本發(fā)明屬于設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于日光的作物培養(yǎng)箱。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的作物培育箱主要為全密閉培育箱，接入交流電源，可為植物提供人工光源，并模擬植物生長所需的光照、溫度、濕度等條件，以達(dá)到培養(yǎng)目的。

人工光源中，部分為為植物生長專用燈。該種燈可發(fā)射光譜中少部分波段的光譜能量，但此種燈價(jià)格昂貴，且一種生長燈只能對(duì)少數(shù)特定植物的培育有作用。大多人工光源較為簡單，如白熾燈、日光燈，發(fā)射的光譜波長范圍有限。因此，導(dǎo)致現(xiàn)有的培育箱不能很好地滿足作物生長對(duì)光的選擇性需求。此外，這種培育箱的缺點(diǎn)還包括體積較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于日光的作物培養(yǎng)箱，目的是解決作物光照不足的問題。

一種基于日光的作物培養(yǎng)箱，該作物培養(yǎng)箱的控制器具有逐光模塊：包括一個(gè)光傳感器，該光傳感器與控制器的單片機(jī)連接，

所述作物培養(yǎng)箱具有轉(zhuǎn)臺(tái)，通過轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，作物培養(yǎng)箱可以改變對(duì)太陽的方位角度，

所述控制器包括控制電機(jī)，該控制電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述光傳感器采用的是硅晶式光源判斷檢測(cè)頭。

控制器采用傾角傳感器對(duì)作物培養(yǎng)箱進(jìn)行姿態(tài)檢測(cè)。

控制器包括通信模塊，作用是，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到溫度及濕度信息后通過通信模塊發(fā)送給手機(jī)，手機(jī)端接收到數(shù)據(jù)后可在app應(yīng)用里顯示當(dāng)天的溫濕度等信息，方便用戶在作物培育過程中記錄數(shù)據(jù)。

控制器包括自動(dòng)灌溉模塊，由土壤濕度傳感器檢測(cè)土壤里的水分，當(dāng)土壤濕度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，輸出高電平，當(dāng)土壤濕度超過設(shè)定閾值時(shí)，模塊輸出低電平；

輸出量直接與單片機(jī)相連，通過單片機(jī)來檢測(cè)高低電平；

土壤缺水輸出高電平時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)繼電器模塊控制水泵向平臺(tái)供水，供水采用滴灌方式，軟管中開小口，水自口出，以滴流的方式進(jìn)行灌溉；

待土壤濕度傳感器檢測(cè)濕度達(dá)到閾值后，輸出變?yōu)榈碗娖?，水泵停止工作，循環(huán)往復(fù)。

控制器包括溫控模塊，當(dāng)檢測(cè)到溫度超過設(shè)定的最高值時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)使轉(zhuǎn)臺(tái)背向太陽，旋轉(zhuǎn)角度由光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱決定。

當(dāng)溫控模塊檢測(cè)到溫度低于設(shè)定的最低值時(shí)，判斷是否有光：

(1)有光照時(shí)，設(shè)置預(yù)定時(shí)間為半小時(shí)，半小時(shí)后檢測(cè)箱內(nèi)溫度有無上升，若溫度接近或達(dá)到合理范圍則不采取措施；若溫度仍與合理范圍相差較大，則開始加熱電阻絲，電阻絲的加熱功率由此時(shí)光照強(qiáng)度決定；

(2)無光照時(shí)，直接加熱電阻絲，當(dāng)溫度達(dá)到合理溫度范圍的中間值時(shí)，電熱絲停止工作。

單片機(jī)受逐光模塊和溫度模塊的控制時(shí)，采用模糊控制策略：

定義的變量包括兩個(gè)模糊邏輯控制器，均為2個(gè)輸入變量和一個(gè)輸出變量，

其中一個(gè)輸入變量以光照強(qiáng)度及溫度為模糊控制器的輸入，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為輸出變量；

另一個(gè)輸入變量同樣以光照強(qiáng)度及溫度為模糊控制器的輸入，而電熱絲的功率為輸出變量，

合成推理算法采用mamdani推理，2個(gè)前提條件取最小化因子，結(jié)論部分取最大化因子，解模糊采用重心法(coa)，

輸入輸出的論域?yàn)椋簻囟萾＝{nszepspmpb}，光照強(qiáng)度i＝{zepspmpb}；電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度u1＝{zepspmpb}，電熱絲發(fā)出熱量u2＝{zepspmpb}。

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度u1：

電熱絲發(fā)出熱量u2：

所述作物培養(yǎng)箱還包括太陽能電池板，作為作物培養(yǎng)箱供電電源的補(bǔ)充電源。

太陽光為復(fù)合光，在電磁輻射頻譜中，380-780nm波長范圍的光為人眼可見，稱之為可見光，_正如人們健康成長需要均衡營養(yǎng)一樣，作物的生長也需要均衡的吸收來自不同波長的光，為了促進(jìn)作物生長，必須使作物能均衡的吸收到足夠的紅光和藍(lán)光等光。

日光能提供作物生長所需的各種光波長，不同光色的光就如同作物生長所需要的不同種“光肥”，而且光中還含有大量對(duì)作物生長有利的成分，如日光的殺菌作用、光對(duì)植物的形態(tài)建成，甚至日光還可以影響植物的遺傳變異，形成許多突變種，而突變種對(duì)育種有著巨大價(jià)值。因此，用日光作為作物培養(yǎng)的光源再合適不過。此外，太陽能方便易得，比起普通室外種植的作物，提高了作物對(duì)陽光的利用率，還可防止低溫、高溫對(duì)作物的傷害。

本培育箱采用封閉設(shè)計(jì)，通過“逐日”模塊使作物能在一天中達(dá)到對(duì)光利用的最大值，同時(shí)又避免了極端氣溫對(duì)于作物生長的影響。

本發(fā)明的技術(shù)方案采用日光來代替人工光源，日光可為作物生長提供全波段的光譜，這是采用人工光源培育箱所達(dá)不到的。

培育箱內(nèi)蓄電池設(shè)計(jì)為太陽能與交流電插電兩用，在天氣不好且溫度較低時(shí)，可通過外接電源向電熱絲供電，以達(dá)到保溫的效果。

輸入溫度和光照強(qiáng)度，采用兩個(gè)模糊控制對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)和電熱絲進(jìn)行控制，使植物不會(huì)因光照過強(qiáng)或溫度變化而受到損傷。

手機(jī)app可通過通信模塊可將作物生長信息定時(shí)發(fā)送到手機(jī)上，省去了在培育過程中人工記錄各種數(shù)據(jù)的繁瑣。

本發(fā)明可以大大縮短育苗時(shí)間，有效減少病蟲害的發(fā)生，有效的提升了對(duì)光的利用率，體積相較現(xiàn)有的培育箱要小，方便收集培養(yǎng)作物的信息。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中作物培養(yǎng)箱的組成示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，基于日光的作物培養(yǎng)箱控制器，包括逐光模塊，采用的是硅晶式光源判斷檢測(cè)頭，并附有傾角傳感器進(jìn)行姿態(tài)檢測(cè)。其原理是東和西方向的硅晶，在中央鋁柱的遮擋下，根據(jù)太陽方位不同，產(chǎn)生的電壓信號(hào)差輸出到控制器，控制器以此進(jìn)行太陽方位的判斷，傾角傳感器則感應(yīng)其傾斜的角度并傳送給控制器。當(dāng)該檢測(cè)頭未對(duì)準(zhǔn)太陽時(shí)，未被中央柱遮擋的硅片，因?yàn)榈玫搅岁柟獾妮椛?，且受到梯形柱的反射陽光，其能夠輸出較高的電壓，相反，其對(duì)應(yīng)的另一面，因?yàn)楸惶葜趽?，得不到陽光輻射，輸出電壓低于另一面的輸出電壓。?dāng)檢測(cè)頭緩慢向太陽方向移動(dòng)時(shí)，被遮擋的一面硅片慢慢得到陽光，當(dāng)對(duì)準(zhǔn)太陽時(shí)，理論上兩側(cè)硅片輸出的電壓一致，當(dāng)繼續(xù)偏移時(shí)，則電壓高低發(fā)生逆轉(zhuǎn)，單片機(jī)采集模擬量進(jìn)行電壓的變化比較，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)?xùn)|西翻轉(zhuǎn)，達(dá)到將檢測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)太陽，也達(dá)到了將平臺(tái)垂直于太陽的目的。

通信模塊：單片機(jī)檢測(cè)到溫度及濕度等信息后通過通信模塊發(fā)送給手機(jī)，手機(jī)端接收到數(shù)據(jù)后可在app應(yīng)用里顯示當(dāng)天的溫濕度等信息，方便用戶在作物培育過程中記錄數(shù)據(jù)。

自動(dòng)灌溉模塊：由土壤濕度檢測(cè)探頭檢測(cè)土壤里的水分，模塊在土壤濕度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，輸出高電平，當(dāng)土壤濕度超過設(shè)定閾值時(shí)，模塊輸出低電平；輸出量可直接與單片機(jī)相連，通過單片機(jī)來檢測(cè)高低電平；土壤缺水輸出高電平時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)繼電器模塊控制水泵向平臺(tái)供水，供水采用滴灌方式，軟管中開小口，水自口出，以滴流的方式進(jìn)行灌溉。待濕度檢測(cè)探頭檢測(cè)濕度達(dá)到閾值后，輸出變?yōu)榈碗娖?，水泵停止工作，循環(huán)往復(fù)。

溫控模塊：當(dāng)檢測(cè)到溫度超過設(shè)定的最高值時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)使轉(zhuǎn)臺(tái)背向太陽，旋轉(zhuǎn)角度由光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱決定；當(dāng)檢測(cè)到溫度低于設(shè)定的最低值時(shí)，判斷是否有光：(1)有光照時(shí)，設(shè)置預(yù)定時(shí)間為半小時(shí)，半小時(shí)后檢測(cè)箱內(nèi)溫度有無上升。若溫度接近或達(dá)到合理范圍則不采取措施；若溫度仍與合理范圍相差較大，則開始加熱電阻絲，電阻絲的加熱功率由此時(shí)光照強(qiáng)度決定。(2)無光照時(shí)，直接加熱電阻絲。當(dāng)溫度達(dá)到合理溫度范圍的中間值時(shí)，電熱絲停止工作。

單片機(jī)可受逐光模塊和溫度模塊的控制，利用模糊控制：1)定義變量：包括兩個(gè)模糊邏輯控制器，均為2個(gè)輸入變量和一個(gè)輸出變量。其一以光照強(qiáng)度及溫度為模糊控制器的輸入，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為輸出變量；另一個(gè)同樣以光照強(qiáng)度及溫度為模糊控制器的輸入，而電熱絲的功率為輸出變量。合成推理算法采用mamdani推理，2個(gè)前提條件取最小化因子，結(jié)論部分取最大化因子，解模糊采用重心法(coa)。

輸入輸出的論域?yàn)椋簻囟萾＝{nszepspmpb}，光照強(qiáng)度i＝{zepspm

pb}；電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度u1＝{zepspmpb}，電熱絲發(fā)出熱量u2＝{zepspmpb}。

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度u1：

電熱絲發(fā)出熱量u2：