一种自动化垂直农场装置的制作方法

1.本实用新型涉及垂直农场装置技术领域，具体而言，尤其涉及一种自动化垂直农场装置。


背景技术：

2.随着物质生活水平的提高，人们对于蔬菜营养健康越来越重视，越来越多家庭开始选择有机蔬菜。但由于有机蔬菜在培养过程中不添加农药、不添加化肥、不添加激素，因此成活率极低。且我国有机蔬菜市场存在亩产低、价格昂贵、市场监管不力以及以次充好等问题，因此尚未在我国大范围普及，但有机蔬菜的营养价值已得到国际社会的认可。除此之外，我国垂直农场尚处于市场起步阶段，且并未将现有工业自动化技术移植到垂直农场装置技术领域。但随着工业自动化技术在农业领域的应用，农业自动化时代已经到来。垂直农业虽然前期投入较大，但可以实现亩产量成比例增加、全年无休止耕作。从长远发展来看，垂直农业不仅可以节约人力物力，更能够实现蔬菜来源可追溯，保障消费者权益，提高农户收益。


技术实现要素：

3.根据上述提出的技术问题，而提供一种自动化垂直农场装置。本实用新型主要利用一种自动化垂直农场装置，包括：培养光机构、环境检测单元、培养盘运输单元、上位机单元、语音交互单元以及电气控制单元，其特征在于：
4.所述自动化垂直农场装置为h型铝合金框架，所述装置的两侧分别设置有所述培养光机构，所述装置的中间设置有所述培养盘运输单元；
5.所述培养光机构的左侧与所述培养盘运输单元边缘的滑动轨上的滑块相连实现上下移动；所述培养光机构的右侧与链条相连接，进而能够通过链条的拖动带动所述滑块；
6.所述培养盘运输单元内部设置有横向运动的皮带，所述皮带用于将皮带上方的培养盘送至培养机构，所述培养机构内设置有两层培养层，任意一层培养层下方设置有直流电机，所述直流电机用于带动长皮带接受从培养盘运输单元送来的培养盘。
7.进一步地，所述培养机构为长方形框架结构，所述培养盘运输单元为方形的平台结构，所述培养盘可在所述培养机构间上下移动。
8.进一步地，所述培养光机构包括：通过plc连接的交流220v红蓝光培养灯、直流12v绿光培养灯以及限位传感器。
9.进一步地所述环境检测单元包括：温湿度一体式变送器、a/d转换模块以及直流12v散热风扇；所述温湿度一体式变送器用于将检测到的温湿度模拟量信号转换成ad模块能够识别的4～20ma电流信号，所述a/d转换模块用于将输入的4～20ma电流信号转换成plc可以识别的数字信号，所述plc 用于将输入的数字信号转换为温湿度实际值并与用户设定的阈值进行比较，通过输出端控制12v散热风扇运行。
10.进一步地，所述培养盘运输单元包括：培养盘升降运输步进电机及其控制器、培养
盘左右运输步进电机及其控制器、培养区左右运输24v直流电机、检测运输平台位置的光电传感器以及检测培养盘位置的限位传感器；所述检测运输平台位置的光电传感器和检测培养盘位置的限位传感器分别设置有四个，8个传感器将开关信号通过导线连接到plc的输入触点，plc用于将输出信号送给培养盘升降运输步进电机控制器，控制器通过连接导线控制培养盘升降运输步进电机上升或下降。
11.较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
12.本实用新型采用培养光机构能够实现植物生产所需光源自动补给代替自然光。同时采用培养盘运输单元能够实现植物自动运输，节约人力。
13.本实用新型还设置了温湿度检测单元能够实现环境温湿度始终保持在植物生长在最适合的环境。通过plc控制模块能够实现装置自动化运行，减少人工干预。且plc为控制核心，体积小，重量轻，能耗低，抗干扰能力强。
14.本实用新型设置的语音交互模块能够实现语音控制系统运行状态、切换培养方式、以及查询生产状态。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型电气原理图。
17.图2为本实用新型整体结构示意图。
18.图3为本实用新型语音交互单元结构图。
19.图4为本实用新型装置整体结构框图。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
21.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
22.如图1
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4所示为本实用新型一种自动化垂直农场装置，包括：培养光机构、环境检测单元、培养盘运输单元、上位机单元、语音交互单元以及电气控制单元。
23.作为本技术一种优选的实施方式，在本技术中，自动化垂直农场装置为 h型铝合金框架，装置的两侧分别设置有培养光机构，装置的中间设置有培养盘运输单元；培养光机构的左侧与培养盘运输单元边缘的滑动轨上的滑块相连实现上下移动；培养光机构的右侧与链条相连接，进而能够通过链条的拖动带动滑块，促使整体培养盘运输单元上下移动的功能性。
24.在本实用新型中培养盘运输单元内部设置有横向运动的皮带，皮带用于将皮带上方的培养盘送至培养机构，培养机构内设置有两层培养层，任意一层培养层下方设置有直流电机，直流电机用于带动长皮带接受从培养盘运输单元送来的培养盘。
25.本实用新型中，培养机构为长方形框架结构，培养盘运输单元为方形的平台结构，培养盘可在培养机构间上下移动。
26.作为一种优选的实施方式在本技术中，培养光机构包括：通过plc连接的交流220v红蓝光培养灯、直流12v绿光培养灯以及限位传感器。
27.在此，环境检测单元包括：温湿度一体式变送器、a/d转换模块以及直流12v散热风扇；温湿度一体式变送器用于将检测到的温湿度模拟量信号转换成ad模块能够识别的4～20ma电流信号，a/d转换模块用于将输入的 4～20ma电流信号转换成plc可以识别的数字信号，plc将输入的数字信号转换为温湿度实际值并与用户设定的阈值进行比较，通过输出端控制12v散热风扇运行。
28.同时，本实用新型中培养盘运输单元包括：培养盘升降运输步进电机及其控制器、培养盘左右运输步进电机及其控制器、培养区左右运输24v直流电机、检测运输平台位置的光电传感器以及检测培养盘位置的限位传感器；检测运输平台位置的光电传感器和检测培养盘位置的限位传感器分别设置有四个，8个传感器将开关信号通过导线连接到plc的输入触点，plc程序根据输入信号，通过连接导线将输出信号送给培养盘升降运输步进电机控制器，控制器通过连接导线控制培养盘升降运输步进电机上升或下降，培养盘左右运输步进电机连接方式同理。
29.温湿度变送器将检测到的温度/湿度模拟量信号转换成a/d模块能够识别的直流4～20ma电流模拟量信号，再由a/d模块将4～20ma电流模拟量信号转换成plc能够识别的数字信号。
30.另外作为优选的本实用新型的装置还可以包括：工业组态软件监控界面以及bi数据可视化监控平台；移动设备包括但不限于：手机、平板电脑及其他手持终端；语音交互单元包括：树莓派4b型模块、respeaker4麦克风模块；电气控制单元包括：各单元各装置的供配电系统、处理培养光机构、环境检测单元、培养盘运输单元以及上位机单元的相关信息的plc模块、hmi 工业触摸屏模块、以太网通讯模块、a/d转换模块、控制继电器模块、温湿度变送模块、传感模块以及步进控制模块；
31.培养光机构、环境检测单元以及培养盘运输单元均是通过有线的电气连接实现与电气控制单元进行连接，上位机单元通过rs
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232以及以太网模块与电气控制单元进行连接。
32.作为优选的，在本技术中系统启动前，根据预设的培养植物自动选取对应的培养区、培养光配方以及培养时间等，并通过以太网通讯模块将设置上述数据传输至plc模块；
33.在植物培养前，plc模块通过检测培养盘运输单元各部件是否位于初始位置，当培
养盘运输系统位于初始位置时，首先通过培养盘运输单元将培养盘根据设定的培养层进行垂直方向运输，当培养盘运输单元中的检测运输平台位置光电传感器检测到垂直方向运输到位后，培养盘运输单元根据设定的培养区进行水平方向运输；
34.在培养盘到达设定的培养位置后，培养盘运输单元返回初始位置；与此同时，培养光机构根据设定的植物通过plc模块启动对应的培养光方案对植物进行光照自动控制；当plc模块通过内部定时器采集到完成当前植物培养后，培养盘运输单元将培养盘运输到装置最底层，完成后续运输；plc模块通过以太网通讯模块以及hmi工业触摸屏模块实时将整个培养过程的各项数据传送到pc智能垂直农场管理平台。
35.如图2本实用新型涉及作为本技术一种优选的实施方式，包括：培养光机构、环境检测单元、培养盘运输单元、上位机单元、语音交互单元以及电气控制单元。
36.在本实施方式中，作为优选的一种实施方式，培养光机构包括：交流220v 红蓝光培养灯、直流12v绿光培养灯、限位传感器；环境检测单元包括：温湿度一体式变送器、a/d转换模块、直流12v散热风扇；培养盘运输单元包括：培养盘升降运输步进电机及其控制器、培养盘左右运输步进电机及其控制器、培养区左右运输24v直流电机、检测运输平台位置的光电传感器、检测培养盘位置的限位传感器；上位机单元包括：工业触摸屏、pc智能垂直农场管理平台、移动设备；pc智能垂直农场管理平台包括：工业组态软件监控界面以及bi数据可视化监控平台；移动设备包括但不限于：手机、平板电脑及其他手持终端；语音交互单元包括：raspberry pi 4代b型模块、respeaker 4麦克风模块。
37.作为一种优选的实施方式，电气控制单元包括：各单元各装置的供配电系统、处理培养光机构、环境检测单元、培养盘运输单元以及上位机单元的相关信息的plc模块、hmi工业触摸屏模块、以太网通讯模块、a/d转换模块、控制继电器模块、温湿度变送模块、传感模块以及步进控制模块。
38.在本实施方式中，系统启动前，根据预设的培养植物选取对应的培养区、培养光配方以及培养时间等，并通过以太网通讯模块将设置上述数据传输至 plc模块；在植物培养前，plc模块通过检测培养盘运输单元各部件是否位于初始位置，当培养盘运输系统位于初始位置时，首先通过培养盘运输单元将培养盘根据设定的培养层进行垂直方向运输，当培养盘运输单元中的检测运输平台位置光电传感器检测到垂直方向运输到位后，培养盘运输单元根据设定的培养区进行水平方向运输；在培养盘到达设定的培养位置后，培养盘运输单元返回初始位置；与此同时，培养光机构根据设定的植物通过plc模块启动对应的培养光方案对植物进行光照自动控制；当plc模块通过内部定时器采集到完成当前植物培养后，培养盘运输单元将培养盘运输到装置最底层，完成运输；并根据设定开始下一次运输任务。plc模块通过以太网通讯模块以及hmi工业触摸屏模块实时将整个培养过程的各项数据传送到pc智能垂直农场管理平台。
39.作为优选的实施方式，的一种高自动化智能垂直农场装置，其特征还在于：温湿度变送器将检测到的温度/湿度模拟量信号转换成a/d模块能够识别的直流4～20ma电流模拟量信号，再由a/d模块将4～20ma电流模拟量信号转换成plc能够识别的数字信号。
40.上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
41.在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
42.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
43.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
44.另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
45.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read
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only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
46.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。