一種空間植物培養裝置的制作方法

本實用新型涉及一種空間植物培養裝置，屬于空間植物培養技術領域。

背景技術：

航天員在長期的空間飛行任務中，為了保證航天員的生活和工作質量，研究空間受控生態生命保障系統是必不可少的，空間植物栽培技術是空間受控生態生命保障系統的一項關鍵技術。空間植物培養為研究空間植物學提供了最基本途徑，對揭示空間生命科學的現象與規律、實現空間農作物等新品種培育、探究宇宙生命的起源與演化，揭示重力在生命起源中的作用等重大生命課題具有重要的推動作用。

空間植物培養裝置目的是建立一個基于載人航天器的環境可控的空間植物實驗平臺的地面模擬系統，為進一步開展空間飛行試驗做好準備，推動空間生命科學基礎理論的研究，奠定航天育種產業的理論基礎，促進空間生物技術的創新及應用，并為空間生物相關產業提供技術服務。但現有空間植物培養裝置無法很好的實現微重力條件下水分回收，也不能將對植物生長過程中釋放的抑制植物生長乙烯氣體去除。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種空間植物培養裝置；所述培養裝置夠實現微重力條件下水分回收，并對植物生長過程中釋放的抑制植物生長乙烯氣體利用光催化法進行去除。

本實用新型的目的由以下技術方案實現：

一種空間植物培養裝置，所述培養裝置主要包括植物生長室、植物培養皿、根系供水模塊，溫度控制模塊，濕度控制模塊、光照模塊、照相模塊及控制器；

其中，所述植物生長室為矩形結構，其左右側壁上分別設有隔板，所述隔板與側壁之間形成通風風道，并在所述隔板的上部加工有出風口，在左邊隔板的下部設有第一換氣風機，右邊隔板的下部設有第四換氣風機；在植物生長室的左側壁及與其相對應的隔板上設有光催化涂層，在后壁上設有催化光源，右側壁上設有通風口；

所述根系供水模塊包括水箱、多孔管以及附著在所述多孔管表面的長纖維；

所述溫度控制模塊主要為板翅式半導體自動控溫器；

所述濕度控制模塊包括第二換氣風機、第三換氣風機、翅片式半導體熱交換器和冷卻箱；

所述光照模塊和照相模塊均設置在所述植物生長室的頂部；所述半導體自動控溫器設置在所述植物生長室的右側壁上；所述植物培養皿設置在所述植物生長室的底部；所述濕度控制模塊的冷卻箱通過所述植物生長室上右側壁上的通風口與所述植物生長室連通，并與所述植物生長室共同形成封閉結構，第三換氣風機設置在所述植物生長室上右的側壁上，并位于所述通風口的上方，第二換氣風機設置在右隔板的下部，并位于所述第四風機的下方；所述根系供水模塊多孔管的一端與所述植物培養皿連通，另一端通過管道與所述水箱連通，并在所述管道上設有水泵，且所述濕度控制模塊的翅片式半導體熱交換器的翅片與所述根系供水模塊多孔管一端上的長纖維接觸；所述控制器分別與所述根系供水模塊，半導體自動控溫器，濕度控制模塊、光照模塊和照相模塊通過電連接，控制所述植物生長室中的溫度、濕度、光照強度、紅藍光比例、氣體成分及植物根部含水量。

進一步的，所述溫度控制模塊還包括設置在所述植物生長室中隔板上的溫度傳感器，所述溫度傳感器檢測所述植物生長室中的溫度，并將所述溫度數據傳遞給控制器，所述控制器接受到數據后根據預設程序適應性的調整所述板翅式半導體自動控溫器的電流大小。

進一步的，所述濕度控制模塊還包括設置在所述植物生長室后壁上的濕度傳感器，所述濕度傳感器檢測所述植物生長室中的濕度，并將所述濕度數據傳遞給控制器，所述控制器接受到數據后根據預設程序適應性的調整所述第二換氣風機和第三換氣風機的開度，以及翅片式半導體熱交換器的電流大小。

進一步的，所述根系供水模塊還包括設置在所述植物培養皿中的含水量傳感器，所述含水量傳感器檢測植物培養皿培養基的含水量，并將所述含水量數據傳遞給控制器，所述控制器接受到數據后根據預設程序適應性的調整所述水泵的開度。

進一步的，所述光照模塊還包括設置在所述植物生長室后壁上的光照傳感器，所述光照傳感器檢測植物生長室中的光照強度和紅藍光的比值，并將檢測到的數據傳遞給控制器，所述控制器接收到數據后根據預設程序適應性的調整光源的的強度和紅藍光的比例。

進一步的，所述培養裝置還包括設置在所述植物生長室后壁上的乙烯傳感器和二氧化碳傳感器，所述乙烯傳感器檢測所述植物生長室中乙烯的濃度，并將所述濃度的數據傳遞給控制器，所述控制器接收到數據后適應性的調整催化光源的開閉及強度；所述二氧化碳傳感器檢測所述植物生長室中二氧化碳的濃度，并將所述濃度的數據傳遞給控制器，所述控制器接收到數據后適應性的調整第一換氣風機和第四換氣風機的開度。

進一步的，所述光照模塊的光源為LED燈。

進一步的，左邊隔板距植物生長室左側壁50mm，右邊隔板距植物生長室右側壁50mm。

工作原理：

植物供水：

當植物需要供水時，控制器給水泵下達開啟命令，水泵接收到命令后開啟，水箱中的水在水泵的作用下流向多孔管，多空管上的長纖維通過毛細作用傳輸至植物培養皿中的培養基，當培養基質含水量達到預設值時，控制模塊下達停止命令，所述水泵接收到命令后關閉，停止供水。

微重力環境下氣流流動：

通過第一換氣風機和第四換氣風機實現氣體的強制對流實現生長室和冷卻箱之間的空氣循環。

乙烯氣體含量的控制：

當植物生長室內乙烯氣體含量超過預設值時，控制器給催化光源下達開啟命令，所述催化光源接收到開啟命令后開始工作，植物生長室內內乙烯氣體在催化光源及催化劑的作用下，被氧化成CO₂和H₂O，進而實現乙烯的去除。

水分冷凝回收及循環利用：

植物在生長過程中通過蒸騰作用將分水蒸發到植物生長室，含有水蒸氣的氣體依靠強迫對流，通過第一換氣風機進入冷卻箱，并與翅片式半導體熱交換器的冷翅片進行熱量交換，將氣體中的水蒸氣凝結在制冷翅片上，冷凝水被長纖維吸收，此時，由于植物蒸騰導致多孔管植物培養皿一端上的長纖維端的水濃度下降，與翅片式半導體熱交換器的冷翅片接觸的長纖維端水濃度較高，進而在纖維兩端形成水勢差，依靠纖維的毛細作用冷凝水從水濃度高的地方向水濃度低的地方移動，進而實現水的運輸，實現植物生長室的水分冷凝回收及循環利用。

有益效果

(1)本實用新型所述培養裝置使用換氣風機強制生長室內空氣流動，通過長纖維進行微重力環境下運輸水分及冷凝水回收，并對植物生長過程中釋放的抑制植物生長乙烯氣體利用光催化法進行去除。

(2)本實用新型所述培養裝置在植物生長室的左右兩端同時使用第一換氣風機和第四換氣風機進行強制換氣，可有效保證植物生長室內空氣流動穩定，且左右隔板的距離設置能有效保證植物生長室內空氣流動的速率不超過植物生長的最大風速，進而保證植物生長的有益環境。

(3)本實用新型所述培養裝置通過溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、含水量傳感器和光照傳感器的設置，實時的將植物生長室中的情況反饋給控制器，能夠實現植物生長室中溫度、濕度、光照強度、紅藍光比例、氣體成分及植物根部含水量的精確控制，進而為空間植物培養數據的分析提供有效參考。

附圖說明

圖1為本實用新型所述培養裝置的結構示意圖；

圖2為本實用新型所述培養裝置氣流流動示意圖；

圖3為本實用新型所述培養裝置水循環示意圖；

其中，1-植物生長室，2-板翅式半導體自動控溫器，3-水箱，4-水泵，5-第四換氣風機，6-第三換氣風機，7-冷卻箱，8-翅片式半導體熱交換器，9-第二換氣風機，10-多孔管，11-植物培養皿，12-第一換氣風機，13-催化光源，14-光催化涂層，15-照相模塊，16-光照模塊。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例來詳述本實用新型，但不限于此。

實施例1

如圖1～3所示，一種空間植物培養裝置，所述培養裝置主要包括植物生長室1、植物培養皿11、根系供水模塊，溫度控制模塊，濕度控制模塊、光照模塊16、照相模塊15及控制器；

其中，所述植物生長室1為矩形結構，其左右側壁上分別設有隔板，所述隔板與側壁之間形成通風風道，并在所述隔板的上部加工有出風口，在左邊隔板的下部設有第一換氣風機12，右邊隔板的下部設有第四換氣風機5；在植物生長室1的左側壁及與其相對應的隔板上設有光催化涂層14，在后壁上設有催化光源13，右側壁上設有通風口；

所述根系供水模塊包括水箱3、多孔管10以及附著在所述多孔管10表面的長纖維；

所述溫度控制模塊主要為板翅式半導體自動控溫器2；

所述濕度控制模塊包括第二換氣風機9、第三換氣風機6、翅片式半導體熱交換器8和冷卻箱7；

所述光照模塊16和照相模塊15均設置在所述植物生長室1的頂部；所述半導體自動控溫器設置在所述植物生長室1的右側壁上；所述植物培養皿11設置在所述植物生長室1的底部；所述濕度控制模塊的冷卻箱7通過所述植物生長室1上右側壁上的通風口與所述植物生長室1連通，并與所述植物生長室1共同形成封閉結構，第三換氣風機6設置在所述植物生長室1上右的側壁上，并位于所述通風口的上方，第二換氣風機9設置在右隔板的下部，并位于所述第四風機的下方；所述根系供水模塊多孔管10的一端與所述植物培養皿11連通，另一端通過管道與所述水箱3連通，并在所述管道上設有水泵4，且所述濕度控制模塊的翅片式半導體熱交換器8的翅片與所述根系供水模塊多孔管10一端上的長纖維接觸；所述控制器分別與所述根系供水模塊，半導體自動控溫器，濕度控制模塊、光照模塊16和照相模塊15通過電連接，控制所述植物生長室1中的溫度、濕度、光照強度、紅藍光比例、氣體成分及植物根部含水量。

其中，所述溫度控制模塊還包括設置在所述植物生長室1中隔板上的溫度傳感器，所述溫度傳感器檢測所述植物生長室1中的溫度，并將所述溫度數據傳遞給控制器，所述控制器接受到數據后根據預設程序適應性的調整所述板翅式半導體自動控溫器2的電流大小。

所述濕度控制模塊還包括設置在所述植物生長室1后壁上的濕度傳感器，所述濕度傳感器檢測所述植物生長室1中的濕度，并將所述濕度數據傳遞給控制器，所述控制器接受到數據后根據預設程序適應性的調整所述第二換氣風機9和第三換氣風機6的開度，以及翅片式半導體熱交換器8的電流大小。

所述根系供水模塊還包括設置在所述植物培養皿11中的含水量傳感器，所述含水量傳感器檢測植物培養皿11培養基的含水量，并將所述含水量數據傳遞給控制器，所述控制器接受到數據后根據預設程序適應性的調整所述水泵4的開度。

所述光照模塊16還包括設置在所述植物生長室1后壁上的光照傳感器，所述光照傳感器檢測植物生長室1中的光照強度和紅藍光的比值，并將檢測到的數據傳遞給控制器，所述控制器接收到數據后根據預設程序適應性的調整光源的的強度和紅藍光的比例。

所述培養裝置還包括設置在所述植物生長室1后壁上的乙烯傳感器和二氧化碳傳感器，所述乙烯傳感器檢測所述植物生長室1中乙烯的濃度，并將所述濃度的數據傳遞給控制器，所述控制器接收到數據后適應性的調整催化光源13的開閉及強度；所述二氧化碳傳感器檢測所述植物生長室1中二氧化碳的濃度，并將所述濃度的數據傳遞給控制器，所述控制器接收到數據后適應性的調整第一換氣風機12和第四換氣風機5的開度。

所述光照模塊16的光源為LED燈。

左邊隔板距植物生長室1左側壁50mm，右邊隔板距植物生長室1右側壁50mm。

工作原理：

植物供水：

當植物需要供水時，控制器給水泵4下達開啟命令，水泵4接收到命令后開啟，水箱3中的水在水泵4的作用下流向多孔管10，多空管上的長纖維通過毛細作用傳輸至植物培養皿11中的培養基，當培養基質含水量達到預設值時，控制模塊下達停止命令，所述水泵4接收到命令后關閉，停止供水。

微重力環境下氣流流動：

通過第一換氣風機12和第四換氣風機5實現氣體的強制對流實現生長室和冷卻箱7之間的空氣循環。

乙烯氣體含量的控制：

當植物生長室1內乙烯氣體含量超過預設值時，控制器給催化光源13下達開啟命令，所述催化光源13接收到開啟命令后開始工作，植物生長室1內內乙烯氣體在催化光源13及催化劑的作用下，被氧化成CO₂和H₂O，進而實現乙烯的去除。

水分冷凝回收及循環利用：

植物在生長過程中通過蒸騰作用將分水蒸發到植物生長室1，含有水蒸氣的氣體依靠強迫對流，通過第一換氣風機12進入冷卻箱7，并與翅片式半導體熱交換器8的冷翅片進行熱量交換，將氣體中的水蒸氣凝結在制冷翅片上，冷凝水被長纖維吸收，此時，由于植物蒸騰導致多孔管10植物培養皿11一端上的長纖維端的水濃度下降，與翅片式半導體熱交換器8的冷翅片接觸的長纖維端水濃度較高，進而在纖維兩端形成水勢差，依靠纖維的毛細作用冷凝水從水濃度高的地方向水濃度低的地方移動，進而實現水的運輸，實現植物生長室1的水分冷凝回收及循環利用。

本實用新型包括但不限于以上實施例，凡是在本實用新型精神的原則之下進行的任何等同替換或局部改進，都將視為在本實用新型的保護范圍之內。