧 进 行 监 测 和控 制 3 2 程 序 设 计 系 统 程 序 设 计 采 用 三 菱 电 机 G X W o r k s 2 P L C 软件平 台 以 梯 形 图 作 为 编 程 语 言 按 照 结 构 化 工 程 的 编程 方式 程序 包 括 主 程 序 数 据 处 理 子 程 序 输 出 控 制 子 程 序 等部 分 主 程 序 是 程 序 的 主 干 是 程 序 的 入 口 其 主 要 的 任 务 是 设 置 主 程 序 的 起 始 点 对 系 统 初 始 化 调 用 各 子 程 序 控 制 事件 循 环 当 退 出 程 序 时 恢 复 系 统 的 原 始 环 境 系 统 运 行 时 首 先 启 动 主 程 序 然 后 再 由 主 程 序 调 用 子 程 序 和 其 他 组件 其 流 程如 图 8 所 示 图 8 主程序 流程 F i g 8 M a i n p r o g r a m f l o w 主 程 序 完 成 初 始 化 工 作 进 行 数 据 采 集 判 断 液 位 开 关 是 否 有信 号 输入 即 液 位 是 否 到 达 低 限 如 果 为 否 则 根 据 采 集 值 与 设 定 值 的 比 较 结 果 决 定 是 否 调 用 输 出 控 制 子 程 序 完 成 各种 控 制 量 的 输 出 如 果 为 是 则 进 行 液 位 报 警 以 上 流 程循 环 往复 不 断执 行 4 性 能测试 为验 证 所设 计 家庭 植 物工 厂 营养 液 控 制 与 管 理 性 能 在 北 京 农业 职 业学 院 机 电 工 程 学 院 搭 建 了 气 雾 栽 培 式 家 庭 植 物 工厂 2 0 1 9 年 1 2 月 至 2 0 2 0 年 3 月 在 系 统 内 进 行 了 生 菜 和 苜 蓿草 栽 培试 验 在 实际 生 长过 程 中 验 证 及 测 试 控 制 系 统 的 工 作效 果 营 养液 温 度 的 控 制 范 围 为 2 1 1 p H 的 控 制 范围 为 6 5 0 4 E C 值 的控 制 范围 为 3 2 0 5 m S c m 生 菜 和苜 蓿 草在 该 系统 调 控下 长 势 良 好 生 菜 和 苜 蓿 草 栽 培 效 果 如图 9 所示 4 1 液 温控 制 栽 培 室 内 生 菜 处 于 幼 苗 期 营 养 液 温 度 控 制 目 标为 2 1 1 试 验 采 集 2 0 2 0 年 1 月 1 0 日 0 0 0 0 2 4 0 0 的试 验数据 每 1 5 m i n 读 取 1 次 温 度 值 液 温 控 制 试 验 结 果如 图 1 0 所示 由图 1 0 可 知 栽 培 室 温 度 在 恒 温 器 的 控 制 下 营 养 液 温 度 可 以 被 控 制 在 设 定 区 间 内 随 着 控 制 时 间 的 延 长 营 养 液 温 度 变 化 有 所 趋 缓 试 验 表 明 营 养 液 温 度 调 控 平均 响 应速 度 大于 1 4 3 h 控制 偏差小 于 0 4 控 制 稳 定性 较 好 4 2 p H 和 E C 值 监 测 p H 的 控 制 范 围 为 6 5 0 4 E C 值 的 控制 范 围为 3 2 0 5 m S c m 试 验 采 集 1 2 月 8 3 0 日 试 验 数据 每 天 分别 在 0 0 0 0 6 0 0 1 2 0 0 1 8 0 0 记 录 4 次 数 值 试 验 期间 根据 系 统 报 警 提 示 分 别 于 1 2 月 1 3 日 和 1 2 2 1 2 安 徽 农 业 科 学 2 0 2 1 年 月 2 5 日 加 注营 养 液 1 次 监 测结果 如图 1 1 所 示 图 9 栽 培效果图 F i g 9 C u l t i v a t i o n e f f e c t 图 1 0 液温控 制试验结果 F i g 1 0 T h e r e s u l t s o f l i q u i d t e m p e r a t u r e c o n t r o l t e s t 由图 1 1 可知 营 养 液的 E C 值和 p H 均 处于控 制范围 内 试 验 结果表 明 E C 值 超 限报 警动作 准确 E C 值和 p H 的 稳 定 性符 合作物 要求 图 1 1 E C 值和 p H 监 测结果 F i g 1 1 T h e m o n i t o r i n g r e s u l t s o f E C v a l u e a n d p H 5 结 语 为了 满 足气 雾 栽培 式 家庭 植 物工 厂 作 物 生 产 需 求 开 发 了 1 套营 养 液循 环 与管 理 系 统 实 现 了 营 养 液 E C 值 p H 温 度 的 监测 以 及营 养 液温 度 控制 试 验 结 果 表 明 所 设 计 系 统 性 能 可 靠 因素 控 制平 稳 达到 设 计指 标要 求 参 考 文 献 1 刘 义 飞 基 于 L a b V I E W 的 温 室 番 茄 雾 培 控 制 系 统 研 究 D 北 京 中 国 农 业 科 学 院 2 0 1 4 2 刘 文 科 杨 其 长 植 物 工 厂 L E D 照 明 应 用 的 几 点 思 考 J 照明工 程学 报 2 0 1 5 2 6 4 9 8 1 0 2 3 吴 正 辉 植 物 工 厂 项 目 业 主 方 管 理 模 式 研 究 D 杭 州 浙 江 大 学 2 0 1 8 4 罗 孟 德 贾 鹤 鸣 赵 文科 等 微型植 物工厂营 养 液 循 环 控 制 系 统 设 计 J 科 技 创 新 与 生 产 力 2 0 1 7 5 7 0 7 4 5 海 力 怕 木 农 业 无 土 栽 培 中 营 养 液 循 环 控 制 系 统 研 究 应 用 J 北 京 农 业 2 0 1 2 1 2 8 9 9 0 6 方 慧 杨 其 长 魏 灵 玲 等 水耕栽培 营养液循 环 控 制 系 统 的 设 计 与 控 制 性 能 分 析 J 农 机 化 研 究 2 0 0 9 3 1 3 8 0 8 2 7 刘 佳 无 土 栽 培 营 养 液 循 环 控 制 系 统 研 究 D 长 春 吉 林 大 学 2 0 0 8 8 张 鑫 徐 帅 陵 黄 土 中 管 道 敷 设 坡 度 与 流 水 冲 蚀 的 关 系 C 中 国 建 筑 学 会 工 程 勘 察 分 会 石 油天然气 勘察技术中 心 站 石 油 天 然 气 勘 察 技 术 中 心 站 第 二 十 二 次 技术交 流会论文集 廊 坊 中 国 建 筑 学 会 工 程 勘 察 分 会 2 0 1 6 9 刘 向 辉 无 土 栽 培 循 环 营 养 液 紫 外 线 灭 菌 技 术的研 究 D 北 京 中国 农 业 大 学 2 0 0 5 1 0 马 万 征 但 琼 鹏 马 万 敏 等 温 室 营 养 液 循 环 利 用 装 置 及 消毒效 果研 究 J 东 北 农 业 科 学 2 0 1 9 4 4 1 5 2 5 6 上 接 第 1 9 2 页 化 的 重 要 因 素 是 水 环 境 过 多 易 造 成 流 失 过 少 反 应 不 完 全 因此 芒果苷 和新芒 果 苷 是 可 以 作 为 知 母 加 工 和 炮 制 过 程 中 的重 要质量 指征 监测 知母 的 质量变 化 参 考 文 献 1 赵 小 勤 黄 晓 婧 许 莉 等 知母 的 本草考证和 产地调研 J 亚 太 传 统 医 药 2 0 1 9 1 5 4 7 7 7 9 2 戚 鹏 飞 李 洁 张 彩霞 等 2 0 1 8 年 甘肃省抽验 知母饮片质 量分析 J 甘 肃 科 技 2 0 1 9 3 5 1 9 6 8 7 0 3 赵 小 勤 黄 晓 婧 许 莉 等 知 母 饮 片 的 质 量 分 析 与 研 究 J 中 国 药事 2 0 1 8 3 2 1 0 1 3 4 9 1 3 5 3 4 黄 玉 瑶 张 洪 坤 路 丽 等 一测 多评法评价 不 同 主 产 区 春 知 母 饮 片 的 质 量 J 中 药 材 2 0 1 7 4 0 2 3 8 7 3 9 1 5 王 晓 婷 闫 丽 孙 冬 月 等 星 点 设 计 效 应 面 法 优 化 知 母 盐 制 的 炮 制 工 艺 J 中 国 医 药 科 学 2 0 1 8 8 3 4 2 4 6 5 0 6 许 枬 贾 天 柱 中 药 炮制转化 提高中 药饮片质量 的新思路 J 中 华 中 医 药 杂 志 2 0 1 6 3 1 8 3 1 7 3 3 1 7 7 7 张 洪 坤 黄 玉 瑶 路 丽 等 基 于 H P L C E L S D 指 纹 图 谱 的 亳 州 和 河 北 知 母 的 聚 类 和 判 别 研 究 J 时 珍 国 医 国 药 2 0 1 7 2 8 1 1 2 6 7 0 2 6 7 3 8 许 金 凯 李 卫 飞 支 美汝 等 以芒果 苷含量考 察 盐 炙 知 母 的 加 盐 方 式 和 盐 水 比 J 中 华 中 医 药 杂 志 2 0 1 9 3 4 7 3 2 3 8 3 2 4 1 9 高 慧 侯 宇 贾 天 柱 知 母 盐 制前后化学 成分的变化 J 中成药 2 0 0 9 3 1 1 0 1 5 6 7 1 5 7 1 1 0 陈 万 生 乔 传 卓 加 工 炮 制 对 知 母 品 质 的 影 响 J 中 国 中 药 杂 志 1 9 9 7 2 2 4 2 1 2 2 1 4 1 1 刘 敏 赵 白 云 赵 亮 等 炮 制 前 后 知 母 中 芒 果 苷 和 新 芒 果 苷的含量 变 化 J 第 二 军 医 大 学 学 报 2 0 0 6 2 7 5 5 2 8 5 3 0 1 2 李 习 平 杨 梓 懿 石 继 连 等 不 同 炮 制 方 法 对 知 母 中 芒 果 苷含量 的影 响 J 时 珍 国 医 国 药 2 0 1 1 2 2 1 0 2 5 0 2 2 5 0 3 1 3 黄 琪 贾 鹏 晖 吴