太陽能光伏水培自動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種太陽能光伏水培自動控制系統(tǒng)，屬于自動控制【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光的強(qiáng)度，當(dāng)光強(qiáng)度大于或者等于設(shè)定域值時，光敏傳感器給控制器輸入低電平信號，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)陽光強(qiáng)度小于設(shè)定域值時，光敏傳感器給控制器輸入高電平信號，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，進(jìn)一步提高了水培植物的產(chǎn)量。
【專利說明】太陽能光伏水培自動控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種太陽能光伏水培自動控制系統(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)量的太陽能水培自動控制系統(tǒng)，屬于自動化控制【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，尤其個性化、高效率、家庭種植綠色蔬菜的地位越來越高。人們要求農(nóng)產(chǎn)品同時具備無農(nóng)藥殘留、高營養(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具備了這些優(yōu)點(diǎn)，無土栽培的水培種植自然成為綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個新方向和亮點(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光時生長，而在夜晚沒有陽光的照射，生長緩慢，甚至不生長，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能光伏水培自動控制系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)培植的植物，在白天和夜晚都能生長，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能光伏水培自動控制系統(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光的強(qiáng)度，當(dāng)光強(qiáng)度大于或者等于設(shè)定域值時，光敏傳感器給控制器輸入低電平信號，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)陽光強(qiáng)度小于設(shè)定域值時，光敏傳感器給控制器輸入高電平信號，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燈通過第一循環(huán)定時開關(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)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間周期。
[0009]優(yōu)選地，太陽能水培自動控制系統(tǒng)還包括加氧泵，加氧泵通過第二循環(huán)定時開關(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)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間周期。
[0011 ] 優(yōu)選地，太陽能水培自動控制系統(tǒng)包括風(fēng)扇，風(fēng)扇電機(jī)通過第三循環(huán)定時開關(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)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間周期。
[0013]優(yōu)選地，第一循環(huán)定時開關(guān)、第二循環(huán)定時開關(guān)和第三循環(huán)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間周期能夠分別進(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)定時開關(guān)、第二循環(huán)定時開關(guān)和第三循環(huán)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間周期。
[0015]優(yōu)選地，第一循環(huán)定時開關(guān)、第二循環(huán)定時開關(guān)和第三循環(huán)定時開關(guān)導(dǎo)通的導(dǎo)通
時間相互重疊。
[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，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，也可以在陽臺上進(jìn)行小面積個性化種植，操作使用靈活方便。
[0017]【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型提供太陽能水培自動控制系統(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)說明本實(shí)用新型。
[0023]圖1是本實(shí)用新型提供太陽能水培自動控制系統(tǒng)。如圖1所示，本實(shí)用新型提供的太陽能水培自動控制系統(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)定時開關(guān)驅(qū)動電路，第一、第二和第三循環(huán)定時開關(guān)時間設(shè)定電路，LED燈、加氧泵和風(fēng)扇，其中所述充電電路包括=TVS管過充保護(hù)裝置、電阻R4和R5，PWM功率驅(qū)動電路，場效應(yīng)管Ql、場效應(yīng)管Q2和FUSE過充過放保護(hù)電路，其中，TVS管過充保護(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)動電路的控制端，可以控制PWM功率驅(qū)動電路的工作狀態(tài)；場效應(yīng)管Ql的柵極和場效應(yīng)管Q2的柵極均連接于PWM功率驅(qū)動電路的輸出端，場效應(yīng)管Ql的漏極和場效應(yīng)管Q2的漏極相連，場效應(yīng)管Ql的源極連接于光伏電池的負(fù)極，場效應(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過充過放保護(hù)電路與光伏電池的正極相連。光敏傳感器用于探測光的強(qiáng)度，當(dāng)光強(qiáng)度大于或者等于設(shè)定域值時，光敏傳感器給控制器輸入低電平信號，控制器給PWM功率驅(qū)動電路輸出一個控制信號，使PWM功率驅(qū)動電路產(chǎn)生一方波脈沖，從而周期地控制場效應(yīng)管Ql和場效應(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，光敏傳感器給控制器輸入高電平信號，控制器給PWM功率驅(qū)動電路輸出一個控制信號，使PWM功率驅(qū)動電路產(chǎn)生高電平信號，場效應(yīng)管Ql的源極和場效應(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)為場效應(yīng)管Q3。場效應(yīng)管Q3的柵極連接于輸出保護(hù)和功率驅(qū)動電路，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輸入端。
[0025]第一循環(huán)定時開關(guān)J1、第二循環(huán)定時開關(guān)J2第和第三循環(huán)定時開關(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)動器，第二驅(qū)動器和第三驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動。
[0026]第一驅(qū)動器包括晶體管TR1、電阻Rl和二級管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)定時開關(guān)時間設(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經(jīng)電阻連接于電源5V。按ANl鍵，設(shè)定LED燈循環(huán)定時開關(guān)Jl的導(dǎo)通時間，按AN2鍵，設(shè)定LED燈循環(huán)定時開關(guān)Jl的關(guān)斷時間，即設(shè)置第一循環(huán)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間。
[0027]第二驅(qū)動器包括晶體管TR2、電阻R2和二級管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)定時開關(guān)時間設(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經(jīng)電阻連接于電源5V，按AN3鍵，設(shè)定加氧泵循環(huán)定時開關(guān)J2的導(dǎo)通時間，按AM鍵，設(shè)定加氧泵循環(huán)定時開關(guān)J2的斷電時間，即設(shè)置第二循環(huán)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間。
[0028]第三驅(qū)動器包括晶體管TR3、電阻R3和二級管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)定時開關(guān)時間設(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)定時開關(guān)J3的導(dǎo)通時間，按AN6鍵，設(shè)定風(fēng)扇電機(jī)循環(huán)定時開關(guān)J3的斷電時間。
[0029]本實(shí)用新型提供的太陽能水培自動控制系統(tǒng)還包括顯示裝置，其用于顯示LED燈、加氧泵和風(fēng)扇等的工作時間和狀態(tài)。
[0030]本實(shí)用新型提供的系統(tǒng)工作過程如下:
[0031]當(dāng)光強(qiáng)度大于或者等于設(shè)定域值時，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，電阻R5給控制器輸入低電平信號，控制器給PWM功率驅(qū)動電路輸出一個控制信號，使PWM功率驅(qū)動電路產(chǎn)生一方波脈沖，從而周期地控制場效應(yīng)管Ql的源極和場效應(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，控制器給輸出保護(hù)和驅(qū)動電路輸出一個控制信號，輸出保護(hù)和驅(qū)動電路給場效應(yīng)管Q3提供一個高電平，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，繼電器Jl、J2和J3的線包均沒有電流通過，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，電阻R5給控制器輸入高電平信號，控制器給PWM功率驅(qū)動電路輸出一個控制信號，使PWM功率驅(qū)動電路產(chǎn)生高電平信號，場效應(yīng)管Ql的源極和場效應(yīng)管Q2均截止，光伏電池停止給畜電池充電，同時，控制器給輸出保護(hù)和驅(qū)動電路輸出一個控制信號，輸出保護(hù)和驅(qū)動電路給場效應(yīng)管Q3提供一個低電平，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，繼電器J1、J2和J3的線包均有電流通過，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)通和截止時間決定。
[0032]利用本實(shí)用新型提供的系統(tǒng)同時種植相同植物進(jìn)行多個水培試驗(yàn)，分別設(shè)定繼電器J1、繼電器J2和繼電器J2的導(dǎo)通和截止的時間并使繼電器J1、繼電器J2和繼電器J2導(dǎo)通的導(dǎo)通時間相互重疊，即在LED燈進(jìn)行照射時，也利用加氧泵加氧，利用風(fēng)扇進(jìn)行換氣，但每個試驗(yàn)時，設(shè)定的繼電器J1、繼電器J2和繼電器J2導(dǎo)通的時間和周期不同。利用本實(shí)用新型提供的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行水培并定期收割植物并稱重，用正交試驗(yàn)算法計算尋優(yōu)，即計算LED燈的光照時間和周期，加氧泵的工作時間和周期，以及風(fēng)扇的工作時間和周期，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)計自動化新型水培系統(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，夜間的自動化設(shè)計最為重要，而影響產(chǎn)量的因數(shù)有三個，即LED燈紅藍(lán)光光照間隔時間、風(fēng)扇通風(fēng)間隔時間、水泵循環(huán)、營養(yǎng)液增氧間隔時間，夜間給蔬菜光照、通風(fēng)和循環(huán)、增氧營養(yǎng)液每次時間初始都設(shè)為半小時。
[0035]確定因素波動范圍
[0036]LED燈紅藍(lán)光光照間隔時間:半小時~一個半小時
[0037]通風(fēng)、通氧間隔時間:半小時~一個半小時
[0038]水泵循環(huán)、增氧營養(yǎng)液間隔時間:半小時~一個半小時
[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】
1.一種太陽能光伏水培自動控制系統(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光的強(qiáng)度，當(dāng)光強(qiáng)度大于或者等于設(shè)定域值時，光敏傳感器給控制器輸入低電平信號，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)陽光強(qiáng)度小于設(shè)定域值時，光敏傳感器給控制器輸入高電平信號，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所述的太陽能光伏水培自動控制系統(tǒng)，其特征在于，LED燈通過第一循環(huán)定時開關(guān)連接于畜電池的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能光伏水培自動控制系統(tǒng)，其特征在于，控制器還用于控制第一循環(huán)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能水光伏培自動控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括加氧泵，加氧泵通過第二循環(huán)定時開關(guān)連接于畜電池的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能光伏水培自動控制系統(tǒng)，其特征在于，控制器還用于控制第二循環(huán)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能光伏水培自動控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括風(fēng)扇，風(fēng)扇電機(jī)通過第三循環(huán)定時開關(guān)連接于畜電池的兩端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能光伏水培自動控制系統(tǒng)，其特征在于，控制器還用于控制第三循環(huán)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能光伏水培自動控制系統(tǒng)，其特征在于，第一循環(huán)定時開關(guān)、第二循環(huán)定時開關(guān)和第三循環(huán)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間周期能夠分別進(jìn)行調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能光伏水培自動控制系統(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)定時開關(guān)、第二循環(huán)定時開關(guān)和第三循環(huán)定時開關(guān)的導(dǎo)通和截止時間周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能光伏水培自動控制系統(tǒng)，其特征在于，第一循環(huán)定時開關(guān)、第二循環(huán)定時開關(guān)和第三循環(huán)定時開關(guān)導(dǎo)通的時間相互重疊。
【文檔編號】A01G31/00GK203675796SQ201320593832
【公開日】2014年7月2日 申請日期: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 申請人:浙江萬里學(xué)院