移動式自動控溫型家庭園藝栽培裝置的開發

張梅 鄒承俊 馬偉

家庭園藝是指利用溫室園藝相關栽培技術，在家庭內部的空閑空間進行芽苗菜、葉菜和花卉等的栽培，以滿足人們對健康食物和身心休閑的雙重需求。該技術的核心是園藝栽培技術和智能栽培裝備。傳統的溫室園藝需要較大空間，為了更好地利用空間，家庭園藝可采用多層栽培架，即將種植盤放置在多層架子上，整個生長期都在架子上完成，利用家庭的一個角落狹小的空間即可完成種植，兼具觀賞的作用。同時，移動式結構便于搬運，可以充分利用太陽光進行補光。此外栽培裝置還應實現自動控溫，確保家庭園藝栽培處于穩定的溫度環境，為定期采收提供保障。

裝置設計原理

栽培盤采用“上網盤+下托盤”的雙層結構，上網盤底部有很多細孔，便于根系生長，還可以讓水滲流上來。根扎下去后，一部分根在水面上，可以進行呼吸作用，滿足根的氣體交換;一部分根在水面下，在下托盤的水里伸長纏繞，為植物生長提供水分。

控溫系統為分體式結構，包括控制器、傳感器、加溫系統、降溫系統等。控制器采用51系統單片機作為處理器，采用彩色數碼管模塊顯示數值，可以根據獲取的栽培盤溫度信息和預先設定的溫度閾值自動控制加溫系統或降溫系統。加溫系統主要是冬季使用，利用發熱絲直接對下托盤的水進行加熱，對根部起到提溫的作用，保障冬季生長溫度;降溫系統主要是夏季使用，采用小型冷氣扇對栽培盤進行降溫，冷風能調節小范圍內微氣候以適應植物生長。

溫度傳感器為4～20 mA電流信號輸出，采用不銹鋼封裝。傳感器放置在下托盤中，實時測量當前栽培盤中的水溫，可放置多組，同時采集溫度值傳輸至控溫系統的控制器進行處理。

裝置設計構造

裝置共有3層結構，總高度為88 cm，每層高度40 cm，總寬度為66 cm（圖2）。裝置采用螺栓連接，可以根據家庭角落的具體尺寸調節。每層都為凹槽結構，采用2 mm鋼板折彎后焊接噴塑。每層栽培盤內部通過玻璃防水膠密封，密封后的凹槽不會漏水。從材料強度計算，理論最大寬度可以達到2.2 m。

控溫系統采用模塊化設計，包括控制器、傳感器等（圖3）。控制器接通220V交流電源，可以直接通過內部電源模塊轉換后給傳感器通電，既可放置在栽培架上，也可固定在栽培架側面。控制器通過2組按鍵分別控制溫度范圍，左側為上閾值控制按鍵，右側為下閾值控制按鍵，中間為程序選擇模式開關，包括加溫模式、降溫模式2種。

在冬季種植豌豆苗，選擇加溫模式，開機后默認為上次關機的溫度，通過上下箭頭將左側設定35.5℃，將右側設定28℃，然后將電熱絲按照“S”型分布在栽培盤的下托盤水里進行加熱。水溫達到35.5℃時，自動進入保溫狀態，直到溫度緩慢下降到28℃以下時，控制器接通電熱絲再次加熱栽培盤里的水。這就實現了通過控溫水培方式來培育豌豆苗。

栽培工藝設計為水培方式，首先將豌豆平鋪到下托盤，覆蓋下托盤底面積的4/5，然后加88 mL溫水（42℃），用上托盤反過來扣住，放置在栽培架上42 h，待豌豆的根長至1 cm時，將豌豆從下托盤倒入上托盤中，用鑷子逐一調整豌豆，將其平鋪到上托盤的網孔底板上。每個栽培盤加入160 mL溫水，將電熱絲按照“S”型直接放在下托盤的水里，彎曲5～8道確保加熱均勻，放好上托盤即可。

裝置應用效果

在成都冬季環境采用該裝置進行水培試驗，控溫系統最高溫度設定為30℃，最低溫度設定為25℃，4天內發芽可長到2 cm，接下來豌豆苗6天內高度可長到16 cm（圖4），此時可采收1次。通過恰當的播種和溫度管理，可實現每天采收1次。

播種可根據實際需要，連續6天，每天播種1次，采收期也將按照播種順序逐一進行。實際試驗發現，水培豌豆苗每播種1次可連續收獲3次，每次每盤收獲的豌豆苗平均重量在190 g左右。第3次以后由于部分根部發霉，觀賞性不好，不再繼續收獲。

展望

家庭園藝可以保證居住的綠色環境，具有美化生活和豐富情趣的功能。在家里連續生產出蔬菜，對于缺少農業知識的人來說也具有極大的滿足感，豐富了城市里生產健康蔬菜的途徑。同時，該系統成本較低，每套系統價格不足千元，有助于推廣至千家萬戶。系統采用可靠的模塊化設計，由于電路為單一功能，可根據生產實際靈活調節，顯著提升系統穩定性。

*項目支持：成都地方財政專項資金項目（NASC2020KR05）。

[引用信息]張梅，鄒承俊，馬偉.溫室智能裝備系列之一百二十六 移動式自動控溫型家庭園藝栽培裝置的開發[J].農業工程技術，2021，41（07）：54-55.