辦公室智能立體種植系統設計與應用

董 微，李秀剛，蘭立波，馬 鐵，周增產，李寶安

(1.北京京鵬環球科技股份有限公司，北京 100094； 2.北京市農業機械研究所有限公司，北京 100096；3.北京市植物工廠工程技術研究中心，北京 100094)

0 引言

立體無土栽培以人工創造的作物根系環境取代了土壤環境，可以有效解決傳統土壤栽培中難以解決的水分、空氣和養分供應的矛盾，使作物根系處于最適宜的環境條件下，從而充分發揮作物的增產潛力，達到提高單位面積產量、提早或延后蔬菜供應期、增加生產茬次和培育壯苗的目的，利于自動化、工廠化生產[1-4]。

目前，關于工廠化立體種植裝置的報道比較多，但適用于辦公場所的立體種植系統鮮有相關報道[5-10]。本文以北京京鵬環球科技股份有限公司與北京市農業機械研究所有限公司共建的辦公室智能立體種植系統項目作為實例，闡述辦公室智能立體種植系統的設計方案。

1 系統組成

辦公室智能立體種植系統由栽培系統、營養液循環系統和智能控制系統組成(圖1)。辦公室智能立體種植系統是一種智能微生態系統，可以對光照、營養液進行智能調控，該系統配置了4G通訊模塊和攝像頭，可進行遠程調控。

1.頂層栽培架 2.攝像頭 3.熒光燈 4.栽培槽定植板 5.栽培槽 6.營養液箱 7.腳輪圖1 辦公室智能立體種植系統側面示意Fig.1 Side diagram of office intelligent stereoscopic planting system

2 栽培系統

栽培系統由栽培架、栽培槽、栽培定植板和熒光燈組成，共有4層栽培槽，每層栽培槽的上方安裝了兩支熒光燈，燈管長度600 mm，直徑為T5，可為栽培區域內的植物補光。栽培槽上方安裝栽培槽定植板，可防止營養液循環時濺出及營養液暴露于燈光下變質。栽培架底部安裝帶鎖萬向腳輪，可輕松將種植系統移放至辦公室內任意地點。栽培架及栽培槽的材質為不銹鋼，栽培槽定植板的材質為PVC。

3 營養液循環系統

營養液循環系統由營養液箱、營養液消毒器、供液管路、供液閥門、回液插芯和回液管路等組成(圖2)。營養液循環系統采用多層集中定時供液，各層獨立控制流量的營養液循環方式。營養液循環系統的供液管路安裝于左側栽培架內，回液管路安裝于右側栽培架內。營養液箱安裝于4層栽培槽的下方，營養液箱外側安裝拉手，便于營養液箱的拉取。在營養液箱內配好營養液后，可通過智能控制系統定時與栽培區各層栽培槽內的營養液進行營養液循環，以達到營養液消毒及營養均衡供應的目的。

1.供液閥門 2.回液插芯 3.回液管路 4.營養液箱 5.供液管路圖2 營養液循環系統Fig.2 Nutrient solution circulation system

在循環過程中，營養液通過營養液消毒器、供液管路給各層栽培槽提供新鮮潔凈的營養液，各層栽培槽內原有的營養液則可通過回液管路回流到營養液箱內進行加營養、增氧氣和消毒處理，以備下一次循環使用。另外，各層栽培槽內還設置了供液閥門和回液插芯，可有效控制各層栽培槽營養液的供液速度和液面高度。

4 智能控制系統

智能控制系統由EC傳感器、pH值傳感器、液位傳感器、控制器執行器、4G通訊模塊和攝像頭等組成。在辦公室智能立體種植系統運行過程中，通過智能控制系統可以為作物提供適宜光照、合理比例的營養液(圖3)。通過4G通訊模塊和攝像頭，操作者可通過智能控制系統手機APP，觀察栽植植物的生長情況，遠程調控人工光補光、營養液循環等操作的執行。智能控制系統中的EC、pH值和液位傳感器用于檢測營養液中可溶性鹽的濃度、酸堿度及營養液容積，為營養液配置提供必要參數依據。

圖3 手機APP控制界面Fig.3 APP control interface

5 應用情況

辦公室智能立體種植系統于2020年投入使用，目前使用狀況良好(圖4)。據測試，辦公室智能立體種植系統光強可達11 094 Lx，滿足蔬菜生長需要；營養液循環系統可進行定時循環，滿足種植蔬菜不同生長時期的需求。

圖4 辦公室智能立體種植系統樣機Fig.4 Office intelligent stereoscopic planting system

辦公室智能立體種植系統不僅在辦公空間里增加了勃勃生機，使辦公空間充滿了活力，而且還美化了辦公環境，使人們身心愉悅，進而提高工作效率。它將室外的環境搬入到室內之中，讓大自然的氣息充斥其中。人們在工作之余對這些植物的呵護不僅促進了員工的心理健康，舒緩工作壓力，而且訪客來此也會被賞心悅目的綠色感染。

6 結束語

采用了智能化與種植裝置相結合的方式，利用辦公室空間特點，量身定制辦公室智能立體種植系統，將人與自然的良好關系延伸到辦公空間中。辦公室智能立體種植系統是一種智能微生態系統，可以對光照、營養液進行智能調控。辦公室智能立體種植系統不僅美化了辦公環境，吸收辦公環境中的CO2，放出O2，而且還可以提供安全、衛生和綠色的蔬菜。