太阳能光伏水培自动控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种太阳能光伏水培自动控制系统，属于自动控制【技术领域】。所述系统包括：光伏电池、畜电池、LED灯、电控开关、光敏传感器，其中，光敏传感器用于探测光的强度，当光强度大于或者等于设定域值时，光敏传感器给控制器输入低电平信号，控制器控制电控开关，使光伏电池和畜电池构成电连通的回路，光伏电池给畜电池充电；当阳光强度小于设定域值时，光敏传感器给控制器输入高电平信号，控制器控制电控开关，使畜电池和LED灯、加氧泵和风扇电机构成电连通的回路，蓄电电池给红蓝光LED灯、加氧泵和风扇电机供电，所述LED灯发射红蓝光以照射水培植物、加氧泵给水培植物加氧和风扇旋转。利用该系统培植的植物，在白天和夜晚都能生长，进一步提高了水培植物的产量。
【专利说明】太阳能光伏水培自动控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能光伏水培自动控制系统，尤其涉及一种能够提高水培系统种植的农业产品的产量的太阳能水培自动控制系统，属于自动化控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着人们生活文化水平的提高，对水培系统种植的农业产品的需求不断增加，尤其个性化、高效率、家庭种植绿色蔬菜的地位越来越高。人们要求农产品同时具备无农药残留、高营养品质、外观漂亮等优秀特点，水培养殖的蔬菜很好地同时具备了这些优点，无土栽培的水培种植自然成为绿色农业发展的一个新方向和亮点。但是现有技术中的水培系统，水培埴物只有在白天有太阳光时生长，而在夜晚没有阳光的照射，生长缓慢，甚至不生长，因此，产量低。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术的缺点，本发明提供一种太阳能光伏水培自动控制系统，利用该系统培植的植物，在白天和夜晚都能生长，进一步提高了水培植物的产量。
[0004]为实现所述发明目的，本发明提供一种太阳能水培自动控制系统，其包括:光伏电池、畜电池、LED灯、电控开关、光敏传感器，其中，光敏传感器用于探测光的强度，当光强度大于或者等于设定域值时，光敏传感器给控制器输入低电平信号，控制器控制电控开关，使光伏电池和畜电池构成电连通的回路，光伏电池给畜电池充电；当阳光强度小于设定域值时，光敏传感器给控制器输入高电平信号，控制器控制电控开关，使畜电池和LED灯构成电连通的回路，充电电池给LED灯供电，所述LED灯发射红蓝光以照射水培植物。
[0005]优选地，LED灯通过第一循环定时`开关连接于畜电池的两端。
[0006]优选地，控制器还用于控制第一循环定时开关的导通和断开时间周期。
[0007]优选地，太阳能水培自动控制系统还包括加氧泵，加氧泵通过第二循环定时开关连接于畜电池的两端。
[0008]优选地，控制器还用于控制第二循环定时开关的导通和断开时间周期。
[0009]优选地，太阳能水培自动控制系统包括风扇，风扇电机通过第三循环定时开关连接于畜电池的两端。
[0010]优选地，控制器还用于控制三循环定时开关的导通和断开时间周期。
[0011]优选地，第一循环定时开关、第二循环定时开关和第三循环定时开关的导通和断开时间周期能够分别进行调整。
[0012]优选地，根据正交实验法分别调整第一循环定时开关、第二循环定时开关和第三循环定时开关的导通和截止时间周期。
[0013]优选地，第一循环定时开关、第二循环定时开关和第三循环定时开关导通的导通
时间相互重叠。
[0014]与现有技术相比，利用本发明提供的水培系统培植的植物，在白天和夜晚都能生长，进一步提高了水培植物的产量。本系统既可以应用于大棚等进行大面积水培种植，也可以在阳台上进行小面积个性化种植，操作使用灵活方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明提供太阳能水培自动控制系统；
[0016]图2是本发明提供的正交实验寻优的流程图1 ;
[0017]图3是本发明提供的正交实验寻伏的流程图1I。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图详细说明本发明。
[0019]图1是本发明提供太阳能水培自动控制系统。如图1所示，本发明提供的太阳能水培自动控制系统包括:光伏电池、充电电路，畜电池、控制器，第一、第二和第三循环定时开关驱动电路，第一、第二和第三循环定时开关时间设定电路，LED灯、加氧泵和风扇，其中所述充电电路包括:TVS管过充保护装置、电阻R4和R5，PWM功率驱动电路，场效应管Ql、场效应管Q2和FUSE过充过放保护电路，其中，TVS管过充保护装置并联于光伏电池两端；电阻R4和R5相串联后并联于光伏电池两端，它们的中间节点连接于控制器，其中，电阻R5为光敏电阻，其阻值随光强度的增大而减小，如此，电阻R4和R5相串联组成光敏传感器；控制器的第一输出端连接于PWM功率驱动电路的控制端，可以控制PWM功率驱动电路的工作状态；场效应管Ql的栅极和场效应管Q2的栅极均连接于PWM功率驱动电路的输出端，场效应管Ql的漏极和场效应管Q2的漏极相连，场效应管Ql的源极连接于光伏电池的负极，场效应管Q2的源极连接于畜电池的负极并接地；畜电池的正极经FUSE过充过放保护电路与光伏电池的正极相连。光敏传感器用于探测光的强度，当光强度大于或者等于设定域值时，光敏传感器给控制器输入低电平信号，控制器给PWM功率驱动电路输出一个控制信号，使PWM功率驱动电路产生一方波脉冲，从而周期地控制场效应管Ql和场效应管Q2导通和截止，以使光伏电池脉冲地给畜电池充电；当光强度小于设定域值时，光敏传感器给控制器输入高电平信号，控制器给PWM功率驱动电路输出一个控制信号，使PWM功率驱动电路产生高电平信号，场效应管Ql的源极和场效应管Q2均截止，光伏电池停止给畜电池充电。
[0020]LED灯的一端经第一循环定时开关Jl连接于畜电池的正极，另一端连接公共端；加氧泵的一端经第一循环定时开关J2连接于畜电池的正极，另一端连接公共端；风扇电机的一端经第三循环定时开关J3连接于畜电池的正极，另一端连接公共端，公共端可以接地，也可以经一可控制开关和电流传感器连接于地。所述可控制开关为场效应管Q3。场效应管Q3的栅极连接于输出保护和功率驱动电路，漏极连接于公共端，源极经电流传感器连接于地。所述电源传感器为一个电阻，所述电阻用于将流入公共端的总电流转换为电压并输入到控制器的一个输入端。
[0021]第一循环定时开关J1、第二循环定时开关J2第和第三循环定时开关J3可以分别为继电器J1、继电器J2和继电器J3，它们分别由第一驱动器，第二驱动器和第三驱动器进行驱动。
[0022]第一驱动器包括晶体管TR1、电阻Rl和二级管D1，其中晶体管TRl的基极经电阻Rl连接于控制器的第二输出端，发射极接地，集电极接二极管Dl的正极。二极管Dl的负极接电源，二极管Dl的两端与继电器Jl的线包相并联。继电器Jl的常开触点的一端接蓄电池电源的正12V端，另一端接LED灯。第一循环定时开关时间设定电路包括与控制器的两输入端分别相连接的按键ANl和AN2，ANl和AN2的另一端接地，按键与控制器相连的端同时经电阻连接于电源5V。按ANl键，设定LED灯循环定时开关Jl的导通时间，按AN2键，设定LED灯循环定时开关Jl的关断时间，即设置第一循环定时开关的导通和断开时间。
[0023]第二驱动器包括晶体管TR2、电阻R2和二级管D2，其中晶体管TR2的基极经电阻R2连接于控制器的第三输出端，发射极接地，集电极接二极管D2的正极。二极管D2的负极接电源，二极管D2的两端与继电器J2的线包相并联。继电器J2的常开触点的一端接蓄电池电源的正12V端，另一端接加氧泵。第二循环定时开关时间设定电路包括与控制器的两输入端分别相连接的按键AN3和AM，AN3和AM的另一端接地，按键与控制器相连的端同时经电阻连接于电源5V，按AN3键，设定加氧泵循环定时开关J2的导通时间，按AM键，设定加氧泵循环定时开关J2的断电时间，即设置第二循环定时开关的导通和断开时间。
[0024]第三驱动器包括晶体管TR3、电阻R3和二级管D3，其中晶体管TR3的基极经电阻R3连接于控制器的第四输出端，发射极接地，集电极接二极管D3的正极。二极管D3的负极接电源，二极管D3的两端与继电器J3的线包相并联。继电器J3的常开触点的一端接蓄电池电源的正12V端，另一端接风扇电机。第三循环定时开关时间设定电路包括与控制器的两输入端分别相连接的按键AN5和AN6，AN5和AN6的另一端接地，按键与控制器相连的端同时经电阻连接于电源5V,按AN5键,设定风扇电机循环定时开关J3的导通时间，按AN6键，设定风扇电机循环定时开关J3的断电时间。
[0025]本发明提供的太阳能水培自动控制系统还包括显示装置，其用于显示LED灯、加氧泵和风扇等的工作时间和状态。
[0026]本发明提供的系统工作过程如下:
[0027]当光强度大于或者等于设定域值时，光敏电阻R5的阻值小于或者等于一定值，其上的分压值小于或者等于一设定值，此时，电阻R5给控制器输入低电平信号，控制器给PWM功率驱动电路输出一个控制信号， 使PWM功率驱动电路产生一方波脉冲，从而周期地控制场效应管Ql的源极和场效应管Q2导通和截止，以使光伏电池脉冲地给畜电池充电。同时，控制器给输出保护和驱动电路输出一个控制信号，输出保护和驱动电路给场效应管Q3提供一个高电平，使Q3截止；给晶体管TR1、TR2和TR3均输出低电平使它们均截止，晶体管TRU TR2和TR3的集电极均没有电流通过，继电器Jl、J2和J3的线包均没有电流通过，继电器Jl、J2和J3的常开触点均断开，LED灯、加氧泵和风扇电机均已畜电畜断开从而均不工作。当光强度小于设定域值时，电阻R5给控制器输入高电平信号，控制器给PWM功率驱动电路输出一个控制信号，使PWM功率驱动电路产生高电平信号，场效应管Ql的源极和场效应管Q2均截止,光伏电池停止给畜电池充电，同时，控制器给输出保护和驱动电路输出一个控制信号，输出保护和驱动电路给场效应管Q3提供一个低电平，使Q3导通；给晶体管TRU TR2和TR3均输出低高电平使它们均导通，晶体管TR1、TR2和TR3的集电极均有电流通过，继电器J1、J2和J3的线包均有电流通过，继电器Jl、J2和J3的常开触点均接通，LED灯、加氧泵和风扇电机均与畜电畜电连通而工作。LED灯工作的周期由按键ANl和AN2设定的导通和截止时间决定。加氧泵的工作的周期由按键AN3和AM设定的导通和截止时间决定。风扇电机的工作的周期由按键AN5和AN6设定的导通和截止时间决定。[0028]利用本发明提供的系统同时种植相同植物进行多个水培试验，分别设定继电器Jl、继电器J2和继电器J2的导通和截止的时间并使继电器Jl、继电器J2和继电器J2导通的导通时间相互重叠，即在LED灯进行照射时，也利用加氧泵加氧，利用风扇进行换气，但每个试验时，设定的继电器J1、继电器J2和继电器J2导通的时间和周期不同。利用本发明提供的自动控制系统进行水培并定期收割植物并称重，用正交试验算法计算寻优，即计算LED灯的光照时间和周期，加氧泵的工作时间和周期，以及风扇的工作时间和周期，寻优后再循环进行试验，如此循环数次得到最优的水培试验结果。
[0029]正交实验法设计自动化新型水培系统具体方案如下:
[0030]本实验方法的目标是在保证质量的前提下尽量提高水培蔬菜产量，夜间的自动化设计最为重要，而影响产量的因数有三个，即LED灯红蓝光光照间隔时间、风扇通风间隔时间、水泵循环、营养液增氧间隔时间，夜间给蔬菜光照、通风和循环、增氧营养液每次时间初始都设为半小时。
[0031]确定因素波动范围[0032]LED灯红蓝光光照间隔时间:半小时~一个半小时
[0033]通风、通氧间隔时间:半小时~一个半小时
[0034]水泵循环、增氧营养液间隔时间；半小时~一个半小时
[0035]确定考查指标为单位槽箱蔬菜的产量
[0036]确定因素水平表(见表2)
[0037]表2因素水平的确定
[0038]
I因素
A (光照间隔时间)B (通风通氧间隔时C (循环、增氧营养液间隔
【权利要求】
1.一种太阳能水培自动控制系统，其特征在于，其包括:光伏电池、畜电池、LED灯、电控开关、光敏传感器，其中，光敏传感器用于探测光的强度，当光强度大于或者等于设定域值时，光敏传感器给控制器输入低电平信号，控制器控制电控开关，使光伏电池和畜电池构成电连通的回路，光伏电池给畜电池充电；当阳光强度小于设定域值时，光敏传感器给控制器输入高电平信号，控制器控制电控开关，使畜电池和LED灯构成电连通的回路，充电电池给LED灯供电，所述LED灯发射红蓝光以照射水培植物。
2.根据权利要求1所述的太阳能水培自动控制系统，其特征在于，LED灯通过第一循环定时开关连接于畜电池的两端。
3.根据权利要求2所述的太阳能水培自动控制系统，其特征在于，控制器还用于控制第一循环定时开关的导通和断开时间周期。
4.根据权利要求3所述的太阳能水培自动控制系统，其特征在于，还包括加氧泵，加氧泵通过第二循环定时开关连接于畜电池的两端。
5.根据权利要求4所述的太阳能水培自动控制系统，其特征在于，控制器还用于控制第二循环定时开关的导通和断开时间周期。
6.根据权利要求4所述的太阳能水培自动控制系统，其特征在于，还包括风扇，风扇电机通过第三循环定时开关连接于畜电池的两端。
7.根据权利要求6所述的太阳能水培自动控制系统，其特征在于，控制器还用于控制三循环定时开关的导通和断开时间周期。
8.根据权利要求7所述的太阳能水培自动控制系统，其特征在于，第一循环定时开关、第二循环定时开关和第三循环定时开关的导通和断开时间周期能够分别进行调整。`
9.根据权利要求8所述的太阳能水培自动控制系统，其特征在于，根据正交实验法分别调整第一循环定时开关、第二循环定时开关和第三循环定时开关的导通和截止时间周期。
10.根据权利要求9所述的太阳能水培自动控制系统，其特征在于，第一循环定时开关、第二循环定时开关和第三循环定时开关导通的时间相互重叠。
【文档编号】A01G31/00GK103477961SQ201310441209
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】柯博林, 李春华 申请人:浙江万里学院