[发明专利]一种基于Niagara的模拟空间植物舱环境管理系统

说明书

本发明涉及一种基于Niagara的模拟空间植物舱环境管理系统，包括二氧化碳控制模块、营养液输送模块、空气过滤模块、乙烯催化过滤模块和用户管理平台，其特征在于，二氧化碳控制模块：二氧化碳的供给靠气瓶、减压阀、流量计和电磁阀的组合完成，通过减压阀的减压作用，将气瓶中的高压气体降至常压，读取流量计的流量，通过对二氧化碳气瓶上电磁阀的定时长调节，实现向植物舱输送一定体积的二氧化碳；营养液输送模块：植物舱内营养液的供给通过设备舱内输送水泵和给水箱的组合工作来完成。

技术领域

本发明涉及密闭空间环境控制，属于航空航天环控系统与室内空气质量交叉领域。

背景技术

目前国际上空间技术发展迅猛，全球发射入轨运载火箭数目屡创新高，这些技术一方面能为我们提供更好的遥感，通讯，天文设施，同时也为世界提供了在空间中进行生物实验的环境。

至今为止有很多研究致力于在太空轨道上种植高等植物，并评估太空飞行环境对它们的影响。包括自由飞行实验^[1]，短时间的载人任务(如航天飞机，神舟)^[2]，以及在礼炮号、和平号和国际空间站(ISS)进行的长期的任务^[3]。特别指出，自从植物生长实验被纳入苏联/俄罗斯的第一个空间站“礼炮1号”以来，它们一直是每个空间站计划的重要组成部分。早期的太空在轨生产系统在性质上是有探索性的，因为它们是用来进行航天环境对植物生长或技术发展的影响的有关基本研究的，这些影响与提供适当的太空在轨可控制环境有关。

在第一阶段，绿洲一号是第一个进行在轨飞行试验的植物生长系统，仅有荧光灯提供照明^[4]，随后绿洲1M增加了水分和营养液输送系统，绿洲1A是在礼炮号空间站上的最后一个植物试验舱，它可以为植物根部提供更好的通风换气，并且允许植物移动以获得更好的照明、通风和气体交换^[5]。接下来的Phyton植物生长系统首次集成了照明、营养输送以及来细菌过滤的通风系统。进入第二阶段，SVET植物舱包含0.1m²的生长区域，光照和通风机，空气补充系统，水分补充系统，能源供应和一个控制单元，并首次可以获得温度和湿度以及光照时间，压缩机状况等数据^[6]，随后的改进版SVET-GEMS植物舱由环境监测系统和气体交换监测系统两个系统组成，能够监测CO₂和H₂O等含量，并且在后来的实验中发现了乙烯对植物生长的抑制作用，并增加了乙烯过滤。第二阶段以后，人们开始注重了太空植物舱的环境气体管理系统以及数据的采集分析。先进天体培养(ADVASC)实验是第一个在国际空间站上飞行的植物生长室。AD VASC能够自主地为微重力条件下的植物栽培提供稳定的环境条件，它包括植物生长室、光照控制模块、温湿度控制单元、营养液输送系统以及舱内环境控制模块。

Tridium作为Honeywell的物联网架构部门，一直致力于智能设备联网及企业级应用的开放式软硬件平台NiagaraFramework的研究和开发。Tridium的Niagara框架提供了一个全方位的强大的集成开发工具，可以满足不同层次、不同人员、不同行业方向的扩展开发，包括底层驱动库、算法模块、APP应用程序模块、UI交互体验等。现阶段物联网涉及的所有协议，如ZigBee、BACnet、Modbus等均可以无缝兼容。

参考文献：

[1]Halstead,T.W.,Dutcher,F.R.,1984.Experimentsonplantsgrowninspace.Statusandprospects[J].Ann.Botany54,3–18.

[2]Preu,P.,Braun,M.,2014.GermanSIMBOXonChinesemissionShenzhou-8:Europe’s firstbilateralcooperation utilizing China’s Shenzhouprogramme[C].ActaAstro-naut.94,584–591.