1.本实用新型涉及一种无土栽培领域的补光装置，更确切地说，本实用新型涉及一种针对生菜叶片下表面光照不足，采用单片机控制的生菜叶下均匀补光的水培装置。


背景技术：

2.水培(hydroponics)作为一种无土栽培方式，主要应用于叶菜、花卉和部分药用植物的种植，通过营养液由根系向植物供应水分、养分等，被广泛应用于植物工厂、温室生产和家庭种植领域；由于设施内及家庭室内种植光照不足会限制蔬菜作物产量，具有补光功能的无土栽培装置一直具有良好的市场需求。
3.光作为植物生长发育的重要影响因子之一，对植物光合作用、光形态建成和蔬菜作物的产量提高有重要的影响，本实用新型是针对充分均匀利用分配人工补充光照而进行的水培装置设计。
4.无论是自然界中，还是设施生产中，叶片上表面可以得到更多的光照，目前的补光装置及技术方案也多针对叶片上表面进行设计。但叶片下表面也有叶绿体的分布，且气孔分布较上表面更多，因此叶片下表面补光对提高植物光合作用效率也有重要作用。目前已有关于叶下补光方式的初步研究，但该补光方法在植株两侧固定安装灯带，存在叶下补光不均匀的问题，通过增加补光灯带的方法提高补光均匀度，会带来叶片下表面温度较高及补光电能投入较高的新问题。因此，研究蔬菜叶下可以均匀补光，又在一定程度上可以降低能源投入的水培装置，对进一步促进蔬菜光能利用率、提高产量，同时尽可能利用原有叶片上层补光装置并尽可能减少电能投入，具有重要的实用价值。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的生菜叶片受光不均匀与补光成本不能控制的问题，提供了一种单片机控制的生菜叶下补光装置。
6.为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置包括营养液箱、控制系统、水培栽培床、齿轮齿条传动机构与led补光单元；
7.所述的控制系统包括电动推杆与支撑面板；
8.所述的水培栽培床包括载物夹层、定植板与9个结构相同的定植杯；
9.所述的齿轮齿条传动机构包括驱动齿条与9个结构相同的齿轮；
10.所述的led补光单元包括2条结构相同的led补光灯条与线槽；
11.所述的营养液箱顶端开口向上地水平放置，水培栽培床扣装在营养液箱顶端的开口上，定植板周边的底端面与营养液箱开口的顶端面接触连接；齿轮齿条传动机构安装在水培栽培床内，9个结构相同的齿轮套装在9个结构相同的定植杯上，两者之间采用防水玻璃胶粘接固定；控制系统通过支撑面板安装在营养液箱中前箱壁的右上角处，电动推杆的杆头与驱动齿条的一端焊接连接；2条结构相同的led补光灯条沿横向相互平行地布置在定
植板上，线槽安装在水培栽培床内的左端处，线槽与载物夹层的4号侧壁的内壁接触连接。
12.技术方案中所述的营养液箱为pp材质的长方体形的箱体，箱体的长度与宽度相等皆为w1，箱体的高度为h1，箱体的高度小于箱体的长度或宽度，箱体采用等厚度的pp材质板制成；在箱体前后相对的2个箱壁即前箱壁与后箱壁的右上角与左上角处分别设置1个结构相同的用于安装电动推杆的推杆和驱动齿条与从动齿条的前箱壁正方形通孔与后箱壁正方形通孔，前箱壁与后箱壁右上角与左上角前后分别相对的2个结构相同的正方形通孔的对称轴线各自两两共线；在前箱壁的右上角并在前箱壁正方形通孔的下方沿水平方向设置2个用于安装支撑面板的1号圆柱形螺纹通孔与2号圆柱形螺纹通孔。
13.技术方案中所述的水培栽培床还包括4个结构相同的直角卡扣；
14.所述的定植板安装在载物夹层的顶端，定植板上9个定植孔与载物夹层底壁上9个通孔为同轴心对正，4个结构相同的直角卡扣的上端臂与下端臂分别安装在定植板上正方形凹槽与载物夹层上长方体形凹槽内，并采用沉头螺钉将定植板与载物夹层固定连接，9个结构相同的定植杯插入定植板与载物夹层上的同轴心对正的9个结构相同的定植孔与9个结构相同的通孔中，9个结构相同的定植杯顶端的圆环形托盘底端面与定植板上9个结构相同的定植孔孔口处的上表面接触连接。
15.技术方案中所述的载物夹层为上端敞开的正方形的壳体结构件，载物夹层的长度、宽度相等皆为w5＝380mm～390mm，载物夹层由1号侧壁、2号侧壁、3号侧壁、4号侧壁与底壁组成，载物夹层的底壁上设置有3行
×
3列共9个直径均为d3的通孔，通孔直径d3与定植杯的外径相等，左上角第一个通孔圆心和4号侧壁与3号侧壁的外端面的距离皆为b6，每行相邻两通孔之间圆心距均为l3，每列相邻两通孔之间圆心距均为l4；
16.所述的载物夹层的2号侧壁与4号侧壁两端的外侧设置有上下贯通的长方体形凹槽，长方体形凹槽长度h2与载物夹层的高度相等；长方体形凹槽的中心处设置有一个螺纹通孔，2号侧壁与4号侧壁两端凹槽的螺纹通孔结构相同；
17.所述的载物夹层的1号侧壁与3号侧壁的左右两端分别设置有正方形通孔，1号侧壁与3号侧壁上的正方形通孔结构相同，正方形通孔的边长为w8，正方形通孔的对称中心距离载物夹层的底端面为l6，右端正方形通孔的对称中心距离1号侧壁右端即2号侧壁的右端面为l7，左端正方形通孔的对称中心距离1号侧壁左端即4号侧壁的左端面为p3，1号侧壁左右两端上的正方形通孔与3号侧壁右左两端上的正方形通孔的对称中心分别共线。
18.技术方案中所述的定植板为pp材质的长方形板件，定植板的长度为w
12
＝420mm～425mm，定植板的宽度为w
11
＝400mm，定植板的厚度为h6＝3mm～5mm，在定植板纵向的两端相互对称地分别设置有2个正方形的开口凹槽，4个正方形的开口凹槽结构相同，正方形的开口凹槽槽壁长为w
13
＝20mm，正方形的凹槽开口深度为h4＝2.8mm～3mm，每个正方形的开口凹槽内即在槽底上设置一直径为d5的沉头螺钉孔，沉头螺钉孔的中心距离正方形的开口凹槽纵向槽壁长度为l9，沉头螺钉孔的中心距离正方形的开口凹槽的横向槽壁为l
10
；定植板左端的前后设置有2个结构相同的用于安装led补光灯条电线的正方形通孔，2个结构相同的正方形通孔在定植板左端所设置的2个正方形的开口凹槽的里侧，2个结构相同的正方形通孔和安装在定植板下方的线槽上的2个正方形开口对正，2个结构相同的正方形通孔的边长为w
14
＝16mm；2个结构相同的正方形通孔的对称中心分别距定植板的上下长边为a3，2个结构相同的正方形通孔的对称中心距定植板短边为a4；定植板上均匀地设置有3个/每排
×
3排＝9个用于安装定植杯的定植孔,定植孔的直径为d6；右列定植孔中心到定植板短边外壁的距离为l
13
，最下边一行定植孔中心到定植板长边外壁的距离为l
12
，纵向上每行2个相邻定植孔中心距为l
15
，横向每列2个相邻定植孔中心距为l
14
；定植板上的9个结构相同的定植孔与载物夹层底壁上的9个直径均为d3的通孔相对正。
19.技术方案中所述的支撑面板由pp材质的横向长方体板件与纵向长方体板件组成，横向长方体板件的长度、宽度与厚度和纵向长方体板件的长度、宽度与厚度相等，横向长方体板件沿长度方向的一端设置有2个结构相同的横向板件圆柱形沉孔，2个结构相同的横向板件圆柱形沉孔之间的距离和箱体的前箱壁上的1号圆柱形螺纹通孔与2号圆柱形螺纹通孔之间距离相等，2个结构相同的横向板件圆柱形沉孔的结构和箱体的前箱壁上的1号圆柱形螺纹通孔与2号圆柱形螺纹通孔的孔径相同，横向长方体板件沿长度方向的另一端与纵向长方体板件沿长度方向的底端采用结构胶垂直地粘合固定成l形结构件；支撑面板采用直角卡扣与m5沉头螺钉固定安装在箱体前箱壁的右上角处。
20.技术方案中所述的齿轮齿条传动机构还包括从动齿条、1号直线导轨、2号直线导轨与4个结构相同的滚珠减磨机构；其中从动齿条与驱动齿条为2个结构相同的直齿条；所述的1号直线导轨安装在载物夹层的左端处，同时位于线槽的右侧，1号直线导轨与线槽相互平行并与线槽的右端面接触连接，1号直线导轨上的横截面为正方形的卡槽指向右侧，2个结构相同的滚珠减磨机构安装在1号直线导轨上的2个结构相同的横截面为矩形凹槽内，从动齿条安装在1号直线导轨上的横截面为正方形的卡槽内，从动齿条的下端面与1号直线导轨下槽壁内嵌入的滚珠减磨机构上的每个钢珠相切接触，同时从动齿条的左端面与1号直线导轨底槽壁内嵌入的滚珠减磨机构上的每个钢珠相切接触，从动齿条的纵向中心轴线与载物夹层中左上角的1号侧壁与3号侧壁上的正方形通孔的纵向中心轴线共线；2号直线导轨安装在载物夹层的右端处，2号直线导轨与载物夹层的2号侧壁相互平行并与2号侧壁的内壁接触连接，2号直线导轨上的横截面为正方形的卡槽指向左侧，2个结构相同的滚珠减磨机构安装在2号直线导轨上的2个结构相同的横截面为矩形凹槽内，驱动齿条安装在2号直线导轨上的横截面为正方形的卡槽内，驱动齿条的下端面与2号直线导轨下槽壁内嵌入的滚珠减磨机构上的每个钢珠相切接触，同时驱动齿条的右端面与2号直线导轨底槽壁内嵌入的滚珠减磨机构上的每个钢珠相切接触；套装在9个结构相同的定植杯上的9个结构相同的齿轮按3行
×
3列的形式布置在从动齿条与驱动齿条之间，从动齿条和左列的3个结构相同的齿轮啮合连接，驱动齿条和右列的3个结构相同的齿轮啮合连接，每行3个结构相同的齿轮中相邻2个齿轮之间为啮合连接。
21.技术方案中所述的1号直线导轨为超高分子量聚乙烯材质的等横截面为长方体的直杆结构件，1号直线导轨沿纵向的侧面向内设置一个横截面为正方形的贯通的卡槽，卡槽边宽为w
19
，卡槽长度与1号直线导轨长度相等均为l
17
，正方形卡槽的水平中心对称面与1号直线导轨的水平中心对称面在同一水平面内即共面，横截面为正方形的卡槽中心到1号直线导轨底端面距离为p5；卡槽的两槽壁即底槽壁与下槽壁的内侧分别设置有横截面的长边
×
宽边为w
20
×w21
矩形的贯通的凹槽，两个横截面为矩形的凹槽结构尺寸相同，凹槽长度与所述的横截面为正方形卡槽长度相等均为l
17
，底槽壁上的矩形凹槽的横向对称面与横截面为正方形卡槽水平中心对称面在同一水平平面内，下槽壁上矩形凹槽的竖直中心对称面与横截面为正方形的卡槽竖直中心对称面在同一竖直平面内；
22.所述的2号直线导轨为超高分子量聚乙烯材质的等横截面的长方体的直杆结构件，2号直线导轨沿纵向且宽度为w
18
的侧面向内设置一个横截面为正方形的贯通的卡槽，卡槽边宽为w
19
，卡槽长度与2号直线导轨长度相等均为l
20
，卡槽长度、2号直线导轨长度和1号直线导轨长度相等，横截面为正方形的卡槽的水平中心对称面与2号直线导轨的水平中心对称面在同一水平平面内即共面，横截面为正方形的卡槽中心到2号直线导轨底端面距离为l
21
；卡槽的两槽壁即下槽壁与底槽壁的内侧分别设置有横截面的长边
×
宽边为w
20
×w21
的用于安滚珠减磨机构的横截面为矩形的凹槽，两个横截面为矩形的凹槽结构尺寸相同，凹槽长度与横截面为正方形卡槽长度相等均为l
20
，底槽壁上凹槽的横向对称面与横截面为正方形的卡槽水平中心对称面在同一水平平面内，下槽壁上矩形凹槽的竖直中心对称面与正方形卡槽竖直中心对称面在同一竖直平面内即共面。
23.与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
24.1.本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置取材容易、设计简单，通用性强，可配合已有叶片上表面补光装置使用，具有一定的推广性；
25.2.本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置通过实现定植杯的转动，解决了低冠层叶下受光不足的问题，提高整株植物的叶片接收总光强；
26.3.本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置可由单片机控制电动推杆单位运行时间为12s和每个单位工作时间内工作行程为85.6mm，实现补光策略的精确执行。
附图说明
27.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
28.图1-1是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置结构组成的轴测投影视图；
29.图1-2是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置结构组成的俯视图；
30.图1-3是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置去掉定植板后内部结构组成的轴测投影视图；
31.图2-1是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中所采用的营养液箱结构组成的轴测投影视图；
32.图2-2是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中所采用的营养液箱结构组成的主视图；
33.图3-1是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中营养液箱上电动推杆完全缩回状态的轴测投影视图；
34.图3-2是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中营养液箱上支撑面板结构组成的轴测投影视图；
35.图3-3是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中营养液箱上支撑面板结构组成的俯视图；
36.图4-1是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中水培栽培床结构组成的轴测投影视图；
37.图4-2是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中载物夹层结构组成的轴测投影视图；
38.图4-3是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中载物夹层结构组成的俯视图；
39.图4-4是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中载物夹层结构组成的左视图；
40.图4-5是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中载物夹层结构组成的主视图；
41.图4-6是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中定植板结构组成的轴测投影视图；
42.图4-7是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中定植板结构组成的右视图；
43.图4-8是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中定植板结构组成的俯视图；
44.图4-9是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中直角卡扣结构组成的轴测投影视图；
45.图4-10是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中定植杯结构组成的轴测投影视图；
46.图5-1是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中齿轮齿条传动机构结构组成的轴测投影视图；
47.图5-2是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中驱动齿条或从动齿条结构组成的轴测投影视图；
48.图5-3是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中驱动齿条或从动齿条结构组成的俯视图；
49.图5-4是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中齿轮结构组成的轴测投影视图；
50.图5-5是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中1号直线导轨结构组成的轴测投影视图；
51.图5-6是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中1号直线导轨结构组成的主视图；
52.图5-7是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中2号直线导轨结构组成的轴测投影视图；
53.图5-8是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中2号直线导轨结构组成的主视图；
54.图5-9是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中滚珠减磨机构结构组成的轴测投影视图；
55.图5-10是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中驱动齿条、2号直线导轨与钢珠减磨机构位置关系的轴测投影视图；
56.图6-1是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中线槽结构组成
的轴测投影视图；
57.图6-2是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中线槽结构组成的俯视图；
58.图7是本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置中所采用齿轮齿条传动机构工作过程示意图；
59.图中：1.营养液箱，2.控制系统，3.水培栽培床，4.齿轮齿条传动机构，5.led补光单元，6.单片机，7.支撑面板，8.电动推杆，9.载物夹层，10.直角卡扣，11.定植板，12.定植杯，13.1号直线导轨，14.从动齿条，15.驱动齿条，16.滚珠减磨机构，17.2号直线导轨，18.齿轮，19.led补光灯条，20.线槽，21.横向长方体板件，22.纵向长方体板件，23.钢珠保持架，24.钢珠，25.1号侧壁，26.2号侧壁，27.3号侧壁，28.4号侧壁，29.电动推杆电机，30.电动推杆底端凸台。
具体实施方式
60.下面结合附图对本实用新型作详细的描述：
61.参阅图1-1、图1-2与图1-3，本实用新型所述的一种单片机控制的生菜叶下补光装置包括营养液箱1、控制系统2、水培栽培床3、齿轮齿条传动机构4、led补光单元5；
62.参阅图2-1与图2-2，所述的营养液箱1为长方体形的箱体；
63.所述的营养液箱1为pp材质的长方体形的壳体件，箱体的长度与宽度相等皆为w1，箱体的高度为h1，箱体的高度小于箱体的长度或宽度，箱体采用等厚度的pp材质板制成；在箱体前后相对的2个箱壁即前箱壁与后箱壁的右上角与左上角处分别设置1个结构相同的前箱壁正方形通孔与后箱壁正方形通孔，箱体左上角与右上角前后分别相对的2个结构相同的正方形通孔的对称轴线各自两两共线，左上角2个正方形通孔用于安装从动齿条14，右上角2个正方形通孔用于安装电动推杆8的推杆和驱动齿条15；在前箱壁的右上角并在前箱壁正方形通孔的下方沿水平方向设置2个用于安装支撑面板7的圆柱形即1号圆柱形螺纹通孔与2号圆柱形螺纹通孔；
64.实施例中箱体的长度w1×
宽度w1×
高度h1为400mm
×
400mm
×
150mm，pp材质板的厚度a1为13mm，箱体前后相对的2个箱壁的右上角处的正方形通孔的中心点距离上表面距离b1为4mm，距离右侧箱壁外壁面的距离b2为20mm；箱体前后相对的2个箱壁的左上角处的正方形通孔的中心点距离上表面距离p1为4mm，距离左侧箱壁外壁面的距离p2为40.88mm；距离箱体顶端面b3＝45mm、距离箱体右箱壁外壁面b4＝25mm处设置有一个孔径d1为5mm的1号圆柱形螺纹通孔，距离箱体顶端面b3＝45mm，并与1号圆柱形螺纹通孔圆心距离b5＝50mm处设置有结构相同的2号圆柱形螺纹通孔；
65.参阅图3-1与图3-2，所述的控制系统2包括电动推杆8、单片机6和支撑面板7；
66.参阅图3-1，所述的电动推杆8是能将电机的旋转运动变为推杆的直线往复运动的电力驱动机构，采用型号为dc 24v直流电动推杆，电动推杆8最大有效行程大于齿轮18分度圆周长，保证推杆运动到最大行程位置后能使每个齿轮18转动一圈，电动推杆8为圆柱体直流电动推杆电机29、长方体推杆机构与电动推杆底端凸台30的组合机构，电动推杆8有2条线接正负极，正负极互换控制推杆推出和收回，当推杆运行到一端即最大有效行程时其上的直流电动推杆电机29自动反转，将电动推杆8的杆头与驱动齿条15的一端焊接连接；
67.实施例中选用的电动推杆8的最大有效行程为350mm，完全缩回状态长度为505mm，完全伸出后总长度为855mm，电动推杆底端凸台30的底面宽度
×
长度为40mm
×
80mm，工作速度为7mm/s，推力为500kg；
68.参阅图3-2和图3-3，所述的支撑面板7由pp材质的横向长方体板件21与纵向长方体板件22组成，横向长方体板件21的长度、宽度与厚度和纵向长方体板件22的长度、宽度与厚度相等，横向长方体板件21沿长度方向的一端设置有2个结构相同的横向板件圆柱形沉孔，2个结构相同的横向板件圆柱形沉孔之间的距离和箱体的前箱壁上的1号圆柱形螺纹通孔与2号圆柱形螺纹通孔之间距离相等，2个结构相同的横向板件圆柱形沉孔的孔径和箱体的前箱壁上的1号圆柱形螺纹通孔与2号圆柱形螺纹通孔的孔径相同，横向长方体板件21还设置有4个直径均为d8的螺纹通孔，参阅图3-3，从右上角螺纹通孔开始，按照逆时针方向依次命名为3号螺纹通孔、4号螺纹通孔、5号螺纹通孔和6号螺纹通孔，其中3号螺纹通孔与4号螺纹通孔的回转轴线在同一水平面内，5号螺纹通孔与6号螺纹通孔的回转轴线在另一水平面内，3号螺纹通孔与6号螺纹通孔的回转轴线在同一竖直平面内，4号螺纹通孔与5号螺纹通孔的回转轴线在另一竖直平面内；横向长方体板件21沿长度方向的另一端与纵向长方体板件22沿长度方向的底端采用结构胶垂直地粘合固定成l形结构件；所述的支撑面板7与直角卡扣10之间用m5沉头螺栓固定安装，直角卡扣10通过m5螺丝固定安装在箱体前箱壁的右上角两个螺纹孔处，支撑面板7用以固定安装电动推杆8与单片机6。
69.实施例中横向长方体板件21的长度w3×
宽度w4×
厚度a2为100mm
×
50mm
×
10mm，纵向长方体板件22的长度w3×
宽度w4×
厚度a2为100mm
×
50mm
×
10mm，所述的横向长方体板件21横向对称中心线的两侧l1＝25mm处分别设置有孔径d2为5mm的横向板件圆柱形沉孔，横向板件圆柱形沉孔距离横向长方体板件21长边端面的距离l2为9mm；3号与4号螺纹通孔中心点距离横向长方体板件21上侧短边端面的距离为a5＝5mm，3号与4号螺纹通孔中心距为l
19
＝30mm，其中3号螺纹通孔中心距离长方体板件21右侧长边端面的距离为l
22
＝5mm，4号螺纹通孔与5号螺纹通孔的中心距为l
23
＝50mm；支撑面板7通过横向长方体板件21并采用m5沉头螺栓与直角卡扣10固定安装，采用5mm螺丝将直角卡扣10安装在箱体前箱壁的右上角螺纹孔处。
70.所述的单片机6选用普中51单片机开发板，包括stc89c52单片机芯片、单片机最小系统、ad/da转换模块、时钟模块、步进电机驱动与4路5v继电器模块，将继电器模块与单片机i/o口连接，通过控制继电器的输出口实现状态的改变，每次只有继电器的两个输出口为吸合状态，给定继电器四个i/o口输出高低电平控制继电器的开合实现对电动推杆8电源正接与反接控制；
71.将所述的电动推杆8的底面通过结构胶固定粘接在支撑面板7的纵向长方体板件22后面即支撑面板7的内侧面上，电动推杆8上圆柱形推杆的水平对称面距离纵向长方体板件22的上表面的距离为10.85mm，电动推杆8上圆柱形推杆的竖直对称面距离纵向长方体板件22的右端面距离为19.88mm；采用m3螺丝将所述的单片机6固定安装在所述的横向长方体板件21上的3～6号螺纹通孔位置处；
72.参阅图4-1，所述的水培栽培床3包括载物夹层9、定植板11、9个结构相同的定植杯12和4个结构相同的直角卡扣10；
73.参阅图4-2和图4-3，所述的载物夹层9为上端敞开的正方形的壳体结构件，载物夹
层9的长度、宽度相等皆为w5(380mm～390mm)，载物夹层9由1号侧壁25、2号侧壁26、3号侧壁27、4号侧壁28与底壁组成，载物夹层9的底壁上设置有3行
×
3列共9个直径均为d3的通孔，通孔直径d3与定植杯12的外径相等，左上角第一个通孔圆心和4号侧壁28与3号侧壁27的外端面的距离皆为b6，每行相邻两通孔之间圆心距均为l3，每列相邻两通孔之间圆心距均为l4；
74.参阅图4-3和图4-4，实施例中载物夹层9的长度、宽度w5为387mm，高度h2为25mm，壳体壁厚为10mm；9个结构相同的通孔的直径d3为50mm，左上角第一个通孔的圆心和4号侧壁28与3号侧壁27的外端面的距离皆为b6即73.5mm，每行相邻两通孔之间的圆心距l3均为120mm，每列相邻两通孔之间圆心距l4均为109mm；
75.参阅图4-3与图4-4，所述的载物夹层9的2号侧壁26与4号侧壁28两端的外侧设置有上下贯通的长方体形凹槽，长方体形凹槽长度h2与载物夹层9的高度相等；长方体形凹槽的中心处设置有一个直径为d4的螺纹通孔，2号侧壁26与4号侧壁28两端凹槽的螺纹通孔结构相同；
76.实施例中凹槽长度h2×
凹槽宽度w7×
凹槽深度h3为25mm
×
20mm
×
3mm，凹槽对称中心距离1号侧壁25的外端面距离l5为25mm，长方体形凹槽中心处的中心通孔直径d4为5mm；
77.参阅图4-2与图4-5，所述的载物夹层9的1号侧壁25与3号侧壁27的左右两端分别设置有正方形通孔，1号侧壁25与3号侧壁27上的正方形通孔结构相同，正方形通孔的边长为w8，正方形通孔的对称中心距离载物夹层9的底端面为l6，右端的正方形通孔的对称中心距离1号侧壁25右端即2号侧壁26的右端面为l7，左端的正方形通孔的对称中心距离1号侧壁25左端即4号侧壁28的左端面为p3，1号侧壁25左右两端上的正方形通孔与3号侧壁27左右两端上的正方形通孔的对称中心分别共线；
78.实施例中正方形通孔边长w8为15mm
×
15mm，正方形通孔的对称中心距离载物夹层9底端面l6为12.5mm，右端的正方形通孔的对称中心距离1号侧壁25的右端即2号侧壁26的右端面l7为13mm，左端的正方形通孔的对称中心距离1号侧壁25的左端即4号侧壁28的左端面p3为34.38mm；
79.参阅图4-6、图4-7与图4-8，所述的定植板11为pp材质的长方形板件，定植板11的长度为w
12
(420mm～425mm)，定植板11的宽度为w
11
(400mm)，定植板11的厚度为h6(3mm～5mm)，在定植板11纵向的两端相互对称地分别设置有2个正方形的凹槽，4个正方形的凹槽结构相同，正方形的凹槽槽壁长为w
13
(20mm)，正方形的凹槽深度为h4(2.8mm～3mm)，每个正方形的开口凹槽内即在槽底上设置一直径为d5的沉头螺钉孔，沉头螺钉孔的中心距离正方形的开口凹槽纵向槽壁长度为l9，沉头螺钉孔的中心距离正方形的开口凹槽的横向槽壁为l
10
；
80.定植板11一(左)端的前后设置有2个结构相同的正方形通孔，保证led补光灯条19的电线可以任意插入伸出而规整布置，2个结构相同的正方形通孔在这端所设置的2个正方形的开口凹槽的里侧，2个结构相同的正方形通孔和安装在定植板11下方的线槽20上的2个正方形开口对正，2个结构相同的正方形通孔的边长为w
14
(16mm)；2个结构相同的正方形通孔的对称中心分别距定植板11的上下长边为a3，2个结构相同的正方形通孔的对称中心距定植板11短边为a4；定植板11上均匀地设置有3个/每排
×
3排＝9个用于定植作物幼苗的定植孔,定植孔的直径为d6；右列定植孔中心到定植板11短边外壁的距离为l
13
，最下边一行定
植孔中心到定植板11长边外壁的距离为l
12
，纵向上每行2个相邻定植孔中心距为l
15
，横向每列2个相邻定植孔中心距为l
14
；定植板11上的9个结构相同的用于定植作物幼苗的定植孔与载物夹层9底壁上的9个直径均为d6的通孔相对正；
81.实施例中定植板11长度为w
12
＝421mm，定植板11宽度为w
11
＝400mm，厚度为h6＝5mm；定植板11上的正方形的开口凹槽边宽w
13
为20mm，正方形的开口凹槽深度h4为3mm，正方形的开口凹槽内设置的沉头螺钉孔的直径d5为5mm，沉头螺钉孔的中心距离正方形的开口凹槽内侧的纵向槽壁为l9＝10mm，沉头螺钉孔的中心距离正方形的开口凹槽横向槽壁为l
10
＝5mm；两个结构相同的正方形通孔的边长w
14
为16mm，正方形通孔的对称中心距离定植板11一长边为a3＝19.5mm，正方形通孔的对称中心距离定植板11的短边为a4＝31.2mm，2个正方形通孔中心距l
11
为360mm；
82.定植孔直径d6尺寸为50mm，右列定植孔中心到定植板11短边外壁的距离l
13
为90.7mm，最下边一行定植孔中心到定植板11长边外壁的距离l
12
为80mm，纵向上每行2个相邻定植孔中心距l
15
为109mm，横向上每列2个相邻定植孔中心距l
14
为120mm；
83.参阅图4-9和图4-10，图中所示分别为直角卡扣10和定植杯12，二者均为标准件；所述的直角卡扣10采用型号为7632-20；直角卡扣10为l型不锈钢件，直角卡扣10的两个端壁的长度c1和c2相等，直角卡扣10的两个端壁的宽度c3与厚度c4也相等，两个端壁上分别设置一个直径为c5的沉头通孔，直角卡扣10用于将载物夹层9和定植板11两者的连接固定；
84.所述的定植杯12采用型号为50#的定植杯，定植杯12为圆柱形塑料壳体件，顶端向外即沿径向设置有圆环形托盘，用以摆放在定植板11上，圆环形托盘所在平面与定植杯12的回转轴线垂直，定植杯12外径c7与载物夹层9底壁上通孔直径d3和齿轮18内孔径d相等，定植板11上的定植孔、定植杯12、载物夹层9底壁上通孔与齿轮四者的回转轴线共线，将定植板11安装在载物夹层9的顶端且二者用过直角卡口10固定，将定植杯12插入定植板11上的定植孔和载物夹层9底壁上的通孔中，定植杯12的圆环形托盘自然放置在定植板11的顶端面上，将齿轮18套在定植杯12上，二者之间采用防水玻璃胶粘接固定，齿轮的横向对称面与定植板11的上下端面平行，且距离定植板11的下端面距离为10.85mm；
85.实施例中直角卡扣10两个端壁上沉头通孔直径c5＝5mm，两个端壁的长度c1和c2相等均为20mm，两个端壁的厚度c4为2.8mm，两个端的宽度c3为16mm；定植杯12顶端的圆环托盘直径c6为100mm，定植杯12外径c7为50mm，定植杯12的整体高度c8为70mm，定植杯12下部分从水培栽培床3中伸出，保证浸入到营养液箱1内的营养液中即与营养液相接触。
86.所述的定植板11安装在载物夹层9的顶端，定植板11上9个定植孔与载物夹层9底壁上9个通孔分别同轴心配合放置，将4个直角卡扣10的上端壁与下端壁分别安装在定植板11的正方形凹槽和载物夹层9的长方体形凹槽内，并采用m5沉头螺钉连接固定三者，将上述组装好的部件直接扣合在营养液箱1的顶端上，将定植杯12插入定植板11和载物夹层9的通孔中为同轴心放置，定植杯12顶端的圆环形托盘自然放置在定植板11上表面上。
87.参阅图5-1，所述的齿轮齿条传动机构4包括从动齿条14、驱动齿条15、9个结构相同的齿轮18、1号直线导轨13、2号直线导轨17和滚珠减磨机构16；其中从动齿条14与驱动齿条15为2个结构相同的直齿条；
88.参阅图5-2，从动齿条14和驱动齿条15为结构参数相同的等横截面为矩形的直杆类结构件，从动齿条14和驱动齿条15沿纵向的一侧面上设置有标准模数的直齿，从动齿条
14与驱动齿条15的长度为l
16
＝为370mm～380mm；
89.参阅图5-3，实施例中从动齿条14与驱动齿条15的模数为1，压力角为20
°
，横截面(不含齿)为边长f1＝10mm的正方形，齿条总高度为f2＝11mm，从动齿条14与驱动齿条15的长度l
16
为377mm，从动齿条14和驱动齿条15材质均选用45#钢；
90.参阅图5-4，齿轮18为直齿圆柱齿轮，共有3行
×
3列＝9个，每个齿轮18结构参数相同，模数为1，齿数为109，分度圆直径为109mm，压力角为20
°
，齿轮厚度为10mm，齿轮18中心轴孔直径为d＝50mm，无键槽，齿轮18材质选用45#钢；
91.参阅图5-5与图5-6，所述的1号直线导轨13为超高分子量聚乙烯材质的等横截面为长方形的直杆结构件，1号直线导轨13沿纵向的侧面向内设置一个横截面为正方形的贯通的卡槽，卡槽边宽为w
19
，卡槽长度与1号直线导轨13长度相等均为l
17
，正方形卡槽的水平中心对称面与1号直线导轨13的水平中心对称面在同一水平平面内即共面，横截面为正方形卡槽中心到1号直线导轨13底端面距离为p5；卡槽的两槽壁(底槽壁与下槽壁)的内侧分别设置一个长边
×
宽边为w
20
×w21
的矩形贯通的凹槽，两个矩形凹槽结构尺寸相同，矩形凹槽长度与所述的正方形卡槽长度相等均为l
17
，底槽壁上矩形凹槽的横向对称面与横截面为正方形的卡槽水平中心对称面在同一水平平面内，下槽壁上矩形凹槽的竖直中心对称面与正方形卡槽竖直中心对称面在同一竖直平面内；
92.实施例中1号直线导轨13横截面的边宽w
15
×
边宽w
15
为18mm
×
18mm，1号直线导轨13的长度l
17
为377mm，卡槽边宽w
19
为12mm，卡槽长度l
17
为377mm，正方形卡槽中心到1号直线导轨13底端面距离p5为12mm；卡槽的两槽壁上的矩形凹槽长边w
20
×
宽边w
21
为10mm
×
2mm，凹槽长度l
17
为377mm，滚珠减磨机构16分别粘接在两个矩形凹槽内；
93.参阅图5-7和图5-8，所述的2号直线导轨17与1号直线导轨13的结构类似，为超高分子量聚乙烯材质的等横截面的长方体的直杆结构件，2号直线导轨17沿纵向的侧面向内设置一个横截面为正方形的贯通的卡槽，卡槽边宽也为w
19
，卡槽长度与2号直线导轨17长度相等均为l
20
，且二者长度与1号直线导轨13长度均相等，正方形卡槽的水平中心对称面与2号直线导轨17的水平中心对称面在同一水平面内即共面，横截面为正方形卡槽中心到2号直线导轨17底端面距离为l
21
；卡槽的两槽壁即底槽壁与下槽壁的内侧分别设置一个长边
×
宽边为w
20
×w21
的横截面为矩形的贯通的凹槽，两个横截面为矩形的凹槽结构尺寸相同，凹槽长度与横截面为正方形的卡槽长度相等均为l
20
，底槽壁上凹槽的横向对称面与横截面为正方形的卡槽水平中心对称面在同一水平平面内，下槽壁上矩形凹槽的竖直中心对称面与正方形卡槽竖直中心对称面在同一竖直平面内；
94.实施例中2号直线导轨17横截面的长边w
17
×
宽边w
18
为18mm
×
15mm，2号直线导轨17的长度l
20
为377mm，卡槽边宽w
19
为12mm，卡槽长度l
20
为377mm，正方形卡槽中心到2号直线导轨17底端面距离l
21
为9mm；卡槽的两槽壁上的矩形凹槽长边w
20
×
宽边w
21
为10mm
×
2mm，凹槽长度l
20
为377mm，滚珠减磨机构16分别粘接在两个矩形凹槽内；
95.所述的1号直线导轨13的正方形卡槽、2号直线导轨17的正方形卡槽与齿轮18三者的水平中心对称面均在同一水平面内，2号直线导轨17的外侧底壁面和外侧下壁面分别与载物夹层9的2号侧壁26的内侧壁面和内侧底壁面相接触，二者之间通过防水玻璃胶粘接固定，2号直线导轨17的上端面与定植板11的下端面之间的距离为1.85mm；1号直线导轨13的外侧下壁面与载物夹层9的内侧底壁面相接触，两者之间通过防水玻璃胶粘接固定，1号直
线导轨13的左侧端面与线槽20的右侧端面相接触，两端面之间通过防水玻璃胶粘接固定，1号直线导轨13的上端面与定植板11的下端面之间的距离也为1.85mm；
96.参阅图5-9，所述的滚珠减磨机构16由37个结构相同的钢珠24和钢珠保持架23组成；
97.钢珠保持架23为不锈钢材质的长方体形结构件，钢珠保持架23长边
×
宽边为w
23
×w22
，高度为h5，钢球保持架23的高度和1号直线导轨13与2号直线导轨17内矩形凹槽的宽度相等，以保证钢球保持23架能够正好粘接在1号直线导轨13与2号直线导轨17的矩形凹槽内，钢球保持架23的底面与矩形凹槽的底面相接触，在钢球保持架23上等间距设置一列直径为d7的半球形凹槽，凹槽直径与钢珠24直径相等，相邻两个半球形凹槽的球心间距为p6；钢珠24为不锈钢材质直径为d7的球体，每个钢珠24安装在钢球保持架23的半球形凹槽内；
98.实施例中钢珠保持架23长边w
23
×
宽边w
22
为377mm
×
10mm，高度h5为2mm，在钢珠保持架23上等间距设置有共37个直径d7为2mm的半球形凹槽，每个半球形凹槽的球心间距p6为10mm；钢珠24为不锈钢材质直径d7为2mm的球体，每个钢珠24安装在钢珠保持架23凹槽内，钢珠24球心与钢珠保持架23上半球形凹槽球心同心；
99.参阅图5-1与图5-10，将4个所述的钢珠保持架23的底面通过结构胶粘接固定在1号直线导轨13与2号直线导轨17的各自2个矩形凹槽底壁上，2个钢珠保持架23的上下2个端面分别与1号直线导轨13与2号直线导轨17各自底槽壁上矩形凹槽的上下两个端面接触连接，同时将另外两个钢珠保持架23的左右两个端面分别和1号直线导轨13与2号直线导轨17各自下槽壁上矩形凹槽的左右两个端面接触连接，钢珠保持架23内钢珠24朝向直线导轨内的正方形卡槽，所述的驱动齿条15安装在2号直线导轨17内的正方形卡槽位置，驱动齿条15的下端面与2号直线导轨17下槽壁内嵌入的滚珠减磨机构16上的每个钢珠24相切接触，同时驱动齿条15的右端面与1号直线导轨17底槽壁内嵌入的滚珠减磨机构16上的每个钢珠24相切接触，驱动齿条15的水平中心对称面与齿轮18的水平中心对称面共面且与定植板11的底端面之间距离为10.85mm，驱动齿条15的纵向中心轴线和载物夹层9中右上角的1号侧壁25与3号侧壁27上的正方形通孔的纵向中心轴线共线，驱动齿条15的齿面与右列的3个结构相同的齿轮18相互啮合，每行3个齿轮18间相邻2个啮合传动，每个齿轮18的回转轴线分别与载物夹层9底壁上通孔的回转轴线共线，所述的从动齿条14安装在1号直线导轨13内的正方形卡槽之中，左列3个结构相同的齿轮18与从动齿条14的齿面相互啮合，所述的从动齿条14的水平中心对称面与齿轮18的水平中心对称面共面且与定植板11的下端面之间距离同样为10.85mm，从动齿条14的下端面与1号直线导轨13下槽壁内嵌入的滚珠减磨机构16上的每个钢珠24相切接触，同时从动齿条14的左端面与1号直线导轨13底槽壁内嵌入的滚珠减磨机构16上的每个钢珠24相切接触，从动齿条14的纵向中心轴线与载物夹层9中左上角的1号侧壁25与3号侧壁27上的正方形通孔的纵向中心轴线共线。
100.参阅图1-1和图6-1，所述的led补光单元5包括2个结构相同的led补光灯条19和线槽20；
101.所述的led补光灯条19选用型号为5050植物补光灯带的dc 12v软质灯条，红蓝比为5：1，其中红光波长为640nm，蓝光波长为460nm，单根灯条总长500cm，可根据实际栽培植株长度自由裁剪，实施例中led补光灯条19长度为380mm；
102.参阅图6-1和图6-2，所述的线槽20为pp材质的横截面为正方环形的中空管状结构
件，正方环形的横截面边长同为w9，线槽20长度为l8，在线槽20的两端并在同一侧壁上设置有正方形开口，开口边长同为w
10
；线槽20安装在载物夹层9上，线槽20的一侧壁面与载物夹层9上4号侧壁28的内侧表面之间采用防水玻璃胶粘合固定，线槽20上的2个正方形开口朝上，线槽20的另一侧壁面与1号直线导轨13采用防水玻璃胶粘合固定；
103.实施例中正方环形的横截面边长w9为18mm，线槽20长度l8为377mm，管壁厚度约为1mm，开口边长w
10
为16mm
×
16mm；线槽20用于对led补光灯条19的电线进行统一管理，规范布线。
104.一种单片机控制的生菜叶下补光装置的工作原理：
105.将led补光灯条19安装在定植板11上，二者之间通过导热胶粘接固定，同时用以对led补光灯条19进行散热，避免led补光灯条19对植物叶片的灼伤，led补光灯条19的灯光方向朝上照射上方植物叶片，两根led补光灯条19间距可以根据定植板11上通孔中心距自由调整布置，实施例中两根led补光灯条19间距为l1＝113mm，通电线从线槽20一端开口处进入，从另一端开口处导出；将齿轮齿条传动机构4中的每个齿轮18分别套装在水培栽培床3的定植杯12上，将齿轮18和定植杯12用防水玻璃胶粘接固定，其中定植杯12、定植板11上通孔、载物夹层9底壁上通孔和齿轮18均同轴心对应，齿轮齿条传动机构4整体安装在水培栽培床3内的载物夹层9内；水培栽培床3与定植板之间通过直角卡扣10固定后扣合在箱体上，由定植板11搭载在箱体的顶端面上，驱动齿条15的一侧端面与电动推杆8杆件头部通过焊接固定连接以传递动力，电动推杆8的直线运动带动驱动齿条15运动，进而带动与之啮合的齿轮18实现转动，每行3个齿轮18相邻两个之间分别啮合实现转动，最终实现齿轮18带动每个定植杯12的转动，单片机6连接继电器控制电动推杆8实现定时定距精确调节补光。
106.每天补光周期设定为8小时，通过单片机6每1个小时控制电动推杆8带动驱动齿条15向前推进85.6mm，4小时达到所需最大工作行程，从第5个小时开始做收回动作，8小时后回到初始位置，驱动齿条15与齿轮18啮合实现每个齿轮18带动定植杯12每小时转动90
°
，进而实现了每1个小时通过led补光灯条19照射每株植物叶片背面1/4，每4个小时实现对整株植物叶片全部完成一次补光。