专利名称：一种适用于芽菜培养箱的智能化控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种适用于芽菜培养箱的智能化控制器，适用于各种芽菜培养箱、 种子培养箱、家用豆芽机等装置中。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，一些绿色健康的食品越来越受到人们的关注，同时人 们对食品的安全性要求也越来越高。豆芽作为一种绿色食品，受到了广大群众的欢迎。但 是，近年来在豆芽生产中滥用化肥、激素等违禁化学药品的现象时有发生，使用这类药物将 严重危害人体健康。由于市场监督机制还不够完善，豆芽的质量难以保障，导致相当部分消 费者不敢购买、食用市场上销售的豆芽。因此，生产无公害豆芽、绿色豆芽成为消费者的迫 切要求，菜培养装置也就应用而生。芽菜培养装置或家用豆芽机只有几年的发展历史。目前市场上的家用豆芽机一般 都采用水泵抽水的淋水方式，如中国专利CN 200969774Y、CN 20099似68Y等所述，这种淋 水的发芽方式带来的主要问题是由于淋水不均勻往往会造成豆芽参差不齐；另外，淋水 这种发芽方式水的消耗大，会产生大量的废水。为了节约用水，现有技术(家用豆芽机)一 般采用循环利用水的方式，但是这种方式又会促使细菌大量生长，采用这种方式发芽结束 后，豆芽机内的水具有明显的异味，由于细菌的滋生也会影响到豆芽的安全性。中国专利CN对这种自动循环淋水豆芽机进行了改进，采用透气的紫砂陶代替塑料制作豆芽 机，保持循环淋水通气，可以缓解水的变质问题，但是不能从根本上消除循环水容易变质的 问题，另外，用紫砂陶代替塑料制作豆芽机也带来成本高，重量增加和陶制品容易被打碎等 问题。早期的家用豆芽机一般都没有加热装置，这种豆芽机在冬天就不能用来培育豆芽 了，为了在冬天也能培育豆芽，需要在豆芽机上增加发热装置，目前家用豆芽机的加热装置 都是安装于水箱底部，对水箱中的水进行加热，如中国专利CN 201015338ΥΧΝ 200994268Υ 等所述，这种直接对水体进行加热的方式存在以下弊端(1)能耗高，升温速度慢，在冬天 要将水箱内的水(大约2. 2L的水)加热到适宜豆芽生长的温度需要大量的电能，而且升温 速度慢；( 豆芽受热不均勻，被温水淋到的豆芽温度适宜，生长较好，没有被温水淋到的 豆芽生长较差；C3)温水容易滋生细菌，由于水体被加热，其温度也比较适合细菌的生长， 因此会影响到豆芽的安全性。公告号为CN 201504466U的实用新型公开一种带雾化器及加热器的豆芽机，据称 可以解决自动淋水式豆芽机存在的喷淋不均勻、废水多的问题，但该专利的说明书对其加 热和加湿方法、控制电路等均没有丝毫涉及，导致该专利公开不充分，使本领域的技术人员 无法实施该专利，并达到该专利所述的效果。随着大众对于健康的重视，追求健康的生活，消费者对于豆芽的安全性以及品质 的诉求越来越突出。所以，针对以上问题，我们研制出来了一种芽菜的智能化培养方法。
实用新型内容本实用新型解决了现有家用芽菜培养装置中存在的喷淋不均勻、废水多、升温速 度慢、能耗高、温度控制不精确等问题。本实用新型技术方案如下一种适用于芽菜培养箱的智能化控制器，具有控制温度、湿度及光照功能。该智能 化控制器由单片机模块(1)、温度控制模块O)、温度检测模块C3)温度报警模块、湿度 控制模块(5)、湿度检测模块(6)、LED光照模块(7)、显示模块(8)、按键输入模块(9)和电 源模块(10)构成；其中，按键输入模块、温度检测模块和湿度检测模块的输出端与单片机 的输入端连接，单片机的输出端口分别连接温度控制模块、湿度控制模块、显示模块和温度 报警模块，电源模块的输出分别接到单片机模块、加热模块、加湿模块、温度检测模块、湿度 检测模块以及电风扇上；通过如下步骤实现A、所述的温度控制模块由光电耦合器件、双向可控硅器件、加热棒和保险丝组成， 采用闭环控制，通过安装于芽菜培养箱内的数字温度传感器将温度信号检测并传送至单片 机的输入端口，该单片机将检测到的温度信号经过处理后输出一个控制信号，通过双向可 控硅控制电路控制加热棒的工作，从而实现芽菜培养箱内的温度控制。B、所述的湿度控制模块由光电耦合器件、双向可控硅器件、超声波雾化器组成，采 用闭环控制，通过安装于芽菜培养箱内的湿度传感器将湿度信号检测并传送至单片机的模 拟量输入端口，该单片机将检测到的湿度信号经过处理后输出一个控制信号，通过双向可 控硅控制电路控制超声波雾化器的工作，从而实现芽菜培养箱内的湿度控制。C、所述超声波雾化器产生的水雾与加热棒产生的热空气都是通过安装于加热棒 底部的同一个风扇送入所述的芽菜培养箱。D、所述温度报警模块由功率管和蜂鸣器组成，在加热棒底部安装了另外个用作过 热保护的数字温度传感器，当单片机检测到该传感器的温度过高时，输出一报警信号，实现 报警，同时通过温度控制电路切断加热棒的电压，实现热保护。E、所述LED光照模块由安装于芽菜培养箱内的四组分别发红色、蓝色和白色的 LED灯组成，通过单片机输出信号实现对LED灯的发光颜色以及发光强弱进行控制。F、所述按键输入模块由4X4的矩阵键盘组成，该键盘的输出线与单片机的输入 端口连接，通过该模块输入设定温度、湿度以及光照强度及颜色。G、所述显示模块由两个数码管以及三个LED灯组成，所述的LED灯通过导线与单 片机的输出端口连接，其中数码管用来显示芽菜培养箱内的实际温度，LED灯用作电源、加 热、加湿指示灯。采用上述的加热方法直接加热空气而不是直接加热水体，可以节约电能，同时可 以保证芽菜培养装置水箱内的水体一直处于较低的室温，不容易滋生细菌，确保芽菜生长 的品质要求和安全性的要求，解决了直接对水体加热中存在的能耗高、豆芽受热不均勻、温 水容易滋生细菌等问题。采用上述的加湿方法，超声波雾化器产生的水雾颗粒细小均勻，能保证培养箱的 湿度均勻，确保芽菜对水的吸收利用率达到最高，芽菜生长均勻，同时这种加湿方式节水效 果好，基本上不产生废水，从而解决了淋水方式中存在的水的消耗量大以及淋水不均勻等 问题。另外，超声波雾化器的雾化量还可以人工调节，可以根据所培养的芽菜或种子品种的 不同来调节加湿量的大小，以适应不同品种植物对水的需求，该超声波雾化器还自带缺水保护功能。
附图1是本实用新型控制系统方框图；图1中编号含义如下1-单片机模块； 2-温度控制模块；3-温度检测模块；4-温度报警模块；5-湿度控制模块；6-湿度检测模块； 7-LED光照模块；8-显示模块；9-按键输入模块；10-电源模块；附图2是本实用新型温度控制模块及温度报警模块的程序流程图；图2中编号含 义如下11-初始化程序；12-温度检测程序；13-温度报警程序；14-温度显示程序；15-温 度控制程序；附图3是温度控制模块、温度检测模块、温度报警模块的具体实施电路图；附图4是湿度控制模块、湿度检测模块的具体实施电路图；附图5是显示模块电路图；附图6是两种不同芽菜培养装置的绿豆芽生长曲线图；附图7是采用本实用新型的智能化控制器的培养箱温度响应曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的描述本发明所述的控制系统原理框图如图1所示，包括单片机模块(1)、温度控制模 块O)、温度检测模块C3)温度报警模块G)、湿度控制模块(5)、湿度检测模块(6)、LED光 照模块(7)、显示模块(8)、按键输入模块(9)和电源模块(10)构成；所述单片机采用的是 MSP430，所述温度检测模块采用的是数字式温度传感器DS18B20，所述加热器件采用的是加 热棒，所述的加湿器件采用的是超声波雾化器，具有雾化量可调以及缺水保护功能；所述控 制系统温度控制程序流程图如图2所示，包括单片机初始化程序(11)、温度测量程序(12)、 温度报警程序(13)、显示程序(14)、温度控制程序(15)等。当接通电源开关时，智能化控制器系统启动，单片机开始执行相应的控制程序，根 据事先输入的控制信息对芽菜培养箱内的温度、湿度及光照进行控制。在图3的电路中用了两个温度传感器，一个用来测量加热棒底部的温度，用作过 热保护，当加热棒底部温度超过规定温度时，蜂鸣器(LSI)发出报警声，同时单片机通过输 出相应的脉冲信号，关断双向可控硅(BT138)，使加热器停止加热，从而对智能化控制器实 施保护。另一个温度传感器用来测量芽菜培养箱的温度，实现温度的闭环控制。芽菜培养 箱温度的控制主要是利用单片机输出一个IOOHz的占空比可调的PWM波经过光电耦合管 (moc3041)隔离并反相，得到一个脉冲信号，利用这个脉冲信号触发双向可控硅，控制双向 可控硅的通断。改变PWM波的占空比就可以改变触发脉冲的相位移(控制角)，从而改变 双向可控硅的导通角，调节整流输出电压的大小，继而控制加热棒的工作，实现对培养箱温 度的控制。PWM波的占空比的大小是根据培养箱的实际温度T与设定温度Ttl的差值来确定 的，当实际温度低于设定温度，且温差较大即Ttl-T 时，PWM波的占空比为1 1，这时 使双向可控硅的导通角最大，控制加热器以最大功率工作，当实际温度低于设定温度，且温 差较小即Ttl-T < 5°C时，进行PID控制，PWM波的占空比随着温差的减小而增大，光电耦合 管输出的触发脉冲相位右移，使双向可控硅的控制角增加，导通角减小，输出电压减小，加热器的加热量减小，从而提高温度的控制精度，当实际温度达到设定值时，通过改变触发脉 冲的相位移使双向可控硅导通角为零，即双向可控硅处于关断状态，输出电压为零，加热器 停止加热。培养箱内的湿度控制采用的也是闭环控制，与温度控制方式基本一致，具体实施 电路如图4所示。湿度传感器(HIH4000)检测到培养箱内的相对湿度，送至单片机的模拟 量输入端口，单片机根据事先设定的湿度大小以及培养箱内的实际湿度值，利用PID控制 算法，输出一个PWM波，通过可控硅控制电路控制超声波雾化器的加湿量，从而实现培养箱 内的湿度控制。图5是显示模块电路原理图，单片机读取芽菜培养箱温度传感器的数据并通过 P3. 0-P3. 7以及P5. 2-P5. 3端口直接输出驱动数码管显示相应的温度值，另外，还有三个 LED指示灯用做加热、加湿以及电源指示。图6是采用本实用新型所述的智能控制器的芽菜培养箱培养的绿豆芽生长曲线， 以及采用市售的普通家用带水体加热及喷淋方式的豆芽机培养的绿豆芽生长曲线，试验时 间为冬季，环境温度为15°C，所用绿豆为中绿一号，购于湖北悦农种业有限公司。对比两条 豆芽生长曲线，使用本智能化控制器可以显著的提高豆芽的生长速度。图7是使用本智能 化控制器的芽菜培养箱在本次试验中培养箱内的温度响应曲线图。
权利要求1. 一种适用于芽菜培养箱的智能化控制器，具有控制温度、湿度及光照功能；其特征 在于该智能化控制器由单片机模块(1)、温度控制模块( 、温度检测模块( 温度报警模 块(4)、湿度控制模块( 、湿度检测模块(6)、LED光照模块(7)、显示模块(8)、按键输入模 块(9)和电源模块(10)构成；其中，按键输入模块、温度检测模块和湿度检测模块的输出端 与单片机的输入端连接，单片机的输出端口分别连接温度控制模块、湿度控制模块、显示模 块和温度报警模块，电源模块的输出分别接到单片机模块、加热模块、加湿模块、温度检测 模块、湿度检测模块以及电风扇上；通过如下步骤实现A、所述的温度控制模块由光电耦合器件、双向可控硅器件、加热棒和保险丝组成，采用 闭环控制；B、所述的湿度控制模块由光电耦合器件、双向可控硅器件、超声波雾化器组成，采用闭 环控制，安装于芽菜培养箱内的湿度传感器将相对湿度信号检测并传送至单片机的模拟量 输入端口 ；C、所述超声波雾化器产生的水雾与加热棒产生的热空气都是通过安装于加热棒底部 的同一个风扇送入所述的芽菜培养箱；D、所述温度报警模块由功率管和蜂鸣器组成，在加热棒底部安装了另外一个用作过热 保护的数字温度传感器；E、所述LED光照模块由安装于芽菜培养箱内的三组分别发红色、蓝色和白色的LED灯 组成，通过单片机输出信号实现对LED灯的发光颜色以及发光强弱进行控制；F、所述按键输入模块由4X4的矩阵键盘组成，该键盘的输出线与单片机的输入端口 连接，通过该模块输入设定温度、湿度以及光照强度及颜色信息；G、所述显示模块由两个数码管以及三个LED灯组成，所述的数码管与LED灯通过导线 与单片机的输出端口连接。
专利摘要本实用新型属于一种适用于芽菜培养箱的智能化控制器。它具有温度、湿度及光照控制功能，包括单片机模块、温度控制模块、温度检测模块、温度报警模块、湿度控制模块、湿度检测模块、LED光照模块、显示模块、电源模块及风扇等。所述的温度及湿度控制采用PID闭环控制，其中加热方式是由加热棒直接加热空气，加湿方式是由超声波雾化器将水雾化，再通过安装于加热棒底部的风扇将水雾和热空气混合后送入芽菜培养箱内，这样可使培养箱内温度及湿度均匀，氧气充足，有利芽菜的生长。本实用新型解决了现有芽菜培养装置中存在的喷淋不均匀、废水多、升温速度慢、能耗高、温度控制不精确等问题，可用于芽菜培养箱、种子培养箱、家用豆芽机等装置中。
文档编号G05D27/02GK201828843SQ20102025182
公开日2011年5月11日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者尹涛, 曹见朝, 李小雨, 杜君梅, 熊善柏, 赵思明, 黄汉英 申请人:华中农业大学