一种营养液监测装置及种植机的制作方法

1.本实用新型涉及农业种植设备技术领域，尤其涉及一种营养液监测装置及种植机。


背景技术：

2.营养液栽培是无土栽培中常见的一种种植方式，它可以代替天然土壤向作物提供水分、养分和氧气，从而使作物能够正常生长并完成其整个生命周期，营养液循环栽培作物的方式在世界上一些发达国家已经有了普遍的发展与应用,并且形成了成套技术和完整的设施设备。而营养液在植物生长过程中其营养成分会不断损耗，水分也会挥发和吸收，需要定时确认营养液的电导率，从而判断是否需要加水或者营养液。
3.市面上常见的有电导率仪，可以检测溶液中离子浓度，其原理为将两块平行的极板，放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势(通常为正弦波电压)，然后测量极板间流过的电流。电导率(g)的基本单位是西门子(s)，由于电导池的几何形状影响电导率值，标准的测量中用单位电导率(c)来表示，单位电导率(c)的基本单位是s/cm，以补偿各种电极尺寸造成的差别，单位电导率(c)可理解为所测电导率(g)与电导池常数(l/a)的乘积.这里的l为两块极板之间的液柱长度，a为极板的面积。溶液的电导率与其所含无机酸、碱、盐的量有一定关系，当溶液浓度较低时，电导率随浓度的增大而增加，因此，该指标常用于推测溶液中离子的总浓度或含盐量。
4.而现有技术中电导率仪主要存在如下技术问题：
5.1)由于电导率仪没有集成在种植机内部，导致无法针对种植机使用环境和水槽结构的做出特殊适应性设计；
6.2)在植物生长过程中，营养液离子成分会被不断吸收，水分也会挥发和吸收，需要定时检测营养液浓度和液位，判断是否需要加水或者营养液。
7.因此，需要提供一种准确测量营养液浓度并且可以检测液位的营养液监测装置来解决上述技术问题。


技术实现要素：

8.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种营养液监测装置。解决了现有技术中实时测量营养液浓度不够准确和耗时长的问题。
9.本实用新型的技术效果通过如下实现的：
10.一种营养液监测装置，包括检测装置、控制装置和过滤外壳，所述检测装置设于所述过滤外壳内，所述控制装置设于所述过滤外壳外，所述检测装置和所述控制装置电连接，所述检测装置用于检测营养液电导率，所述检测装置外部两个探针，两个所述探针用于分别和所述检测装置的正极、负极一一电连接，所述控制装置所述检测装置电连接，所述控制装置用于判断所述营养液液位。通过控制装置和检测装置结合，通过实时检测营养液的电导率，从而判断营养液的液位，在液位不足时，补充营养液，确保营养液栽培植物的正常生
长。
11.进一步地，两个所述探针设置为当所述营养液装载槽装有营养液时横向浸没在营养液中，两个所述探针平行于所述营养液表面，两个所述探针在垂直方向上和所述营养液表面距离相同。通过将探针横向浸没在营养液中，取代了探针竖向插入营养液的方式，使得实时检测过程较为迅速，提高了营养液浓度的检测准确度和稳定性。
12.进一步地，所述检测装置的正极和负极设置为在检测完毕后反转。通过检测装置的正极和负极两个电极定时反转，使得在检测过程中有吸附电极倾向的带电荷物质远离电极，从而保护电极。
13.进一步地，所述控制装置为单片机。
14.进一步地，所述控制装置还包括警报模块。
15.进一步地，还包括水泵，所述水泵和所述控制装置电连接。
16.进一步地，所述水泵设有进水口，所述进水口位置在垂直方向上低于所述探针位置。
17.进一步地，所述进水口设有滤网。
18.进一步地，所述营养液监测装置设有种植机安装部，所述种植机安装部用于安装在营养液装载槽内。
19.另外，还提供一种种植机，包括营养液装载槽和上述的营养液监测装置，所述营养液监测装置位于所述营养液装载槽内。通过将营养液监测装置集成在种植机内部，使得营养液监测装置的检测结果准确，提高了营养液浓度检测的稳定性，并且检测方便，耗时短。
20.如上所述，本实用新型具有如下有益效果：
21.1)控制装置和检测装置搭配设置，通过实时检测营养液的电导率，从而判断营养液的液位，在液位不足时，补充营养液，确保营养液栽培植物的正常生长。
22.2)通过将营养液监测装置集成在种植机内部，使得营养液监测装置的检测结果准确，提高了营养液浓度检测的稳定性，并且检测方便，耗时短。
23.3)通过将探针横向浸没在营养液中，取代了探针竖向插入营养液的方式，使得实时检测过程较为迅速，提高了营养液浓度的检测准确度和稳定性。
24.4)当检测到营养液液位不足时，通过数据输出模块控制水泵停止运行，避免水泵长时间运行减少使用寿命，并且有可能带入空气或者浮游藻类等杂质，影响检测结果。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还能够根据这些附图获得其它附图。
26.图1为本技术实施例营养液监测装置结构示意图；
27.图2为本技术实施例营养液监测装置结构框图；
28.图3为本技术实施例检测装置的电路原理图；
29.图4为本技术实施例检测装置的结构示意图。
30.其中，图中附图标记对应为：
31.检测装置1、探针11、控制装置2、数据接收装置21、数据处理装置22、数据输出模块23、警报装置24、水泵3、过滤外壳4、底座平台5。
具体实施方式
32.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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.实施例1：
34.如图1
‑
4所示，一种营养液监测装置，包括检测装置1、控制装置2和过滤外壳4，检测装置1设于过滤外壳4内，控制装置2设于过滤外壳4外，检测装置1和水泵3均通过导线穿过过滤外壳4和所述控制装置2电连接，检测装置1用于检测营养液电导率，检测装置1外部两个探针11，两个探针11用于分别和检测装置1的正极、负极一一电连接，控制装置2包括数据接收模块21、数据处理模块22、数据输出模块23和警报模块24，数据接收模块21一端和检测装置1电连接，数据接收模块21另一端和数据处理模块22一端电连接，数据处理模块22另一端和数据输出模块23电连接，数据处理模块22用于判断营养液液位，警报模块24和数据输出模块23电连接，营养液监测装置设有种植机安装部，种植机安装部用于安装在营养液装载腔内。本实施例中，控制装置为单片机，营养液监测装置为密封结构，过滤外壳设有过滤外壳，外壳上设有多个过滤孔，用于过滤植物根系等杂质，避免根系缠绕正、负电极，影响营养液电导率检测异常。营养液监测装置的壳体包括两个部分：过滤外壳4和底部平台5，过滤外壳4和底部平台5可拆卸链接，检测装置1设有两个安装孔，通过螺丝将检测装置1固定安装在所述营养液监测装置的底座平台5上。
35.本实施例中，两个探针11用于横向浸没在营养液中，两个探针11平行于营养液表面，两个探针11在垂直方向上和营养液表面距离相同。检测装置在横置时探针等高且平行于水面，检测时整个插针浸没在液体中才能得到准确的结果，所以将探针横置相比于将探针竖直插入水中可以提高准确度，检测变化相比于探针竖直设置逐渐浸没营养液是一个较为迅速的过程，缩短检测时间，提高检测结果的稳定性。探针材质优选为钛合金材料，使得在长时间通电情况下在营养液中耐腐性强。在其他实施例中，探针数量也可以是多个，多个探针分别电连接在正极或者负极上，并且正极和负极上均电连接有探针，使得可以同时获取多组检测数据进行分析，确保营养液浓度检测结果更精确。
36.本实施例中，营养液液位覆盖探针11，控制装置可判断并显示营养液浓度值，即数据处理模块22通过数据接收模块21接收检测装置1检测得到的营养液导电率，计算出营养液的浓度。在营养液浓度过低时，数据输出模块23发送信息给警报模块24，警报模块24发出警报提示营养液成分过稀，需要补充浓缩营养液，提高营养液中营养成分。
37.本实施例中，数据处理模块22通过检测装置1检测得到的营养液导电率，通过与电导率的设定范围进行比较，能够判断出液位不足，数据输出模块23发送信息给警报模块24，警报模块24发出警报提示营养液液位不足，主要有以下两种情况：1)当液位未触及插针，检测装置1检测不到信号，或者检测到的电导率无限小，从而控制装置2判断为营养液液位不足；2)当营养液液位触及探针11但未浸没时，检测到的电导率异常，一般为偏离正常设定
值，控制装置2将该情况判断为异常，但不列入营养液浓度偏低的情况，可选的，如果在不同间隔时间内多次连续检测为异常，判断为液位不足。在液位过低时，可通过提示进行营养液的补充。本实施例中，警报模块为指示灯，当液位不足或者营养液成分过稀时，指示灯闪烁提示需要补充正常浓度营养液或者补充浓缩营养液。营养液浓度和液位情况通过数据输出模块23通过无线方式发送至手机应用程序上。
38.本实施例中，检测装置1的正极和负极设置为在检测完毕后反转。正、负极两个电极通电一段时间后，在检测完毕后进行正、负极反转，即正极变成负极，负极变成正极，从而使营养液中带电荷物质在检测过程中从吸附电极方向向的远离此电极的方向运动，从而保护电极。检测装置电极采用直流供电，使得信号处理电路简单，配合数据采集后的拟合算法，有效地规避了无效采集点，能较为准确且稳定地获取营养液浓度值。
39.本实施例中，还包括水泵3，水泵3和数据输出模块23电连接，水泵3设有进水口，水泵3卡接在过滤外壳4上，所述进水口和过滤外壳4连通，进水口位置在垂直方向上低于探针11位置，进水口设有滤网。进水口低于探针，通过数据输出模块设定预设时间控制水泵定时运行，或者通过数据输出模块发出指令给水泵控制水泵运行，从而对种植机内营养液进行循环。滤网同时对水泵进水起到了过滤作用。水泵和数据输出模块电连接，当探针检测到液位不足时，限制水泵运行；当营养液浓度异常时，也限制水泵运行，因为异常代表液位刚好漫过水泵，不利于水泵长时间运行，并且有可能带入空气、浮游藻类或者很细的杂质等，影响装置的检测准确度。
40.如图3所示，根据电解电容的结构和原理，两个电极放在电解液中，根据电极面积的大小，距离以及电解液的浓度构成不同大小的电容。将两根探针看成正、负两个电极，将不同浓度的营养液看成电解液，可将整个检测装置看成一个电容，tds_pwm2、tds_pwm1用于电连接至单片机的io口上，tds_adc用于电连接至单片机的adc采集接口。当探针放入营养液后，tds_pwm1输出低电平，由tds_pwm2给出高电平，构成电容原理，单片机在特定的时间采集tds_adc电压，根据电压值对电导率进行推导运算。
41.其中，r11与r32起到限流作用，避免电容过小瞬间将电容充满，r41与c31构建简单的低通滤波，滤除由与上电瞬间带来的高频分量。u15为3.3v的tvs瞬态二极管由于探针直接与单片机io口相连接，在水中瞬时上电会产生高的静电脉冲，u15起到保护单片机的作用。
42.实施例2：
43.一种种植机，包括营养液装载槽、植物照明装置和实施例1中所述的营养液监测装置，所述种植机安装部设于所述营养液监测装置的底部，所述种植机安装部具体为吸盘，吸盘将所述营养液监测装置固定在所述营养液装载槽底部，植物照明装置用于为植物生长提供所需光源。
44.本实施例中，在种植机移动过程中会导致液面不稳定，当液位将处于设定位置以下时，一定的晃动会使电极中间液体电导率呈现特定的异常波形，从而也判断为液位不足。
45.如上所述，本实用新型具有如下有益效果：
46.1)控制装置和检测装置搭配设置，通过实时检测营养液的电导率，从而判断营养液的液位，在液位不足时，补充营养液，确保营养液栽培植物的正常生长。
47.2)通过将营养液监测装置集成在种植机内部，使得营养液监测装置的检测结果准
确，提高了营养液浓度检测的稳定性，并且检测方便，耗时短。
48.3)通过将探针横向浸没在营养液中，取代了探针竖向插入营养液的方式，使得实时检测过程较为迅速，提高了营养液浓度的检测准确度和稳定性。
49.4)当检测到营养液液位不足时，通过数据输出模块控制水泵停止运行，避免水泵长时间运行减少使用寿命，并且有可能带入空气或者浮游藻类等杂质，影响检测结果。
50.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
51.以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。