联动式并行化生态环境模拟装置和系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于人工生态环境模拟系统技术领域，尤其涉及一种联动式并行化生态环境模拟装置和系统。生态环境模拟装置包括机柜，以及布置在机柜上的物联网通信天线、环境模拟舱、上位机主控、安全控制和电源系统、冷却循环系统和供气系统；联动式并行化生态环境模拟系统包括生态环境模拟装置、野外环境探测节点、数据服务器机组和工作站计算机。本实用新型专利技术具备“野外生境

【技术实现步骤摘要】
联动式并行化生态环境模拟装置和系统


[0001]本技术属于人工生态环境模拟系统
，尤其涉及一种联动式并行化生态环境模拟装置和系统。

技术介绍

[0002]在濒危动植物保护领域(尤其是迁地保护)，常面临原生地野外环境难以长期跟踪记录、常规设备可控环境参数不完善、实验精度较低、实验室生境复现无法有效实现等困境。这类研究过程中面对的环境常是多变量、多参数的，其在空间分布、时间分布及环境因素相互关系上具有很高的耦合度和复杂性，使用传统单机运行的培养箱装置模拟这类环境，试验周期过长，效率低下，且难以有效对比多环境参数对生物体的影响，造成了野外濒危物种的研究与人工繁育保护工作难以开展，优质中草药资源难以充分利用等问题。
[0003]然而，虽然国内生物培养系统制造商众多，但长期以来传统产品在精度、效率、可靠性方面存在诸多不足，常规的培养箱装置无法有效进行并行化操作，单台培养装置每个时刻只能实现一种环境，在面对大量样本或复杂环境因素影响的实验时，效率低下，实验周期过长，或需要大量人力物力投入，管理困难，给濒危物种保护、生物医药研究、新品种选育带来不利影响。
[0004]目前常见的培养箱产品自动化水平较低，环控稳定性较差，操作方面人工依赖严重，常规的生物培养系统多采用单一的控制模型，其温湿度控制、气体环境控制、光照控制等核心功能在精确度、调节速度方面不尽人意，且设备智能化、自动化程度较低，对人工操作观察依赖程度高，易受到人为因素、环境因素的干扰，极大地影响了科研教学的进展。
[0005]此外，传统型设备安全性较差，在误操作、控制失灵等异常情况下易发生火灾、爆炸事故，严重威胁实验室安全。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本技术的目的是提供一种联动式并行化生态环境模拟装置和系统，以解决现有设备野外生境复现偏差大、运行过程并行度低、效率低下、精度较差、安全性欠佳的技术缺陷。
[0007]为了实现上述目的，本技术提供了如下技术方案：
[0008]一种联动式并行化生态环境模拟装置，该生态环境模拟装置9包括机柜16，所述机柜16呈长方体，包括前面板12和背板33；所述生态环境模拟装置9还包括布置在机柜16上的物联网通信天线11、环境模拟舱、上位机主控24、安全控制和电源系统39、冷却循环系统37和供气系统35；
[0009]多个环境模拟舱安装在机柜16上；
[0010]所述环境模拟舱包括主舱体41、舱门21、照明组件23、下位机主控板44、半导体加热模块48、红外
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可见光摄像头49、半导体制冷模块50、载物台51和舱内传感器阵列52；
[0011]所述舱门21通过舱门铰链22可开闭地安装在主舱体41的前端面上，所述照明组件
23安装在主舱体41的舱内顶壁上，为主舱体41内部提供光照强度可控的波长780nm
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400nm的可见光照明；
[0012]所述载物台51可拆卸地固接在主舱体41的舱内底壁上，用于放置培养物；所述红外
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可见光摄像头49和舱内传感器阵列52分别安装于主舱体41的舱内左右侧壁上，红外
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可见光摄像头49用于采集主舱体41内载物台51上放置的生物样本的生长变化图像数据；所述舱内传感器阵列52用于探测主舱体41的舱内环境参数，所述舱内环境参数包括温度、相对湿度、气压、氧气浓度、二氧化碳浓度、光照强度、光谱分布的数值和变化；所述半导体加热模块48和半导体制冷模块50 安装在主舱体41的舱内后壁上，用于调控主舱体41的舱内温度；所述主舱体41上设有与供气系统35连接的气体进出连接口45，用于向主舱体41的舱内输送氧气、二氧化碳气体，并调节舱内气压和相对湿度；
[0013]所述下位机主控板44安装在主舱体41的外部后端面，分别通过信号电缆47与照明组件23、红外
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可见光摄像头49、舱内传感器阵列 52、半导体制冷模块50、冷却循环系统37和上位机主控24连接；
[0014]所述上位机主控24分别与物联网通信天线11、下位机主控板44 和安全控制和电源系统39连接；上位机主控24通过物联网通信天线 11连接物联网3，接收并处理来自物联网3的野外环境数据和用户通过工作站计算机10发出的操作命令，并将生成的操作指令发送至下位机主控板44执行，下位机主控板44测量并调节主舱体41内部的温度、相对湿度、气压、氧气浓度、二氧化碳浓度、光照强度和光谱分布，将测量得到的数值和变化发送给上位机主控24；
[0015]所述安全控制和电源系统39分别与照明组件23、上位机主控24、下位机主控板44、半导体加热模块48、半导体制冷模块50和舱内传感器阵列52连接，提供工作所需的电源供应。
[0016]所述供气系统35通过变压冷凝和雾化蒸发方式调节主舱体41的舱内相对湿度；通过连接外部的氧气、二氧化碳气体和空气压缩机，调节主舱体41的舱内氧气浓度、二氧化碳浓度和气体压强。
[0017]所述下位机主控板44的外侧设有与主舱体41的外部后端面固接的框架42，框架42上设有用于保护下位机主控板44的挡板43。
[0018]所述半导体制冷模块50包括鳍片热交换器55、半导体制冷片56、压紧片61和板式热交换器46；
[0019]所述鳍片式热交换器55固接在主舱体41的舱内后壁上，所述半导体制冷片56的低温面与鳍片式热交换器55接触连接；所述板式热交换器46与半导体制冷片56的高温面接触连接；所述压紧片61通过螺杆和螺母将鳍片热交换器55、半导体制冷片56和板式热交换器46 压紧固定；所述板式热交换器46的冷却进水管接口62和冷却出水管接口63分别与冷却循环系统37连接；所述半导体制冷片56通过半导体制冷片电缆线60与下位机主控板44连接；鳍片热交换器55和压紧片61之间通过固定螺杆57和预应力螺母59配合压紧；预应力螺母59 内装有弹簧；所述固定螺杆57外部涂敷有隔热涂层58。
[0020]所述冷却循环系统37包括水泵80、水箱81、水流传感器82、软管83和空气热交换器84；所述板式热交换器46的冷却进水管接口62 和空气热交换器84的进水口分别通过软管83与置于水箱81内部的水泵80连接；板式热交换器46的冷却出水管接口63和空气热交换器
84 的出水口分别通过软管83与水箱81连通；所述板式热交换器46的冷却进水管接口62和空气热交换器84的进水口的软管83上均设有水流传感器82；所述水流传感器82与下位机主控板44电气连接，反馈流速信号；下位机主控板44根据设定的流速范围采取相应的控制过程；所述水泵80采用潜水泵，工作时处于水面下；所述水箱81内装有冷却剂。
[0021]所述安全控制和电源系统39包括绝缘底板64，以及布置在绝缘底板64上的消防传感器65、辅助电源66、主接触器67、过热报警器68、安全控制系统主控板69、蜂鸣器70、过载报警器71、工作电源72、控制电源73和电源输出电缆74；所述工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种联动式并行化生态环境模拟装置，该生态环境模拟装置（9）包括机柜（16），所述机柜（16）呈长方体，包括前面板（12）和背板（33），其特征在于，所述生态环境模拟装置（9）还包括布置在机柜（16）上的物联网通信天线（11）、环境模拟舱、上位机主控（24）、安全控制和电源系统（39）、冷却循环系统（37）和供气系统（35）；多个环境模拟舱安装在机柜（16）上；所述环境模拟舱包括主舱体（41）、舱门（21）、照明组件（23）、下位机主控板（44）、半导体加热模块（48）、红外
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可见光摄像头（49）、半导体制冷模块（50）、载物台（51）和舱内传感器阵列（52）；所述舱门（21）通过舱门铰链（22）可开闭地安装在主舱体（41）的前端面上，所述照明组件（23）安装在主舱体（41）的舱内顶壁上，为主舱体（41）内部提供光照强度可控的波长780nm
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400nm的可见光照明；所述载物台（51）可拆卸地固接在主舱体（41）的舱内底壁上，用于放置培养物；所述红外
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可见光摄像头（49）和舱内传感器阵列（52）分别安装于主舱体（41）的舱内左右侧壁上，红外
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可见光摄像头（49）用于采集主舱体（41）内载物台（51）上放置的生物样本的生长变化图像数据；所述舱内传感器阵列（52）用于探测主舱体（41）的舱内环境参数，所述舱内环境参数包括温度、相对湿度、气压、氧气浓度、二氧化碳浓度、光照强度、光谱分布的数值和变化；所述半导体加热模块（48）和半导体制冷模块（50）安装在主舱体（41）的舱内后壁上，用于调控主舱体（41）的舱内温度；所述主舱体（41）上设有与供气系统（35）连接的气体进出连接口（45），用于向主舱体（41）的舱内输送氧气、二氧化碳气体，并调节舱内气压和相对湿度；所述下位机主控板（44）安装在主舱体（41）的外部后端面，分别通过信号电缆（47）与照明组件（23）、红外
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可见光摄像头（49）、舱内传感器阵列（52）、半导体制冷模块（50）、冷却循环系统（37）和上位机主控（24）连接；所述上位机主控（24）分别与物联网通信天线（11）、下位机主控板（44）和安全控制和电源系统（39）连接；上位机主控（24）通过物联网通信天线（11）连接物联网（3），接收并处理来自物联网（3）的野外环境数据和用户通过工作站计算机（10）发出的操作命令，并将生成的操作指令发送至下位机主控板（44）执行，下位机主控板（44）测量并调节主舱体（41）内部的温度、相对湿度、气压、氧气浓度、二氧化碳浓度、光照强度和光谱分布，将测量得到的数值和变化发送给上位机主控（24）；所述安全控制和电源系统（39）分别与照明组件（23）、上位机主控（24）、下位机主控板（44）、半导体加热模块（48）、半导体制冷模块（50）和舱内传感器阵列（52）连接，提供工作所需的电源供应。2.根据权利要求1所述的联动式并行化生态环境模拟装置，其特征在于，所述供气系统（35）通过变压冷凝和雾化蒸发方式调节主舱体（41）的舱内相对湿度；通过连接外部的氧气、二氧化碳气体和空气压缩机，调节主舱体（41）的舱内氧气浓度、二氧化碳浓度和气体压强。3.根据权利要求1所述的联动式并行化生态环境模拟装置，其特征在于，所述下位机主控板（44）的外侧设有与主舱体（41）的外部后端面固接的框架（42），框架（42）上设有用于保护下位机主控板（44）的挡板（43）。
4.根据权利要求1所述的联动式并行化生态环境模拟装置，其特征在于，所述半导体制冷模块（50）包括鳍片热交换器（55）、半导体制冷片（56）、压紧片（61）和板式热交换器（46）；所述鳍片式热交换器（55）固接在主舱体（41）的舱内后壁上，所述半导体制冷片（56）的低温面与鳍片式热交换器（55）接触连接；所述板式热交换器（46）与半导体制冷片（56）的高温面接触连接；所述压紧片（61）通过螺杆和螺母将鳍片热交换器（55）、半导体制冷片（56）和板式热交换器（46）压紧固定；所述板式热交换器（46）的冷却进水管接口（62）和冷却出水管接口（63）分别与冷却循环系统（37）连接；所述半导体制冷片（56）通过半导体制冷片电缆线（60）与下位机主控板（44）连接；鳍片热交换器（55）和压紧片（61）之间通过固定螺杆（57）和预应力螺母（59）配合压紧；预应力螺母（59）内装有弹簧；所述固定螺杆（57）外部涂敷有隔热涂层（58）。5.根据权利要求4所述的联动式并行化生态环境模拟装置，其特征在于，所述冷却循环系统（37）包括水泵（80）、水箱（81）、水流传感器（82）、软管（83）和空气热交换器（84）；所述板式热交换器（46）的冷却进水管接口（62）和空气热交换器（84）的进水口分别通过软管（83）与置于水箱（81）内部的水泵（80）连接；板式热交换器（46）的冷却出水管接口（63）和空气热交换器（84）的出水口分别通过软管（83）与水箱（81）连通；所述板式热交换器（46）的冷却进水管接口（62）和空气热交换器（84）的进水口的软管（83）上均设有水流传感器（82）；所述水流传感器（82）与下位机主控板（44）电气连接，反馈流速信号；下位机主控板（44）根据设定的流速范围采取相应的控制过程；所述水泵（80）采用潜水泵，工作时处于水面下；所述水箱（81）内装有冷却剂。6.根据权利要求1所述的联动式并行化生态环境模拟装置，其特征在于，所述安全控制和电源系统（39）包括绝缘底板（64），以及布置在绝缘底板（64）上的消防传感器（65）、辅助电源（66）、主接触器（67）、过热报警器（68）、安全控制系统主控板（69）、蜂鸣器（70）、过载报警器（71）、工作电源（72）、控制电源（73）和电源输出电缆（74）；所述工作电源（72）和控制电源（73）用于提供生态环境模拟装置（9）的电源供应，通过电源输出电缆（74）分别与上位机主控（24）和各环境模拟舱连接；所述安全控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞真真，殷浩然，张涵莹，倪思睿，洪梦夏，窦思雨，仝琳，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：新型
国别省市：