太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),屬于自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。所述系統(tǒng)包括:光伏電池、畜電池、LED燈、電控開關(guān)、光敏傳感器,其中,光敏傳感器用于探測(cè)光的強(qiáng)度,當(dāng)光強(qiáng)度大于或者等于設(shè)定域值時(shí),光敏傳感器給控制器輸入低電平信號(hào),控制器控制電控開關(guān),使光伏電池和畜電池構(gòu)成電連通的回路,光伏電池給畜電池充電;當(dāng)陽(yáng)光強(qiáng)度小于設(shè)定域值時(shí),光敏傳感器給控制器輸入高電平信號(hào),控制器控制電控開關(guān),使畜電池和LED燈、加氧泵和風(fēng)扇電機(jī)構(gòu)成電連通的回路,蓄電電池給紅藍(lán)光LED燈、加氧泵和風(fēng)扇電機(jī)供電,所述LED燈發(fā)射紅藍(lán)光以照射水培植物,所述LED燈發(fā)射紅藍(lán)光以照射水培植物、加氧泵給水培植物加氧和風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)。利用該系統(tǒng)培植的植物,在白天和夜晚都能生長(zhǎng),進(jìn)一步提高了水培植物的產(chǎn)量。
【專利說(shuō)明】太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),尤其涉及一種能夠提高水培系統(tǒng)種植的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量的太陽(yáng)能水培自動(dòng)控制系統(tǒng),屬于自動(dòng)化控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]【背景技術(shù)】
[0003]隨著人們生活文化水平的提高,對(duì)水培系統(tǒng)種植的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的需求不斷增加,尤其個(gè)性化、高效率、家庭種植綠色蔬菜的地位越來(lái)越高。人們要求農(nóng)產(chǎn)品同時(shí)具備無(wú)農(nóng)藥殘留、高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、外觀漂亮等優(yōu)秀特點(diǎn),水培養(yǎng)殖的蔬菜很好地同時(shí)具備了這些優(yōu)點(diǎn),無(wú)土栽培的水培種植自然成為綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)新方向和亮點(diǎn)。但是現(xiàn)有技術(shù)中的水培系統(tǒng),水培埴物只有在白天有太陽(yáng)光時(shí)生長(zhǎng),而在夜晚沒有陽(yáng)光的照射,生長(zhǎng)緩慢,甚至不生長(zhǎng),因此,產(chǎn)量低。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),利用該系統(tǒng)培植的植物,在白天和夜晚都能生長(zhǎng),進(jìn)一步提高了水培植物的產(chǎn)量。
[0006]為實(shí)現(xiàn)所述發(fā)明目的,本實(shí)用新型提供一種太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng)包括:光伏電池、畜電池、LED燈、電控開關(guān)、光敏傳感器,其中,光敏傳感器用于探測(cè)光的強(qiáng)度,當(dāng)光強(qiáng)度大于或者等于設(shè)定域值時(shí),光敏傳感器給控制器輸入低電平信號(hào),控制器控制電控開關(guān),使光伏電池和畜電池構(gòu)成電連通的回路,光伏電池給畜電池充電;當(dāng)陽(yáng)光強(qiáng)度小于設(shè)定域值時(shí),光敏傳感器給控制器輸入高電平信號(hào),控制器使控制電控開關(guān),使畜電池和LED燈構(gòu)成電連通的回路,充電電池給LED燈供電,所述LED燈發(fā)射紅藍(lán)光以照射水培植物。
[0007]優(yōu)選地,LED燈通過(guò)第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)連接于畜電池的兩端。
[0008]優(yōu)選地,控制器還用于控制第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間周期。
[0009]優(yōu)選地,太陽(yáng)能水培自動(dòng)控制系統(tǒng)還包括加氧泵,加氧泵通過(guò)第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)連接于畜電池的兩端。
[0010]優(yōu)選地,控制器還用于控制第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間周期。
[0011 ] 優(yōu)選地,太陽(yáng)能水培自動(dòng)控制系統(tǒng)包括風(fēng)扇,風(fēng)扇電機(jī)通過(guò)第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)連接于畜電池的兩端。
[0012]優(yōu)選地,控制器還用于控制第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間周期。
[0013]優(yōu)選地,第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)、第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)和第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間周期能夠分別進(jìn)行調(diào)整。
[0014]優(yōu)選地,根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)法分別調(diào)整第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)、第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)和第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間周期。
[0015]優(yōu)選地,第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)、第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)和第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)導(dǎo)通的導(dǎo)通
時(shí)間相互重疊。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比,利用本實(shí)用新型提供的水培系統(tǒng)培植的植物,在白天和夜晚都能生長(zhǎng),進(jìn)一步提高了水培植物的產(chǎn)量。本系統(tǒng)既可以應(yīng)用于大棚等進(jìn)行大面積水培種植,也可以在陽(yáng)臺(tái)上進(jìn)行小面積個(gè)性化種植,操作使用靈活方便。
[0017]【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型提供太陽(yáng)能水培自動(dòng)控制系統(tǒng);
[0019]圖2是本實(shí)用新型提供的正交實(shí)驗(yàn)尋優(yōu)的流程圖1 ;
[0020]圖3是本實(shí)用新型提供的正交實(shí)驗(yàn)尋伏的流程圖1I。
[0021]【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0023]圖1是本實(shí)用新型提供太陽(yáng)能水培自動(dòng)控制系統(tǒng)。如圖1所示,本實(shí)用新型提供的太陽(yáng)能水培自動(dòng)控制系統(tǒng)包括:光伏電池、充電電路,畜電池、控制器,第一、第二和第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路,第一、第二和第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)時(shí)間設(shè)定電路,LED燈、加氧泵和風(fēng)扇,其中所述充電電路包括=TVS管過(guò)充保護(hù)裝置、電阻R4和R5,PWM功率驅(qū)動(dòng)電路,場(chǎng)效應(yīng)管Ql、場(chǎng)效應(yīng)管Q2和FUSE過(guò)充過(guò)放保護(hù)電路,其中,TVS管過(guò)充保護(hù)裝置并聯(lián)于光伏電池兩端;電阻R4和R5相串聯(lián)后并聯(lián)于光伏電池兩端,它們的中間節(jié)點(diǎn)連接于控制器,其中,電阻R5為光敏電阻,其阻值隨光強(qiáng)度的增大而減小,如此,電阻R4和R5相串聯(lián)組成光敏傳感器;控制器的第一輸出端連接于PWM功率驅(qū)動(dòng)電路的控制端,可以控制PWM功率驅(qū)動(dòng)電路的工作狀態(tài);場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極均連接于PWM功率驅(qū)動(dòng)電路的輸出端,場(chǎng)效應(yīng)管Ql的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極相連,場(chǎng)效應(yīng)管Ql的源極連接于光伏電池的負(fù)極,場(chǎng)效應(yīng)管Q2的源極連接于畜電池的負(fù)極并接地;畜電池的正極經(jīng)FUSE過(guò)充過(guò)放保護(hù)電路與光伏電池的正極相連。光敏傳感器用于探測(cè)光的強(qiáng)度,當(dāng)光強(qiáng)度大于或者等于設(shè)定域值時(shí),光敏傳感器給控制器輸入低電平信號(hào),控制器給PWM功率驅(qū)動(dòng)電路輸出一個(gè)控制信號(hào),使PWM功率驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生一方波脈沖,從而周期地控制場(chǎng)效應(yīng)管Ql和場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通和截止,以使光伏電池脈沖地給畜電池充電;當(dāng)光強(qiáng)度小于設(shè)定域值時(shí),光敏傳感器給控制器輸入高電平信號(hào),控制器給PWM功率驅(qū)動(dòng)電路輸出一個(gè)控制信號(hào),使PWM功率驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生高電平信號(hào),場(chǎng)效應(yīng)管Ql的源極和場(chǎng)效應(yīng)管Q2均截止,光伏電池停止給畜電池充電。
[0024]LED燈的一端經(jīng)第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)Jl連接于畜電池的正極,另一端連接公共端;加氧泵的一端經(jīng)第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)J2連接于畜電池的正極,另一端連接公共端;風(fēng)扇電機(jī)的一端經(jīng)第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)J3連接于畜電池的正極,另一端連接公共端,公共端可以接地,也可以經(jīng)一可控制開關(guān)和電流傳感器連接于地。所述可控制開關(guān)為場(chǎng)效應(yīng)管Q3。場(chǎng)效應(yīng)管Q3的柵極連接于輸出保護(hù)和功率驅(qū)動(dòng)電路,漏極連接于公共端,源極經(jīng)電流傳感器連接于地。所述電源傳感器為一個(gè)電阻,所述電阻用于將流入公共端的總電流轉(zhuǎn)換為電壓并輸入到控制器的一個(gè)輸入端。
[0025]第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)J1、第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)J2第和第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)J3可以分別為繼電器J1、繼電器J2和繼電器J3,它們分別由第一驅(qū)動(dòng)器,第二驅(qū)動(dòng)器和第三驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0026]第一驅(qū)動(dòng)器包括晶體管TR1、電阻Rl和二級(jí)管D1,其中晶體管TRl的基極經(jīng)電阻Rl連接于控制器的第二輸出端,發(fā)射極接地,集電極接二極管Dl的正極。二極管Dl的負(fù)極接電源,二極管Dl的兩端與繼電器Jl的線包相并聯(lián)。繼電器Jl的常開觸點(diǎn)的一端接蓄電池電源的正12V端,另一端接LED燈。第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)時(shí)間設(shè)定電路包括與控制器的兩輸入端分別相連接的按鍵ANl和AN2,ANl和AN2的另一端接地,按鍵與控制器相連的端同時(shí)經(jīng)電阻連接于電源5V。按ANl鍵,設(shè)定LED燈循環(huán)定時(shí)開關(guān)Jl的導(dǎo)通時(shí)間,按AN2鍵,設(shè)定LED燈循環(huán)定時(shí)開關(guān)Jl的關(guān)斷時(shí)間,即設(shè)置第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間。
[0027]第二驅(qū)動(dòng)器包括晶體管TR2、電阻R2和二級(jí)管D2,其中晶體管TR2的基極經(jīng)電阻R2連接于控制器的第三輸出端,發(fā)射極接地,集電極接二極管D2的正極。二極管D2的負(fù)極接電源,二極管D2的兩端與繼電器J2的線包相并聯(lián)。繼電器J2的常開觸點(diǎn)的一端接蓄電池電源的正12V端,另一端接加氧泵。第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)時(shí)間設(shè)定電路包括與控制器的兩輸入端分別相連接的按鍵AN3和AM,AN3和AM的另一端接地,按鍵與控制器相連的端同時(shí)經(jīng)電阻連接于電源5V,按AN3鍵,設(shè)定加氧泵循環(huán)定時(shí)開關(guān)J2的導(dǎo)通時(shí)間,按AM鍵,設(shè)定加氧泵循環(huán)定時(shí)開關(guān)J2的斷電時(shí)間,即設(shè)置第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間。
[0028]第三驅(qū)動(dòng)器包括晶體管TR3、電阻R3和二級(jí)管D3,其中晶體管TR3的基極經(jīng)電阻R3連接于控制器的第四輸出端,發(fā)射極接地,集電極接二極管D3的正極。二極管D3的負(fù)極接電源,二極管D3的兩端與繼電器J3的線包相并聯(lián)。繼電器J3的常開觸點(diǎn)的一端接蓄電池電源的正12V端,另一端接風(fēng)扇電機(jī)。第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)時(shí)間設(shè)定電路包括與控制器的兩輸入端分別相連接的按鍵AN5和AN6,AN5和AN6的另一端接地,按鍵與控制器相連的端同時(shí)經(jīng)電阻連接于電源5V,按AN5鍵,設(shè)定風(fēng)扇電機(jī)循環(huán)定時(shí)開關(guān)J3的導(dǎo)通時(shí)間,按AN6鍵,設(shè)定風(fēng)扇電機(jī)循環(huán)定時(shí)開關(guān)J3的斷電時(shí)間。
[0029]本實(shí)用新型提供的太陽(yáng)能水培自動(dòng)控制系統(tǒng)還包括顯示裝置,其用于顯示LED燈、加氧泵和風(fēng)扇等的工作時(shí)間和狀態(tài)。
[0030]本實(shí)用新型提供的系統(tǒng)工作過(guò)程如下:
[0031]當(dāng)光強(qiáng)度大于或者等于設(shè)定域值時(shí),光敏電阻R5的阻值小于或者等于一定值,其上的分壓值小于或者等于一設(shè)定值,此時(shí),電阻R5給控制器輸入低電平信號(hào),控制器給PWM功率驅(qū)動(dòng)電路輸出一個(gè)控制信號(hào),使PWM功率驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生一方波脈沖,從而周期地控制場(chǎng)效應(yīng)管Ql的源極和場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通和截止,以使光伏電池脈沖地給畜電池充電。同時(shí),控制器給輸出保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路輸出一個(gè)控制信號(hào),輸出保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路給場(chǎng)效應(yīng)管Q3提供一個(gè)高電平,使Q3截止;給晶體管TR1、TR2和TR3均輸出低電平使它們均截止,晶體管TRU TR2和TR3的集電極均沒有電流通過(guò),繼電器Jl、J2和J3的線包均沒有電流通過(guò),繼電器Jl、J2和J3的常開觸點(diǎn)均斷開,LED燈、加氧泵和風(fēng)扇電機(jī)均與畜電畜斷開從而均不工作。當(dāng)光強(qiáng)度小于設(shè)定域值時(shí),電阻R5給控制器輸入高電平信號(hào),控制器給PWM功率驅(qū)動(dòng)電路輸出一個(gè)控制信號(hào),使PWM功率驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生高電平信號(hào),場(chǎng)效應(yīng)管Ql的源極和場(chǎng)效應(yīng)管Q2均截止,光伏電池停止給畜電池充電,同時(shí),控制器給輸出保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路輸出一個(gè)控制信號(hào),輸出保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路給場(chǎng)效應(yīng)管Q3提供一個(gè)低電平,使Q3導(dǎo)通;給晶體管TR1、TR2和TR3均輸出低高電平使它們均導(dǎo)通,晶體管TR1、TR2和TR3的集電極均有電流通過(guò),繼電器J1、J2和J3的線包均有電流通過(guò),繼電器Jl、J2和J3的常開觸點(diǎn)均接通,LED燈、加氧泵和風(fēng)扇電機(jī)均與畜電畜電連通而工作。LED燈工作的周期由按鍵ANl和AN2設(shè)定的導(dǎo)通和截止時(shí)間決定。加氧泵的工作的周期由按鍵AN3和AM設(shè)定的導(dǎo)通和截止時(shí)間決定。風(fēng)扇電機(jī)的工作的周期由按鍵AN5和AN6設(shè)定的導(dǎo)通和截止時(shí)間決定。
[0032]利用本實(shí)用新型提供的系統(tǒng)同時(shí)種植相同植物進(jìn)行多個(gè)水培試驗(yàn),分別設(shè)定繼電器J1、繼電器J2和繼電器J2的導(dǎo)通和截止的時(shí)間并使繼電器J1、繼電器J2和繼電器J2導(dǎo)通的導(dǎo)通時(shí)間相互重疊,即在LED燈進(jìn)行照射時(shí),也利用加氧泵加氧,利用風(fēng)扇進(jìn)行換氣,但每個(gè)試驗(yàn)時(shí),設(shè)定的繼電器J1、繼電器J2和繼電器J2導(dǎo)通的時(shí)間和周期不同。利用本實(shí)用新型提供的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行水培并定期收割植物并稱重,用正交試驗(yàn)算法計(jì)算尋優(yōu),即計(jì)算LED燈的光照時(shí)間和周期,加氧泵的工作時(shí)間和周期,以及風(fēng)扇的工作時(shí)間和周期,尋優(yōu)后再循環(huán)進(jìn)行試驗(yàn),如此循環(huán)數(shù)次得到最優(yōu)的水培試驗(yàn)結(jié)果。
[0033]正交實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)自動(dòng)化新型水培系統(tǒng)具體方案如下:
[0034]本實(shí)驗(yàn)方法的目標(biāo)是在保證質(zhì)量的前提下盡量提高水培蔬菜產(chǎn)量,夜間的自動(dòng)化設(shè)計(jì)最為重要,而影響產(chǎn)量的因數(shù)有三個(gè),即LED燈紅藍(lán)光光照間隔時(shí)間、風(fēng)扇通風(fēng)間隔時(shí)間、水泵循環(huán)、營(yíng)養(yǎng)液增氧間隔時(shí)間,夜間給蔬菜光照、通風(fēng)和循環(huán)、增氧營(yíng)養(yǎng)液每次時(shí)間初始都設(shè)為半小時(shí)。
[0035]確定因素波動(dòng)范圍
[0036]LED燈紅藍(lán)光光照間隔時(shí)間:半小時(shí)~一個(gè)半小時(shí)
[0037]通風(fēng)、通氧間隔時(shí)間:半小時(shí)~一個(gè)半小時(shí)
[0038]水泵循環(huán)、增氧營(yíng)養(yǎng)液間隔時(shí)間:半小時(shí)~一個(gè)半小時(shí)
[0039]確定考查指標(biāo)為單位槽箱蔬菜的產(chǎn)量
[0040]確定因素水平表(見表2)
[0041]表2因素水平的確定
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,其包括:光伏電池、畜電池、LED燈、電控開關(guān)和光敏傳感器,其中,光敏傳感器用于探測(cè)光的強(qiáng)度,當(dāng)光強(qiáng)度大于或者等于設(shè)定域值時(shí),光敏傳感器給控制器輸入低電平信號(hào),控制器控制電控開關(guān),使光伏電池和畜電池構(gòu)成電連通的回路,光伏電池給畜電池充電;當(dāng)陽(yáng)光強(qiáng)度小于設(shè)定域值時(shí),光敏傳感器給控制器輸入高電平信號(hào),控制器控制電控開關(guān),使畜電池和LED燈構(gòu)成電連通的回路,充電電池給LED燈供電,所述LED燈發(fā)射紅藍(lán)光以照射水培植物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,LED燈通過(guò)第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)連接于畜電池的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,控制器還用于控制第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能水光伏培自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,還包括加氧泵,加氧泵通過(guò)第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)連接于畜電池的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,控制器還用于控制第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,還包括風(fēng)扇,風(fēng)扇電機(jī)通過(guò)第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)連接于畜電池的兩端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,控制器還用于控制第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)、第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)和第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間周期能夠分別進(jìn)行調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)法分別調(diào)整第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)、第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)和第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)的導(dǎo)通和截止時(shí)間周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能光伏水培自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,第一循環(huán)定時(shí)開關(guān)、第二循環(huán)定時(shí)開關(guān)和第三循環(huán)定時(shí)開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間相互重疊。
【文檔編號(hào)】A01G31/00GK203675796SQ201320593832
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】柯博林, 張文斌, 李春華 申請(qǐng)人:浙江萬(wàn)里學(xué)院