[发明专利]无土栽培培养液自动控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种无土栽培培养液自动控制装置，其特征是，包括控制端(1)和n个用于分别检测不同培养皿中成分含量的终端(2)；所述控制端包括外壳，设于外壳内的主控制器(3)、存储器(19)和第一无线收发器(4)，设于外壳上的显示器(5)和报警器(6)；每个终端均包括壳体，设于壳体内的终端控制器(7)和第二无线收发器(8)，设于壳体上的m个检测接口(10)；m个检测接口分别与pH值传感器(18)和m-1个离子浓度传感器(9)电连接；主控制器分别与第一无线收发器、显示器、存储器和报警器电连接；每个培养皿上方均设有m+2个微量泵(11)，其中，m-1个微量泵分别与盛有不同离子溶液的储液盒相连通，2个微量泵w₁和w₂分别与酸溶液储液盒和碱溶液储液盒相连通，1个微量泵w₃与蓄水盒相连通，每个终端控制器均分别与其对应的第二无线收发器、m个检测接口和各个微量泵电连接；第一无线收发器分别与各个终端的第二无线收发器无线连接。

2.根据权利要求1所述的无土栽培培养液自动控制装置，其特征是，所述检测接口为5个，5个检测接口分别与钾离子传感器、硝酸根离子传感器、钙离子传感器、氯离子传感器和pH值传感器电连接。

3.根据权利要求1所述的无土栽培培养液自动控制装置，其特征是，所述主控制器和终端控制器均为CC2530单片机，各个传感器均通过放大电路与对应的检测接口电连接。

4.根据权利要求1所述的无土栽培培养液自动控制装置，其特征是，控制端还包括启动按键(14)和停止按键(15)，启动按键和停止按键均与主控制器电连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的无土栽培培养液自动控制装置，其特征是，每个终端还包括开关按键(16)和状态指示灯(17)，开关按键和状态指示灯均与对应的终端控制器电连接。

6.一种适用于权利要求1所述的无土栽培培养液自动控制装置的控制方法，其特征是，包括如下步骤：

(6-1)存储器中存储有pH值标准范围[R₁，R₂]，与各个离子浓度传感器相对应的浓度标准范围；各个终端控制器中均设有营养阈值μ′；

(6-2)主控制器通过第一无线收发器发送pH值标准范围和各个浓度标准范围，第二无线收发器接收pH值标准范围和各个浓度标准范围；

(6-3)将n个终端的pH值传感器和m-1个离子浓度传感器分别插入n个盛有培养液的培养皿中，pH值传感器检测培养液的pH值，各个离子浓度传感器分别检测各种离子的浓度；

(6-4)n个终端控制器均循环扫描与各个检测接口连接的端口，将各个离子浓度传感器的检测值分别与浓度标准范围进行比较；

(6-5)如果任一个终端A的终端控制器Z_A得到p个离子传感器B的检测值处于设定的浓度标准范围之外的判断，Z_A通过第二无线收发器发送与该离子传感器相对应的离子浓度的异常信息，主控制器通过第一无线收发器接收异常信息，主控制器控制显示器显示出浓度异常的培养皿的序号及离子的名称，报警器发出报警信息；其中，m-1≥p≥1；

(6-6)培养液浓度控制

(6-6-1)延迟时间T后，Z_A得到各个离子传感器当前的检测值b₁，b₂，...，b_m-1；

Z_A利用公式计算与终端A对应的培养皿的培养液中的营养参数，其中，s＝b₁+b₂+...+b_m-1，μ_max、k_m和k_i均为设定的参数；

(6-6-2)若p个离子传感器B的检测值处于标准范围之外并且μ≤μ′时，则Z_A根据p个离子传感器B检测的当前离子浓度和标准范围之间的差值，分别计算并得到与各个离子传感器B对应的各个进液管的进液时间t₁，t₂，...，t_p；

终端控制器控制与各个离子传感器B对应的各个微量泵分别打开t₁，t₂，...，t_p后关闭；转到步骤(6-7)；

(6-6-3)若p个离子传感器B的检测值处于标准范围之外并且μ＞μ′时，终端控制器控制w₃打开，微量泵向培养皿中添加水，Z_A利用公式计算与终端A对应的培养皿的培养液中的营养参数，直至μ≤μ′为止，返回步骤(6-4)；

(6-7)培养液pH值控制

Z_A将当前pH值传感器的检测数值r与设定的pH值标准范围比较，当r＞R₂时，Z_A控制微量泵w₁打开，微量泵向培养皿中添加稀释过的硝酸溶液，直至pH值传感器的检测数值r＝R₁为止；

当r＜R₁时，Z_A控制微量泵w₂打开，微量泵向培养皿中添加稀释过的NaOH溶液，直至pH值传感器的检测数值r＝R₂为止；返回步骤(6-4)。